O kvantima

Implikacije kvantne fizike su ogromne; ona nam pokazuje da smo ko-kreatori svoje vlastite realnosti barem na mikrokozmičkoj razini realiteta, jer motritelj igra ulogu u onom što se promatra.
    — Danijel Folnegović, fx-files.com

No kvantno polje posjeduje inteligenciju, nije to statično polje. Polje se nalazi na živoj, inteligentnoj razini. Samo to ljudi još ne razumiju.
    — Rolin McCraty, u emisiji Na rubu znanosti

Kvantno liječenje je sposobnost jednog oblika svijesti (uma) da spontano ispravi pogreške u drugom obliku svijesti (tijelu).
    — Deepak Chopra, Kvantno liječenje

Malo koja grana znanosti je izvor veće mistifikacije od kvantne fizike. Prvi je problem je u tome što se kvantna fizika vrlo malo uči u osnovnoj i srednjoj školi, pa ljudi uglavnom imaju vrlo malo znanja o tome što je zapravo kvantna fizika. Drugi je problem u tome što su zaključci kvantne fizike duboko kontraintuitivni, izgledaju vrlo proturječno i besmisleno. Richard Feynman je navodno izjavio "ako mislite da razumijete kvantnu fiziku, ne razumijete je".

Pa dobro, što je to toliko čudno u kvantnoj fizici, da je toliko otvorena brojnim interpretacijama, da se tvrdi da ona dokazuje da je umom moguće djelovati na materiju, da je moguće biti na dva mjesta istovremeno?

Kvantna fizika je jednostavno grana fizike koja se bavi vrlo malenim, pojavama na nivou molekula, atoma i manjim. Dakako, kvantna fizika se može primijeniti i na veće stvari: možete kvantnom fizikom izračunati i putanju Mjeseca — ali je to besmisleno trošenje vremena, jer što je objekt veći, to su predviđanja kvantne fizike bliža klasičnim formulama koje je još postavio Newton. Dakle, sva fizika je kvantna fizika, ali za velika tijela — veća od molekule — postoje i jednostavnije formule, otkrivene prije skoro 4 stoljeća.

Kvantna fizika je opis pojava u svijetu vrlo maloga, a neke od tih pojava su vrlo čudne. Najčudnija pojava je tzv. kvantna superpozicija, koju je najjednostavnije objasniti slijedećim eksperimentom: imamo neki izvor čestica (recimo, elektrona), prepreku u kojoj imamo dvije rupice, i film (ili neki uređaj, ekran i sl.) na kojem bilježimo gdje elektroni završavaju. Ako zatvorimo jednu rupicu, dobit ćemo slijedeću sliku (krivulja označava koliko elektrona je izbrojano na kojem mjestu):

Ovo je svakako očekivano: većina samo prođe, a neki se "odbiju" od rubova rupice i "rasprše". Osim toga, rupica nije savršeno malena, ima neki promjer, tako da ne slete svi na isto mjesto.

Ako imamo dvije rupice, zdravorazumski bi očekivali ovo:

Međutim, svi eksperimenti uvijek daju sljedeći, mnogo složeniji rezultat¹:

I sad počinje prava priča. Ova slika se objašnjava na jedini mogući način: ponekad više znači manje, u kvantnom svijetu vrlo malenoga. Ako pustimo elektrone kroz dvije rupice, na nekim mjestima će stići manje nego ako ih pustimo samo kroz jednu rupicu! Izgleda kao da se elektroni međusobno "poništavaju" — možda je to efekt koji se zbiva tek kad imamo jako puno elektrona koji onda djeluju jedan na drugog?

Ne. Ovo se događa i kad puštamo jedan po jedan elektron. Zapravo, sve ukazuje da je svaki elektron zapravo u nekom smislu val. Upravo ovo se događa s valovima: negdje se pojačavaju, negdje poništavaju. Val-elektron istovremeno prolazi kroz obje rupice (iako je sam elektron mnogo manji od same rupice!) i onda se poništava i pojačava. Na kraju elektron završava na jednom jedinom mjestu, ali je vjerojatnost gdje će završiti proporcionalna intenzitetu vala².

Dakle, dok se elektron giba, on je i ovdje i ondje, i u jednoj rupici, i u drugoj, poništava se sam sa sobom, ali kad lupi u nešto — kao što je film ili ekran — onda se pojavljuje samo na jednom mjestu. To mjesto nije moguće unaprijed predvidjeti. ali je vjerojatnost proporcionalna intenzitetu val-elektrona na tom mjestu.

Zapamtimo, valovi se ponašaju sasvim predvidljivo, ali gdje će se "materijalizirati" je posve nepredvidljivo, slučajno. Einsteinu se ovo nije svidjelo, pa je napomenuo kako se "Bog ne kocka".

Možda se Bog ne kocka, ali nikome do danas nije pošlo za rukom smisliti uvjerljivije rješenje.

Ovo ne vrijedi samo za elektrone, ovo vrijedi i za sve slične čestice. Neki zovu pojavu materijalizacije elektrona na nekom slučajnom mjestu (ali statistički predvidljivom intenzitetom vala) "kolapsom valne funkcije". Naime, stručnije ime ovakvog vala je "valna funkcija". Ponašanje valova se objašnjava složenim jednadžbama od kojih je najjednostavnija Schrödingerova³. Do "kolapsa valne funkcije" (tj. elektron se konačno pokaže samo na jednom mjestu) dolazi kod "opažanja" ili "mjerenja", pri čemu "opažanje" može biti tek udarac u sloj filma koji bilježi elektrone ili u ekran televizora.

Česta je zabluda da je "opažač" nužno čovjek. Zapravo, opažač praktično nikad nije čovjek, uvijek su to neki uređaji jer su pojave premalene da bi se vidjele golim okom.

Što je objekt veći (tj. ima veću masu) valna funkcija postaje sve više i više "lokalizirana". Valovi i dalje postoje, ali je ogromna vjerojatnost da će se objekt (bakterija, čovjek, kuća, Mjesec...) pojaviti na točno određenom mjestu — baš onom koje predviđaju Newtonovi zakoni. Za bilo što veće od atoma nikad nećete dobiti efekte superpozicije kao gore.

Obratite pažnju gdje se nalazi kvantna "nelokalnost" — val prolazi kroz obje rupice istovremeno. Obratite pažnju i na to da je konačni ishod posve slučajan, a da su predviđanja kvatne fizike isključivo statistička — daju nam vjerojatnost gdje će se nešto pojaviti. Ta vjerojatnost može biti jako blizu 100% — u slučaju velikih predmeta.

I to je sve što kvantna fizika tvrdi. Valovi dakako mogu prolaziti i kroz vrlo tanke zidove (dimenzija atoma i manjih), valovi mogu kružiti oko jezgre — pa dobivamo točno određene energije elektrona u atomu i tako dalje. Ali sve je to posljedica opisivanja svega valovima, koji svugdje pomalo prodiru istovremeno i međusobno se mogu pojačavati i poništavati.

Često se sreće pojam — kvantni skok. To je "prijelaz" između dva različita stanja (prostorna i energentska) koji se recimo događa kod elektrona u atomu: zbog poništavanja valova, samo su neke konfiguracije elektrona u atomu dopuštene, pa elektron "skače" iz stanja u stanje. To se opaža po tome što su samo neke energije dopuštene.

Otud i naziv "kvant" — energija elektrona u atomu se mijenja u svojevrsnim "obrocima", dakle kvantizirana je (kvant u ovom kontekstu znači "točno određena količina"). Kvantna fizika je i otkrivena kad se shvatilo da elektron u atomu ne može imati bilo kakvu energiju već samo jednu od nekoliko njih.

Meni je sve ovo izuzetno teško pojmiti intuitivno. Znam, shvaćam, ali stalno osjećam da je nešto "krivo". Ali tako stvari stoje. Oboružani ovim znanjem, možemo vidjeti kako se kvantne pojave (zlo)upotrebljavaju za prodaju knjiga, lijekova, teorija o hodanju po vodi, telekinezu, duhovno liječenje — općenito kao dokaz da "fizika tvrdi da je sve moguće".

Deepak Chopra (koji je liječnik-endokrinolog, a ne onkolog, kako neki tvrde) je indijski mistik koji bezbrižno miješa pojmove Boga, energije, kvantnih polja, karme i čega sve ne. Na početku sam citirao kako je "kvantno liječenje sposobnost uma da... ispravi greške u... tijelu" — što s otkrićima kvantne fizike nema apsolutno nikakve veze. Um može upravljati tijelom te otići liječniku, koji će pokušati popraviti problem — očito um ima sposobnost ispravljanja grešaka. To dakako nije ono što Chopra misli (da um može izliječiti skoro bilo kakvu bolest bez vanjskih intervencija) ali to je kako um obično djeluje...

_____________
¹ Slika je tek moj grubi crtež: detalji ovise o udaljenosti i veličini rupica, dakako. Ljepše slike i nešto matematike možete naći u Wikipediji pod Double-slit experiment.

² Više o "dualnost vala i materije" pročitajte u Wikipediji: Wave-particle duality.

³ Postoje razni matematički opisi kvantne fizike, od kojih većina koristi simbole koji su većini dosta teško razumljivi, a često su i izmišljeni baš za upotrebu u kvantnoj fizici.