Ce sunt, de fapt, lucrurile? Ce înseamnă „a exista” în lumea cuantică? Fizica cuantică ne obligă să regândim radical această întrebare fundamentală.
În viața de zi cu zi și în fizica clasică, atunci când vorbim despre realitate vorbim despre „lucruri” — obiecte bine definite, individuale, care au proprietăți clare și pot fi distinse unele de altele. Atomii, moleculele, planetele și obiectele din jurul nostru par să corespundă acestei viziuni.
Dar fizica cuantică demolează acest mod de a gândi.
La scară cuantică nu putem vorbi despre obiecte ca fiind întotdeauna individuale, complet determinate și clar deosebite unele de altele.
Patru caracteristici ale mecanicii cuantice — (1) incertitudinea, (2) contextualitatea, (3) inseparabilitatea și (4) indistinctibilitatea — subminează această viziune clasică asupra realității.
Ce este o categorie ontologică?
În filozofie, ontologia se ocupă cu studiul a ceea ce există. O „categorie ontologică” este un tip fundamental de existență: individ, proprietate, relație, cauzalitate etc. Aceste categorii nu sunt clasificații empirice, cum ar fi „mamifere” sau „obiecte galbene”, ci tipare fundamentale prin care putem concepe existența în sine.
Fizica clasică presupune o lume alcătuită din lucruri distincte care au proprietăți: culoare, formă, poziție etc.
Ontologia funcționează bine la scară umană. Însă în mecanica cuantică, aceste categorii nu mai sunt valabile.
(1) Incertitudinea: imposibilitatea de a cunoaște totul simultan
Unul dintre cele mai cunoscute principii ale fizicii cuantice este principiul incertitudinii al lui Heisenberg, care afirmă că anumite perechi de proprietăți ale unui sistem cuantic, cum ar fi poziția și impulsul, nu pot fi determinate simultan cu precizie.
Impulsul este masa înmulțită cu viteza. A ști exact unde este un electron înseamnă că nu putem ști exact cât de repede se mișcă sau în ce direcție.
În fizica clasică, putem descrie complet traiectoria unui obiect cunoscând poziția și viteza sa. În fizica cuantică, însă, acest lucru este imposibil. Dacă știm poziția exactă a unui electron, impulsul său devine incert și invers. Astfel, nu putem trasa o traiectorie clară — ideea de „traiectorie” parcursă în timp este iluzorie.
Această incertitudine nu este doar o limitare a instrumentelor noastre de măsură sau a cunoașterii noastre (o limitare epistemică), ci este un aspect structural al lumii cuantice. Această idee a fost consolidată de teorema Kochen-Specker (1967), care arată că nu este posibil, nici măcar în principiu, să atribui simultan valori precise tuturor proprietăților unui sistem cuantic.
(2) Contextualitatea și teorema Kochen-Specker - proprietățile depind de modul în care sunt măsurate
În lumea clasică, un obiect are proprietăți independente de modul în care îl privim. Dar în lumea cuantică, proprietățile depind de „contextul” în care sunt măsurate.
În mecanica cuantică, „contextul” înseamnă setul de măsurători compatibile între ele care sunt efectuate asupra unui sistem.
Teorema Kochen-Specker demonstrează că nu poți construi un model în care toate proprietățile unui sistem cuantic au valori bine definite, simultan și independent de modul în care sunt măsurate.
Teorema Kochen-Specker contrazice un principiu filozofic vechi: că orice obiect care are o proprietate „determinabilă” (de ex. culoare) trebuie să aibă o valoare „determinată” (de ex. roșu).
În mecanica cuantică, pot exista sisteme care au „culoare” în mod abstract, dar nu au o culoare anume până nu o măsori într-un anumit mod.
(3) Inseparabilitatea cuantică
Când două sisteme cuantice interacționează, ele pot deveni cuplate cuantic. Aceasta înseamnă că nu mai pot fi descrise independent unul de altul. Acest fenomen este cunoscut sub numele de „inseparabilitate cuantică”.
Inseparabilitatea cuantică duce la corelări surprinzătoare între proprietățile unor sisteme cuantice care nu sunt în contact, ceea ce a dus la faimosul experiment Einstein-Podolsky-Rosen (EPR), care a arătat că două particule separate în spațiu pot prezenta corelații care sfidează explicațiile clasice.
Albert Einstein, Boris Podolsky și Nathan Rosen au exprimat scepticism lor față de unele idei ale mecanicii cuantice (conceptele de superpoziție și inseparabilitate cuantică, primul sugerând că particulele pot exista în mai multe stări simultan, al doilea că starea unei particule poate fi instantaneu corelată cu starea altei particule, indiferent de distanța dintre ele) într-un celebru din 1935, sugerând că mecanica cuantică ar putea fi incompletă și că există „variabile ascunse” care, dacă ar fi cunoscute, ar oferi o descriere deterministă și completă a realității. Potrivit teoriei variabilelor ascunse, comportamentul aparent aleatoriu al particulelor cuantice este de fapt determinat de factori pe care încă nu îi cunoaștem.
Aceste corelații cuantice, așadar, par să implice o „acțiune la distanță” între particule aflate la distanțe mari — adică un fel de influență care se propagă instantaneu, contrar teoriei relativității, care interzice ca orice să depășească viteza luminii, c, în vid.
În unele interpretări, această inseparabilitate sugerează o viziune holistică asupra realității: întregul univers este fundamental, nu părțile sale. Proprietățile particulelor nu sunt „ale lor”, ci rezultă din starea întregului sistem.
(4) Indistinctibilitatea: particule fără identitate
O provocare și mai profundă apare când avem de-a face cu particule identice. În fizica clasică, dacă avem două bile identice, tot le putem numi „bila 1” și „bila 2”.
În fizica cuantică, două particule complet identice nu pot fi distinse în niciun fel. Nu există nicio caracteristică „individuală” care să le separe.
Această indistinctibilitate nu e doar o chestiune de necunoaștere. Este o caracteristică ontologică — adică ține de natura realității. Rezultatul este că distribuțiile posibile ale particulelor într-un sistem se modifică fundamental.
De exemplu, în statistica clasică (Maxwell-Boltzmann), două particule identice pot fi puse în două stări diferite în patru moduri distincte.
În schimb, în statistica cuantică (Bose-Einstein sau Fermi-Dirac) schimbarea locurilor dintre două particule nu duce la o nouă stare — pentru că nu există o identitate de particulă care să poată fi urmărită.
Acest lucru contrazice un principiu filozofic vechi: principiul identității indiscernabilelor (dacă două obiecte au exact aceleași proprietăți, atunci sunt același obiect, diferența numerică neavând bază în realitate).
În lumea cuantică, pot exista mai multe particule absolut identice, fără caracteristici care să le diferențieze, dar care totuși sunt entități distincte în sens numeric.
Ce mai înseamnă un „lucru distinct” în fizica cuantică?
Toate aceste fenomene — incertitudine, contextualitate, inseparabilitate și indistinctibilitate — subminează ideea că particulele cuantice ar fi obiecte distincte în sens clasic.
În filozofia clasică, poate exista o entitate unică, ce poate fi identificată, urmărită în timp și diferențiată de alte entități. El are o identitate sincronă (la un moment dat) și diacronă (de-a lungul timpului), proprietăți determinate și este „numerabil”.
În mecanica cuantică:
• identitatea sincronă este imposibilă (nu putem spune care particulă este care);
• identitatea diacronă este inexistentă (nu putem urmări o traiectorie clară);
• proprietățile nu sunt toate determinate;
• particulele nu pot fi numărate în mod clasic, întrucât nu pot fi reidentificate.
În plus, sistemele cuantice nu pot fi descrise de teoria mulțimilor tradițională (care presupune elemente distincte și identificabile).
Concluzie: sfârșitul ontologiei clasice?
Mecanica cuantică ne forțează să regândim ceea ce înseamnă „a exista”. În mod tradițional, vorbim despre „lucruri” — entități individuale, localizate, cu proprietăți clare. Dar lumea cuantică nu conține „lucruri” în acest sens.
Dacă vrem să înțelegem natura realității în lumina mecanicii cuantice, trebuie să renunțăm — sau cel puțin să reformulăm — categoria de „entitate distinctă”. Poate că nu lucrurile sunt fundamentale, ci relațiile, structurile matematice sau întregul sistem.
Fizica cuantică nu ne spune doar că lucrurile nu sunt ceea ce par — ne spune că „lucrurile”, ca idee, nu există.
Sursa: Quantum physics reveals there is no such thing as things de Olimpia Lombardi.
