A 20. század hajnalán a klasszikus mechanika tiszta atomisztikus és determinisztikus képe kissé zavarossá vált. Akkor kezdődtek a bajok, amikor a 19. század elején John Dalton angol vegyész ismét felfedezte Démokritosz atomelméletét. Az angol tudós elmélete, amely szerint minden gáz apró és oszthatatlan egyedi egységekből, úgynevezett atomokból áll, forradalmasította a kémiát. Diadala azonban rövid életnek bizonyult. Dalton elméletének közzététele után ötven évvel ugyanis a kísérletezők felfedezték, hogy az atomok nem oszthatatlanok, hanem még kisebb részecskékből állnak. És még ezek sem lehetnek a görögök által ismert végső „atomok”, mert ha a térben véges terjedelmek, akkor még tovább oszthatóknak kell lenniük.
És valóban, amikor már hatalmas kísérleti berendezések álltak a kutatók rendelkezésére, kiderült, hogy nemcsak az atomok, hanem még az atommagok is széthasíthatók.
A 19. századi atomnak és a 20. századi atommagnak a hasadásával több minden hullott részeire, nem csupán a fizikai anyag. A klasszikus természettudomány egész épülete megremegett. A korai 20. századi fizika kísérletei megdöntötték azt a nézetet, hogy a valóság egésze oszthatatlan
atomokból áll, de a fizikusok még nem tudtak javasolni helyette semmiféle hasonló egységes és értelmes fogalmat; magának az anyagnak a fogalma vált kérdésessé. Az atomok és az atommagok hasadásából keletkező szubatomi részecskék ugyanis nem úgy viselkednek, mint a hagyományos
szilárd testek: van bennük valami rejtélyes kapcsolat, valami határozatlansági tényező. Ráadásul ezek a parányok kettős természetek: egyszer hullámként, máskor részecskeként viselkednek.
Az 1920-as évekre a kutatók olyan új világgal kerültek szembe a kvantumfizika terén, amelyben a fizikai valóság furcsasága minden várakozást felülmúlt. Tér és idő ahelyett, hogy csupán szerény háttere lenne az anyagi atomok (vagy tömegpontok) érintkezésének, inkább bonyolult létezővé válik, mindkettő kölcsönhatásba lép a fotonokkal, elektronokkal, és valósággal behatol a fizikai jelenségek szövedékébe. A filozófusok és a filozofikusan gondolkodó tudósok számára úgy látszott, hogy maga a fizikai világegyetem anyagtalanná vált: Karl Popper szavaival élve az anyag inkább felhőszerű, mint sziklaszilárd.
Az 1920-as években kibontakozó kvantumfizikai forradalom sokkal mélyrehatóbb változásokat idézett elő, mint ami a századfordulón a relativisztikus fizikával történt. Einstein szemlélete megtartotta a newtoni fizikára jellemző egyértelmű leírást és az alapvető meghatározottságot. A
kvantumelmélet viszont elvetette az egyértelmű pályákat, és az anyagi valóság alapjaiba beépítette a valószín meghatározatlanságot. Így az anyag tartománya mind rejtélyesebbé vált. A tőlünk független valóság mintha szertefoszlott volna a kvantumfizikusok csodálkozó szeme előtt. Látva a
természet rejtélyeit, számos fizikus – Niels Bohr dán fizikussal az élen – úgy döntött, hogy nem töpreng tovább az általa megfigyelt független természetről – megfigyelései tárgyát pusztán „jelenségeknek” tekinti.
Minden jelenség, ahogy Werner Heisenberg német fizikus észrevette, nem a természet „műve”, hanem csupán a tudomány „szövete”. „Az atomfizikusnak – mondta Heisenberg – meg kell elégednie azzal, hogy tudománya csak egyetlen szem az ember és a természet közötti vita végtelen láncolatában, csak egyszerűen a természetről »önmagában« nem is beszélhet”. Függünk a nyelvtől, helyeselt Bohr, „a fizika arról szól, amit mondani tudunk a természetről”. Sir Arthur Eddington szerint a fizika külső világa árnyékvilággá alakult. „Semmi sem valódi – írja -, még saját feleségünk sem.”
A kvantumfizika abba a hitbe ringatja a tudóst, hogy felesége csupán meglehetősen bonyolult differenciálegyenlet. (Eddington azonban hozzátette, hogy az ember elég tapintatos ahhoz, hogy ezt’ a véleményét a családi életben nem nagyon hangoztatja.)
Bár nem ajánlatos a laboratóriumi megfigyeléseken túli valóság természetéről gondolkodni, egyes kutatók tovább merészkedtek. Úgy gondolták, hogy az a világ, amelyre a tudomány nyelvezete és
„szövegtartalma” vonatkozik, inkább mentális, mint materiális (inkább szellemi, mint anyagi).
„Durván megfogalmazva a következtetést – mondta Eddington -, az a valami, amiből a világ áll, inkább szellemszerű, mint anyagszerű.” Sir James Jeans így érvelt: „…a valószínű okoskodás különböző darabjainak együttes bizonyítékai egyre valószínűbbé teszik, hogy ez a valóság inkább
tekinthető szelleminek, mint anyaginak… az univerzum valahogyan jobban hasonlít egy hatalmas gondolathoz, mint egy hatalmas géphez.”
Heisenberg sajnálkozva beszél „Démokritosz filozófiai tanításának” tévedéséről. Szerinte a világ inkább matematikai, mint anyagi szerkezet; nem érdemes azt kérdezni, hogy a matematikai fizika képletei – önmagukon túl -mire vonatkoznak. Ahogyan Platón az ókori görög természetfilozófusok materializmusát a formák és ideák elvont világában oldotta fel, a klasszikus mechanika határozott világa a matematikai fizika bonyolult képleteiben tűnt el.
A kutatók nemcsak az alapvető létezőket nem tudták azonosítani, amelyek a nyilvánvaló jelenségek sokfélesége mögött rejlenek, de még azt sem tudták eldönteni, hogy ilyen létezők vannak-e egyáltalán a természetben. Nyilvánvaló, hogy sem a démokritoszi atom, sem a newtoni tömegpont nem a fizikai valóság végső alapja. Wigner Jenő magyar származású amerikai atomfizikus megfogalmazása szerint a modern kvantumfizikának meg kell elégednie azzal, hogy sokkal inkább „megfigyelésekkel” dolgozik, mintsem a „megfigyelhetőkkel”. A fizikusok le tudják írni, amit észlelnek, de észleléseiket nem tudják ilyen jól valódi dolgokra vonatkoztatni, amelyek a
megfigyeléstől függetlenül léteznek.
Ez a helyzet nem volt szerencsés, és nem is fogadta el mindenki. Azok a kérdések, melyekkel a
kvantumfizikusok a laboratóriumokban szembesültek, a modern tudomány történetének leghíresebb és legmélyebben szántó vitáját váltották ki a fizikai valóság természetéről. 1927-1933 között Albert Einstein és a kvantumfizika megalapozója, a dán fizikus, Niels Bohr találkozott, majd hosszan levelezett a zavaró megfigyelések értelmezéséről. Einstein nem tudta elfogadni azt a sajátos határozatlanságot, amely az elemi részecskék viselkedését jellemezte; egymás után talált ki ún. gondolati kísérleteket annak kimutatására, hogy a kvantumelmélet – az akkori megfogalmazásban – logikailag következetlen. Bohr viszont elutasított minden olyan értelmezést, amely túlment a tényleges megfigyelések határán.
A dán fizikus szerint a természet nemcsak annak szabott abszolút határt, ami mérhető és megfigyelhető, hanem annak is, amiről egyértelműen lehet beszélni.
Einstein egyetértett a Heisenberg-féle határozatlansági elvvel – nevezetesen, hogy egy elemi részecske helyzete és lendülete (impulzusa) nem mérhető meg egyidejűleg -, de azt már nem fogadta el, hogy ez annyit jelentene, miszerint az elemi részecskéknek egyáltalán nincs határozott helyük és lendületük. Bohr épp az ellenkezőjét állította: szerinte nincs értelme beszélni egy adott pályájú részecskéről, ha hiányzik a megfigyelő vagy az eszköz ennek a „feljegyzésére”. Ez viszont Einstein számára volt elfogadhatatlan. „Ha egy személy, mondjuk egy egér, nézi a világot, vajon
megváltozik-e ettől a világ állapota?” – kérdezte Einstein John Wheeler amerikai fizikus relativitáselméleti szemináriumán Princetonban. „Ezt a gondolatot tűrhetetlennek találom” – írta korábban Max Bornnak. Ha a mai értelmezés helyesnek bizonyulna, folytatta, „akkor inkább lennék cipész vagy egy játékbarlang alkalmazottja, mint fizikus”.
Einsteinnel folytatott párbeszéde végén Bohr már csak a „kvantumjelenség” kifejezésre szorítkozott. Amint John Wheeler amerikai fizikus később rámutatott, ez a kifejezés rendkívül jelentős. Azt sugallja, hogy amikor egy részecskéről beszélünk, nem egy önálló, a megfigyelőtől független valóságról van szó. Semmi alapunk sincs arra, hogy azt állítsuk, milyenek a részecskék, vagy mit csinálnak a kibocsátás és a beérkezés két megfigyelt jele között. Ami közben történik, Wheeler szemléletes kifejezésével, csupán olyan, mint egy „nagy ködös sárkány”. Tisztán látszik a farka, ahol a részecske kilépett, meg a szája, amellyel beleharap az érzékelőbe, de teste a kettő között csak ködbe vész. „A kvantumjelenség – mondta Wheeler – ebben a furcsa világban a legfurcsább jelenség.”
A legtöbb mai kvantumfizikus elfogadja azt az összes jelenség közt legfurcsábbat, hogy összes képletük – híres kutatók három nemzedékének büszkesége – elvégzi a rábízott feladatot.
Ha a kutatás az alapvető képletek érvényességének megkérdőjelezését vonja maga után, a fizikusok rendszerint nem mernek a mélyebb valóság után kutatni. Mintegy húszévnyi kutatás és keresés után ma a kvantumelmélet voltaképpen azzal dicsekedhet, hogy egyszerre elképesztően sikeres és kétségbeejtően zavaros.
Az atomméret alatti világ kutatásában fizikusok ezrei használták már szinte minden elképzelhető kísérletben, és feltűnően következetesnek bizonyult. Ugyanakkor nagy hiányokat mutat azoknak az ismereteknek a területén, amelyeket minden egészséges elme a megfigyelőtől független valóságként fogad el.
Egyrészt például a kvantumelmélet nem tudja leírni a mindennapi tárgyak alapvető alkatrészeit e tárgyakban lévő elemekként. Józan ésszel elképzelhetetlen valószínűségi létezőkről beszél, amelyek egyazon időben vannak jelen egy adott helyen, és amelyek nem mások, mint hullámok vagy részecskék, attól függően, milyen kérdést teszünk fel nekik – és milyen a kölcsönös kapcsolatunk velük. Másrészt a kvantumelmélet nem ad magyarázatot egyik legalapvetőbb megérzésünkre: hogy az idő visszafordíthatatlan.
A kvantumegyenletek keretében az idő visszafordíthatatlansága kísérteties rémálom, mégpedig – Neumann János nézete szerint – mérési tevékenységünk következménye. Az atomméret alatti világban Erwin Schrödinger-nek a részecskék kvantumállapotára vonatkozó egyenletei nem tudják megkülönböztetni a múltat és a jövőt, ahogy erre Newton mozgásegyenletei sem képesek a makroszkopikus testek és folyamatok esetében. Az idő csak akkor lép be a kvantumelmélet matematikájába, amikor a részecskék lényegileg valószínű, de úgyszólván elképzelhetetlen állapota átmegy egy olyan határozott állapotba, amely már ismerős számunkra a valósággal fenntartott mindennapi kapcsolatai alapján – vagyis amikor a józan észnek ellentmondó, egymásra rakódó hullámjelleg „összeomlik”, és egy józan ésszel meghatározható állapotba kerül. De ez az összeomlás – a józan ésszel ellentétes, egymás fölé rakódó (szuperponált) valószínűségek sorával együtt – nem a megfigyelésünktől független valóság arculata: ezt a valósággal való kölcsönhatásunknak kell tulajdonítanunk.
– Neumann János szerint azért, mert mi mérjük a részecskét, Wigner Jenő szerint pedig azért, mert a részecskéről szerzett ismereteink kölcsönhatásba lépnek a részecskével.
László Ervin
