Helsingin yliopiston Fysiikan laitoksen dosentti Eero Rauhalan esitelmä
Helsingin yliopiston Fysiikan laitoksen dosentti Eero Rauhalan esitelmä
22.4.2008 Kirkkonummen koulukeskuksessa, järjestäjänä Tähtitieteellinen
yhdistys Kirkkonummen Komeetta ry. Esitelmällä oli 70 kuulijaa. Esitelmän
rahoitti Helsingin yliopiston Vapaan sivistystyön toimikunta.
Klikkaa kuvaa!
Eero Rauhala esitelmöi Kirkkonummella. Kuva Seppo Linnaluoto.
——————————-
Eero Rauhala:
Luonnontieteiden ehkä arvostetuimmassa julkaisusarjassa Nature lehdessä,
tasan vuosi sitten, viime vuoden huhtikuun numerossa julkaisivat Simon Gröblacher ja ryhmä muita Wienin yliopiston fysiikan laitoksen tutkijoita
artikkelin An experimental test of non-local realism eli vapaasti suomennettuna
Ei-paikallisen realismin kokeellinen testi . Tämä
Anton Zeilingerin johtama tutkijaryhmä on viime vuosina
saavuttanut julkisuutta kokeillaan, joissa tutkitaan kvantti-ilmiöiden
ja makroskooppisten ilmiöiden yhteyttä. Kesäkuussa viime vuonna
heiltä ilmestyi samoin Nature lehdessä (Rupert Ursin ym.,
Nature Physics 3, 481 – 486
(2007) ), yhdessä saksalaisten, hollantilaisten, englantilaisten ja
italialaisten tutkijoiden kanssa havaintoja ns. kvanttikietoutuneiden fotonien
teleportaatiosta 144 km:n etäisyydellä. Wienin tutkijaryhmän
eräs aikaisempi huomiota herättänyt koe osoitti suuren, jopa
70 hiiliatomin Fulleriini-molekyylin aaltoluonteen kahden raon kvantti-interferenssikokeessa.
Klikkaa kuvaa!
Eero Rauhalalle esitettiin esitelmän jälkeen kysymyksiä.
Kuva Seppo Linnaluoto.
Vuonna 1935 ilmestyi The
Physical Review lehdessä Albert
Einsteinin, Boris Podolskyn ja Nathan Rosenin kuuluisa artikkeli Can Quantum-Mechanical Description of
Physical Reality be Considered Complete?” eli suomeksi Voiko fysikaalisen todellisuuden kvanttimekaanista
kuvausta pitää täydellisenä? . Artikkelissa kirjoittajat esittivät
ajatuskokeen, jonka mukaan kvanttimekaniikka ennustaa esimerkiksi tietynlaisille
hiukkasten kvanttiloille voimakkaan korrelaation – ne ovat toisin sanoen yhteydessä
toisiinsa – vaikka hiukkasia havaittaisiin kaukana toisistaan ilman, että
ne voivat tavanomaisessa mielessä mitenkään vaikuttaa toisiinsa.
Tähän ajatuskokeeseen perustuu ns. EPR-paradoksi.
Juuri tämän artikkelin ajatuskoetta ja siihen liittyvää
todellisuuskäsitystä on nyt siis kokeellisesti testattu mm. juuri
edellä mainitun Wienin tutkijaryhmän toimesta 70 vuotta myöhemmin.
Mitä nämä kokeelliset fysiikaaliset tutkimukset oikein
merkitsevät, miten ne liittyvät toisiinsa ja mitä niistä
seuraa, ja erityisesti, mikä on näiden tutkimustulosten yhteys filosofian
ja metafysiikan perimmäisiin kysymyksiin, voivatko ne kertoa jotakin todellisuuden
luonteesta? Kun puhutaan todellisuudesta, tarkastellaan ihmisen suhdetta maailman.
Silloin paitsi maailma, myös ihminen itse joutuu tarkastelun kohteeksi.
Tämäntapaiset kysymykset ovat meidän tämän illan aiheemme.
Fysiikan piirtämää kuvaa todellisuudesta pidetään
usein universaalina ja kaikenkattavana. Se käsittää niin pienten
hiukkasten ja atomien mikromaailman kuin makromaailman, johon kuuluvat mm. meille
tutut arkipäivän tapahtumat, mutta myös tähtien, galaksien
ja universumin kosmiset prosessit. Fysiikan pääalueita ovat mm. mekaniikka,
termodynamiikka, sähkömagnetismi, atomi-, ydin- ja hiukkasfysiikka
jne. Fysiikan tutkimuksen kohteena olevat perusoliot ovat hiukkasia, aaltoja,
kenttiä, jne. Fysiikan eri aloja koskevat teoriat pyrkivät kuvaamaan
ja selittämään ilmiöitä ja tapahtumia. Suuria modernin
fysiikan pääteorioita ovat kvanttiteoria ja suhteellisuusteoria, jotka
molemmat ovat syntyneet viimeksi kuluneiden 100 vuoden aikana. Näiden pääsuuntauksien
erilaisina osina ja yhdistelminä fysiikka on eriytynyt kymmeniin tai satoihin
eri tutkimusaloihin ja tuottanut valtavan määrän erilaisia teorioita.
Monet muut tieteet, kuten vaikkapa tähtitiede tai kemia, käyttävät
laajasti fysiikan menetelmiä ja teorioita. Eräs aivan uusi fysiikan
ala on laskennallinen fysiikka. Tietokoneiden kehitys on viime vuosina
tehnyt mahdolliseksi fysikaalisten prosessien simuloinnin
ennenäkemättömällä, jatkuvasti paranevalla tarkkuudella
ja teholla. Laskennassa käytetään usein ns. first principles menetelmiä. Näissä laskennallisissa
menetelmissä voidaan pyrkiä soveltamaan, tavallisessa fysiikan tutkimuksessa
käytettyjen approksimatiiviisten
menetelmien sijaan, laskennallisesti
vaativia fysiikan kaikkien perimmäisimpiä periaatteita ja tutkimaan,
mitä niiden soveltamisesta seuraa.
Fysiikkaa pidetään empiirisen, havaitsevan tieteen mallina. Fysiikan ns. tieteellistä
menetelmää (scientific method) pidetään tieteellisen tutkimusasenteen ideaalina. Tieteellisessä
tutkimusmenetelmässä havainnot ja kokeet ymmärretään
kaiken tiedon perustaksi. Niiden avulla pyritään löytämään
invariansseja – kokeissa muuttumattomia ilmiöiden
ominaisuuksia – joista pyritään abstrahoimalla luomaan malleja ja
teorioita. Teorioita käytetään ennustamaan tutkittavien systeemien
käyttäytymistä uusissa tilanteissa. Ennusteita voidaan sitten
jälleen testata uusista kokeista saatavilla havainnoilla. Jos teoria tuottaa
havainnoissa verifioituvia ennusteita, katsotaan teoria käyttökelpoiseksi
ja sen kuvailua ja ilmiöiden selitystä oikeaksi. Vakiintuneita ja
monilla tavoin verifioituja, laajoja teoreetttisia rakennelmia kutsutaan luonnonlaeiksi.
Tieteelliseen tutkimusasenteeseen katsotaan myös liittyvän
reduktion periaatteen: monimutkaisemman systeemin kuvaus ajatellaan
voitavan palauttaa sen osien kuvaukseen. Siten esim. kemiallisten vuorovaikutusten
ajatellaan seuraavan molekyylien ja niiden osien, atomien, sähköisistä
ominaisuuksista. Sähköilmiöt vuorostaan palautuvat varauksellisten
hiukkasten ominaisuuksien kuvailuun. Kaikki aine muodostuu molekyyleistä
ja atomeista, nämä puolestaan elektroneista ja ytimistä, ytimet
kvarkeista jne. Tähtien ja galaksien liikkeen katsotaan seuraavan niiden
osien aiheuttamasta gravitaatiovuorovaikutuksesta. Tähtien ominaisuuksien
uskotaan suurelta osin palautuvan atomien, plasman, ytimien ja alkeishiukkasten
jne. ominaisuuksiin. Reduktionistisissa lähestymistavoissa erotetaan usein
erilaisia asteita, puhutaan mm. vahvasta ja heikosta reduktiosta.
Toisaalta reduktioperiaatteen ei tieteessäkään katsota
yksin riittävän. Monimutkaisemmissa systeemeissä ilmenee uusia,
emergenttejä ominaisuuksia, joita ei voi ennustaa systeemin
osien ominaisuuksista. Siten klassisessa fysiikassakaan esim. kenttäteorioissa
ei tarkasteluja palauteta atomaarisiin tapahtumiin, vaan todellisuutta kuvataan
jo James Maxwellin sähködynamiikassa äärettömän
kauas ulottuvien kenttien avulla. Kenttien lähteinä toimivat esim.
varaukset, joiden vuorovaikutuksia kentät välittävät. Kenttien
ajatellaan kuvaavan todellisuuden ominaisuuksia, jotka eivät palaudu esim.
hiukkasten ominaisuuksiin. Siten vaikkapa aaltomallin mukaisessa kuvailussa
valo ja sähkömagneettinen säteily yleensä ovat sähkömagneettisen
kentän värähtelyn ylläpitämää aaltoliikettä.
Luonnontieteiden tieteenfilosofiana pidetään yleensä
ns. analyyttistä filosofiaa
tai loogista empirismiä.
Tavallisesti omaksutun ns. tieteellisen
realismin kansantokannan
mukaan havainnot kertovat havaitsijasta riippumattomasta objektiivisesta todellisuudesta ja teoriat kuvaavat ja selittävät oikein, tarkoin ja täydellisesti
tämän todellisuuden ilmiöitä, tapahtumia ja prosesseja.
Fysikaalinen todellisuus on sitä ja vain sitä mitä fysiikan tutkimuksen
tulokset meille maailmasta paljastavat.
Fysikaalinen todellisuus on siten laaja tutkimustulosten, mallien ja teorioiden kokonaisuus.
Tämä todellisuuskuva muuttuu ajan mukana, siihen tulee uusia komponentteja
ja siitä poistuu vanhoja. Siihen sisältyvät tärkeänä
osana myös esimerkiksi käsitykset valon nopeuden invarianssista, alkuräjähdyksestä,
maailmankaikkeuden kehityksestä, pimeästä aineesta ja energiasta,
Higgsin hiukkasista, jne., toisin sanoen mm. suhteellisuusteorian, tähtitieteen
ja kosmologian viimeisimmät havainnot ja niitä selittävät
mallit ja teoriat, jne. Kriittinen
realisti uskoo, että
vaikka tämä käsitys todellisuudesta on aina puutteellinen, se
parantuu ja täsmentyy lähestyen lopulta oikeaa kuvaa todellisuudesta.
Fysiikan tarjoama maailmankuva on tavallisesti merkittävänä
osana käsityksessämme todellisuuden luonteesta sen yleisimmässäkin
merkityksessä. Nykyhmisen maailmankuvaan katsotaan kuuluvan tieteellinen
käsitys mikromaailmasta ja kosmoksesta. Usein puhutaan ns. tieteellisestä maailmankuvasta, jonka eräänä tärkeänä
komponenttina on juuri fysiikan kuva todellisuudesta. Tähän maailmankuvan
eri komponentteja on tässäkin luentosarjassa ansiokkaasti esitelty
kymmenien eri tutkijoiden toimesta.
Puhe fysikaalisesta todellisuudesta pitää toisaalta implisiittisesti
sisällään myös ajatuksen ei-fysikaalisesta todellisuudesta. Mitä kaikkea todellisuuden piiriin ja sen perimmäiseen
olemukseen yleensä kuuluu, siitä on filosofiassa monenlaisia käsityksiä.
Erään usein käytetyn jäsentelyn on esittänyt Karl Popper, joka sanoo todellisuuteen kuuluvan kolme maailmaa:
Maailma 1 on fysikaalinen maailma, maailma 2 on ihmisen mentaalinen tai psyykkinen
maailma ja maailma 3 ihmisten toimintojen ja kulttuurin luomat objektit. Fysikaalisen
lähestymistavan ajatellaan olevan riittämätön juuri maailmoissa
2 ja 3, esim. kulttuurin tai ihmisen tietoisuuden tarkasteluissa. Paitsi fysikaalisella
todellisuudella, myös maailmoilla 2 ja 3 on usein merkittävä
asema ihmisen maailmankuvassa ja hänen käsityksessään todellisuuden
perimmäisestä olemuksesta.
Vaikka fysikaaliseen todellisuuteen kuuluu koko fysiikan kenttä,
fysikaalisen todellisuuden perustana pidetään kuitenkin tavallisesti
käsitystä siitä mikä aineen perusluonne on. Kun kaikki aine
koostuu molekyyleistä, atomeista ja hiukkasista, ajatellaan mikromaailman olioiden ja niihin liittyvien tapahtumien ja ilmiöiden
reduktion periaatteen mukaan viime kädessä olevan aineen kaikkien
ominaisuuksien, rakenteen ja siis myös fysikaalisen todellisuuden perusta.
Paitsi maailmankuvaamme, fysiikka liittyy myös konkreettisesti
meidän kaikkien jokapäiväiseen elämäämme. Liioittelematta
voidaan sanoa, että mikromaailman ilmiöiden fysikaalinen ymmärtäminen
ja hallinta on synnyttänyt koko nykyaikaisen teknologian. Ilman kvanttifysiikkaa
meillä ei olisi esimerkiksi nykyaikaista tietotekniikkaa, ei tietokoneita,
internettiä, matkapuhelimia eikä taulutelevisiota. Nautimme jatkuvasti
monin tavoin mm. kvanttifysiikan kiistämättömistä saavutuksista.
Viimeaikaisimpia kvanttifysiikan sovellutusaloja ovat mm. kvanttilaskenta,
kvanttitietokoneiden kehittäminen ja kvanttikryptografia.
Minkälainen sitten on tämä mikromaailman todellisuus? Kvanttifysiikka on fysiikan ala ja kvanttimekaniikka teoria, joka käsittelee mikroskooppisen
maailman tapahtumia. Sen perusolioita ovat hiukkaset ja aallot. Kvanttimekaniikka
poikkeaa monella tavoin tavallisesta klassisesta mekaniikasta. Klassinen mekaniikka
Isaac Newtonin, Joseph-Louis Lagrangen ja William Hamiltonin mekaniikka – toimii hyvin mm. jokapäiväisessä
arkielämässä tai vaikkapa vielä aurinkokunnan planeettojen
liikeiden ennustamisessa. Mutta se ei ole enää käyttökelpoinen
kaikkein pienimpiä hiukkasia kuvattaessa eikä se enää oikein
hyvin toimi kosmisessa mittakaavassakaan. Kvanttimekaniikka sen sijaan toimii
mikromaailmassa erinomaisesti, esimerkiksi kvanttisähködynamiikkaa (quantum electrodynamics, QED) pidetään yhtenä fysiikan
tarkimpana teoriana, sen avulla voidaan tehdä ennustuksia, joita kokeissa
voidaan varmentaa hämästyttävällä tarkkuudella.
Klassisesta mekaniikasta kvanttimekaniikka eroaa perustavasti mm.
siinä, että kvanttimekaniikan mukaan pienten hiukkasten tai hiukkassysteemien
energia on kvantittunut, hiukkasten energioilla on pienin jakamaton
osa, kvantti. Hiukkassysteemi voi ottaa vastaan tai lähettää
energiaa vain kvanttien monikertoina, ei jatkuvasti mitä tahansa energia-arvoja.
Monet muutkin hiukkasten ominaisuudet ovat kvantittuneita. Tämä on
lyhyesti Max Planckin v. 1900 esittämän kvanttihypoteesin sisältö, josta kvanttimekaniikan kehityksen katsotaan alkaneen.
Toinen kvanttimekaniikan perusominaisuus liittyy hiukkasten kahdenlaiseen
luonteeseen. Kun makromaailman kappaleiden tutkimisesta siirrytään
mikromaailman hiukkasiin, hiukkasten olemus muuttuu. Sen mukaan minkälainen
koe järjestetään, hiukkaset ilmenevät kokeessa joko aaltoina
tai hiukkasina. Tätä tarkoittaa kvanttimekaniikan aalto-hiukkas dualismi. Koska kaikki hiukkaset ovat siten myös aaltoja, niillä
on aaltojen ominaisuuksia. Kuten esim. vesiaallot, ne voivat kulkea toistensa
läpi, vahvistaa tai heikentää toisiaan yhteen osuessaan, niitä
ei voida rajata täsmälleen tiettyyn paikkaan tietyllä hetkellä,
jne.
Kvanttimekaniikka on matemaattinen teoria, jossa hiukkasiin liittyviä
aaltoja kuvataan aaltofunktioiden avulla. Näitä aaltofunktioita
osataan käsitellä täsmällisesti matemaattisen symbolisen
formalismin avulla. Aaltofunktioita ei sinänsä voida havaita. Hiukkasten
havaittavia ominaisuuksia kuvataan aaltofunktioista laskettavilla todennäköisyysaalloilla. Hiukkasiin liityvillä tapahtumilla
on tiettyjä tarkasti ennustettavia todennäköisyyksiä, mutta
esim. yksittäisen hiukkasen liikettä ei voida ennustaa. Tätä
tarkoitetaan puhuttaessa kvanttimekaniikan indeterminismistä.
Vaikka kvanttimekaniikka teoriana on hyvin hallittu, toimiva, ristiriidaton,
yleisesti hyväksytty ja mikromaailman ilmiöiden käsittelyssä
välttämätön ja yksinomaan käytetty, on kvanttimekaniikan
tulkintaan heti alusta alkaen liittynyt eräs suuri vaikeus. Se toimii erinomaisesti
instrumentalistisessa mielessä tutkimusvälineenä,
antaa oikeita ennusteita ja johtaa käyttökelpoisiin sovelluksiin,
mutta kertooko se tieteellisen realismin mielessä jotakin fysikaalisesta
todellisuudesta?
Kvanttimekaniikan maailma on monella tavoin uusi, outo ja vieras.
Mitä ovat kvanttimekaniikan perusoliot? Arkielämässä olemme
tottuneet hiukkasiin ja aaltoihin, jotka ovat selvästi eri olioita. Makroskooppiset
kappaleet ja hiukkaset ovat tietyssä paikassa, niillä on ulottuvuus
ja massa, ne voivat törmätä toisiinsa, jolloin niiden suunta,
rata, nopeus, jne. muuttuvat. Aalloilla ei ole mitään näistä
ominaisuuksista. Mikromaailman oliot, joita kvanttimekaniikka kuvaa, näyttäisivät
kuitenkin olevan molempia. Täten esim. valo ilmenee yhtäältä
valohiukkasina, fotoneina,
valokvantteina, tai toisaalta
sähkömagneettisen kentän aaltoliikkeenä.
Kvanttimekaniikkaa yritetään tavallisesti ymmärtää
ns. Kööpenhaminalaisen
tulkinnan pohjalta, joka
on lähtöisin erityisesti Niels
Bohrin, mutta myös Werner Heisenbergin ja muiden kuten Wolfgang
Paulin, Luis De Broglien, Max Bornin, Erwin Schrödingerin Kööpenhaminassa, Berliinissä
ja Göttingenissä 1900 luvun alussa vaikuttaneiden kvanttimekaniikan
perustajien ja kehittäjien ajatuksista. Berliinissä
vuoropuheluun osallistui merkittävästi myös mm. Albert Einstein.
Mitä Kööpenhaminalainen
tulkinta sisältää,
siitä ei kuitenkaan edelleenkään olla yleisesti yhtä mieltä.
Se on eri tutkijoiden eri tavoin muotoilema kuvaus kvanttimekaniikan todellisuuskuvasta.
Se sisältää yleensä ajatuksen, että meidän arkielämästämme
peräisin oleva kuva todellisuudesta ei enää ole riittävä
näiden ilmiöiden käsittelyyn. Kun kuvaamme kvanttimekaniikalla
mikromaailman ilmiöitä joudumme näennäiseen ristiriitaan
aalto- ja hiukkaskuvailuun
siksi, että olioiden perusluonne
on jotakin, jota me emme voi tavoittaa. Tämä oli Bohrin komplementaarisuuden perusidea.
Toinen kvanttimekaniikan tulkinnan peruspiiirre oli, että havaitsevan
subjektin ja havainto-objektin välinen ero nähtiin ongelmalliseksi.
Ei ole mahdollista erottaa havaitsijaa ja todellisuutta toisistaan. Ihminen
ei ole vain sivusta seuraava
havaitsija (detached observer)
vaan aktiivinen muokkaaja ja toimija maailmassa. Todellisuuden perimmäistä
luonnetta ja sen objektiivista ihmisestä riippumatonta asemaa ei enää
voinut pitää itsestään selvänä.
Mittauksen ongelma on keskeinen kvanttimekaniikan perusteisiin liittyvä
periaatteellinen vaikeus. Mittaus edellyttää mittalaitteiston ja havainto-objektin
vuorovaikutusta. Mittaustulos ei kuitenkaan anna olioiden ominaisuuksia mittauksesta
riippumattomina, sillä mittaukseen liittyvä vuorovaikutus häiritsee
mitattavaa systemiä. Häiriö on aina vähintään
yhden kvantin suuruinen. Jos mitattavat suureet ovat samoin kvanttien suuruisia,
ei havainto-objektin tilasta ennen mittausta voida sanoa mitään. Olio
sinänsä mittauksesta riippumattomana jää tavoitamatta. Havaitseva
subjekti siis vaikuttaa havaintotulokseen, eikä realismin edellyttämää
havaitsijasta riippumatonta mikrosysteemin tilaa voi mitata. Edelleen, havainto-objekti
on mikrosysteemi, jonka kuvaus on mahdollista vain kvanttimekaniikan kielellä,
laitteisto tai viimeistään havaitseva subjekti on makrosysteemi, jonka
kvanttimekaaninen kuvaus ei ole mahdollinen. Miten siirtymä kuvauskielestä
toiseen voisi tapahtua? Aalto , hiukkanen , rata , jne. ovat ihmisen luomia käsitteitä, joilla ei ehkä
olekaan vastinetta todellisuudessa.
Kööpenhaminalaisen kvanttimekaniikan eräs keskeinen
prinsiippi on Heisenbergin
epätarkkuusrelaatio.
Sen lähtökohta on dualismin herättämä kysymys: Jos
hiukkanen on myös aalto, mitä voidaan sanoa sen samanaikaisesti mitattavista
paikasta ja nopeudesta (liikemäärästä)? Heisenberg osoitti,
että näiden suureiden samanaikaisten mittausten tarkkuudella on raja.
Itse asiassa epätarkkuus ei koske vain mittauksia, vaan tietoa yleensä:
näiden suureiden samanaikaisia arvoja ei voida tietää rajattomalla
tarkkuudella vaikka käytössä olisivat äärettömän
tarkat mittalaitteet.
Kaksoisrakokoetta
pidetään malliesimerkkinä kvanttimekaanisesta mittauksesta. Muutama
vuosi sitten fysiikan julkaisusarjan Physics
Today lukijat äänestivät
kaksoisrakokokeen kaikkien aikojen merkittävimmäksi kokeeksi fysiikassa.
Kokeen esitti Robert Young jo vuonna 1801, mutta kuuluisa kokeesta
tuli vasta kvanttimekaniikan yhteydessä 100 vuotta myöhemmin. Koejärjestelyn
periaate on seuraava: Annetaan valon kulkea vajostimessa olevan kapean raon
läpi. Tämä valo pannaan sitten kulkemaan vielä uudessa varjostimessa
olevien kahden kapean raon läpi ja tarkastellaan näiden rakojen läpi
kulkenutta valoa kolmannella varjostimella. Tällä varjostimella nähdään
rakojen kuvana valoisia juovia. Juovien välissä on tummempia alueita.
Juovia on kuitenkin useampia kuin kaksi. Tämä ilmiö voidaan selittää
valon aaltoluonteen avulla. Sama havaitaan vaikkapa vesiaalloilla: aallot taipuvat
raoissa myös sivulle ja joissakin suunnissa raoista katsoen raoista tulevien
aaltojen huiput osuvat varjostimella yhteen. Tähän kohtaan tulee valoisa
juova. Toisissa suunnissa yhteen osuvat toisen aallon huippu ja toisen aallon
pohja, jolloin aallot sammuttavat toisensa. Tässä kohdassa on tumma
juova. Ilmiötä kutsutaan interferenssiksi ja se on aaltoliikkeen yleinen ominaisuus
ja tunnusmerkki klassisessakin fysiikassa.
Kun valo tuottaa kokeessa interferenssikuvioita, on se selvä
osoitus kokeessa ilmenevästä valon aaltoluonteesta. Kvanttimekaniikan
pohjalta voi herätä kuitenkin kysymys: jos hiukkasilla on aaltoluonne
hiukkasiin liittyviä aaltoja kutsutaan De Broglien aineaalloiksi voisiko kaksoisrakokokokeen interferenssi-ilmiö näkyä
myös hiukkasilla? Kyllä voi: ammutaan hiukkasia, esim. elektroneja
tai protoneja kahteen kapeaan rakoon ja rakojen takana varjostimella nähdään
jälleen interferenssikuvio. Siis hiukkaset ovat myös aaltoja. Entä
kuinka monta hiukkasta tarvitaan, että eri raoista kulkevat hiukkaset saavat
aikaan interferenssin? Tehdään uusi koe, jossa rakoihin ammutaan aina
vähemmän ja vähemmän hiukkasia kerrallaan? Lopulta ammutaan
vain yksi hiukkanen kerrallaan. Jos vain yksi rako on auki, ei interferenssiä
synny, mutta heti kun toinenkin rako avataan, havaitaan interferenssikuvio.
Yksi hiukkanen kulkee siis molempien rakojen kautta! Eikä tässä
kaikki: interferenssikuvion häviämiseksi riittää, että
rakoihin asetetaan ilmaisin, joka kertoo että raosta kulkee hiukkanen.
Elektroni ei siis halua meidän tietävän kummasta raosta se kulkee,
vaan haluaa meidän uskovan, että se kulkee molempien rakojen kautta
yhtäaikaa, kuten aalto. Interferenssikuvio varjostimella, esim. valokuvauslevyllä
tai hiukkasilmaisimessa, muodostuu jälleen yksittäisistä osumakohdista,
siis hiukkasista.
Viime aikoihin asti on uskottu, että kvantti-interferenssi ilmenee
kokeissa vain riittävän pienillä, korkeintaan atomin suuruusluokkaa
olevilla hiukkasilla. Kuten esitykseni aluksi kerroin, Anton Zeilinger on tutkijaryhmineen
viime vuonna tehnyt Wienissä kokeen, jossa 70 hiiliatomin fullereenimolekyyli
tuottaa kaksoisrakokokeessa edellä kuvatun kvantti-interferenssin. Fullereeni
on ns. nanoputkien ja muiden hiilinanorakenteiden peruskomponentti.
Zeilingerin mukaan näyttäisi siltä, että periaatteessakaan
ei olisi rajaa, kuinka suurilla hiukkasilla kvantti-interferenssi voitaisiin
havaita. Mitä suurempi hiukkanen, sitä vaikeampaa kokeen suorittaminen
vain on käytännössä: sitä pienempiä ovat hiukkaseen
liittyvät De Broglien aineaallot, sitä kapeampia rakoja vaaditaan,
sitä vaikeampi on säilyttää hiukkasen eri osien eräänlainen
yhtenäisyys, ns. koherenssi, jne.
Aluksi mainittu EPR paradoksi liittyy toiseen kvanttimekaniikan
peruskokeeseen. Kokeesssa ilmenee ns. kvanttiteleportaatioilmiö, hiukkasten ominaisuuksien kaukosiirto.
Einstein, Podolsky ja Rosen esittivät vuonna 1935 julkaistussa artikkelissa
ajatuskokeen, joka seuraa jos kvanttimekaniikan formalismia sovelletaan yhteenkytkettyihin,
ns. kvanttikietoutuneisiin (quantum entangled) hiukkasiin. Tarkastellaan
hiukkasia tai yksittäisiä fotoneja, valokvantteja, jotka synnytetään
tietyllä tavalla, siten että niiden tietyt ominaisuudet ovat toisiinsa
kytkettyjä. Esim. laserin valon fotonit voivat olla kvanttikietoutuneita.
Tällaisia yhteenkytkettyjä ominaisuuksia voivat olla esim. valon polarisaatio tai hiukkasen spin. Polarisaatio liittyy aaltoliikkeen värähtelyn
suuntaan, esim. hyppynarua heilautettaessa syntyvä etenevä aalto on
heilahduksen suuntaan polarisoitunutta. Spin liittyy hiukkasen vuorovaikutukseen
magneettikentän kanssa. Esim. kompassineulaan magnettikentässä
vaikuttavaa kiertovoimaa kuvataan kompassineulan ns. magneettisen momentin avulla. Magneettinen momentti pyrkii kiertämään neulan
maan magneettikentän suuntaiseksi. Useilla hiukkasilla oleva ominaisuus,
spin, vuorovaikuttaa magneettikentän kanssa magneettisen momentin tavoin.
Kun sitten tällä tavoin kvanttikietoutuneet hiukkaset tai
fotonit ammutaan vastakkaisiin suuntiin ja mitataan hiukkasten spinejä
tai fotonien polarisaatiota, niiden kytkentä säilyy etäisyydestä
riippumatta. Zeilinger yhteistyökumppaneineen on tehnyt kokeen, jossa hiukkasten
kytkentä säilyy aina 144 km etäisyydelle. Kokeessa mitattiin
fotonien polarisaation kytkentää Kanarian saarten välillä.
Toista fotonia mitattiin La Palman saarella ja toinen lähetettiin ilmassa
Teneriffalle, jossa ESA:n (European Space Agency) 1 m teleskooppi toimi vastaanottimena.
Tämä etäisyys ei kuitenkaan varmasti ole yläraja, vaan suunnitelmissa
on koe nimeltä Space-QUEST, jossa käytettäisiin kansainvälistä
ISS avaruusasemaa linkkinä kahden maa-aseman välillä, jolloin
etäisyys olisi jo yli 1000 km. Tulevaisuudessa suunnitellaan fotonien polarisaation
kvanttiteleportaatiota planeettaluotainten välillä.
Mitä kummallista sitten on hiukkasten välisen kykennän
säilymisessä? Hämmästyttävä havainto on siinä,
että toinen hiukkanen tuntuu tietävän, mitä toiselle hiukkaselle
tehdään. Kun hiukkasen A spin mitataan kaukana hiukkasesta B, hiukkaselle
B mitattu spin riippuu siitä miten hiukkasen A spiniä on mitattu.
Voidaan järjestää jopa niin, että spinin mittaussuunta hiukkaselle
A valitaan ja sitä muutetaan sen jälkeen kun hiukkaset ovat lähteneet
matkaan. Muutokset voivat olla niin nopeita, että edes valon nopeudella
kulkeva signaali ei ehtisi kertomaan hiukkaselle B mitä hiukkaselle A on
tehty. Kun sitten suuren mittausjoukon tuloksia myöhemmin verrataan, huomataan
täydellinen korrelaatio hiukkasten A ja B mittaustuloksissa. Toisen hiukkasen
havainto siis määrää toisen hiukkasen kvantimekaanisen tilan,
olivatpa hiukkaset kuinka kaukana toisistaan hyvänsä.
EPR julkaisussa Einstein haluaa pitää kiinni todellisuuden realistisesta
ja lokaalisesta tulkinnasta. Realismi tarkoitti Einsteinin mukaan sitä,
että fysikaalisen systeemin mittaustulokset tiettynä hetkenä
ja tietyssä paikassa riippuvat vain systeemin ominaisuuksista, sen fysikaalisesta
todellisuudesta. Lokaalinen tulkinta tarkoitti sitä, että systeemin
mittaustulokset eivät voi riippua saman hetkisestä tapahtumasta jossakin
toisessa paikassa. Koska kvanttimekaniikka kuitenkin johti ajatuskokeeseen,
jossa jompi kumpi realismi tai lokaalisuus ei näyttäisi pitävän
paikkaansa, Einstein päätyy esittämänsä ajatuskokeen
perusteella tulokseen, että kvanttimekaniikan kuvaus ei voi olla täydellinen, ts. että hiukkasten täytyy kuljettaa mukanaan joitakin
tuntemattomia ominaisuuksia, jotka vaikuttavat kokeen tuloksiin. Esimerkiksi
hiukkasen liikettä joudutaan kvantimekaniikassa kuvaamaan todennäköisyyksien
avulla, koska kaikkia hiukkasen liikkeeseen vaikuttavia tekijöitä
ei tunneta. Tällaisia käsityksiä on myöhemin kutsuttu piilomuuttujateorioiksi (hidden parameter theories). Nämä
kvanttimekaniikalta piilossa olevat ominaisuudet vaikuttaisivat siihen, että
EPR koetilanteen tulosten kvanttimekaaninen kuvaus rikkoo lokaalista realismia
vastaan.
Vuonna 1964 John
Bell ja myöhemmin mm.
Tony Leggett ja Anton Zeilinger osoittivat, että
piilomuuttujateorioita voidaan kokeellisesti testata. Ns. Bellin teoreeman mukaan
mikä hyvänsä lokaalinen ja realistinen tulkinta on ristiriidassa
kvanttimekaniikan kanssa. Bellin
epäyhtälöt
antavat tiettyjä ehtoja EPR kokeen hiukkasten ominaisuuksien, esim. spinien
jakautumalle. Näitä hiukkasten spinien jakaumia on sitten viime vuosikymmeninä
testattu lukuisissa EPR-ajatuskoetta jäljittelevissä kokeissa. Tulos
on lähes aina ollut sama: epäyhtälöt eivät pidä
paikkaansa. Tämä osoittaa, että kvanttimekaniikka ei voi olla
yhteensopiva minkään realistisen ja lokaalin teorian kanssa.
Viime vuonna Gröblacher ja Zeilinger tutkijaryhmineen julkaisivat
kokeen tulokset joihin esitykseni alussa viittasin, jossa tarkoin alkuperäistä
EPR-ajatuskoetta vastaavissa koeolosuhteissa tutkijarymä katsoo osoittaneensa
että myös kaikki ei-lokaalit
realistiset teoriat ovat
yhteensopimattomia kvanttimekaniikan kanssa. Kvanttimekaniikan ennusteet edellä
kuvatut hiukkasten EPR-kokeen korrelaatiot voitiin toisaalta kuitenkin jälleen
kerran vahvistaa samassa, edellisiä täydellisemmässä EPR
kokeessa.
Näiden Zeilingerin viime vuonna julkaisemien koetulosten jälkeen
vaikuttaa vähintäänkin siltä, että EPR kokeen
kvanttimekaaniset tulokset, hiukkasten ominaisuuksien korrelaatio yli pitkien
etäisyyksien, on lopullisesti kokeellisesti verifioitu. Melko yleisesti
päädytään myös siihen käsitykseen, että joko
lokaalisuudesta tai realismista on fysiikassa luovuttava. Näin ajattelevat
mm. Leggett, Alain Aspect, joka on julkaissut aikaisempia EPR kokeita
ja Zeilinger ryhmineen. Kumpi mieluummin saisi mennä, tästä kiistellään
edelleen. Molempien katsotaan yleisesti olevan fysiikan todellisuuskäsityksen
kulmakiviä. Mm. Zeilinger ja Legett katsovat, että realismin aika
fysiikassa on ohi, Aspect on epäilevämpi.
Kuvaavana sille, kuinka tiukasti realismista ja lokaalisuudesta haluttaisiin
pitää kiinni, voitaisiin ehkä pitää Hugh Everettin
monen maailman tulkintaa (many worlds interpretation). Hänen
mukaansa realismi ja lokaalisuus voidaan pelastaa, jos sensijaan, että
uskotaan havaitsijan hiukkaselle A tekemän mittauksen vaikuttavan hiukkasen
B mittaustulokseen, ajatellaankin, että hiukkasella B on kyllä edelleen
kaikki mahdoliset spintilat, mutta ne ilmenevät eri maailmoissa. Me itse
olemme olemassa vain yhdessä maailmassa, siinä, jossa meidän
havaintomme ilmenevät. Tämän tulkinnan mukaan kvanttimekaniikan
indeterminismi yleensäkin havaitaan vain meidän maailmassamme, muissa
maailmoissa, joita me emme voi havaita, kaikki mahdolliset mikromaailman ilmiöt
tapahtuvat ja maailmojen kokonaisuus on edelleen klassisen fysiikan tapaan täysin
deterministinen. Everettin tulkinnan mukaan jokainen kvanttimaailman mittaus
ikäänkuin laukaisee lukemattoman määrän muita maailmoja.
Fyysikot ovat esittäneet monia muitakin ehdotuksia kvanttimekaniikan
synnyttämään realismin ogelmaan. Esim. David Bohmin
mukaan hiukkasten erillisyys on meidän kolmiulotteisen maailmamme näköharha.
Bohm kutsuu tätä maailmaa eksplisiittiseksi maailmaksi. Tämä
maailma on projektio meille näkymättömästä moniulotteisesta
impisiittisestä hyperavaruudesta, jossa maailmankaikkeus on jakamaton kokonaisuus.
Tätä näkökantaa on kutsuttu myös neorealistiseksi.
John Wheelerin mukaan taas, klassisen realismin käsitystä,
että maailma on meistä riipumaton, ei voida pelastaa. Kaikessa toiminnassaan
ja valinnoissaan ihminen on osallisena maailmassa, muokkaa, synnyttää
ja luo sen tapahtumia.
Filosofian alaa, joka tarkastelee kaiken olevaisen perimmäistä
luonnetta, kutsutaan metafysiikaksi. Tiedon olemuksen filosofiaa kutsutaan epistemologiaksi ja todellisuuden perustavimpien rakenteiden filosofiaa ontologiaksi. Saman jaon mukaan erotetaan usein tieto-opillinen realismi ja ontologinen
realismi.
Ontologisissa käsityksissä todellisuuden perimmäisestä
luonteesta on aina antiikin ajoista lähtien asti vaikuttanut kaksi suurta
valtavirtaa. Toinen suunta on tähdentänyt todellisuuden materiaalista
perustaa, toinen todellisuuden ideaalista perusluonnetta. äärimmäisen
materialistisen tulkinnan mukaan, kaikki mikä on todellista,
voidaan materialistisen reduktion avulla palauttaaa aineeseen ja siis viime
kädessä fysiikan tutkiman mikromaailman olioihin. Realistinen materialisti on objektivisti, hän uskoo siihen, että ihmisestä
riippumaton todellisuus on objektiivisesti olemassa, se on fysikaalinen ja että
fysiikan tutkimus voi periaatteessa antaa oikean, tarkan ja täydellisen
kuvan tästä todellisuudesta. Naiiville realistille
todellisuus on juuri sitä, mitä havainnot hänelle osoittavat.
Toisaalta jyrkän idealismin todellisuutta ovat vain ihmisen mielen luomat
ideat. Lievemmässä ja modernimmassa muodossa idealistinen näkemys
tunnustaa aineellisen maailman todellisuuden, mutta vaatii, että myös
aineesta riippumattomalle todellisuudelle myönnetään todellisuusarvo.
Siten esim. abstraktit mielen sisällöt, arvot, tunteet, ajatukset
jne. ovat todella olemassa ja ne ovat inhimillisesti tärkeitä ja merkityksellisiä.
Filosofisen konstruktivismin näkökanta on, että käsityksemme maailmasta on
ihmisen konstruktio, emme ole tiedon passiivisia vastaanottajia, vaan muokkaamme
itse todellisuutta havainnossamme. Luonnontiedekin on siten vain yksi inhimillinen
tapa kuvata ja jäsentää maailmaa. Konstruktivismin kanta on realismille
ja objektivismille vastakkainen.
Lyhyessäkään todellisuutta tarkastelevassa esityksessä
ei voitane jättää mainitsematta vähintään joitakin
näiden filosofisten ongelmien perusteita pohtineita uuden ajan filosofeja.
Rene Descartes toi dualistisen ajattelun lähtemättömästi
filosofiaan ja myös tieteelliseen ajatteluun. Maailma ja ihminen joutuivat
palautumattomasti eroon toisistaan. Siten tieteessäkin havaitsija ja havaintokohde
on erotettava toisistaan. Descartes myös osoitti tiedon ulkomaailmasta
ongelmalliseksi.
Mikä sitten on havaitsijan ja havaintokohteen suhde? Havaitsijan
ja todellisuuden riippumattomuuden asetti perustavalla tavalla kyseenalaiseksi
Immanuel Kant, jota on joskus pidetty jopa kaikkien aikojen
suurimpana filosofina ja hänen ajatteluaan filosofian Kopernikaanisena vallankumouksena. Kantin mukaan inhimillinen kokemus on kaiken tiedon perusta. Kokemus
ei kuitenkaan synny havainnoista ihmisen mielessä ilman ennakkoehtoja,
vaan kaikki kokemus ilmenee havainnoista inhimillinen tulkinnan muokkaamana.
Kokemus ei kerro todellisuudesta
sinänsä, vaan todellisuudesta
ihmisen näkökulmasta. Kant erotti tiedostavan subjektin, sille ilmenevän
fenomeenien maailman ja olioiden maailman sinänsä. Havainnoimme aisteillamme ja ymmärrämme järjellämme
siten kun niitä koskevat inhimilliset ennakkoehdot antavat mahdollisuuden.
Tietomme koskee Kantin ajattelun mukaan kokemustamme, ei meistä riippumatonta
todellisuutta. Siten esimerkikisi siitä mitä luonnossa todella tapahtuu,
olioiden maailmasta sinänsä, meillä ei ole tietoa, luonnon tapahtumat
vain ilmenevät meille luonnonlakeina. Kantin mukaan ihminen ei ole löytänyt
luonnolakeja luonnosta, vaan on itse asettanut ne luonnolle.
Descartesin ja Kantin oivallusten pääperiaatteet ovat nykyäänkin
laajalti tunnustettuja ja luultavasti ainakin useimpien luonnotieteilijöidenkin
hyväksymiä. Monet fyysikot, mm. Bernard D Espagnat, lähestyvät Kantin ajattelutapaa. D Espagnat n
mukaan mm. EPR kokeissa kokeissa ilmenevä todellisuus ei koske todellisuutta
sinänsä, vaan ns. hunnutettua
todellisuutta (veiled reality).
Kvanttimekaniikkaan liittyviä filosofisia kysymyksiä on
Suomessa tarkastellut 1970- ja 1980-luvuilla mm. K.V. Laurikainen,
joka on myös tutkinut mm. Wolfgang Paulin filosofiaa. Hänen mukaansa,
ja hänen Bohrin ja Pauliin tulkintansa mukaan, ihmisen tietoisuuden psyyken vaikutus
kvanttimaailmasta tekemiimme havaintoihin on primaarinen: havaitsija luo hiukkasen
kvanttimekaanisen tilan, ennen havaintoa sitä ei ole olemassa. Yksittäisten
hiukkasten tapahtumat ovat irrationaalisia siinä
mielessä, että niiden ennustaminen on mahdotonta. Hiukkaset syntyvät
havainnossa, ne näyttäytyvät siinä sen mukaan minkälainen
havainto on päätetty suorittaa ja häviävät jälleen
olemattomiksi havainnon jälkeen.
Viime aikoina kvanttifysiikan filosofiaa on tutkinut Tarja Kallio-Tamminen, jonka väitöskirjan
Quantum Metaphysics (2004)
pohjalta hän on julkaissut suomeksi teoksen Kvanttilainen todellisuus (2006).
Myös monet muut, esim. Paavo
Pylkkänen ja Kullervo Rainio ovat julkaisseet tutkimuksia kvanttimekaniikan filosofiasta.
K.V. Laurikaisen vuonna 1988 perustamassa Luonnonfilosofian seurassa
(www.lfs.fi)
kvanttimekaniikan filosofiset ongelmat ovat jo monen vuosikymmenen ajan olleet
eräänä keskustelun pääaihepiireistä. Vuonna 1985
järjestettiin Joensuun yliopistossa symposiumi Foundations of Modern
Physics, 50 years of the Einstein Podolsky
Rosen Gedankenexperiment ja
1988 Helsingin yliopistossa symposio
Kvanttifysiikka ja filosofia .
Fysiikan todellisuuskäsitystä voidaan siis hahmotella kvanttimekaniikan
johdattamana fysiikan oman filosofisen tradition loogisen empirismin
ja analyyttisen filosofian perinteen näkökulmasta. Tällöin
kvanttimekaniikan viimeisimpien tulosten mukaan näyttää siltä,
että tämän perinteeen todellisuuskäsityksen joistakin peruskomponenteista,
realismista tai tavanomaisesta käsityksestä avaruuden paikallisuudesta
on luovuttava.
Fysiikan antamaa kuvaa todellisuudesta voidaan tarkastella myös
muista filosofisista perinteistä kuin analyyttisen filosofian viitekehyksestä
lähtien. Kantin perusideoilla, uuskantilaisella ja konstruktivistisella
ajattelulla on edelleen merkittävä asema mm. mannermaisissa eurooppalaisissa
filosofisissa järjestelmissä kuten fenomenologiassa, hermeneutiikkassa
ja eksistenssin filosofiassa. Edmund
Husserlin ja Martin Heidggerin perustaman fenomenologian tieteen todellisuuskuvan kritiikki kohdistuu
itse tieteen lähtökohtaan. Sen mukaan, kun fysiikassa pyritään
tarkastelemaan havaitsijasta riippumatonta objektiivista todellisuutta, kaikkein
oleellisin todellisuuden olemus on jo ohitettu. Fenomenologian mukaan kaiken
tiedon lähtökohtana tulee olla ihmisen tiedostusprosessi. Kaikki tietomme
ilmenee meille vain sen sallimissa rajoissa. Fenomenologian mukaan tiede, esim.
fysiikka, ei voi sanoa mitään todellisuuden perimmäisestä
luonteesta. Todellisuudesta sinänsä, meistä ihmisistä riippumattomana,
edes sen olemassaolosta, ei fenomenologisen tieteen kritiikin mukaan tiede voi
sanoa mitään.
Fenomenologian uranuurtajia Suomessa ovat olleet mm. Erik Ahlman, Sven Krohn, Lauri Rauhala, Martti Siirala, Matti Juntunen, Juha
Varto ja myöhemmin sitä
ovat tutkineet monet muut.
Fenomenologian näkökulmasta (esim. Markku Satulehto), matemaattisella kielellä esitetyn fysikaalisen
teorian esittämien teoreettisten olioiden todellinen olemus ei sinänsä
ole matemaattinen, vaan matemaattinen teoria ilmaisee jotakin maailmassa olevaa
tapahtumisen periaatetta, joka vain mahdollistaa monimutkaisen matemaattisten
konstruktion. Tieteellinen tutkimus on tietyn teeman, ei
maailman tutkimusta. Teorian totuus on sitä, että teeman mukaisissa
kokeissa maailma antaa sellaisia vastauksia, jotka ovat mielekkäitä
teeman näkökulmasta. Teorian väitteet siis heijastavat luonnon
olemistotuuksia, jotka ymmärretään maailman kokemuksessa, mutta
eivät ole tosia esityksiä luonnosta itsestään.
Ehkä selvimmin fysikalistisen tutkimusasenteen rajoittuneisuuden
ajatellaan tulevan esiin ihmistä ja kulttuuria tutkittaessa. Aika yleisesti
ollaan sitä mieltä, että luonnontieteiden tieteenfilosofia, analyyttinen
filosofia ja looginen empirismi eivät sovellu ihmistutkimuksen filosofiseksi
perustaksi.
Nykyaikaiseseen ihmistutkimukseen soveltuvia tutkimusasenteita ovat
sensijaan juuri femomenologia, hermeneutiikka ja eksistenssin filosofiat. Näihin
filosofioihin perustuvissa holistisissa suuntauksissa pyritään näkemään
ihminen dynaamisena kokonaisuutena, joka muodostuu kuitenkin erillisistä
toisiinsa palautumattomista olemuspuolista. Nämä olemuspuolet, esim.
fysikaalinen, biologinen ja tajunnallinen olemuspuoli, ovat jatkuvasti monella
tavalla vuorovaikutuksissa toistensa kanssa. Tietoisuus voidaan ymmärtää
merkitysten kokonaisuutena, jolloin merkityksellä ymmärretään
sitä, että jokin asia merkitsee tai tarkoittaa meille jotakin. Ihmisen
tietoisuus merkityksineen on tässä katsanossa täysin epäfysikaalinen
ja mm. aivoihin palautumaton erillinen olemuspuoli, sillä ei ole paikkaa,
kokoa, jne. Esimerkikisi nykyaikaisessa aivotutkimuksessa myönnetään
yleisesti, että ihmisen tietoisuuden ongelmaa ei ole voitu ratkaista aivoja
tutkimalla.
Merkitykset viittaavat tajunnassa sekä konkreettisiin ulkomaailman
olioihin – ymmärrämme esim. pöydän pöydäksi –
että myös esim. tunteisiin, arvoihin, ajatuksiin yleensä, jne.
Merkitysten palauttaminen fysikalistisen reduktion mielessä fysiikan tutkimuskohteeksi,
väittämällä esim. että oikeudenmukaisuus tai velvollisuudentunto
voitaisiin jotenkin palauttaa atomien liikkeiksi tai tapahtumiksi, on tässä
ajattelussa mieletöntä. Merkityksiä tulee tutkia niille aidossa
ja niille soveltuvassa lähestymistavassa. Siten esim. aviopuolisoiden ongelmia
tai lasten kasvatuksen kysymyksiä ei voida tarkastella tutkimalla aivojen
kemiallisia ja fysikaalisia ilmiöitä. Tämäntapaista käsitystä
ihmisen filosofiasta on Suomessa kehitellyt Lauri Rauhala.
Palataan vielä lopuksi takaisin alussa esitettyyn toteamukseen,
että todellisuutta tutkittaessa tarkastellaan ihmisen suhdetta maailmaan, jolloin myös ihminen itse joutuu tarkastelun kohteeksi. Näin
on juuri edellä on hahmotellussa kvanttimekaniikan Kööpenhaminalaisessa
tulkinnassa, jossa havaitsijaa ja havaintokohdetta ei voida erottaa toisistaan.
Bohrin mukaan esimerkiksi:
Physics is
to be regarded not so much as the study of something a priori given, but rather
as the development of methods of ordering and surveying human experience (The Unity of Human Knowledge” (October 1960))
Ts. suomeksi: fysiikka ei ole tutkimusta
jostakin apriorisesti annetusta todellisuuudesta, vaan se on niiden menetelmien
kehittymistä, joilla luodaan järjestystä ja selvitystä ihmisen
kokemukselle. Hän sanoo myös, että:
It is wrong
to think that the task of physics is to find out how nature is. Physics concerns what we can say about nature. (”The philosophy of Niels Bohr” by Aage Petersen).
On väärin ajatella,
että fysiikan tehtävä on paljastaa minkälainen luonto on.
Fysiikka koskee sitä mitä me voimme sanoa luonnosta.
Heisenberg puolestaan sanoo:
What we observe is not nature itself, but nature exposed to our method of questioning
,
Se mitä havaitsemme, ei
ole luonto itse, vaan luonto sellaisena kuin se paljastuu meidän tutkimusmenetelmillemme .
Bohr ajattelee (Kallio-Tammisen mukaan) ihmisen aseman olevan keskeinen,
paitsi kvanttimekaniikassa, myös suhteellisuusteoriassa. Ihminen tulee välttämättömäksi
koska avarutta ja aikaa ei voi erottaa vetoamatta havaitsijaan. Kun absoluuttista
avaruutta ja aikaa ei ole olemassa, tarvitaan aina havaitsija. Havaintoja voidaan
käsitellä vain kun tiedetään, missä havaitsija on ja
mihin havaintoja verrataan. Bohrin mukaan suhteellisuusteorian ja kvanttimekaniikan
kuvauksissa todellisuudesta on havaitsijaa koskeva looginen samankaltaisuus,
joka vaatii uudistamaan tavanomaiset fysikaalista todellisuuutta koskevat ideamme.
Samanlaisia filosofisia ajatuksia kuin edellä on esitetty, voidaan
siis kuulla kvantttimekaniikan maailmankuvassa monien fyysikoiden tulkitsemana.
Puhuvatko Kant, konstruktivistit ja fenomenologit samasta asiasta kuin fysiikka,
joka sijoittaa tietoisen ihmisen maailman välttämättömäksi
havaitsijaksi? Onko uuden ajan filosofian käsityksillä havaittavasta
empiirisestä ja sen takana mahdollisesti olevasta kätketystä
transsendentaalisesta todellisuudesta yhteyttä kvanttimekaniikan
todellisuuskäsitykseen ja sen vaatimukseen luopua realismista tai avaruuden
paikallisuudesta?