ZNANSTVENA PEŠKARIJA

Oppenheimerov učenik koji je vratio determinizam u kvantnu mehaniku: Tko je bio David Bohm

21.12.2023 u 10:43

Bionic
Reading

Objavom Matematičkih principa prirodne filozofije (Philosophiae Naturalis Principia Mathematica) 1687. godine, Isaac Newton je na svjetlo dana iznio glavne principe klasične mehanike i postao prvi koje je pod idejom univerzalnih zakona prirode ujedinio zakone na Zemlji sa zakonima koji upravljaju gibanjem planeta i ostatka svemira

Godine 1758. proslavljeni hrvatski znanstvenik, filozof i isusovac Josip Ruđer Bošković, u svojoj Teoriji prirodne filozofije (Theoria Philosophiae Naturalis) primijetio je determinističke posljedice Newtonove teorije: ako bi neko sveznajuće biće znalo sve pozicije i brzine čestica u svemiru jednoznačno bi moglo odrediti prošlost i budućnost čitavoga svemira, a samim time i ljudi. Prošlost, sadašnjost i budućnost su predodređeni univerzalnim zakonima prirode.

Paradigma determinističkog svemira osporena je tek 1927. godine, uspostavom kvantne mehanike, točnije Heisenbergovim relacijama neodređenosti. Werner Heisenberg je zaključio da čestice na fundamentalnoj razini nemaju definiranu poziciju i brzinu, stoga determinizam nije moguć ni u principu.

Živimo u probabilističkom svemiru u kojem na najdubljoj razini vladaju vjerojatnosti: čestice su u superpozicijama stanja, a činom mjerenja probabilistički „skaču“ u neka od mogućih stanja. U takav duh teorije odlično se uklopila (Max) Bornova interpretacija kvadrata valne funkcije kao gustoće vjerojatnosti.

Premda se danas kvantna mehanika uči u duhu prethodno rečenog, nisu svi bili zadovoljni takvim opisom stvari, a jedan od nezadovoljnika bio je i revolucionarni David Bohm – fizičar koji je istovremeno rušio kapitalizam i kvantnu mehaniku.

David Bohm doktorirao je 1943. godine teorijsku fiziku kod Roberta Oppenheimera, a družeći se s ostalim Oppenheimerovim studentima upleo se u razne komunističke pokrete. Za vrijeme makartizma u SAD-u tijekom pedesetih godina prošlog stoljeća našao se u nemilosti jer je odbio svjedočiti protiv kolega s kojima se sastajao na susretima komunista, što ga je na kraju koštalo fakultetske pozicije, ali i prisililo da – unatoč pokušajima Alberta Einsteina (koji je Bohma smatrao „intelektualnim nasljednikom“) da mu osigura poziciju na Princetonu - napusti SAD i odseli u Brazil.

Bohma je izrazito mučila probabilistička priroda kvantne mehanike prema kojoj objekti prije mjerenja nisu kompaktni (postoje kao valne funkcije) nego se ponekad ponašaju poput valova, a ponekad poput čestica. Stoga je osmislio elegantno rješenje: u kvantnoj mehanici čestice su vođene valovima pa uvijek imamo i val i česticu! U svakom trenutku čestica ima svoju brzinu i poziciju (unatoč Heisenbergovim relacijama neodređenosti), a njenu trajektoriju definira valna funkcija. No, tu nije riječ o klasičnoj mehanici, jer ta valna funkcija ovisi o svim česticama u svemiru, odnosno možemo reći da je kvantna mehanika temeljno nelokalna.

S takvim pristupom riješeni su brojni paradoksi kvantne mehanike, uključujući i problem promatrača, te je, po prvi put, stvorena kvantna teorija s jasnom slikom (čestica koje se gibaju po trajektorijama koje generira valna funkcija). No, time je na neki način oživljen i determinizam, jer bi i po ovoj teoriji Bošković mogao zaključiti da bi poznavanjem svih pozicija čestica u svemiru i univerzalne valne funkcije mogli jednoznačno odrediti prošlost, sadašnjost i budućnost svega u svemiru!

Kako to da je ovako elegantna teorija s jasnom slikom, koja je, unatoč tome što je oživila neke klasične ideje, eksplicitno izvela jasne kvantne fenomene (nelokalnost) i uspjela reproducirati sve rezultate nerelativističke kvantne mehanike, na kraju dana – ignorirana? John S. Bell, simpatizer Bohmove teorije i osoba zbog čijeg se teorema, točnije eksperimentalne provjere, prošle godine dodijelila Nobelova nagrada za fiziku, smatrao je to pitanje „velikim misterijem“.

Nažalost, ni Bohmov mentor, Robert Oppenheimer, također žrtva „lova na vještice“, nije imao razumijevanja za pluralizam mišljenja kada je riječ o temeljima kvantne mehanike te je kolegama uputio sramotnu direktivu: „ako već ne možemo dokazati da je Bohm u krivu, moramo se odlučiti da ga ignoriramo.“

Kvantna mehanika je krenula svojim putem, a deterministička i koherentna teorija, čista od aksioma mjerenja i svih paradoksa koji iz njega proizlaze, potisnuta je s glavne pozornice fizike te je danas prisiljena egzistirati tek u užim krugovima teorijskih fizičara, matematičara i filozofa znanosti. Ne postoji jasan razlog zašto je Bohrova (kopenhaška) kvantna mehanika, formulirana 30-ak godina prije Bohmove mehanike, preuzela dominaciju kada je riječ o interpretaciji kvantne mehanike, osim možda zato što je starija. Hrvoje Nikolić, fizičar specijaliziran za temelje kvantne mehanike, zgodno se zapitao u naslovu svoga članka: „Would Bohr be born if Bohm were born before Born?“

Bohm je 1957. reformulirao EPR paradoks, u kojem je vidio jasne tragove kvantne nelokalnosti, čime je utabao put Bellu i kasnijim eksperimentatorima u dokazivanju nelokalnosti kvantne mehanike i posredno otvorio vrata prema razvoju kvantnih tehnologija, odnosno kvantnih računala i kvantne komunikacije. S kolegom Yakirom Aharonovom pronašao je fenomen koji je doveo u pitanje same temelje klasične Maxwellove elektrodinamike. Osim fizikom, bavio se problemima svijesti, filozofijom, metafizikom i društvenim pitanjima.

Kroz čitav život pratila ga je depresija koju je zasigurno potaknulo gotovo konstantno ignoriranje zajednice fizičara. Dana 27. listopada 1992., uzbuđeno telefonski obavještava suprugu da osjeća kako je na rubu nečega (velikoga). Sat vremena nakon tih riječi Bohm umire od srčanoga udara, a nama u nasljeđe ostavlja dokaz da čitava nerelativistička kvantna mehanika može biti formulirana deterministički, bez ikakvih paradoksa i misticizma – ukoliko to želimo.