Powstanie teorii - FILOZOFIA KWANTOWA-QUANTUM PHILOSOPHY

Na stronie głównej omówiłem wstępnie narodziny świata kwantów, co nastąpiło ponad sto lat temu. Jeśli za prapoczątek uznamy odkrycie przez Max Plancka kwantu działania w końcówce roku 1900, to teoria ta ma już 113 lat. Teoria kwantowa jest wg  Baggotta  (zob. pkt.12 literatury)"jednocześnie bardzo skomplikowana matematycznie, szaleńczo dziwaczna i oszołamiająco piękna". Mało,  który z fizyków może bez wahania stwierdzić, że ją do końca rozumie. Nawet Einstein nie mógł pogodzić sie implikacjami tej teorii i bezradnie powiadał, że "Bóg nie gra w kości", mając naturalnie na myśli Naturę, gdyż w osobowego boga nigdy nie wierzył.
A więc nikt nie rozumie teorii kwantowej, ale zasady jej stosowania są jasne, a osiągane wyniki zgodne z przewidywaniami. Mamy więc do czynienia z fundamentalną poprawnością teorii, która jednocześnie nie daje się w całości ogarnąć umysłem człowieka.  Teoria poznania stanęła na krawędzi przepaści, okazało się bowiem że nasze umysły nie są w stanie przyswoić sobie dziwacznych reguł świata kwantowego. Dlatego również nauka filozofii stanęła na rozdrożu, gdyż zabrakło jej narzędzi poznawczych, aby ogarnąć wszelkie implikacje wynikające z teorii kwantów. Pojawiły się wręcz stwierdzenia, że nigdy nie zrozumiemy natury świata, który ujawnił nam swoją kwantową naturę, a jednocześnie pokazał, że badając go, wpływamy mimowolnie na wynik badania. Zbudowaliśmy potężny i kosztowny LHC (Large Hadron Collider), a on ledwie ruszył w roku 2010 natychmiast doznał poważnej awarii. Kiedy jednak zaczął pracować pozwolił na złapanie mitycznego bozonu Higgsa, dziwnej cząstki elementarnej, dzięki której wszystkie inne cząstki posiadają masę. Kolejna cegiełka w teorii kwantów znalazła sie na swoim miejscu. Bozon Higgsa jest jedyną cząstką elementarną pozbawioną spinu (ma on wartość zerową, a dla elektronu wynosi 1/2). Jest też pozbawiony ładunku elektrycznego i koloru. Oczywiście nie są to zwyczajne kolory, mówi o nich chromodynamika kwantowa, ale o tym będziemy mówili później.
Odkrycie bozonu Higgsa (o ile jest to naprawdę ta poszukiwana cząstka), to niewątpliwie wielkie osiągnięci fizyki. Ale pozostaje jeszcze tak wiele pytań, że bez wejścia w pewne rozważania metafizyczne nie posuniemy się do przodu.
Inną mityczną cząstka elementarną jest grawiton i jego supersymetryczny partner grawitino. Powinny istnieć, ale żadne doświadczenie tego nie potwierdziło. Siły grawitacji muszą jednak być w jakis sposób przenoszone. Grawiton powinien być bozonem o spinie 2 i być nośnikienm siły pola kwantowego grawitacji. Ale fizycy go nie odkryli, impas trwa.
Pola grawitacyjne istnieją, co do tego nie ma wątpliwości, ale czy dają się one skwantować? Ponadto kwantowa teoria pola (QFT) nie przewiduje istnienia grawitonów, one pojawiają sie w teorii strun.
Kiedyś byłem entuzjastą tej teorii, ale ona nie sprawdza sie w praktyce i trzeba będzie albo gruntownie ją przeformułować w celu uzyskania danych doświadczalnych, albo sie z niej wycofać. Obecnie stawiam bardziej na teorię pętlowej grawitacji, która jednak nadal nie jest dopracowana. Powinna ona odpowiedzieć na kilka fundamentalnych pytań tj. m.in.

1. Czy reguły ogólnej teorii względności i mechaniki kwantowej są prawdziwe w obecnej postaci, czy też wymagają modyfikacji?
2. Czy teoria kwantowej grawitacji daje nam prawdziwy opis natury we wszystkich skalach, a więc także w skali Plancka?
3. Czym są czas i przestrzeń w rozumieniu zarówno teorii kwantów, jak i z uwzględnieniem tego, że geometria czasoprzestrzeni jest dynamiczna.
 Wyjaśnić też trzeba jak stożki światła (zob. rys.), struktury przyczynowe (w rozmaitości Lorentza) itd. mogą być opisane w mechanice kwantowej oraz w skali Plancka.
4. Istnieje konieczność wyjaśnienia pochodzenia entropii i temperatury czarnych dziur.
5. Oraz stałej kosmologicznej i entropii horyzontu kosmologicznego.
6. Pełna niezależność od tła tej teorii (background independence)
7. Przewidywanie nowych zjawisk fizycznych możliwych do testowania doświadczalnie
8. Wyjaśnianie jak ogólna teoria względności działa w stosunkowo niskich energiach w skali Plancka.


Najważniejszym problemem dla tej teorii jest to, że aby sformułować teorię kosmologiczną, musimy pogodzić sie z faktem, iż różni obserwatorzy mają różniące się i niepełne wizje Wszechświata. Trudno zatem traktować Wszechświat jako układ kwantowy umieszczony w jakimś laboratorium, jak to czyni tradycyjna teoria kwantowa. Trzeba stworzyć zatem teorię, w której stany kwantowe odnoszą się bezpośrednio do wycinków rzeczywistości widzianych przez obserwatorów. Taka teoria opisywałaby wielki zbiór kwantowych światów, z których każdy odpowiadałby całemu Wszechświatowi, obserwowanemu przez określonego obserwatora, znajdującego się w określonym miejscu i czasie. Teorię taką stworzył i wyraził w języku matematycznym (używając toposów) Chris Isham.
Najważnieszym zadaniem jest jednak wniknięcie poza prog Plancka, a więc do tej mikro struktury, która była już w momencie powstania Wszechświata i jest nadal obecna. Dotarlibyśmy do niego, gdybyśmy dysponowali energią potrzebną, by spenetrować odległości rzędu 10^–33 cm. I nie są to dwa różne poziomy Plancka — jeden 13,7 mld lat temu, a drugi dziś, lecz ten sam fundamentalny poziom fizyki. Czy nie jest to jeszcze jeden sygnał, że na tym fundamentalnym poziomie coś dziwnego dzieje się z czasem i przestrzenią? Być może to tam kryje się kwantowa matryca całego Wszechświata? Może tam właśnie zachodzą głęboko ukryte procesy determinujące przestrzeń, czas i prawdopodobieństwo występowania wszelkich zdarzeń w znanym nam świecie? Temat ten będzie szerzej omawiany w dziale kosmologii kwantowej.