postoje li elektroni onako kako postoji Mjesec?

Gornje pitanje je parafraza slavnog pitanja postavljenog uz neke interpretacije kvantne mehanike: postoji li Mjesec kad ga nitko ne gleda? Naime, budući da u kvantnoj mehanici naš čin mjerenja zapravo dijelom odlučuje o tome kako će se ponašati elektron, neki su fizičari uspostavili analogiju s Mjesecom ili mačkom, da bi pokazali koliko je takvo rješenje neprihvatljivo. No, postoje li elektroni onako kako postoji Mjesec?

Zavodljivo je zamišljati svijet onakvim kakvim ga prikazuje ovaj filmić:

Ipak, uz potpuno prihvaćanje svih znanstvenih rezultata negdje oko 0:15 se može (a neki misle i da se mora) povući jedan nepremostivi rez između onih predmeta koje doista opažamo [observable] i onih koje zapravo ne opažamo [unobservable] ali koji igraju važnu ulogu u znanstvenim teorijama o svijetu. Elektroni spadaju u ovu drugu skupinu – nitko ih nikad nije vidio, niti ćemo ih vidjeti (dok imamo ovakvo tjelesno-perceptivno ustrojstvo kakvo imamo). Ono što možemo vidjeti jesu snimke traga prolaza elektrona kroz maglenu komoru, odnosno kondenzacija na mjestima gdje je elektron prošao (kondenzacija podrazumijeva neko mnoštvo atoma, dakle nešto puno veće od samoga elektrona).

electron_positron_cloud_chamber_tracks2

Elektron je, dakle, teorijski konstrukt koji objašnjava one pojave koje jesu opazive (naime takve snimke i sl.). Prema konstruktivnom empirizmu, takvi predmeti imaju drugačiji spoznajni status od onih koje možemo neposredno opažati. I jedni i drugi su empirijski predmeti, do njih smo došli iskustvom, ali npr. Mjesec možemo neposredno opažati, elektrone ne možemo. Naravno, moguće je na razne načine relativizirati i postojanje opazivih predmeta, ali čini se neizbježnim pomisao da bi normalni ljudi zdrave percepcije iz bilo kojeg vremena i bilo koje kulture vidjeli Mjesec kad im ga pokažemo, a ne bi vidjeli elektron. Vidjeli bi tragove kondenzacije u maglenoj komori. Elektron je teorijski konstrukt koji dobro (i to ne samo dobro, nego najbolje) objašnjava kako nastaju takvi tragovi, ali nije opazivi predmet.

Je li to razlikovanje suvišno? Ako je elektron najbolje objašnjenje, što nam više treba? Zašto mu ne priznati istinitost koju priznajemo opazivim predmetima? Naposljetku, ne radi se samo o tragovima u maglenim komorama, nego o ogromnom broju pojava vezanih uz elektricitet koje objašnjavamo elektronima. Bilo bi pravo čudo da sva ta objašnjenja uspijevaju pozivajući se na elektrone, a da elektroni zapravo ne postoje. Dakle, uspjeh znanosti u objašnjavanju svijeta jest jamac da ti „teorijski konstrukti“ doista postoje.

No, protuargument je povremeni i privremeni neuspjeh znanosti. Naime, tijekom povijesti znanosti postojali su teorijski konstrukti koji su dobro objašnjavali neke pojave, ali su se pri novim otkrićima pokazali neprikladnima – npr. eter, kalorik, flogiston, planetne sfere, itd. Sve te teorije su u nekim razdobljima bile najbolje koje imamo, i sve su pretpostavljale postojanje nekih predmeta za koje danas smatramo da ne postoje. Ne radi se, dakle, o tome da bismo bili skeptični prema najboljim znanstvenim objašnjenjima, dok ona stoje kao najbolja objašnjenja, nego o svjesnosti da je status neopazivih predmeta načelno drugačiji od statusa opazivih predmeta. Koliko god bilo privlačno zamišljati kontinuum od planeta do elektrona i kvarkova, ipak se tu negdje krije jedan nepremostiv jaz.

Naravno, postavlja se pitanje točne granice. Što je npr. s Jupiterovim mjesecima, ili još udaljenijim nebeskim objektima koje vidimo kroz teleskope? Ako su to objekti koje bismo, uz naše tjelesno-perceptivno ustrojstvo kakvo jest, vidjeli kad bismo im došli dovoljno blizu, onda su to opazivi predmeti. Što je s mikroskopski vidljivim bićima, npr. jednostaničnim organizmima? Njih vidimo samo uz pomoć instrumenata i tu B. van Fraassen, glavni zagovornik konstruktivnog empirizma, postavlja granicu: ono što niti načelno ne možemo vidjeti bez pomoći instrumenta nije opazivo. Objašnjenje te granice ide otprilike ovako: da bismo intepretirali ono što vidimo kroz instrument, recimo mikroskop, potrebno nam je i teorijsko objašnjenje rada toga instrumenta; dakle, tu smo uvijek za taj jedan korak udaljeniji od onoga što opažamo neposredno, budući da se moramo pozivati na neku teoriju (kako radi instrument) što pri neposrednom opažanju ne moramo.

No, ako vidimo naš Mjesec, za Jupiterove mjesece su nam potrebni instrumenti. Znači li to da je njihov status drugačiji? To podsjeća na jednu slavnu priču s početaka novovjekovne znanosti.

Taj novi instrument stvorio je masovno oduševljenje i kod običnih građana. Sigurno najvažnije Galileovo otkriće bila su četiri Jupiterova mjeseca, koji su se gibali oko Jupitera kao Mjesec oko Zemlje. To je bilo u kontradikciji s Aristotelovom fizikom o podjeli svemira na promjenjivu Zemljinu sferu s četiri elementa i gornju, nepromjenjivu sferu, s jednim elementom, quinta essentia, pa filozofi skolastici nisu htjeli ni gledati kroz dalekozor, nego su tvrdili da su Jupiterovi mjeseci artifakt dalekozora. (link)

Ta priča stoljećima služi za potenciranje uloge Galilea kao empirijskog znanstvenika nasuprot srednjovjekovnoj skolastici, ali čini se (vidi ovdje) da je njena slava pretjerana, budući da je samo jedan kandidat možda odbio pogledati (dok su druga dvojica gledala i jedan nije vidio te mjesece nego je samo dobio glavobolju – Galileovi instrumenti su bili vrlo nesavršeni, a čovjek je bio u godinama – a drugi također najprije nije vidio mjesece pa kasnije jest, kad je sam napravio savršeniji dalekozor). No, važnije od istinitosti te priče: nisu li i Jupiterovi mjeseci jednom bili neopazivi (prema gornjim kriterijima), odnosno teorijski konstrukti? Opet, ključno je to što su načelno opazivi, uz naš zadani tjelesno-perceptivni ustroj. Elektroni niti načelno nisu.

Zato je ovo razmišljanje Stephena Hawkinga izgleda primjereno s obzirom na mikrosvijet:

Stoga sam zauzeo stanovište da je neka fizikalna teorija tek matematički model koji rabimo pri opisu rezultata promatranja. Neka teorija je dobra ako je lijep model, ako opisuje širok raspon promatranja i ako pretkazuje rezultate budućih promatranja. Izvan toga nema smisla pitati odgovara li ona stvarnosti jer mi ne znamo kakva je stvarnost neovisna o teoriji. (Stephen Hawking, Budućnost svemira)

Naravno, kod opazivih objekata ipak nešto znamo (naime opažamo) o stvarnosti neovisno o teoriji.

Zanimljivo je i da van Fraassen za objašnjenje toga što znanost radi kad postulira postojanje neopazivih objekata poput elektrona koristi frazu „to save the phenomena“, recimo spasiti pojave. To je prijevod grčke fraze sozein ta phainomena koju je Platon, prema Simplicijevom svjedočanstvu, postavio kao zadaću onodobnim astronomima u njegovoj Akademiji: da nađu matematički model, točnije da pretpostave jednolika i uređena gibanja, koja bi spasila pojave kakve opažamo na nebu, a koje se naizgled ne doimaju matematički uredno. (Vidi ovdje.) Dakle, da matematički konstruiraju nešto što odgovara empiriji, odnosno da budu konstruktivni empiristi.

A to me dovodi i do povoda za ovaj tekstić. Zamoljen sam da kao prof. fizike i amaterski filosof sudjelujem u pripremama za natjecanje iz filozofije s učenicima naše gimnazije, budući da je tema ovogodišnjeg natjecanja filozofija i prirodne znanosti. Prvi tekst kojega učenici trebaju čitati je Platonova crta, a prvi zahtjev koji se u tome tekstu postavlja je podjela stvarnosti na vidljivu i mislivu, observable i unobservable. 🙂

Komentiraj

Popunite niže tražene podatke ili kliknite na neku od ikona za prijavu:

WordPress.com Logo

Ovaj komentar pišete koristeći vaš WordPress.com račun. Odjava /  Izmijeni )

Google+ photo

Ovaj komentar pišete koristeći vaš Google+ račun. Odjava /  Izmijeni )

Twitter picture

Ovaj komentar pišete koristeći vaš Twitter račun. Odjava /  Izmijeni )

Facebook slika

Ovaj komentar pišete koristeći vaš Facebook račun. Odjava /  Izmijeni )

Spajanje na %s