FISIKA ALA METAFISIKA

Posible al da bi tokitan batera egotea? Partikula subatomikoak zurrunak al dira? Ba al da materiarik? Eta arimarik?

Harrigarria badirudi ere galdera hauek gaur egungo fisiko garaikideek planteatzen dituztenetariko batzu besterik ez dira. Itaun hauen erantzunek garbi asko erakusten digute fisika garaikideak gure mundu ikusmoldea aldatu duela eta ezbairik gabe, etorkizunean ere aldatzera eramango gaituela. Zientziak orokorrean ordea betidanik, hominidoen garaitik ziur aski, eman izan dizkio ostiko indartsuak gizakiak mundua ulertzeko izan dituen pentsamolde desberdinei. Ezagupen hauen atzetik etorri diren teknologia berriek ere (teleskopio, irrati...) pausoka-pausoka mundua atzekoz aurrera jarri dutela dirudi. Orain arte fisika garaikidean oinarrituriko teknologien sortze abiadura ikusiz berriz erraz asko aurrikus liteke oraindik ere iraultza are aldrebesagoa datorkigula gainera.

FISIKA KUANTIKOA

Fisika garaikidearen barnean mundu kuantikoa dugu ezbairik gabe orain dela gutxi arte begi aurrean, osotasun eta baliagarritasun ia absolutu batez genituen eredu desberdinak hautsi dizkigun fisika alorrik garrantzitsuenetarikoa. Beraz, ez da harritzekoa fisika kuantikoak gizakiok oraintsurarte genuen mundu ikuskera klasikoa zakar ontzira botatzera behartu gaituela... entzutea. Izan ere, fisika kuantikoak gure pentsakera modernoaren sustraietan diren masa, denbora, kausa-efekto... bezalako kontzeptuez genituen zenbait aurreritzi suntsitu ditu.

Esate baterako fisika kuantikoari esker dakigu protoiek, elektroiek... ez dituztela imajina ditzakegun objektu klasikoen itxura. Bainan noski, erabilpen praktikoetarako horrelako itxura dutela suposa genezake, hau, azterbide ona eta efikaza baita zientzialarientzat.

KATRAMILAREN HASIERA

Zientzia iraultza txikiez osaturiko prozesu jarrai bat dela jakin arren, aztertzera goazen físika kuantikoaren alorrak ekarri duen soka luzearen hasera, nolabait esatearren, Thomas Young-en 1903ko esperimentuan kokatuko dugu. Hemeretzi urte betetzerako hamahiru hizkuntza zekizkien mediku gazte honek urte batzuk geroago mundua iraultzatuko zuen esperimentua sortu zuen. Esperimentu honen bitartez Newton-en fotoi-partikula berdintasuna osatzen da, fotoiak uhin ere badirela frogatuz. Azpiko argazkian ikus liteke Thomas Young-en bi zirrikituen esperimentua.

Uhinak

Irudian ikusten dugun esperimentuan uhin bat sartuko bagenu adibidez, ur uhin bat esate baterako, uhina 1 eta 2 zuloetatik, bi zirrikituetatik batera pasako litzateke eta beraz, atzeko orman jasoko genukeen kurba irudian ageri dena litzateke. Kasu honetan, A zulotik pasa den uhin zatiak B zulotik pasa den uhin zatiarekin topo egiten du, zati batzuetan bi uhinak batu eta beste batzuetan ezereztatzen direlarik. Horregatik agertzen dira zati batzu hasierako uhina bainan handiagoak eta beste batzu berriz txikiagoak.

Partikulak

Esperimentu honetan partikulak erabiliko bagenitu berriz, beste irudi hau lortuko genuke.

Kasu honetan partikula 1 edo 2 zulotik, bietako batetik, pasako da. Hau irudikatzeko ez dago balak jaurtitzen dituen kanoi batetan pentsatzea besterik. Kasu honetan kanoi bala zulo batetik edo bestetik, bietako batetik soilik pasatzen da eta zulo bakoitzetik pasa den partikulen batura, bi grafikoen batura alegia, izango da atzeko orman jasoko dugun kurba.

Zer gertatzen da fotoien kasuan?

Argi izpiak, fotoiak Einstein-en garaitik, uhin edo partikula diren, bietako zein, ziurtatzeko arazoak betidanik izan dira fisikan. Esan bezala, Newtonek fotoien partikula izana defendatzen zuen eta aski ezagunak dira maiz, aurkakoa zioten zientzilari gizajoekin haserre biziz izandako eztabaida bizi-biziak.

Young-en esperimentuan, fotoiak banan-banan jaurtiki ezkero, gure aurreritzi klasikoei jarraiki usteko ez genukeen emaitza harrigarri bat lortzen dugu. Fotoiak, uhinak osatzen dituen irudi berak sortzen ditu! Fotoi bat jaurti ezkero beraz, kanoi balek egiten zuten bezala 1 edo 2 zirrikitutik, bi zirrikituetako batetik igaro beharrean, bi zirrikituetatik batera igaroko da. Gainera, uhinek elkarrekin topo egiten zuten bezalaxe, partikulek ere nola hala beraien buruarekin egiten dute topo!

Honek, fotoiek zenbait baldintzetan uhinen propietateak dituztela frogatzen du. Bainan bestalde, esan bezala, Newtonen garaitik dakigu fotoiek partikulen zenbait propietate ere badituztela. Hortaz, zer demontre da fotoi bat?

Erantzuna, argi fotoia partikula edo uhina den neurtu bitartean, bi aukerak batzen dituen egoera berezi batetan dagoela da (ikusi ondorengo Egoera Gainezarmenen printzipioa). Fotoia, partikula eta uhina, bi gauzak batera da. Era honetan, fotoia neurtu behar duen esperimentuaren arabera, fotoiak batzuetan partikulen propietateak azalduko ditu eta besteetan berriz uhinenak, bainan sekula ez bien propietateak batera.

Eta zer gertatzen da atomo eta molekulen kasuan?

Arestian aipatu dugun Young-en esperimentu hau bera argi fotoiekin beharrean atomo edo “fullenero” bezalako hirurogei atomodun molekula pisutsuekin errepikatu ezkero lortzen dugun emaitza are harrigarriagoa da. Kasu honetan ere atomoek zein molekulek uhinen propietateak erakusten dituzte!!

Atomo eta molekulen kasuan beraz fotoienean aipatu dugun gertaera bera ematen da. Oraingoan ere, atomo eta molekulek nola hala beraien buruekin egiten dute topo.

EGOERA GAINEZARMENEN PRINTZIPIOA

Aipatu dugun bezala, printzipio hau da aztergaia den fotoi edo atomoa neurtu bitartean bere partikula izana eta uhin izana batzen dituen egoera berezia esplikatzen duen printzipoa. Printzipio honen arabera bi egoera desberdin batzen dituen egoera sistema bat posible da, non egoera sistema berri honek osagarri dituen egoeren propietateak izango dituen.

Honela, partikula bati 1 zirrikitutik igarotzeak eta 2 zirrikitutik igarotzeak adibidez propietate desberdinak ematen baldin badizkiote, gure kasuan bi toki desberdinetan egotea izango litzatekeena, posible da bi egoera hauen gainezarmen bat ematea (1+2 eran adieraziko dena). Azken 1+2 egoera honek 1 egoera nahiz 2 egoeraren propietateak izango ditu.

Hauxe dugu beraz Young-en esperimentuan partikulek bi zirrikituetatik pasa eta beraien buruekin topo egitearen arrazoia. Partikula esperimentu gelan den bitartean posible dituen bere bi egoeren arteko gainezarmena ematen da. Partikularen definizioa berriz atzeko orman neurketa egiten denean zehazten da, orduan bihurtzen da gorpuzkuloa berriz erreala.

Garbi dago beraz esperimentu honetan aztergai diren gorpuzkuluak ez direla gai zurrunak bezala ulertu behar, jaurti eta neurtu bitartean uhin eta partikula batzen dituen egoera berezi batetan dauden zer batzu bezala baizik.

METAFISIKATIK FISIKARA ETA FISIKATIK METAFISIKARA BUELTAN

Metafisikaren baratza betidanik izan da gizakiaren jakinduri gosearen asegarri, bainan zientziaren sorrerak era nabarmenean eragin du baratze horretatik bizi izan direnen pagotxa gutxitzen. Azken urte hauetan halere, badirudi zientzia garaikideen eskutik sortu diren ezagutza berriek mundua era erabat berri batetan ulertzeko aukera luzatu dutela, oraingoz zientziak berak erantzun ezin dituen zenbait galdera berri planteatuz. Era honetan, paradoxikoki bada ere, oraingoan fisikak berriek sorturiko galderek gizakiarengan osatzen duten jakin min berria izaten ari da metafisikari lur berriak eman eta eurak ontzen ari dena.

Jarraian aipatuko ditugu fisika berri honen zenbait ondorio eta galdera harrigarri.

Partikula bat egon al liteke bi tokitan batera?

Aztertu dugu Young-en esperimentutik ondorioztatzen dela gorpuzkuluek uhinen propietateak ere adieraz ditzaketela, hala nola, edozein gorpuzkulu, neurtu aurretik, partikula-uhin izateak batzen dituen egoera berezi batetan dagoela.

Esperimentu honen ondoren etorri ziren de Broglie eta Schrödinger fisikari ospetsuak geroxeago ikusiko dugun gorpuzkuloen partikula eta uhin izanak erlazionatzen dituen formula eskutan zutela. Born fisikariari esker dakigu berriz elementu kuantiko hauek, uhinak ere izaki, ezin ditzazkegula zehaztasunez ezagutu eta beraz probabilitate eran soilik ezagutzearekin konformatu behar dugula .

Guzti honek berarekin dakarren lehen ondorio harrigarria, aztertzen ari garen elementuak egoera berezi batetan dauden gaiak bezala ulertu behar baditugu, uhin probabilitate egoera potentzial bat bezala, hemendik aurrera partikula bat toki zehatz batetan dagoenik ezin esango dugula da, partikula horrek toki horretan egoteko probabilitate handiak dituela baizik. Beraz, partikula bat A edo B tokian, bietako batean dagoela esan beharrean adibidez, A tokian egoteko probabilitateak dituen arren, A eta B tokietan, bietan batera dagoela esan beharko da.

Eta guzti honek ez ote garamatza materia berulertzera? Oraindik ere objektuaz hitz egin al dezakegu, existentzi konkretu batetik existentzia potentzial batera pasatzen den entitate baten kasuan?

Eta gizakia ere uhina al da?

Argi dago fisika kuantikoak materia beraren izatea ere kuestionatzea badakarrela neurri batetan, bainan gu ere uhinak al gara? Ba al dago gu defini gaitzakeen uhinik? Erantzuna baiezkoa da, bainan ondoren agertuko dugun bezala kasu berezi xamarra da gurea. Gai honetan zertxobait sakontzeko uhinak eta materia lotzen dituen Louis de Broglieren formulara jo beharra dugu: l=h/p

Formula honetan l uhin luzera dugu, h Plancken konstantea eta p partikularen higidura kantitatea (bere masa bider bere abiadura). Gure kasuan materia kantitate handia dugunez, p balio oso handia izango dugu eta l-ren balioa berrriz oso txikia.

Hortaz gain, aipatu beharreko beste puntu bat ere bada. Izan ere, atomo multzo batek atomo bakar batek egin ezin ditzazkeen gauza asko egin ditzazke. Materiaren propietate berrien emergentzia bat ematen da atomo kantitate handi bat biltzen denean. Honek ezinezkoa egiten du partikula gutxi batzuen jokaeraren estrapolazioaren bidez partikula multzo handi baten jokaera aurresatea.

Einstein vs Fisika kuantikoa

Aipatu berri dugun zehaztasun falta hau, partikulak probabilitate eran soilik ezagutu ditzakegun gaiak izateak dakarren zehaztasun falta hau, ordurarte nagusi zen mundu ikuskera mekanizistaren aurka zioan. Partikulak ezin dira zientzia newtondar edo mekanizistaz ulertu probabilitate legeak behar baitira, eta hauek erabiliz ere ezin ditzazkegu oso-osorik ezagutu. Ziurtasun eza honek Einstein bera ere benetan harritu zuen eta baita horregatik fisika berri honen aurka gogor aritu ere. Berak zioen bezala “Jainkoak ez du dadoetara jolasten” eta ondorioz, probabilitatea sustraietan duen fisika kuantikoa ez zen posible, erren zegoen eta nolabait osatzeko premia zuen. Ondorengo urte luzeetan zehar aritu zen Einstein beste zenbait fisikarirekin batera fisika berri akatsdun hori osatu nahian. Guzti hauen ustez aldagai ezkuturen batzuen premia zuen fisika kuantikoak osatzeko bainan, 1982-ko Alain Aspect-en esperimentuak behin betirako ezereztatu zituen fisika mekanizisten jarraitzaileen esperantzak eta fisika kuantikoa gailendu zitzaien denei.

Ba al da arimarik?

Esan dugu gorpuzkuluak jaurtiki eta berriz ere detektatu bitartean probabilitate egoera potentzial batetan izaten direla eta neurketa egitean definitzen direla bere propietateak, posizioa adibidez. Bainan zein da neurketa ematen den momentu zehatza? Noiz zehazten da partikula, noiz ematen da uhin pakete probabilistikoaren murrizketa, zientzilarien makina neurgailuak datuak erregistratzen dituenean edo zientzilariek beraiek datu horiek analizatzen dituztenean?

Honek suposatzen duen itauna zein garrantzitsua den ikusteko azter dezagun adibide bat. Suposa dezagun katu bat kaxa itxi batetan sartu dugula eta bere bizitza kaxa horretan bertan dagoen makina baten esku dagoela. Makina horretan izan ere elektroi bat dugu eta elektroiaren spin-aren arabera (a edo b izango dena) makina horrek katua hilko lukeen pozoi bat aireratzen du. Makinak neurketa egin aurretik elektroiaren spin-a egoera indeterminatu batetan dago eta neurketa egiten denean zehaztuko da bere spin-a, eta beraz orduan hilko da (edo ez) katua. Guk ordea, ez dakigu kaxa barnean zer gertatzen den eta ez dakigu katua hilik edo bizirik dagoen. Fisika kuantikoaren arabera neurketa ematen den unera arte katua bizirik egotea eta hilik egotea batzen dituen egoera batetan egongo da eta neurketa egitean jakingo dugu gure katuaren berri. Bainan esan bezala, noiz gertatzen da hori?

Galdera honek hiru erantzun posible ditu, fisika kuantikoan dauden barne korronte bakoitzeko bat. Orain ere zenbat buru hainbat aburu, jakina.

Korronte materialistaren arabera gure tramankulu neurgailuak neurketa egitean murrizten da uhin paketea. Ez dio axola guk neurketa horren berri gaur edo hemendik bi hilabetetara dugun, katuaren patua instant horretan definituko da. Korronte idealistaren arabera berriz gizakiak datu horiek analizatzean ematen da aipatu uhin paketearen murrizketa. Ez dio axola makinak neurketa orain dela bi hilabete egin bazuen ere, katua momentu zehatz horretan hilko da (kasurik latzgarrienean). Korronte honen ustez, gizakiok baditugu gainerantzeko animaliengandik, eta nola ez makinengandik, bereizten gaituzten zenbait ezaugarri, horietan garrantzitsuena kontzientziarena delarik. Fisikari hauen ustez kontziente izateak neurgailu bizigabeen eginkizunetik desberdin den papera betearazten dio gizakiari. Kontziente izatearen ulermen era hau berehala lotu dezakegu arimaren izatearekin eta ez dira gutxi izango hau onartuko duten fisikariak.

Aipatu dugun galdera erantzuteko hirugarren era Kopenhageko Eskolarena edo operazionalistena dugu. Hauen ustez fisika kuantikoak ez dihardu errealitateaz, errealitateaz dugun ezagutzaz baizik eta zentzugabea da fisika kuantikoak zergatik funtzionatzen duen azaldu nahi izatea. Funtzionatzen duela baieztatu eta erabiltzearekin nahikoa da.