Εξερευνώντας την πραγματικότητα:Πώς τα μεταφυσικά πειράματα αμφισβητούν τις υποθέσεις μας

Πειράματα που δοκιμάζουν τη φυσική και τη φιλοσοφία ως «ένα ενιαίο σύνολο» μπορεί να είναι η μόνη μας διαδρομή προς την σίγουρη γνώση για το σύμπαν.

Nico Roper/Quanta Magazine

Η μεταφυσική είναι ο κλάδος της φιλοσοφίας που ασχολείται με τη βαθιά σκαλωσιά του κόσμου:τη φύση του χώρου, του χρόνου, της αιτιότητας και της ύπαρξης, τα θεμέλια της ίδιας της πραγματικότητας. Θεωρείται γενικά μη ελεγχόμενο, καθώς οι μεταφυσικές υποθέσεις αποτελούν τη βάση όλων των προσπαθειών μας για τη διεξαγωγή δοκιμών και την ερμηνεία των αποτελεσμάτων. Αυτές οι υποθέσεις συνήθως δεν ειπώθηκαν.

Τις περισσότερες φορές, αυτό είναι εντάξει. Οι διαισθήσεις που έχουμε για τον τρόπο που λειτουργεί ο κόσμος σπάνια έρχονται σε αντίθεση με την καθημερινή μας εμπειρία. Σε ταχύτητες πολύ μικρότερες από την ταχύτητα του φωτός ή σε κλίμακες πολύ μεγαλύτερες από την κβαντική, μπορούμε, για παράδειγμα, να υποθέσουμε ότι τα αντικείμενα έχουν συγκεκριμένα χαρακτηριστικά ανεξάρτητα από τις μετρήσεις μας, ότι όλοι μοιραζόμαστε έναν παγκόσμιο χώρο και χρόνο, ότι ένα γεγονός για έναν από εμάς είναι γεγονός για όλους. Όσο η φιλοσοφία μας λειτουργεί, κρύβεται απαρατήρητη στο παρασκήνιο, με αποτέλεσμα να πιστεύουμε λανθασμένα ότι η επιστήμη είναι κάτι που μπορεί να διαχωριστεί από τη μεταφυσική.

Αλλά στα αχαρτογράφητα άκρα της εμπειρίας - σε υψηλές ταχύτητες και μικροσκοπικές κλίμακες - αυτές οι διαισθήσεις παύουν να μας εξυπηρετούν, καθιστώντας μας αδύνατο να κάνουμε επιστήμη χωρίς να αντιμετωπίσουμε κατά μέτωπο τις φιλοσοφικές μας υποθέσεις. Ξαφνικά βρισκόμαστε σε ένα μέρος όπου η επιστήμη και η φιλοσοφία δεν μπορούν πλέον να διακριθούν τακτοποιημένα. Ένα μέρος, σύμφωνα με τον φυσικό Eric Cavalcanti, που ονομάζεται «πειραματική μεταφυσική».

Ο Έρικ Καβαλκάντι από το Πανεπιστήμιο Γκρίφιθ στο Μπρίσμπεϊν της Αυστραλίας, αυτοαποκαλείται «πειραματικός μεταφυσικός».

Luke Marsden για το Quanta Magazine

Ο Καβαλκάντι κουβαλά τη δάδα μιας παράδοσης που εκτείνεται σε μια μακρά σειρά επαναστατημένων στοχαστών που αντιστάθηκαν στις συνήθεις διαχωριστικές γραμμές μεταξύ φυσικής και φιλοσοφίας. Στην πειραματική μεταφυσική, τα εργαλεία της επιστήμης μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να δοκιμάσουν τις φιλοσοφικές κοσμοθεωρίες μας, οι οποίες με τη σειρά τους μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την καλύτερη κατανόηση της επιστήμης. Ο Cavalcanti, ένας 46χρονος ντόπιος από τη Βραζιλία, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Griffith στο Brisbane της Αυστραλίας, και οι συνάδελφοί του δημοσίευσαν το ισχυρότερο αποτέλεσμα που έχει επιτευχθεί στην πειραματική μεταφυσική, ένα θεώρημα που θέτει αυστηρούς και εκπληκτικούς περιορισμούς στη φύση της πραγματικότητας. Τώρα σχεδιάζουν έξυπνα, αν και αμφιλεγόμενα, πειράματα για να δοκιμάσουν τις υποθέσεις μας όχι μόνο για τη φυσική, αλλά και για το μυαλό.

Ενώ θα μπορούσαμε να περιμένουμε ότι η ένεση της φιλοσοφίας στην επιστήμη θα οδηγήσει σε κάτι λιγότερο επιστημονικό, στην πραγματικότητα, λέει ο Cavalcanti, ισχύει το αντίθετο. «Κατά κάποιο τρόπο, η γνώση που αποκτούμε μέσω της πειραματικής μεταφυσικής είναι πιο ασφαλής και πιο επιστημονική», είπε, επειδή εξετάζει όχι μόνο τις επιστημονικές μας υποθέσεις αλλά και τις προϋποθέσεις που συνήθως κρύβονται από κάτω.

Η ΔΙΧΑΡΙΣΤΙΚΗ ΓΡΑΜΜΗ μεταξύ επιστήμης και φιλοσοφίας δεν ήταν ποτέ ξεκάθαρη. Συχνά, αντλείται από τη δυνατότητα δοκιμής. Οποιαδήποτε επιστήμη αξίζει το όνομά της λέγεται ότι είναι ευάλωτη σε δοκιμές που μπορούν να την παραποιήσουν, ενώ η φιλοσοφία στοχεύει σε παρθένες αλήθειες που αιωρούνται κάπου πέρα ​​από τη βρώμικη εμβέλεια του πειράματος. Όσο αυτή η διάκριση είναι στο παιχνίδι, οι φυσικοί πιστεύουν ότι μπορούν να συνεχίσουν με την ακατάστατη δουλειά της «πραγματικής επιστήμης» και να αφήσουν τους φιλοσόφους στις πολυθρόνες τους, να τους χαϊδεύουν το πηγούνι.

Όπως αποδεικνύεται, ωστόσο, η διάκριση δοκιμασιμότητας δεν ισχύει. Οι φιλόσοφοι γνώριζαν από καιρό ότι είναι αδύνατο να αποδειχθεί μια υπόθεση. (Ανεξάρτητα από το πόσους λευκούς κύκνους βλέπετε, ο επόμενος μπορεί να είναι μαύρος.) Γι' αυτό ο Karl Popper είπε περίφημα ότι μια δήλωση είναι επιστημονική μόνο εάν είναι παραποιήσιμη - αν δεν μπορούμε να την αποδείξουμε, μπορούμε τουλάχιστον να προσπαθήσουμε να τη διαψεύσουμε. Το 1906, όμως, ο Γάλλος φυσικός Pierre Duhem έδειξε ότι η παραποίηση μιας μόνο υπόθεσης είναι αδύνατη. Κάθε κομμάτι της επιστήμης είναι συνδεδεμένο σε ένα μπερδεμένο πλέγμα υποθέσεων, υποστήριξε. Αυτές οι υποθέσεις αφορούν τα πάντα, από τους υποκείμενους φυσικούς νόμους μέχρι τη λειτουργία συγκεκριμένων συσκευών μέτρησης. Εάν το αποτέλεσμα του πειράματός σας φαίνεται να διαψεύδει την υπόθεσή σας, μπορείτε πάντα να λάβετε υπόψη τα δεδομένα τροποποιώντας μία από τις υποθέσεις σας, αφήνοντας την υπόθεσή σας ανέπαφη.

Πάρτε, για παράδειγμα, τη γεωμετρία του χωροχρόνου. Ο Immanuel Kant, ο φιλόσοφος του 18ου αιώνα, δήλωσε ότι οι ιδιότητες του χώρου και του χρόνου δεν είναι εμπειρικά ερωτήματα. Σκέφτηκε όχι μόνο ότι η γεωμετρία του χώρου ήταν αναγκαστικά Ευκλείδεια, που σημαίνει ότι οι εσωτερικές γωνίες ενός τριγώνου αθροίζονται σε 180 μοίρες, αλλά ότι αυτό το γεγονός έπρεπε να είναι «η βάση οποιασδήποτε μελλοντικής μεταφυσικής». Δεν ήταν εμπειρικά ελεγχόμενο, σύμφωνα με τον Kant, επειδή παρείχε το ίδιο το πλαίσιο εντός του οποίου καταλαβαίνουμε πώς λειτουργούν οι δοκιμές μας αρχικά.

Και όμως, το 1919, όταν οι αστρονόμοι μέτρησαν το μονοπάτι του μακρινού αστρικού φωτός που παρακάμπτει τη βαρυτική επίδραση του ήλιου, διαπίστωσαν ότι η γεωμετρία του διαστήματος δεν ήταν τελικά ευκλείδεια — ήταν στρεβλή από τη βαρύτητα, όπως είχε προβλέψει πρόσφατα ο Άλμπερτ Αϊνστάιν.

Ή το έκαναν; Ο Ανρί Πουανκαρέ, ο Γάλλος πολυμαθής, προσέφερε ένα ενδιαφέρον πείραμα σκέψης. Φανταστείτε ότι το σύμπαν είναι ένας τεράστιος δίσκος που συμμορφώνεται με την Ευκλείδεια γεωμετρία, αλλά του οποίου οι φυσικοί νόμοι περιλαμβάνουν τα εξής:Ο δίσκος είναι πιο ζεστός στη μέση και πιο κρύος στην άκρη, με τη θερμοκρασία να πέφτει αναλογικά με το τετράγωνο της απόστασης από το κέντρο. Επιπλέον, αυτό το σύμπαν διαθέτει έναν δείκτη διάθλασης - μια μέτρηση του τρόπου κάμψης των ακτίνων φωτός - που είναι αντιστρόφως ανάλογος της θερμοκρασίας. Σε ένα τέτοιο σύμπαν, οι χάρακες και τα κριτήρια δεν θα ήταν ποτέ ίσια (τα στερεά αντικείμενα θα διαστέλλονταν και θα συρρικνώνονταν με την κλίση της θερμοκρασίας) ενώ ο δείκτης διάθλασης θα έκανε τις ακτίνες φωτός να φαίνονται να ταξιδεύουν σε καμπύλες και όχι σε γραμμές. Ως αποτέλεσμα, οποιαδήποτε προσπάθεια μέτρησης της γεωμετρίας του χώρου — ας πούμε, αθροίζοντας τις γωνίες ενός τριγώνου — θα έκανε κάποιον να πιστέψει ότι ο χώρος δεν ήταν Ευκλείδειος.

Οποιαδήποτε δοκιμή γεωμετρίας απαιτεί από εσάς να υποθέσετε ορισμένους νόμους της φυσικής, ενώ κάθε δοκιμή αυτών των νόμων της φυσικής απαιτεί από εσάς να υποθέσετε τη γεωμετρία. Σίγουρα, οι φυσικοί νόμοι του κόσμου του δίσκου φαίνονται ad hoc, αλλά και τα αξιώματα του Ευκλείδη. «Ο Πουανκαρέ, κατά τη γνώμη μου, έχει δίκιο», είπε ο Αϊνστάιν σε μια διάλεξη του 1921. Πρόσθεσε, «Μόνο το άθροισμα της γεωμετρίας και των φυσικών νόμων υπόκειται σε πειραματική επαλήθευση». Όπως το έθεσε ο Αμερικανός λογικός Willard V. O. Quine, «Η μονάδα της εμπειρικής σημασίας» - αυτό που στην πραγματικότητα μπορεί να ελεγχθεί - «είναι ολόκληρη η επιστήμη». Η πιο απλή παρατήρηση (ότι ο ουρανός είναι μπλε, ας πούμε, ή το σωματίδιο είναι εκεί) μας αναγκάζει να αμφισβητήσουμε όλα όσα γνωρίζουμε για τη λειτουργία του σύμπαντος.

Αλλά στην πραγματικότητα, είναι χειρότερο από αυτό. Η μονάδα εμπειρικής σημασίας είναι ένας συνδυασμός επιστήμης και φιλοσοφίας. Ο στοχαστής που το είδε πιο ξεκάθαρα ήταν ο Ελβετός μαθηματικός του 20ου αιώνα Φέρντιναντ Γκόνσεθ. Για τον Γκόνσεθ, η επιστήμη και η μεταφυσική βρίσκονται πάντα σε συνομιλία μεταξύ τους, με τη μεταφυσική να παρέχει τα θεμέλια πάνω στα οποία λειτουργεί η επιστήμη, η επιστήμη να παρέχει στοιχεία που αναγκάζουν τη μεταφυσική να αναθεωρήσει αυτά τα θεμέλια και τα δύο μαζί προσαρμόζονται και αλλάζουν σαν ζωντανός οργανισμός που αναπνέει. Όπως είπε σε ένα συμπόσιο που παρακολούθησε προς τιμήν του Αϊνστάιν, «Η επιστήμη και η φιλοσοφία αποτελούν ένα ενιαίο σύνολο».

Ο Ελβετός μαθηματικός Ferdinand Gonseth, γεννημένος το 1890, υποστήριξε ότι η επιστήμη δεν μπορεί ποτέ να τεθεί σε σταθερά θεμέλια, καθώς τα πειράματα μπορούν πάντα να ανατρέψουν τις βασικές υποθέσεις της.

Franz Schmelhaus

Με τα δύο δεμένα μαζί σε έναν Γόρδιο δεσμό, μπορεί να μπούμε στον πειρασμό να σηκώσουμε τα χέρια μας, καθώς δεν μπορούμε να δοκιμάσουμε επιστημονικές δηλώσεις χωρίς να σύρουμε μαζί τους και μεταφυσικές δηλώσεις. Αλλά υπάρχει μια αναστροφή στην ιστορία:Σημαίνει ότι η μεταφυσική είναι ελεγχόμενη. Γι' αυτό ο Καβαλκάντι, που εργάζεται στα άκρα της κβαντικής γνώσης, δεν αναφέρεται στον εαυτό του ως φυσικό ή ως φιλόσοφο, αλλά ως «πειραματικό μεταφυσικό».

ΓΝΩΡΙΣΤΗΚΑ ΜΕ ΤΟ CAVALCANTI σε μια βιντεοκλήση. Με τα σκούρα μαλλιά του τραβηγμένα σε έναν κότσο, έριξε ένα βλέμμα περίεργο, με την προσεκτική, σοβαρή συμπεριφορά του να αντισταθμίζεται μόνο από ένα κουτάβι 15 εβδομάδων που στριμώχνεται στην αγκαλιά του. Μου είπε πώς, ως προπτυχιακός στη Βραζιλία στα τέλη της δεκαετίας του 1990, εργάστηκε στην πειραματική βιοφυσική - «πολύ υγρά πράγματα», όπως το περιγράφει, «βγάζοντας καρδιές από κουνέλια και βάζοντάς τα κάτω από [υπεραγώγιμα] μαγνητόμετρα», κάτι τέτοιο. Αν και σύντομα πήγε σε ξηρότερο έδαφος («εργάζεται σε επιταχυντές σωματιδίων, μελετώντας ατομικές συγκρούσεις»), το έργο απείχε ακόμα πολύ από τα μεταφυσικά ερωτήματα που υπήρχαν ήδη στο μυαλό του. «Μου είχαν πει ότι τα ενδιαφέροντα ερωτήματα στα θεμέλια της κβαντικής μηχανικής είχαν όλα λυθεί από τον [Niels] Bohr στις συζητήσεις του με τον Αϊνστάιν», είπε. Έτσι, μέτρησε άλλη μια διατομή, έβγαλε ένα άλλο χαρτί και το έκανε ξανά την επόμενη μέρα.

Ο Καβαλκάντι καθαρίζει το μυαλό του σε ένα δάσος κοντά στην πανεπιστημιούπολη.

Luke Marsden

Κατέληξε να εργάζεται για την Εθνική Επιτροπή Πυρηνικής Ενέργειας της Βραζιλίας και εκεί διάβασε βιβλία των φυσικών Ρότζερ Πένροουζ και Ντέιβιντ Ντόιτς, προσφέροντας ο καθένας μια ριζικά διαφορετική μεταφυσική ιστορία για να εξηγήσει τα γεγονότα της κβαντικής μηχανικής. Πρέπει να εγκαταλείψουμε τη φιλοσοφική υπόθεση ότι υπάρχει μόνο ένα σύμπαν, όπως πρότεινε η Deutsch; Ή, όπως προτιμούσε ο Penrose, ίσως η κβαντική θεωρία παύει να ισχύει σε μεγάλες κλίμακες, όταν η βαρύτητα εισχωρεί στη δράση. «Εδώ ήταν αυτοί οι λαμπροί φυσικοί που όχι μόνο συζητούν άμεσα ερωτήσεις σχετικά με τα θεμέλια, αλλά διαφωνούν βαθιά μεταξύ τους», είπε ο Καβαλκάντι. Ο Penrose, πρόσθεσε, «πέρασε ακόμη και τη φυσική σε αυτό που είναι παραδοσιακά μεταφυσική, θέτοντας ερωτήσεις σχετικά με τη συνείδηση».

Εμπνευσμένος, ο Καβαλκάντι αποφάσισε να κάνει διδακτορικό στα κβαντικά ιδρύματα και βρήκε μια θέση για τον εαυτό του στο Πανεπιστήμιο του Κουίνσλαντ στην Αυστραλία. Η διατριβή του ξεκίνησε, "Για να κατανοήσουμε την πηγή των συγκρούσεων των κβαντικών θεμελίων, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε πού και πώς τα κλασικά μοντέλα και οι διαισθήσεις μας αρχίζουν να αποτυγχάνουν να περιγράψουν έναν κβαντικό κόσμο. Αυτό είναι το θέμα της πειραματικής μεταφυσικής." Ένας καθηγητής άφησε κάτω τη διατριβή και δήλωσε, "Αυτό δεν είναι φυσική."

Αλλά ο Καβαλκάντι ήταν προετοιμασμένος να υποστηρίξει ότι η γραμμή μεταξύ φυσικής και φιλοσοφίας είχε ήδη θολή αδιόρθωτα. Στη δεκαετία του 1960, ο βορειοϊρλανδός φυσικός John Stewart Bell είχε επίσης συναντήσει μια κουλτούρα της φυσικής που δεν είχε υπομονή για τη φιλοσοφία. Οι μέρες του Αϊνστάιν και του Μπορ που μάλωναν για τη φύση της πραγματικότητας -και ασχολούνταν βαθιά με τη φιλοσοφία στη διαδικασία- είχαν τελειώσει πολύ. Η μεταπολεμική πρακτικότητα βασίλευε και οι φυσικοί ήταν πρόθυμοι να συνεχίσουν τη δουλειά της φυσικής, σαν να είχε κοπεί ο Γόρδιος δεσμός, σαν να ήταν δυνατό να αγνοήσει κανείς τη μεταφυσική και να καταφέρει ακόμα να ασχοληθεί με την επιστήμη. Αλλά ο Bell, κάνοντας το αιρετικό του έργο στον ελεύθερο χρόνο του, ανακάλυψε μια νέα πιθανότητα:Αν και είναι αλήθεια ότι δεν μπορείτε να δοκιμάσετε μια υπόθεση μεμονωμένα, μπορείτε να πάρετε πολλές μεταφυσικές υποθέσεις και να δείτε εάν αντέχουν ή πέφτουν μαζί.

Ο John Stewart Bell, ο οποίος ανακάλυψε το ομώνυμο θεώρημά του το 1964, παρουσιάζεται να δίνει διαλέξεις για το θεώρήμά του στο Ευρωπαϊκό εργαστήριο σωματιδιακής φυσικής CERN το 1982.

CERN

Για τον Bell, αυτές οι υποθέσεις συνήθως θεωρούνται εντοπιότητα (η πεποίθηση ότι τα πράγματα δεν μπορούν να επηρεάσουν το ένα το άλλο στιγμιαία στο διάστημα) και ρεαλισμός (ότι υπάρχει κάποιος τρόπος που τα πράγματα απλά είναι, ανεξάρτητα από τη μέτρησή τους). Το θεώρημά του, που δημοσιεύτηκε το 1964, απέδειξε αυτό που είναι γνωστό ως ανισότητα του Bell:Για κάθε θεωρία που λειτουργεί υπό τις παραδοχές της εντοπιότητας και του ρεαλισμού, υπάρχει ένα ανώτατο όριο για το πόσο συσχετισμένα μπορεί να είναι ορισμένα γεγονότα. Η κβαντομηχανική, ωστόσο, προέβλεψε συσχετίσεις που ξεπερνούσαν αυτό το ανώτατο όριο.

Όπως γράφτηκε, το θεώρημα του Bell δεν ήταν ελεγχόμενο, αλλά το 1969 ο φυσικός και φιλόσοφος Abner Shimony είδε ότι μπορούσε να ξαναγραφτεί σε μια μορφή κατάλληλη για το εργαστήριο. Μαζί με τους John Clauser, Michael Horne και Richard Holt, ο Shimony μετέτρεψε την ανισότητα του Bell σε ανισότητα CHSH (ονομάστηκε από τα αρχικά των συγγραφέων της) και το 1972, σε ένα υπόγειο στο Μπέρκλεϊ της Καλιφόρνια, ο Clauser και ο συνεργάτης του Stuart Freedman την έθεσαν σε δοκιμή μετρώντας τους συσχετισμούς μεταξύ των ζευγών.

Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο κόσμος επιβεβαίωσε τις προβλέψεις της κβαντικής μηχανικής, δείχνοντας συσχετίσεις που παρέμειναν πολύ ισχυρότερες από ό,τι επέτρεπε η ανισότητα του Bell. Αυτό σήμαινε ότι η εντοπιότητα και ο ρεαλισμός δεν μπορούν να είναι και τα δύο χαρακτηριστικά της πραγματικότητας - αν και ποιο από τα δύο πρέπει να εγκαταλείψουμε, τα πειράματα δεν μπορούσαν να πουν. "Κατά τη γνώμη μου, το πιο συναρπαστικό πράγμα σχετικά με τα θεωρήματα του τύπου Bell είναι ότι παρέχουν μια σπάνια ευκαιρία για μια επιχείρηση που μπορεί να ονομαστεί σωστά "πειραματική μεταφυσική", έγραψε ο Shimony το 1980 στη δήλωση που πιστεύεται ευρέως ότι επινόησε τον όρο.

Όπως συμβαίνει, όμως, ο όρος πηγαίνει πιο πίσω, σε έναν πιο απίθανο χαρακτήρα. Ο Michele Besso, ο καλύτερος φίλος και ηχητικός πίνακας του Αϊνστάιν, ήταν το μόνο άτομο που πιστώθηκε στον Αϊνστάιν ότι τον βοήθησε να αναπτύξει τη θεωρία της σχετικότητας. Αλλά ο Besso βοήθησε λιγότερο στη φυσική παρά στη φιλοσοφία. Ο Αϊνστάιν ήταν ανέκαθεν ρεαλιστής, πίστευε σε μια πραγματικότητα στα παρασκήνια, ανεξάρτητα από τις παρατηρήσεις μας, αλλά ο Μπέσο τον μύησε στα φιλοσοφικά γραπτά του Ερνστ Μαχ, ο οποίος υποστήριξε ότι μια θεωρία πρέπει να αναφέρεται μόνο σε μετρήσιμα μεγέθη. Ο Μαχ, μέσω του Μπέσο, ενθάρρυνε τον Αϊνστάιν να εγκαταλείψει τις μεταφυσικές του έννοιες περί απόλυτου χώρου, χρόνου και κίνησης. Το αποτέλεσμα ήταν η ειδική θεωρία της σχετικότητας.

Μετά τη δημοσίευσή της το 1905, οι φυσικοί δεν ήταν σίγουροι αν η θεωρία ήταν φυσική ή φιλοσοφία. Όλες οι εξισώσεις του είχαν ήδη γραφτεί από άλλους. ήταν μόνο η μεταφυσική πίσω από αυτά που ήταν νέα. Αλλά αυτή η μεταφυσική ήταν αρκετή για να οδηγήσει σε νέα επιστήμη, καθώς η ειδική σχετικότητα έδωσε τη θέση της στη γενική σχετικότητα, μια νέα θεωρία της βαρύτητας, πλήρης με νέες, ελεγχόμενες προβλέψεις. Ο Μπέσο αργότερα έγινε φίλος με τον Γκόνσεθ. Στην Ελβετία, οι δυο τους έκαναν μακρινούς περιπάτους μαζί, όπου ο Γκόνσεθ υποστήριξε ότι η φυσική δεν θα μπορούσε ποτέ να τεθεί σε γερά θεμέλια, αφού τα πειράματα μπορούν πάντα να ανατρέψουν τις πιο βασικές υποθέσεις στις οποίες βασίζεται. Σε μια επιστολή που δημοσίευσε ο Γκόνσεθ σε ένα τεύχος του 1948 του περιοδικού Dialectica , ο Μπέσο πρότεινε στον Γκόνσεθ να αναφερθεί στο έργο του ως «πειραματική μεταφυσική».

Ο Albert Einstein απεικονίζεται με τον στενό του φίλο Michele Besso και τη σύζυγό του Anna Besso στη Ζυρίχη, Ελβετία, το 1930.

Ινστιτούτο Leo Baeck

Η πειραματική μεταφυσική απέκτησε κάτι σαν επίσημη έδρα τη δεκαετία του 1970 με την ίδρυση του Συλλόγου Ferdinand Gonseth στο Bienne της Ελβετίας. «Η επιστήμη και η φιλοσοφία αποτελούν ένα σώμα», ανέφερε στις ιδρυτικές της αξίες, «και όλα όσα συμβαίνουν στην επιστήμη, είτε στις μεθόδους είτε στα αποτελέσματά της, μπορεί να αντηχούν στη φιλοσοφία ακόμη και στις πιο θεμελιώδεις αρχές της. Αυτή ήταν μια ριζοσπαστική δήλωση — εξίσου συγκλονιστική τόσο για την επιστήμη όσο και για τη φιλοσοφία. Η ένωση δημοσίευσε ένα υπόγειο ενημερωτικό δελτίο με το όνομα Επιστημολογικές επιστολές , ένα είδος «zine» της φυσικής, με δακτυλογραφημένες, μιμογραφημένες σελίδες με διάστικτες εξισώσεις στο χέρι, που ταχυδρομήθηκε σε περίπου 100 φυσικούς και φιλοσόφους που αποτελούσαν μια νέα αντικουλτούρα - τους λίγους τολμηρούς που ήθελαν να συζητήσουν την πειραματική μεταφυσική. Ο Shimony υπηρέτησε ως συντάκτης.

Το θεώρημα του Μπελ βρισκόταν πάντα στο επίκεντρο εκείνων των συζητήσεων, γιατί εκεί που η προηγούμενη εργασία στη φυσική άφηνε τη μεταφυσική της να μην αναγνωρίζεται, στο έργο του Μπελ τα δύο ήταν πραγματικά και ρητά αχώριστα. Το θεώρημα δεν αφορούσε κάποια συγκεκριμένη θεωρία της φυσικής. Ήταν αυτό που οι φυσικοί αποκαλούν θεώρημα "no-go", μια γενική απόδειξη που δείχνει ότι οποιαδήποτε θεωρία που λειτουργεί υπό τις μεταφυσικές παραδοχές της εντοπιότητας και του ρεαλισμού δεν μπορεί να περιγράψει τον κόσμο στον οποίο ζούμε. Θέλετε έναν κόσμο που να είναι πολύ συγκεκριμένος ακόμα και όταν δεν μετριέται; Και θέλετε εντοπιότητα; Όχι πηγαίνετε. Ή, όπως το έθεσε ο Shimony στα Epistemological Letters , σε ένα θεατρικό έργο για το όνομα του Μπελ, όσοι θέλουν να έχουν μια τέτοια κοσμοθεωρία «πρέπει να θυμούνται το κήρυγμα του Ντόν:«Και επομένως ποτέ μην στείλετε να μάθετε για ποιον χτυπάει η καμπάνα· χτυπάει για σένα».

«Ο Μπελ ήταν και φιλόσοφος της φυσικής και φυσικός», είπε ο Γουέιν Μίρβολντ, φιλόσοφος της φυσικής στο Δυτικό Πανεπιστήμιο του Καναδά. «Και σε μερικές από τις καλύτερες εργασίες του, ουσιαστικά συνδυάζει τα δύο». Αυτό ταρακούνησε τους συντάκτες παραδοσιακών περιοδικών φυσικής και άλλους φύλακες της επιστήμης. «Αυτό το είδος εργασίας σίγουρα δεν θεωρήθηκε αξιοσέβαστο», είπε ο Καβαλκάντι.

Ο φυσικός John Clauser παρακολουθεί το πείραμα που έφτιαξαν μαζί με τον Stuart Freedman για να δοκιμάσουν το θεώρημα του Bell τη δεκαετία του 1970.

Ευγενική προσφορά του Εθνικού Εργαστηρίου Lawrence Berkeley

Γι' αυτό, όταν ο Γάλλος φυσικός Alain Aspect πήγε στον Bell προτείνοντας ένα νέο πείραμα που θα μπορούσε να ελέγξει την ανισότητα του Bell αποκλείοντας κάθε υπολειπόμενη επιρροή που διαδίδεται μεταξύ των συσκευών μέτρησης που χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση των πόλωσης των φωτονίων, ο Bell τον ρώτησε αν είχε μόνιμη θέση σχολής. «Η ανησυχία ήταν ότι το να κάνει αυτό το πείραμα θα ήταν δολοφόνος καριέρας για έναν νεαρό φυσικό», είπε ο Myrvold.

Γρήγορα στο 2022, και υπάρχει ο Aspect, μαζί με τον Clauser και τον Anton Zeilinger, κατευθύνθηκαν στη Στοκχόλμη για να παραλάβουν το βραβείο Νόμπελ. Οι συσχετισμοί που παραβιάζουν την ανισότητα του Bell, όπως αποδεικνύεται, οδήγησαν σε επαναστατικές τεχνολογίες, όπως η κβαντική κρυπτογραφία, ο κβαντικός υπολογισμός και η κβαντική τηλεμεταφορά. Αλλά «παρά την τεχνολογική ανταμοιβή», είπε ο Myrvold, «το έργο υποκινήθηκε από φιλοσοφικά ερωτήματα». Σύμφωνα με την αναφορά Νόμπελ, οι τρεις φυσικοί κέρδισαν για την «πρωτοποριακή επιστήμη της κβαντικής πληροφορίας». Σύμφωνα με τον Cavalcanti, κέρδισαν για την πειραματική μεταφυσική.

ΤΟ ΘΕΩΡΗΜΑ BELL ΗΤΑΝ μόνο η αρχή.

Στον απόηχο των πειραμάτων που παραβίαζαν τις ανισότητες τύπου Bell, αρκετές απόψεις της πραγματικότητας παρέμειναν στο τραπέζι. Θα μπορούσατε να διατηρήσετε τον ρεαλισμό και να εγκαταλείψετε την εντοπιότητα, αποδεχόμενοι ότι αυτό που συμβαίνει σε μια γωνιά του σύμπαντος επηρεάζει ακαριαία αυτό που συμβαίνει σε μια άλλη και επομένως αυτή η σχετικότητα πρέπει να τροποποιηθεί. Ή θα μπορούσατε να διατηρήσετε την εντοπιότητα και να εγκαταλείψετε τον ρεαλισμό, αποδεχόμενοι ότι τα πράγματα στο σύμπαν δεν έχουν συγκεκριμένα χαρακτηριστικά πριν μετρηθούν — ότι η φύση, κατά μια βαθιά έννοια, φτιάχνει τα πράγματα εν κινήσει.

Αλλά ακόμα κι αν εγκαταλείψατε μια πραγματικότητα πριν από τη μέτρηση, θα μπορούσατε να συνεχίσετε με μια πραγματικότητα μετά τη μέτρηση. Δηλαδή, θα μπορούσατε να φανταστείτε να λαμβάνετε όλα αυτά τα αποτελέσματα των μετρήσεων και να τα ενώνετε σε μια ενιαία, κοινή πραγματικότητα. Αυτό συνήθως εννοούμε με τον όρο «πραγματικότητα». Είναι η ίδια η έννοια ενός αντικειμενικού κόσμου.

Ένα πείραμα σκέψης που τέθηκε το 1961 αμφισβητεί αυτή την πιθανότητα. Ο Eugene Wigner, ο βραβευμένος με Νόμπελ φυσικός, πρότεινε ένα σενάριο στο οποίο ένας παρατηρητής, που τον αποκαλεί «φίλο του Wigner», πηγαίνει σε ένα εργαστήριο όπου υπάρχει ένα κβαντικό σύστημα - ας πούμε, ένα ηλεκτρόνιο σε έναν κβαντικό συνδυασμό ή υπέρθεση δύο καταστάσεων που ονομάζονται «spin up» και «spin down». Ο φίλος μετρά το σπιν του ηλεκτρονίου και διαπιστώνει ότι είναι επάνω. Αλλά ο Wigner, που στέκεται έξω, μπορεί να χρησιμοποιήσει την κβαντομηχανική για να περιγράψει ολόκληρη την κατάσταση του εργαστηρίου, όπου, από τη δική του οπτική γωνία, δεν έχει γίνει καμία μέτρηση. Η κατάσταση του φίλου και η κατάσταση του ηλεκτρονίου απλώς συσχετίζονται —μπλεγμένα— ενώ το ηλεκτρόνιο παραμένει σε μια υπέρθεση καταστάσεων. Κατ' αρχήν, ο Wigner μπορεί ακόμη και να εκτελέσει μια μέτρηση που θα δείξει τα φυσικά αποτελέσματα της υπέρθεσης. Από την οπτική γωνία του φίλου, το ηλεκτρόνιο έχει κάποια κατάσταση μετά τη μέτρηση, αλλά αυτό δεν φαίνεται να είναι μέρος της πραγματικότητας του Wigner.

Το 2018, αυτή η ενοχλητική αμφιβολία για μια κοινή πραγματικότητα έγινε ένα πλήρες δίλημμα. Ο Časlav Brukner, ένας φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Βιέννης, συνειδητοποίησε ότι μπορούσε να συνδυάσει τον φίλο του Wigner με ένα πείραμα τύπου Bell για να αποδείξει ένα νέο θεώρημα απαγόρευσης. Η ιδέα ήταν να έχουμε δύο φίλους και δύο Wigners. Οι φίλοι μετρούν ο καθένας το μισό ενός μπερδεμένου συστήματος και μετά ο καθένας από τους Wigners κάνει μία από τις δύο πιθανές μετρήσεις στο εργαστήριο του φίλου του. Τα αποτελέσματα των μετρήσεων του Wigners θα συσχετιστούν, όπως ακριβώς και οι πολώσεις των φωτονίων στα αρχικά πειράματα τύπου Bell, με ορισμένες μεταφυσικές υποθέσεις που επιβάλλουν ανώτερα όρια στην ισχύ αυτών των συσχετισμών.

Οι Eric Cavalcanti και Nora Tischler, συνάδελφοι στο Πανεπιστήμιο Griffith, σχεδιάζουν πειράματα που χρησιμοποιούν οπτικές συσκευές και λέιζερ για να ελέγξουν τις ανισότητες στην πειραματική μεταφυσική.

Luke Marsden για το Quanta Magazine

Όπως αποδείχθηκε, η απόδειξη του Brukner βασίστηκε σε μια επιπλέον υπόθεση που αποδυνάμωσε την ισχύ του θεωρήματος που προέκυψε, αλλά ενέπνευσε τον Cavalcanti και τους συναδέλφους να κάνουν τη δική τους εκδοχή. Το 2020, στο περιοδικό Nature Physics , δημοσίευσαν το «A Strong No-Go Theorem on the Wigner’s Friend Paradox», το οποίο απέδειξε δύο πράγματα. Πρώτον, ότι η πειραματική μεταφυσική, που προηγουμένως είχε υποβιβαστεί σε υπόγεια κινηματογραφικά περιοδικά, αξίζει τώρα τα έγκριτα επιστημονικά περιοδικά και, δεύτερον, ότι η πραγματικότητα είναι ακόμη πιο παράξενη από ό,τι είχε υποδείξει ποτέ το θεώρημα του Bell.

Το θεώρημά τους έδειξε ότι, εάν οι προβλέψεις της κβαντικής μηχανικής είναι σωστές, οι ακόλουθες τρεις υποθέσεις δεν μπορούν να είναι όλες αληθείς:εντοπιότητα (χωρίς τρομακτική δράση σε απόσταση), ελευθερία επιλογής (καμία κοσμική συνωμοσία που σας εξαπατά να ρυθμίσετε τους ανιχνευτές σας έτσι ώστε τα αποτελέσματα να φαίνονται να παραβιάζουν την ανισότητα του Bell) και την απόλυτη ανισότητα του Bell Ο φίλος του Wigner είναι ένα ηλεκτρόνιο με spin up για όλους). Εάν θέλετε τοπικές αλληλεπιδράσεις και έναν κόσμο χωρίς συνωμοσίες, τότε πρέπει να εγκαταλείψετε την ιδέα ότι ένα αποτέλεσμα μέτρησης για έναν παρατηρητή είναι ένα αποτέλεσμα μέτρησης για όλους.

Είναι αξιοσημείωτο ότι το θεώρημά τους «απαγορευμένο» «περιορίζει τον χώρο των πιθανών μεταφυσικών θεωριών πιο στενά από το θεώρημα του Bell», είπε ο Cavalcanti.

«Είναι μια σημαντική βελτίωση», είπε ο Μπρούκνερ. «Είναι το πιο ακριβές, ισχυρότερο θεώρημα απαγόρευσης». Πράγμα που σημαίνει ότι είναι το πιο ισχυρό κομμάτι της πειραματικής μεταφυσικής. "Η δύναμη αυτών των θεωρημάτων απαγόρευσης είναι ακριβώς ότι δεν δοκιμάζουν κάποια συγκεκριμένη θεωρία, αλλά μια κοσμοθεωρία. Δοκιμάζοντας τα και δείχνοντας παραβιάσεις ορισμένων ανισοτήτων, δεν απορρίπτουμε μια θεωρία, αλλά μια ολόκληρη κατηγορία θεωριών. Αυτό είναι ένα πολύ ισχυρό πράγμα. Μας επιτρέπει να καταλάβουμε τι είναι δυνατό."

Luke Marsden για το Quanta Magazine

Ο Μπρούκνερ θρηνεί ότι οι επιπτώσεις της πειραματικής μεταφυσικής δεν έχουν ακόμη ενσωματωθεί πλήρως στην υπόλοιπη φυσική γενικά — ειδικά, κατά την άποψή του, εις βάρος της έρευνας για την κβαντική φύση της βαρύτητας. «Είναι πραγματικά κρίμα, γιατί καταλήγουμε σε λάθος εικόνες, ας πούμε, για το πώς φαίνεται το κενό ή τι συμβαίνει σε μια μαύρη τρύπα, όπου περιγράφονται χωρίς καμία αναφορά σε τρόπους παρατήρησης», είπε. "Δεν νομίζω ότι θα σημειώσουμε σημαντική πρόοδο σε αυτούς τους τομείς μέχρι να εργαστούμε πολύ στη θεωρία των μετρήσεων."

Το αν η πειραματική μεταφυσική μπορεί ποτέ να μας οδηγήσει στη σωστή θεωρία της κβαντικής βαρύτητας είναι ασαφές, αλλά θα μπορούσε τουλάχιστον να περιορίσει το πεδίο παιχνιδιού. «Υπάρχει μια ιστορία, δεν ξέρω αν είναι απόκρυφη, αλλά είναι ωραία», έγραψε ο Καβαλκάντι σε μια εφημερίδα του 2021, «σύμφωνα με την οποία ο Μιχαήλ Άγγελος, όταν ρωτήθηκε για το πώς έπλασε τον Ντέιβιντ, είπε:«Απλώς αφαίρεσα οτιδήποτε δεν ήταν Ντέιβιντ». θεωρίες — και της πειραματικής μεταφυσικής ως καλέμι για να χαράξει το μάρμαρο, εξαλείφοντας τις γωνίες που δεν περιγράφουν τον κόσμο της εμπειρίας μας.

Καθώς ΜΙΛΗΣΑ με τον Καβαλκάντι, προσπάθησα να διαβάσω ποια ερμηνεία της κβαντικής μηχανικής προσυπέγραψε, διαπιστώνοντας ποιες μεταφυσικές υποθέσεις ήλπιζε να βασιστεί και ποιες ήταν έτοιμος να πετάξει. Συμφωνούσε με την Bohmian ερμηνεία της κβαντικής μηχανικής, η οποία ανταλλάσσει την εντοπιότητα με τον ρεαλισμό; Ήταν ένας «QBist», χωρίς την ανάγκη για την απολυτότητα των παρατηρούμενων γεγονότων; Πίστευε στις κοσμικές συνωμοσίες των υπερντετερμινιστών, που αποδίδουν όλες τις συσχετισμένες μετρήσεις στο σημερινό σύμπαν σε ένα γενικό σχέδιο που εκπονήθηκε στην αρχή του χρόνου; Τι θα λέγατε για μετρήσεις που γεννούν παράλληλες πραγματικότητες, όπως στην υπόθεση των πολλών κόσμων; Ο Καβαλκάντι διατήρησε το πόκερ πρόσωπο ενός αληθινού φιλοσόφου. δεν θα έλεγε. (Το κουτάβι, εν τω μεταξύ, έκανε μια ολική διελκυστίνδα ενάντια στο χαλί.) Ωστόσο, έπιασα έναν υπαινιγμό. Όποια ερμηνεία κι αν επιλέξει τελικά, θέλει να αγγίξει το μυστήριο του νου - τι είναι η συνείδηση ​​ή τι μετράει ως συνειδητός παρατηρητής. «Εξακολουθώ να πιστεύω ότι αυτό είναι το βαθύτερο μυστήριο», είπε. "Δεν νομίζω ότι καμία από τις διαθέσιμες ερμηνείες πραγματικά φτάνει στη σωστή ιστορία."

Στη Φυσική της Φύσης για το 2020 Ο Cavalcanti και οι συνεργάτες του ανέφεραν τα αποτελέσματα μιας «έκδοσης απόδειξης αρχής» του πειράματος του φίλου του Bell-cum-Wigner, το οποίο έδειξε μια ξεκάθαρη παραβίαση των ανισοτήτων που προέρχονται από τις κοινές παραδοχές της εντοπιότητας, της ελευθερίας επιλογής και της απολυτότητας των παρατηρούμενων γεγονότων. Αλλά το πείραμα είναι εγγενώς δύσκολο να πραγματοποιηθεί, επειδή κάτι - ή κάποιος - πρέπει να παίξει το ρόλο ενός παρατηρητή. Στην έκδοση απόδειξης της αρχής, οι «φίλοι» του Wigner παίζονταν από μονοπάτια φωτονίων, ενώ οι ανιχνευτές φωτονίων έπαιξαν τον ρόλο των Wigners. Το αν κάτι τόσο απλό όσο μια διαδρομή φωτονίων μετράει ως παρατηρητής είναι πολύ δύσκολο να πει κανείς.

«Αν νομίζετε ότι οποιοδήποτε φυσικό σύστημα μπορεί να θεωρηθεί ως παρατηρητής, τότε το πείραμα έχει ήδη γίνει», είπε ο Καβαλκάντι. "Αλλά οι περισσότεροι φυσικοί θα σκεφτούν, όχι, δεν το αγοράζω. Ποια είναι λοιπόν τα επόμενα βήματα; Πόσο μακριά μπορούμε να πάμε;" Είναι ένα μόριο παρατηρητής; Μια αμοιβάδα; Θα μπορούσε ο Wigner να είναι φίλος με ένα σύκο; Ή ένα ficus;

Luke Marsden για το Quanta Magazine

Αν ο φίλος πρέπει να είναι άνθρωπος, είναι δύσκολο να υπερεκτιμηθεί πόσο δύσκολο θα ήταν να μετρηθεί κάποιος σε μια υπέρθεση, αυτό ακριβώς που υποτίθεται ότι κάνουν οι Wigners του πειράματος. Είναι αρκετά δύσκολο να κρατήσεις ένα μόνο άτομο σε μια υπέρθεση. Η διατήρηση των υπερτιθέμενων καταστάσεων ενός ατόμου σημαίνει την απομόνωση του από σχεδόν όλες τις αλληλεπιδράσεις - συμπεριλαμβανομένων των αλληλεπιδράσεων με τον αέρα - που σημαίνει ότι αποθηκεύεται σε πλάτος μόλις μια τρίχα πάνω από το απόλυτο μηδέν. Ο μέσος ενήλικος άνθρωπος, εκτός από την ανάγκη του αέρα, αποτελείται από περίπου 30 τρισεκατομμύρια κύτταρα, το καθένα από τα οποία περιέχει περίπου 100 τρισεκατομμύρια άτομα. Η τεχνολογία, οι λεπτές κινητικές δεξιότητες και η αμφισβητήσιμη ηθική που θα χρειαζόταν ένας Wigner για να πραγματοποιήσει τη μέτρησή του θα τεντώσουν τη φαντασία οποιουδήποτε φυσικού ή θεσμικού συμβουλίου αξιολόγησης. «Δεν τονίζεται πάντα ότι αυτό το [προτεινόμενο] πείραμα είναι μια βίαιη πράξη», είπε ο Myrvold. «Βασικά περιλαμβάνει την καταστροφή του ατόμου και στη συνέχεια την αναβίωσή του». Καλή τύχη να λάβετε τα χρήματα της επιχορήγησης για αυτό.

Ο Brukner, για ένα, αναρωτιέται εάν η μέτρηση δεν είναι απλώς δύσκολη, αλλά αδύνατη. «Υποψιάζομαι ότι αν τα βάλουμε όλα σε χαρτί, θα δούμε ότι οι πόροι που απαιτούνται για να κάνει αυτή τη μέτρηση ο Wigner υπερβαίνουν κατά πολύ αυτό που είναι διαθέσιμο στο σύμπαν», είπε. «Ίσως σε κάποια πιο θεμελιώδη θεωρία, αυτοί οι περιορισμοί θα είναι μέρος της θεωρίας και θα αποδειχθεί ότι δεν υπάρχει νόημα σε αυτό το ερώτημα». Αυτή θα ήταν η μεγάλη ανατροπή για την πειραματική μεταφυσική. Ίσως οι βαθύτερες γνώσεις μας για τη φύση της πραγματικότητας να έρθουν όταν συνειδητοποιήσουμε τι δεν μπορεί να ελεγχθεί.

Ο Καβαλκάντι, ωστόσο, διατηρεί ελπίδες. Μπορεί να μην μπορέσουμε ποτέ να εκτελέσουμε το πείραμα σε έναν άνθρωπο, λέει, αλλά γιατί όχι έναν αλγόριθμο τεχνητής νοημοσύνης; Στο νεότερο έργο του, μαζί με τον φυσικό Howard Wiseman και τη μαθηματικό Eleanor Rieffel, υποστηρίζει ότι ο φίλος θα μπορούσε να είναι ένας αλγόριθμος AI που τρέχει σε έναν μεγάλο κβαντικό υπολογιστή, που εκτελεί ένα προσομοιωμένο πείραμα σε ένα προσομοιωμένο εργαστήριο. «Κάποια στιγμή», υποστηρίζει ο Cavalcanti, «θα έχουμε τεχνητή νοημοσύνη που ουσιαστικά δεν θα διακρίνεται από τους ανθρώπους όσον αφορά τις γνωστικές ικανότητες» και θα μπορέσουμε να δοκιμάσουμε την ανισότητά του μια για πάντα.

Αλλά αυτό δεν είναι μια αδιαμφισβήτητη υπόθεση. Μερικοί φιλόσοφοι του μυαλού πιστεύουν στη δυνατότητα ισχυρής τεχνητής νοημοσύνης, αλλά σίγουρα όχι όλοι. Οι στοχαστές σε αυτό που είναι γνωστό ως ενσωματωμένη γνώση, για παράδειγμα, υποστηρίζουν την έννοια του ασώματου νου, ενώ η ενεργητική προσέγγιση της γνώσης δίνει μυαλό μόνο σε ζωντανά πλάσματα.

Όλα αυτά αφήνουν τη φυσική σε δύσκολη θέση. Δεν μπορούμε να ξέρουμε αν η φύση παραβιάζει την ανισότητα του Καβαλκάντι -δεν μπορούμε να ξέρουμε, δηλαδή, αν η ίδια η αντικειμενικότητα βρίσκεται στο μεταφυσικό τετράγωνο - μέχρι να μπορέσουμε να ορίσουμε τι μετράει ως παρατηρητής και να καταλάβουμε ότι περιλαμβάνει τη φυσική, τη γνωστική επιστήμη και τη φιλοσοφία. Ο ριζοσπαστικός χώρος της πειραματικής μεταφυσικής επεκτείνεται για να περιπλέξει και τα τρία. Για να παραφράσω τον Γκόνσεθ, ίσως αποτελούν ένα ενιαίο σύνολο.