Czy Księżyc istnieje, gdy nikt na niego nie patrzy? W ostatnich 25 wiekach filozofowie rozmaicie odpowiadali na to wcale nie tak trywialne pytanie. Z czasem, badaniem Księżyca i wszystkich otaczających nas ciał i zjawisk zaczęli zajmować się fizycy, astronomowie, chemicy i zespół relacji między naturą, czyli tym, co istnieje, a jej opisem, czyli nauką stał się jeszcze bardziej zawiły. Nic więc dziwnego, że ontologia i teoria poznania zyskały wiele nowych możliwości rozwoju. Aby jednak nauka mogła w ogóle posuwać się do przodu, należało umocować ją na solidnych filozoficznych podstawach, czyli przyjąć założenia tak elementarne, żeby (prawie) nikt ich nie kwestionował. Gdy w drugiej połowie XVII w. Newton odkrywał zasady dynamiki i prawo powszechnego ciążenia, założył, że cała przyroda “mieści się” w trójwymiarowej przestrzeni i wszystko “dzieje się” w jednostajnie płynącym czasie. Zgodnie z codziennym doświadczeniem, przestrzeń i czas stanowiły byty “zewnętrzne” w stosunku do przyrody. Dziś wiemy, że “codzienne doświadczenie” było mylne. Einstein wywrócił je do góry nogami: przestrzeń i czas tworzą czasoprzestrzeń, która stanowi element rzeczywistości, jest częścią przyrody i podlega prawom fizyki.

Podstawy filozoficzne skurczyły się do bardziej elementarnych założeń. Pozostał związek przyczynowo-skutkowy i przekonanie, że przyroda jest niezależna od aktu obserwacji. Zatem, każde zdarzenie ma (musi mieć) swoją przyczynę. Zadaniem nauki jest poszukiwanie, opisywanie i wyjaśnianie tych przyczyn, czyli znajdowanie praw rządzących zjawiskami. Bardziej patetycznie: nauka odkrywa prawa opisujące obiektywnie istniejącą przyrodę. Na przykład, obserwacja ruchu elektronów przyspieszanych za pomoca pola elektrycznego pozwala wyznaczyć stosunek ładunku elektrycznego elektronu do jego masy, ale nie wpływa na sam fakt istnienia elektronów w próżniowej bańce. Trudno o bardziej powściągliwe określenie punktu wyjściowego nauk przyrodniczych.

Pierwsze 30–40 lat ubiegłego wieku zachwiały, a być może zupełnie zrujnowały nawet te podstawy. Manjit Kumar w Kwantowym Świecie opowiada, jak do tego doszło. A jest to historia fascynująca. Głębokie zmiany w opisie rzeczywistości wprowadzone przez mechanikę kwantową miały swoją dynamikę również w wyniku czysto ludzkich oddziaływań między uczonymi. Ponieważ znaczący wkład wniosła liczna grupa błyskotliwych umysłów tamtej epoki, ich wzajemne relacje przyczyniły się do udramatyzowania “procesu poznania”. Jego środek ciężkości leżał pomiędzy abstrakcyjnymi równaniami fizyki kwantowej a związkami towarzyskimi łączącymi i dzielącymi fizyków I połowy XX w. Podtytuł książki Kumara Einstein, Bohr i wielki spór o naturę rzeczywistości precyzyjnie oddaje istotę problemu. Kumar w zadziwiająco przystępnej formie opisał zjawiska fizyczne zachodzące w mikroświecie i oparte na ich obserwacji nowe teorie, które pod koniec tego okresu objęto określeniem “mechanika kwantowa”. Mimo że nie usiłował za wszelką cenę wyjaśniać zawiłości matematycznych teorii kwantów, to konsekwencje fizyczne i stojące na pograniczu fizyki i filozofii wyjaśnił precyzyjnie, szczegółowo i jednocześnie zrozumiałym językiem (co stanowi szczególny walor książki). Wymiaru tragicznego nabiera historia po dojściu nazistów do władzy w Niemczech, zważywszy, że wśród wielkich ówczesnych fizyków liczną grupę stanowili Niemcy pochodzenia żydowskiego.

Czego dotyczył tytułowy spór Einsteina z Bohrem? Właśnie dwóch fundamentalnych kwestii: istnienia związku “przyczyna→skutek” oraz przekonania, że własności mikroświata nie zależą od aktu obserwacji. Jest oczywiste, że upuszczony z ręki dowolny przedmiot nieuchronnie spadnie na Ziemię. Leżący na stole ołówek, póki coś lub ktoś go nie popchnie, będzie spoczywał nieruchomo dowolnie długo. Ale przesunięty poza brzeg stołu, spadnie natychmiast. Atomy zachowują się inaczej. W stanie “podstawowym” elektrony zajmują kolejne poziomo energetyczne wokół jądra atomowego. Układ jest stabilny, nic się nie dzieje. Sytuację można zgrubsza porównać do kolumny z klocków postawionych jeden na drugim. Wyciągnięcie klocka za środka nie wpłynie na znajdujące się poniżej, natomiast wszystkie powyżej przesuną się o jedno miejsce w dół (oczywiście cała kolumna może się zawalić, ale taki przypadek nie znajduje odpowiednika w zjawiskach atomowych). Wybicie elektronu z któregoś dolnego poziomu pozostawi wolne miejsce, które powinien natychmiast zapełnić jeden z wyżej położonych elektronów. I tu pojawia się zaskoczenie. Moment takiego przejścia z góry na dół nie jest okreslony ścisłą regułą, podlega bowiem rachunkowi prawdopodobieństwa. Przejście może zajść po krótszej lub dłuższej chwili i nie istnieje sposób, aby przewidzieć, kiedy do tego dojdzie. Nasuwa się analogia z rzutem kostką do gry lub losowaniem lotto. W obu przypadkach również nie umiemy przewidzieć, co wypadnie. Porównanie jest jednak z gruntu fałszywe. Probabilistyczna natura rzutu kostką wynika wyłącznie z naszych ograniczeń. Pełna informacja o kształcie kostki, o własnościach materiału kostki i stołu oraz o położeniu i prędkości w momencie początkowym toczenia, pozwala – przynajmniej w teorii – podać końcowe położenie kostki i wynik rzutu. Przejścia elektronów między poziomami energetycznymi w atomie, albo rozpady promieniotwórcze jąder atomowych opisujemy posługując się rachunkiem prawdopodobieństwa nie z powodu niedoskonałości instrumentów pomiarowych, a wyłącznie dlatego, że zjawiska te mają taką właśnie naturę.

Próbka uranu promieniotwórczego zawiera atomy, które rozpadną się w najbliższych sekundach, jak też takie, które przyżyją całe epoki geologiczne. A wszystkie w chwili początkowej absolutnie niczym się nie różnią. Einstein długo nie mógł pogodzić się z probabilistycznym zachowaniem zjawisk atomowych. Wielu zwolennikom przypadkowości w przyrodzie powtarzał “Bóg nie gra w kości”. Był przekonany, że mechanika kwantowa jest teorią dobrą, ale niekompletną, tak, jak niekompletna jest nasza informacja przy każdym rzucie kostką. Gdy uzupełnimy mechanikę kwantowa o “brakujące parametry”, straci ona swój probabilistyczny charakter, ale stanie się teorią pełną. W wielu eksperymentach myślowych próbował wykazać błędy w rozumowaniu proponowanym przez Nielsa Bohra i innych twórców mechaniki kwantowej. Oni z kolei wykazywali błędy w jego rozumowaniu. Bohr w końcu zauważył, że “to nie nam mówić Bogu, jak ma rządzić światem”.

Głębsza analiza mechaniki kwantowej doprowadziła jej twórców do jeszcze bardziej “gorszących” wniosków niż przypadkowość w przyrodzie. Aby wyznaczyć np. położenie elektronu należy przeprowadzić odpowiedni pomiar. To oczywiste. Ale już zupełnie nieoczywiste jest stwierdzenie, że przed wykonaniem pomiaru położenie elektronu nie tylko pozostaje nieznane, ale w ogóle parametr ten do elektronu nie ma zastosowania. Elektron przed obserwacją po prostu nie ma położenia. Akt obserwacji zmienia naturę elektronu. Gdy na niego spojrzymy uzyskuje własności, których uprzednio nie posiadał. Jak to możliwe? Kumar podjął próbę, wytłumaczenia tego problemu. Ale – jak zauważył kiedyś Richard Feynman – “nikt nie rozumie mechaniki kwantowej”. Wobec takich trudności, każdy indywidualnie oceni, na ile próba okazała się udana.

Strona techniczna książki nie budzi zastrzeżeń. Nie rozumiem tylko ilustracji na okładce polskiej edycji książki: wewnątrz półprzezroczystej kuli ukazano tam galaktykę spiralną z poprzeczką.