1.1. Zjawiska bezprzyczynowe

Załóżmy, że mamy pojedynczy atom b -promieniotwórczego pierwiastka. Wiemy, że taki atom prędzej czy później wyśle w jakimś kierunku elektron. Nie potrafimy jednak podać żadnej przyczyny, dla której wysyła on elektron właśnie teraz, a nie wcześniej lub później i właśnie w tym kierunku, a nie w innym. Jedynie możemy znać prawdopodobieństwo emisji elektronu przez ten atom w określonym czasie. W pewnej więc mierze zawodzi nas zasada przyczynowości.

Można powiedzieć, że w tym miejscu tkwi błąd w rozumowaniu. Z faktu, że dla określonego wydarzenia nie znalazło się jeszcze przyczyny, nie można przecież wnioskować, że przyczyny nie ma. Wiedza, jaką posiadamy o stanie tego atomu przed wysłaniem elektronu, jest najwidoczniej niepełna bo w przeciwnym razie powinniśmy umieć przewidzieć, kiedy i w jakim kierunku będzie wysłany elektron. Należy więc szukać dalej, aż zdobędzie się pełną wiedzę i określi się przyczyny takiej a nie innej emisji elektronu.

Z eksperymentów, które możemy wykonać z tym atomem wynika, że nie mogą istnieć inne charakterystyki tego atomu poza tymi, które znamy. Jeżeli bowiem założymy, że istnieją takie charakterystyki, to napotkamy następującą trudność. Elektron wyemitowany przez dany atom reprezentowany jest przez falę prawdopodobieństwa (określającą prawdopodobieństwo znalezienia elektronu w danym obszarze przestrzeni). Fala taka może wywołać zjawiska interferencji w odpowiedniej do tego aparaturze. Załóżmy, że w wyniku działania tej aparatury następuje wygaszenie fali prawdopodobieństwa w określonym kierunku. Oznacza to pewność, że elektron nie będzie wykryty w tym kierunku. Przyjęcie znajomości dodatkowych charakterystyk, z których wynika, że elektron zaraz będzie wysłany w określonym kierunku, likwiduje możliwość wystąpienia zjawiska interferencji. W takiej sytuacji wygaszanie fali prawdopodobieństwa nie nastąpiłoby. W rzeczywistości jednak doświadczalnie daje się obserwować wygaszanie fali prawdopodobieństwa. Zatem takich dodatkowych charakterystyk nie ma. Oznacza to, że nasza wiedza nawet bez nich jest pełna.

Z jednej strony, nasza wiedza o tym atomie jest niepełna, bo nie wiemy, kiedy i w jakim kierunku wyemitowany będzie elektron. Z drugiej strony twierdzimy, że wiedza nasza jest pełna, bo gdyby istniały dodatkowe charakterystyki atomu, to wpadlibyśmy w sprzeczność z eksperymentami interferencyjnymi. Wygląda to na nonsens. Nasza wiedza nie może być jednocześnie pełna i niepełna.

To jeszcze nie wszystko. Przed wykryciem, przez odpowiednią makroskopową aparaturę pomiarową, emisji elektronu przez atom w danym kierunku, elektron, jak już wspomniałem, był reprezentowany przez falę prawdopodobieństwa. Falę tę można przedstawić jako liniową superpozycję wszystkich możliwych do realizacji położeń elektronu. Ewolucja tej fali prawdopodobieństwa jest ściśle zdeterminowana przez równania teorii kwantów. W momencie wykrycia elektronu przez odpowiednią aparaturę pomiarową, ze wszystkich możliwych położeń elektronów, określonych przez fale prawdopodobieństwa, zostaje nagle (skokowo) urzeczywistnione (w idealnym przypadku) tylko jedno położenie. Ten proces urzeczywistnienia (aktualizacji) nie ma charakteru procesu zdeterminowanego przez prawa teorii kwantów, które są w stanie określić tylko prawdopodobieństwo takiej, czy innej, aktualizacji. Proces urzeczywistnienia danej możliwości wydaje się wyraźnie ograniczać zakres stosowalności zasady przyczynowości w mikroświecie.

Zanim przejdziemy do próby wyjaśnienia tego problemu omówimy doświadczenia jeszcze bardziej ograniczające prawdziwość zasady przyczynowości w fizyce.

Dalej >


Z powrotem | Matematyka a transcendencja