Vai dabaszinātnes ir iztulkotas «cilvēku valodā»? Profesora Auziņa zinātnes sleja

Kaut arī dabaszinātnes, tostarp kvantu fizika un matemātika, šķiet nepārprotamas visās pasaules valodās, izrādās, pat matemātikas valodai ir savi "dialekti" jeb interpretācijas, kas atkarīgas no konkrētu cilvēku uzskatiem, atvērtības pasaulei un pat valdošās ideoloģijas. Kvantu fizikas interpretācijas "cilvēku" valodā zinātnieki – no kuriem daži saņēmuši Nobela prēmijas – mēģina iztulkot joprojām...

Profesora Auziņa zinātnes sleja

Mārcis Auziņš: "Kādēļ lasīt manus tekstus? Man šķiet, ka dabaszinātnes mēs bieži mēdzam "ignorēt", sakot, ka tās ir formālas, sausas un neinteresantas. Gribētos ļaut lasītājam ieraudzīt, ka tās ir daļa no mūsu dzīves – krāsainas un interesantas."

Biogrāfijas pieturzīmes:

  • Pēc profesijas fiziķis, šobrīd Latvijas Universitātes profesors, Eksperimentālās fizikas katedras un Lāzeru centra vadītājs.
  • No 2007. gada līdz 2015. bijis Latvijas Universitātes rektors.
  • Strādā kvantu fizikas jomā un ir vairāk nekā simts zinātnisko rakstu, kas publicēti pasaules vadošajos fizikas žurnālos, un vairāku simtu konferenču ziņojumu autors.
  • Kopā ar kolēģiem no Rīgas un Bērklijas uzrakstījis divas monogrāfijas, kas izdotas "Cambridge University Press" un "Oxford University Press" izdevniecībās un abas ir piedzīvojušas atkārtotus izdevumus.
  • Karjeras laikā dzīvojis un strādājis dažādās valstīs – Ķīnā un Taivānā, Amerikas Savienotajās Valstīs, Kanādā, Anglijā, Izraēlā un Vācijā.
Dabaszinātnes, kā saka pats vārds, ir zinātne par dabu, kas mēģina saprast un aprakstīt to materiālo pasauli, kurā mēs visi dzīvojam – kā tā "darbojas". Materiālā pasaule, kuru zinātne pēta, eksistē neatkarīgi no mums, vienalga, vai mēs par to domājam, izzinām vai arī ne. Zinu, ka šajā vietā, iespējams, kādam lasītājam var būt arī cits viedoklis, ko labi raksturo viena no dzenbudistu mīklām – koāniem, kurā tiek jautāts: vai mežā krītošs nokaltis koks rada skaņu arī tad, kad nav neviena, kas to varētu dzirdēt? Taču šīs metafiziskās pārdomas atstāsim kādai citai reizei.

Matemātika – viens apzīmējums dažādām valodām

Domājot par dabu kā tādu, kas eksistē pati par sevi, jautājums, vai dabaszinātņu teorijas varētu būt citādas, ja tās būtu veidojuši citi cilvēki, varētu šķist ja ne absurds, tad vismaz negaidīts jau pašos pamatos.

Gribas skaļi un pārliecinoši teikt: materiālo pasauli skaidrojošās teorijas nav atkarīgas no cilvēka. Vienkārši kāds ir bijis pats gudrākais, lai pirmais līdz tām aizdomātos, piemēram, Alberts Einšteins – radot relativitātes teoriju; bet ja tas nebūtu bijis Einšteins, tad kāds cits tikai mazliet vēlāk līdz šai sapratnei būtu nonācis un relativitātes teorija būtu atklāta neatkarīgi ne no kā.

Tā ir taisnība, bet, iespējams, ne visa taisnība. Šai patiesībai ir interesantas nianses, par kurām gribu parunāt šajā rakstā. Daba tik tiešām eksistē neatkarīgi no mums. Mēs gribam to saprast un gribam šo savu sapratni no neskaidras nojausmas padarīt par kaut ko tādu, kam ir forma. Tas nozīmē "uzlikt to uz papīra" jeb, vienkārši sakot, aprakstīt.

Taču, lai kaut ko aprakstītu, ir vajadzīga valoda, kurā šo aprakstīšanu veikt. Valoda, kurā runājam, nav pati labākā dabas zinātniskai izpētei.

Valoda, kurā aprakstām dabu, ir matemātika. Ļoti precīza valoda, kurā atšķirībā no valodām, kādās mēs sazināmies ikdienā, ir daudz mazāk daudznozīmības.

Taču cilvēku saziņā vārds "valodas" ietver sevī sapratni, ka valodu ir ļoti daudz. Dažas savstarpēji līdzīgākas, kā latviešu un lietuviešu valodas. Dažas ļoti, ļoti atšķirīgas, kā latviešu valoda salīdzinājumā ar ķīniešu valodu. Ne velti mēs ikdienā par ļoti grūti saprotamām lietām mēdzam teikt – tā tāda ķīniešu ābece. Tāpat matemātika ir kopīgs apzīmējums ļoti dažādām matemātikas valodām – mēs varam matemātiski domāt, izmantojot funkcijas, kuras var uzrakstīt ar formulām. Tās pašas funkcijas varam attēlot grafikos. Tie, kuri bijuši cītīgi skolas fizikas un matemātikas stundās, sapratīs, par ko es runāju… Bet varam darboties ar vēl abstraktākiem matemātikas jēdzieniem – matricām, tenzoriem un vēl citām lietām, kas lielākai daļai lasītāju izklausās pēc tās pašas "ķīniešu ābeces". Taču šajā kontekstā pietiks, ja pieņemsim šo domu, ka arī matemātika nav viena valoda, bet ir daudzu valodu, mums pierastāku un mazāk pierastu, kopums.

Katram zinātniekam savs "dialekts"

Un te mēs nonākam pie tā, ka dažādi dabaszinātņu pētnieki, kuri mēģina izprast dabu, var runāt dažādās matemātikas valodās. Tas kļūst jo izteiktāk, jo vairāk mēs iedziļināmies dabas uzbūves niansēs, jo mūsu domāšana par dabu kļūst abstraktāka. Piemēram, mēs sākumā domājam par to, kā uz biljarda galda saduras biljarda bumbiņas vai kā krīt vaļā palaisti priekšmeti. Viss ir acīm redzams, vienīgi tas jāapraksta precīzā matemātikas valodā. Bet ejam tālāk.

Sakām, ka mēs viens otru dzirdam, jo no runātāja līdz klausītājam izplatās skaņas viļņi. Kā jūtat, jau ievērojami lielāka abstrakcija, un nebūt nav tik vienkārši uzreiz iedomāties, kas ir un kā izskatās šie skaņas viļņi. Tāpat ar redzēšanu – gaisma, kas ļauj mums ieraudzīt priekšmetus, ir elektromagnētiski viļņi.

Nebūt negribu nevienam pārmest paviršu mācīšanos skolā, bet esmu pārliecināts, ka ne visi šā raksta lasītāji būtu gatavi izstāstīt citiem, kas ir gaisma un kā tā izplatās.

Tā varētu turpināt un nonākt līdz mūsdienu fizikas pašām abstraktākajām teorijām, piemēram, pie kvantu fizikas. Un, kā man šķiet, te ir viela interesantām pārdomām. Uz tām mani atkal rosināja viena mana kolēģa no Kalifornijas Universitātes Bērklijā nesen izteikta frāze: "Kvantu fizika ir matemātiska teorija, kas joprojām meklē savu interpretāciju." Citiem vārdiem sakot, mēs joprojām domājam, ko vienādojumi, ar kuriem mēs aprakstām atomus, nozīmē "cilvēku valodā"? Ko tie saka par atomiem dabā mums pierastā veidā – latviešu (vai kādā citā) valodā?

Stāsts pa šo tēmu sākās ar kvantu fizikas matemātisko pamatu formulējumiem. Kvantu mehānikas matemātiskā formulējuma pamatlicējs, vācu fiziķis Verners Heizenbergs 1932. gadā saņēma Nobela prēmiju, kā bija rakstīts oficiālajā formālajā paziņojumā, – par kvantu mehānikas radīšanu. Gadu vēlāk 1933. gadā Nobela prēmiju saņēma austriešu fiziķis Ervīns Šrēdingers par, kā tas bija formulēts, atomu teorijas jaunas formas atklāšanu. Ja paturam prātā, ka vismaz savos pirmsākumos noteikti kvantu mehānika bija veids, kā aprakstīt atomus, tad šo varētu vienkāršos vārdos izlasīt kā – Heizenbergs atklāja kvantu mehāniku, bet Šrēdingers atklāja to pašu jaunā formā. Ko tas varētu nozīmēt? Tikai to, ka matemātikas "dialekti", kuros mēs aprakstām savu sapratni par pasauli, var būt dažādi un atkarīgi no konkrētā pētnieka domāšanas veida.

Kvantu fizikas interpretācijās uzvar spēja pārliecināt

Slejā vēl vari lasīt:

Bet tas vēl ir tikai sākums stāstam par to, kā mēģināt saprast, ko matemātika, kuru lietojam atomu aprakstam, mums pasaka par pasauli, kurā dzīvojam. Tēma, kura kvantu fizikā ir bijusi aktuāla kopš tās pirmsākumiem un kuras aktualitāte nav zudusi arī šobrīd, ir kvantu fizikas interpretācijas. Vārds "interpretācija" pats jau pasaka lietas būtību. Tas nozīmē, kā mēs gribam un spējam saprast ikdienas valodā to, ko sākumā paši esam pierakstījuši matemātiski.

Nedaudz izvērstāk tas skanētu šādi. Varbūt esam dzirdējuši, ka kvantu fizika apspriež jautājumu, kā atoms var būt divās vietās vienlaicīgi vai, kā teica Šrēdingers, kaķis var būt vienlaicīgi dzīvs un beigts. Tas izklausās nedaudz šizofrēniski. Tāda personības dalīšanās, esot šeit un tur vienlaicīgi, būt dzīvam un tai pašā laikā mirušam. Lai no šā šizofrēniskā stāvokļa izvairītos, fiziķi izdomā dažādus veidus, kā par to, ko mēs ieraugām matemātikas valodā, domāt un runāt ikdienas valodā.

Un te sākas ļoti daudzas dažādas pieejas. Kvantu mehānikas interpretāciju jautājumos nav pareizo un nepareizo atbilžu. Ir tikai katram no cilvēkiem, kuram bijusi interese domāt par elektronu divās vietās vienlaicīgi, pieņemamākā un mazāk pieņemamā atbilde. Tas, ka eksistē ļoti dažādas kvantu fizikas interpretācijas, nozīmē tikai to, ka neviena no šīm atbildēm nav tāda, kas liktos pārliecinoša vairākumam. Nespējot atrast komfortablu veidu, kā par kvantu fiziku domāt ikdienas valodā, fiziķi dažreiz nonāk pie zināmā mērā izmisuma soļiem.

Pastāv teiciens, ko pieraksta dažādiem kvantu fizikas pamatlicējiem, kas latviskā tulkojumā skanētu: ""Aizveries" un risini vienādojumu!"

Tātad, ja nevaram īsti saprast, ko matemātika mums saka, bet tā ļauj praktiski pielietot kvantu fiziku, piemēram, konstruējot dažādas noderīgas ierīces, tad nemežģīsim smadzenes, bet paliksim pie šiem praktiskajiem pielietojumiem.

Taču cilvēks ir tā veidots, ka mums tomēr gribas atrast atbildes arī uz neērtiem jautājumiem. Gribas ne tikai zināt, bet arī saprast. Šajā brīdī personību spēja pārliecināt un dominēt, piedāvājot kvantu fizikas interpretācijas, ļoti tieši izvirzās priekšplānā.

Ja vien viņš nebūtu komunists...

Šobrīd profesionāļu vidū dominē kvantu fizikas Kopenhāgenas interpretācija. Patiesībā tā ir dažādu, visbiežāk ar Nila Bora un Vernera Heizenberga vārdiem saistīts, ne vienmēr viennozīmīgi sakrītošu viedokļu kopums, bet šī pieeja saka, ka kvantu fizika ir savos pamatos atšķirīga no tā, kā mēs domājam par pasauli ikdienā. Mums ar to vienkārši ir jāsamierinās un jāpieņem, ka tā tas ir – atoms var būt divās vietās vienlaicīgi, un punkts.

Taču, atturoties no tehniskām detaļām, tomēr nobeigumā gribu izstāstīt par vēl vienu pieeju, kas ļauj domāt par atomu daudz pierastākā veidā. Šajā interpretācijā atoms vienmēr atrodas kādā noteiktā vietā. Lai tā par atomu domātu, kvantu teorijā ir jāievieš vēl daži papildelementi, kas nav viennozīmīgi, bet to var izdarīt. Šī pieeja ir saistīta ar Deivida Boma vārdu. Kādēļ šī pieeja nav kļuvusi dominējoša? Skan taču labi, atoms vairs nav šizofrēnisks. Par to var dažādi domāt, bet liela loma tajā ir bijusi pasaules vēstures notikumiem. Te parādās nejaušības vai vēsturiskā konteksta loma arī tik eksaktā lietā kā fizika.

Deividu Bomu bieži dēvē par amerikāņu-brazīliešu-izraēļu-britu zinātnieku. Kādēļ tik sarežģīti? Pēc Otrā pasaules kara Boms bija profesors vienā no vadošajām ASV universitātēm – Prinstonā. Bet, sev par nelaimi, kara laikā viņš īsu brīdi bijis saistīts ar ASV komunistisko partiju un tādēļ saskaņā ar senatora Makartija ieteikto pieeju kā politiski neuzticams tika atbrīvots no darba Prinstonā. Neatrodot citu savai kvalifikācijai atbilstošu darbu ASV, Boms kļuva par profesoru Brazīlijā. Tam, protams, bija negatīva ietekme uz viņa darbu, bet negaidīti – arī pozitīva.

Darbojoties tālu no lielajiem zinātnes centriem, bija vieglāk domāt neatkarīgi, jo bija mazāka iespējamība uzreiz jau pašā sākumā saskarties ar kolēģu negatīvu kritiku. Tā radās Boma ļoti oriģinālā pieeja kvantu fizikai.

Taču, esot tālu no zinātnes centriem un tikai daudz vēlāk pastrādājot vairākus gadus Izraēlā, Boms nonāca Bristoles Universitātē Lielbritānijā, kur viņam pavērās iespēja aktīvi piedalīties kvantu fizikas pētnieku "kluba" darbā.

Mēs nekad neuzzināsim, kā būtu bijis, ja būtu bijis, bet iespējamība, ka tad, ja Boms nebūtu bijis spiests pamest Prinstonu, mēs par kvantu fiziku domātu citādi, nav maza. Tā vēstures notikumi ietekmē to, kā mēs domājam par dabaszinātnēm un šajā gadījumā – par fiziku.

Kvantu fiziķi – atvērti dažādiem veidiem, kā domāt par pasauli

Kā pēdējo akcentu, ļoti īsi ieskicējot Boma personību, gribu vēl pieminēt to, ka savā Lielbritānijas dzīves posmā viņš kādu brīdi bija ļoti aktīvā dialogā ar daudzpusīgu, gan pretrunīgu indiešu izcelsmes domātāju un pilnīgas garīgas brīvības aizstāvi Džidu Krišnamūrti. Vēlāk gan iezīmējās izteiktas pretrunas šo dažādo kultūru domātāju viedokļos, un viņu ceļi šķīrās.

Lai arī šī dialoga būtība tiek dažādi vērtēta, taču vēl viena mācība šajā stāstā ir.

Kvantu fizikas pamatlicēji bija ļoti atvērti dažādiem veidiem, kā domāt par pasauli. Iespējams, tieši tas ļāvis viņiem būt tik netradicionāliem domātājiem.

Arī sākumā pieminētais Ervīns Šrēdingers bija izcils indiešu vēdu literatūras zinātājs. Vai ASV kodolpētniecības projekta, ko sabiedrība biežāk zina kā Manhetenas projektu, vadītājs fiziķis Roberts Openheimers, redzot pirmās atombumbas izmēģinājumu Ņūmeksikas tuksnesī Amerikas Savienotajās Valstīs, citēja Bhagavād-Gītu, kad dievs Krišna saka: "Tagad es esmu kļuvis par Nāvi, par pasauļu iznīcinātāju."

Kļūda rakstā?

Iezīmējiet tekstu un spiediet Ctrl+Enter, lai nosūtītu labojamo teksta fragmentu redaktoram!

Iezīmējiet tekstu un spiediet uz Ziņot par kļūdu pogas, lai nosūtītu labojamo teksta fragmentu redaktoram!

Vairāk

Svarīgākais šobrīd

Vairāk

Interesanti