Otkriven rukopis Erwina Schrödingera skriven više od 80 godina: fizičar je vjerovao u nepredvidivost svemira

Dugo zaboravljen rukopis Erwina Schrödingera, jednog od utemeljivača kvantne fizike, više od osam decenija je ležao u biblioteci u Austriji. Dokument od tri stranice, koji je iz šerpe izvukao historičar fizike Flavio Del Santo sa Univerziteta u Ženevi, donosi neočekivani uvid u Schrödingerovo viđenje prirode stvarnosti.

Za razliku od slike koja o njemu često postoji u javnosti — kao o naučniku kojem je kvantna slučajnost bila nezgodna — rukopis pokazuje da je Schrödinger smatrao kako svemir ima aspekte koje nije moguće predvidjeti, i to uvjerenje je gajio i prije pojave kvantne teorije dvadesetih godina prošlog vijeka. "Najjači argument u korist indeterminizma stariji je od kvantne mehanike", napisao je Schrödinger u neobjavljenom rukopisu.

Sukob oko determinizma

U klasičnoj fizici prava slučajnost ne postoji. Bacanje kocke zavisi od neravnina i grešaka na njoj, generatori slučajnih brojeva pokreću algoritmi, a i bacanje novčića određuju fizičke sile koje bi se teoretski mogle predvidjeti. To je poznato kao determinizam — svako ponašanje određeno je prethodnim uslovima, čak i kad nam oni nisu poznati.

Kvantna mehanika, međutim, radi posve drugačije. Na kvantnoj skali ponašanje čestica poput fotona i elektrona može se predvidjeti samo u vidu vjerovatnoća. Fizičari mogu izuzetno precizno izračunati kolika je šansa određenog ishoda, ali ne i šta će pojedinačna čestica uraditi. Otuda ključno pitanje: je li svemir fundamentalno slučajan, ili postoje skriveni faktori koje kvantna mehanika još nije obuhvatila? Takvi hipotetski faktori poznati su kao skrivene varijable.

Von Neumannov "dokaz" i pobune

Godine 1932. matematičar John von Neumann, jedna od najvećih autoriteta u matematičkim osnovama kvantne teorije, objavio je ono što je široko shvaćeno kao matematički dokaz da su skrivene varijable nemoguće. Njegov argument imao je znatnu težinu te je više od decenije istraživanje modela skrivenih varijabli uglavnom stagniralo.

Ipak, nisu svi bili uvjereni. Godine 1935. matematičarka Grete Hermann ozbiljno je nagrizla von Neumannovo rasuđivanje, ali je njena kritika uglavnom ignorisana. Do sredine četrdesetih godina rasprava je neočekivano oživjela — paradoksalno, zahvaljujući fizičarima koji su se zalagali protiv skrivenih varijabli, u saglasnosti s von Neumannom.

U maju 1943. matematičar i fizičar Edmund Taylor Whittaker održao je predavanje tvrdeći da je kvantna mehanika konačno srušila klasični pojam determinizma. Za razliku od prividne slučajnosti bacanja novčića, kvantna slučajnost je po njemu bila stvarna i nikoja dodatna informacija ne bi mogla učiniti pojedinačne ishode predvidivim. U januaru 1944. fizičar Satyendra Nath Bose na sastanku Indijskog naučnog kongresa iznio je sličan stav, izjavivši da su "fizičari stekli znanje, ali izgubili vjeru" u determinističke zakone prirode.

U julu 1944. matematičar Henry Piaggio objavio je u časopisu Nature članak "Kolaps determinizma", prenoseći Boseove argumente. Tekst je izazvao talas reakcija fizičara koji nisu bili ni približno uvjereni da je determinizam sahranjen. Tokom narednih mjeseci rasprava se razbuktala na stranicama časopisa, a istraživači su rastavljali navodnu nemogućnost skrivenih varijabli — uključujući i Whittakerov prividno jednostavan primjer sa fotonima i polarizovanom svjetlošću.

Na svom predavanju iz 1943. Whittaker je, naime, predložio naizgled jednostavnu demonstraciju zašto skrivene varijable ne mogu postojati, koristeći fotone koji prolaze kroz polarizator — uređaj koji filtrira svjetlost zavisno od njene orijentacije. Kvantna mehanika može predvidjeti koji dio fotona će proći kroz polarizator pod bilo kojim uglom. Ali Whittaker je tvrdio da, ako bi svaki foton nosio skrivenu instrukciju koja određuje hoće li proći, promjena ugla polarizatora dok su fotoni u ljetu tu instrukciju učinila besmislenom. Stoga je zaključio da ishod ne mogu unaprijed odrediti skrivene varijable.

Schrödingerov odgovor

Schrödinger je pratio raspravu te je negdje nakon novembra 1944. napisao vlastiti odgovor, također naslovljen "Kolaps determinizma" (u okviru rasprave objavljeno je više članaka s istim naslovom). Whittaker je pretpostavio da svaki foton nosi skrivenu varijablu sa samo dvije moguće vrijednosti — jednu koja određuje hoće li foton proći kroz polarizator, a drugu hoće li biti reflektovan. Ali Schrödinger je uka­zao da nema razloga ograničiti skrivenu varijablu na samo dvije vrijednosti. Šta ako bi mogla uzeti bilo koju vrijednost između nule i jedan?

Zatim je konstruisao matematički model u kojem ishod zavisi i od skrivene varijable fotona i od ugla polarizatora. Uz pravila pravilno postavljena, model reproducira vjerovatnoće koje predviđa kvantna mehanika, a da ne zahtijeva da je svaka pojedinačna interakcija slučajna. Bio je tu i drugi dio modela koji je bio jednako važan: Schrödinger je osmislio determinističko pravilo za ažuriranje skrivene varijable nakon što foton prođe kroz polarizator — što je značilo da njegov model može objasniti seriju mjerenja bez ikakve slučajnosti.