Gondolatok (Fazekas László blogja)

Annak idején a zseniális Richard Feynman mondta, hogy a kétrés-kísérletben benne van a kvantummechanika (kvantumfizika, és kvantumelmélet néven is hivatkoznak rá) minden furcsasága. Éppen ezért, ha valakit mélyebben érdekel a fizika ezen legfurcsább, sokszor a józan észnek is ellentmondó ága, annak mindenképp érdemes megismerkednie vele. Lássuk, miről is van szó …

Képzeljünk el egy elektron forrást, amiből elektronok indulnak ki egy képernyő irányába. Itt rögtön megjegyezném, hogy a kísérletet általában fénnyel szokták elmagyarázni, én mégis azért választottam inkább az elektront, mert azt sokkal inkább anyagi részecskének képzeljük, hiszen a mindent felépítő atomok építő kövei, és így talán már elsőre is jobban érezzük majd, hogy milyen bizarr  dologról van szó. De elvégezték már ezt a kísérletet hidrogén atomokkal, és bizonyos molekulákkal is. Mi egyenlőre maradjunk az elektronoknál. Szóval elektronokat lövöldözünk egy fluoreszkáló képernyő irányába, ahol az elektronok becsapódási helyén kis pöttyök jelennek meg. Hasonló módon működnek például a régi típusú elektronágyús (CRT) monitorok vagy TV-k is. Most helyezzünk egy árnyékoló lemezt az elektronsugár útjába, amin vágunk egy rést. A képernyőn így a következő képet fogjuk látni:

Zárjuk le ezt a rést, és nyissunk meg egy másik rést ettől jobbra. Így a becsapódó elektronok a következő képet fogják kirajzolni:

Ebben nincs is semmi különös. De vajon mi történik akkor, ha mindkét rést kinyitjuk? Logikusan a következő képet várnánk:

De nem ezt látjuk. E helyett egy interferencia kép alakul ki, ami valahogy így fog kinézni:

Érdekes módon tehát megjelenik egy harmadik csík is, ráadásul középen, ahová amúgy egyáltalán nem, vagy csak nagyon ritkán kellene elektronoknak kerülnie, sőt, az elektronok nagy része ide csapódik be. Miért olyan különös ez? Képzeljük el, hogy egyesével repkednek ki az elektronok, amik egyszer az egyik, egyszer a másik résen mennek keresztül. Amíg csak az egyik rés van nyitva, addig szépen vagy a jobb, vagy a bal oldalra csoportosulnak. De ha nyitva van mindkét rés, úgy a legtöbb elektron középen köt ki. Mintha a résen áthaladva tudná, hogy a másik rés is nyitva van, és emiatt nagyobb eséllyel menne középre. A dolog nem lenne olyan fura, ha az elektront hullámoknak képzelnénk el, hiszen hullámok esetén megszokott, hogy ilyen interferencia képet kapunk. Csakhogy ebben az esetben ha csak egyetlen elektront lövünk ki a képernyő felé, annak a réseknél ketté kéne válnia, át kellene mennie mindkét résen, hogy aztán a kijelzőhöz érkezve egymaga interferencia mintázatot rajzoljon ki. De nem ez történik. Mikor egy elektront kilövünk a kijelző felé, az pontosan egy pontba fog érkezni. Az interferencia mintázatot csak a sok célba érkező elektron rajzolja ki. Az egészet tehát csak valahogy úgy tudjuk elképzelni, hogy mikor kilőjük az elektront, az hullámmá válik, átmegy mindkét résen, interferál saját magával, majd mielőtt elérné a képernyőt, újra részecske lesz. Mikor a hullám részecskévé omlik össze, véletlenszerű helyen jelenik meg, és egy adott helyen a megjelenés valószínűsége megegyezik a hullám adott helyen vett erősségével (amplitúdójával). Ha viszont az elektron saját magával interferál, úgy szükségképpen át kell, hogy menjen mindkét résen. Ha tehát mindkét résnél egy detektort helyezünk el, fülön csíphetjük a pici elektront, amint egyszerre két lukon halad át. Várható módon azonban itt sem az történik, amire számítunk. A detektor szépen jelez, hogy hol az egyik, hol a másik lukon haladt át az elektron, de soha nem a kettőn egyszerre. Ráadásul ilyen esetben az interferencia kép is eltűnik, és két vonalat látunk a kijelzőn (amilyet elsőre vártunk volna a kísérlettől). Van minderről egy nagyon jó kis 5 perces videó, ami bemutatja a fentieket.

Foglaljuk össze az eddigieket: Az elektron hullámként viselkedik mindaddig, míg nem figyeljük meg. Ha megfigyeljük, úgy a hullám újra részecskévé omlik össze. A részecske megjelenési helye teljesen véletlenszerű, de nagyobb valószínűséggel jelenik meg ott, ahol erősebb a hullám (nagyobb a hullám amplitúdója). Ráadásul ahogyan azt már a bejegyzés elején írtam, ez működik atomokra, és kisebb molekulákra is. A fényről még el tudjuk képzelni, hogy hullám (sokáig így is kezeltük), az elektron is elég megfoghatatlan ahhoz, hogy bevegye az ilyesmit az ember agya, de hogy az atomok és molekulák is így viselkedjenek (eltűnnek amíg nem figyelünk oda, két lukon is átmennek egyszerre, majd valahol véletlenszerűen feltűnnek), az már azért elég fura. Valójában minden anyagi test hullámként viselkedik, de mivel a hullámhossz (mennyire van szétkenve) fordított arányban áll a test tömegével (valójában impulzusával), ezért makroszkopikus tárgyak esetén (pl. egy pingponglabda)  nem vesszük észre. Szóval ahhoz, hogy egy pingponglabdát két résen dobjunk át egyszerre, ahhoz közelebb kellene lennie a két résnek egymáshoz, mint a labda mérete. Ez az effektus tehát csak mikroszkopikus méretekben jelentkezik, ettől azonban nem kevésbé bizarr. Fura ez az egész úgy ahogy van, de a legfurább talán az a pillanat, amikor a hullám részecskévé omlik össze.

Az összeomlás egyik fura motívuma, hogy amíg az elektront hullámként képzeljük el, addig ugye mindkét résen keresztül kell mennie egyszerre. Ha nem így lenne, nem tudna saját magával interferálni, hogy létrehozza az interferencia képet. Abban a pillanatban viszont, amikor megfigyeljük, az elektron vagy az egyik, vagy a másik résnél ugrik össze, soha nem érzékeljük két helyen. Olyan mint ha az egyik résnél valóságossá vált elektron átszólna a másik résnél lévőnek, hogy tűnjön el, nehogy egyszerre lássa őket a két detektor. Ez az üzenet pedig egy pillanat alatt ér el a valóságossá váló elektrontól a virtuálisig. Az ilyen pillanatszerű hatások pedig nagyon zavarják a fizikusokat, köztük is talán Albert Einsteint zavarta mindez leginkább. A gond az, hogy az összeomlás pillanatában a ketté vált részecske két fele nagyon távol kerülhet egymástól. Képzeljünk el például egy olyan elrendezést, ahol fotonok (fény részecskék) érkeznek egy félig áteresztő üvegre. Ez kettéosztja a nyalábot, ami két külön úton halad egy ideig, majd újra egyesítjük, így létrehozva az interferencia képet. Ez tulajdonképpen ugyanúgy a kétréses kísérlet, csak most trükkös módon a két rés jó nagy távolságra került egymástól. Ez adott esetben akár lehet több fényév távolság is. Ha most mindkét ágra behelyezünk egy detektort, akkor a két fotonnak egy pillanat alatt el kell döntenie, hogy melyik ágon omlik össze, és ugyanígy egy pillanat alatt át kell szólnia a másik fotonnak, hogy tűnjön el. De ha a kommunikáció kevesebb mint egy másodperc alatt (gyakorlatilag pontosan a mérés pillanatában) lezajlik, a távolság pedig több fényév, akkor itt bizony fénysebességnél gyorsabb információ közlés történt, holott a speciális relativitáselmélet (írtam én is róla) szerint a fénynél gyorsabban nem közölhetünk információt. Ez az ami miatt Einsteint kirázta a hideg, és a jelenséget kísérteties távolhatásnak nevezte el. Valójában nem is információ közlésről van szó, egyszerűen csak valamiképp kapcsolatban van egymással a két részecske. És ez még nem minden, ugyanis ez igaz bármilyen részecske rendszerre, amik valaha is egyek voltak, és az egyik ilyen részecske megfigyelése (részecskévé való összeomlása) kihatással van a másik állapotára is. Van például a részecskéknek egy spinnek nevezett tulajdonsága. Ezt tulajdonképpen pörgésként értelmezhetjük (valójában nem az, de ebbe ne menjünk bele). Ha ketté szakítunk egy részecskét, ami nem pörgött, és a keletkező egyik részecske jobbra pörög, akkor a másiknak a perdület megmaradása miatt balra kell pörögnie. Csakhogy a perdület olyan mint a részecske helye, csak az összeomlás pillanatában dől el, hogy a részecske balos-e, vagy jobbos. Akárcsak a hely esetén, a dolog teljesen véletlenszerű, és itt éppen 50-50% van arra, hogy ez vagy az. Amiben biztosak lehetünk, az az, hogy ha az egyik jobbos, akkor a másik balos lesz. Képzeljük el tehát ezt a két részecskét, amik egyetlen részecske szétszakításával jöttek létre. Elrepülnek két ellentétes irányba, és mikor már fényévekre vannak egymástól, megmérjük az egyik perdületét. Ilyenkor ugye a mérést a másik részecskének is meg kell “éreznie”, hogy saját perdületét ezzel ellentétes irányba állítsa. De ahogy két részecske állapota így össze tud fonódni, úgy akárhány részecskére is igaz ez. Ily módon, ha feltételezzük, hogy a világ az ősrobbanás pillanatában egyetlen összefonódott valami volt, akkor következésképp a világ összes részecskéje “érzi” egymást. Mindannyian, és úgy alapvetően az egész világ egyetlen nagy összefonódott valami.

Az összeomlás pillanatának másik nagy furcsasága, hogy a jelek szerint teljesen véletlenszerű. Erről a véletlenszerűségről már írtam a Kvantummechanika, determinizmus és szabad akarat című bejegyzésemben. Jelen írásból, és az előbb említett írásból (melynek fő témája a határozatlansági reláció, és annak néhány filozófiai következménye) már nagyjából összerakható a kvantummechanika világképe. E szerint minden anyagi részecskének vannak részecske és hullám tulajdonágai. Ezen tulajdonságok egyszerre csak bizonyos pontatlansággal mérhetőek (lehet, hogy helyesebb lenne azt mondani, hogy léteznek). Minél pontosabban akarjuk meghatározni egy részecske hullám tulajdonságait, annál pontatlanabbul tudjuk meghatározni a részecske tulajdonságokat. Tulajdonképpen a határozatlansági reláció komplementer mennyiségei közül az egyik mindig valami hullám tulajdonság, míg a másik részecske tulajdonság. Ily módon a határozatlansági reláció beolvasztható ebbe az egész hullám-részecske kettősség képbe. A részecskét a kvantummechanika alapvetően valószínűségi hullámként kezeli, ami mindig csak a konkrét méréskor vesz fel valódi (részecskéhez köthető) értéket. Ezzel a képpel kicsit újra is értelmezhetjük az előző (szabad akaratos) bejegyzésben említett alagút effektust. Azt mondhatjuk, hogy mikor nem figyelünk oda, a dobozban lévő részecske hullámmá válik, és mikor újra megfigyeljük, akkor bizonyos valószínűséggel a dobozon kívül omlik össze újra részecskévé. Így tud kiszökni a dobozból. A hullámfüggvénnyel teljesen pontosan tud számolni a fizika, hajszál pontos valószínűségi értékeket kaphatunk minden pontra, de az összeomlással nem igazán tudnak elszámolni. Azt, hogy a részecske hova omlik össze, csak a jó Isten (talán szó szerint ) tudja. Emiatt ez a kérdés úgy tűnik kivezet a fizikából, ezzel helyet adva olyan dolgoknak, mint a szabad akarat. Ha ugyanis az agy működésében szerepet kapnak kvantummechanikai folyamatok, amivel a fizika nem tud elszámolni, úgy lehetséges, hogy ezen keresztül tud hatni egy a fizikán felül álló tudat a cselekedeteinkre. Ez persze nem bizonyíték a szabad akarat, a lélek, meg hasonlók létezésére, de egy lehetőség, ami a klasszikus fizikában nem létezik. Ha a világ a klasszikus fizika determinisztikus törvényei szerint működne, úgy az ősrobbanás pillanatában minden előre el lenne döntve. Erről írtam a fent említett bejegyzésemben, ami jól kiegészíti ezt a mostanit.

Remélem ezzel a kis írással sikerült rávilágítani arra, hogy a kvantummechanika miért olyan érdekes. Úgy tűnik, ez valahol a természettudományok peremén helyezkedik el, és erről a peremről egy egész érdekes, ugyanakkor valószínűleg elérhetetlen világ tárul elénk, ha elkezdünk egy kicsit filozofálni a következményeken. Olyan gondolatok villannak fel előttünk, mint a szabad akarat, a tudat lehetősége, vagy az objektív valóság hamis volta. Mivel ezekre a területekre elég nehéz (ha nem lehetetlen) betörni, rengeteg elmélet született a kvantummechanika értelmezésére. Bár ezek nagyon sokfélék, mindegyikük kellőképp bizarr. Olyan dolgok kerülnek elő, mint időben visszafelé haladó részecskék, párhuzamos univerzumok, vagy fizikai világon felül létező tudat (a Schrödinger kiscicáiban olvashat ilyeneket az ember). Százával sorakoznak az elméletek, és egyik sem sokkal jobb, vagy rosszabb, mint a másik (még nekem is van egy saját bejáratú értelmezésem, bár inkább csak amolyan gondolat ébresztő). Remélem sikerült kicsit kedvet csinálnom a téma mélyebb megismeréséhez. Jó elmélkedést …

A minket körül vevő világnak van egy nagyon érdekes tulajdonsága. Mégpedig az, hogy ha csak egy picit is más lenne mint amilyen, akkor most nem lennénk itt. Az egész univerzum olyan, mint ha csak nekünk lenne kitalálva. A fizikai állandók, és úgy általában a fizika törvényei olyanok, amik kedveznek a földi élet megjelenésnek. Ez a tény elég erős ütőkártyának tűnik a kreacionisták kezében, akik szerint a világot valamiféle intelligens entitás (pl. Isten) tudatosan teremtette. A dolog azonban nem ilyen egyszerű, ugyanis a természettudományok “hívőinek” is van egy válasza erre a jelenségre, ez pedig az antropikus elv.

Az antropikus elv szerint a világ azért alkalmas arra, hogy kialakuljon benne az értelmes élet, mert ha nem így lenne, akkor nem lennének benne értelmes lények, hogy feltegyék ezt a kérdést. Ez a magyarázat elsőre kissé nyakatekertnek tűnik, de ha kissé közelebbről megvizsgáljuk, rá fogunk jönni, hogy nem az. Tegyük fel, hogy az általunk ismert világegyetem életciklusa a következő: “Valamikor egy pontból indulva az ősrobbanás folytán létrejön a világegyetem. Egy ideig tágul, majd egy idő után összeroppan, és egy ponttá zsugorodik össze. Ezt követően megint felrobban, és egy másfajta világegyetem alakul ki, így ismétlődve a végtelenségig.” Tegyük fel, hogy minden ősrobbanást követően kicsit más a fizikai állandók értéke. Annak esélye, hogy a fizikai állandók pont megfelelnek az értelmes élet kialakulásának 1/10 a sokadikon (képzeljünk el valami nagyon kicsi számot). Habár nagyon kicsi az esélye annak, hogy az értelmes élet számára megfelelő univerzum alakuljon ki, a próbálkozások száma végtelen, és mindig egy kicsit más univerzum jön létre, ezért törvényszerű, hogy néha olyan univerzum fog kialakulni, amiben kialakulhat az élet. Olyan ez, mint valami kozmikus lottósorsolás, csak itt a nyeremény az értelmes élet. Ezen a lottón nagyon nehéz telitalálatot elérni, de ha az ember a végtelenségig próbálkozhat, akkor azért egyszer egyszer bejöhet neki. Nos, az antropikus elv szerint mi most egy ilyen univerzumban élünk. Lehetséges, hogy a mi világunk előtt már elképzelhetetlenül sok világ létezett. A legtöbbjük üres volt, nélkülözte az értelmes életet. Az is lehet, hogy némelyikben kialakult valamifajta élet. Ott is éltek értelmes lények, voltak vágyaik céljaik, stb. éltek, meghaltak, örültek, szomorkodtak, míg végül a világuk elpusztult, hogy új világoknak adjon helyet.

Remélem az előzőekből már egyértelműen látszik, hogy miként működik az antropikus elv. Én a magyarázathoz egy olyan univerzumot feltételeztem, ami periodikus módon létrejön, majd később elpusztul. De ez nem szükséges feltétel. Elképzelhetünk olyan világot is, ahol az ősrobbanás folyamán egyszerre végtelen számú univerzum jön létre. Ilyenkor ugyanúgy működik az antropikus elv. Vannak más modellek is, egymásba ágyazott univerzumokkal, vagy olyanokkal, amik időnként kettéválnak, és egymás kicsit módosult változataiként folytatják életüket (ez utóbbi már egészen evolúció  szagú). Igazából akármeddig csűrhetjük csavarhatjuk a dolgot, a lényeg ugyanaz. De vajon mennyivel erősebb elmélet az antropikus elv a teremtésnél?

Úgy gondolom, hogy jelenlegi tudásunk alapján a teremtés, mint elmélet teljesen egyenrangú az antropikus elvvel. Egyik sem jobb, vagy rosszabb. Egyik mellett sem tudunk olyan érvet felvonultatni, ami az ő irányába billentené a mérleg nyelvét. A természettudományok hívői valószínűleg Occam borotvájára hivatkoznának, de nem hiszem, hogy ebben az esetben ez sokat segítene. Occam borotvájának használata ha tetszik, ha nem, egy önkényes elv. Azért választjuk a kevesebb alapfelvetést tartalmazó elméletet, mert így határoztunk. Valójában ezt nem indokolja semmi, egyszerűen csak jobb, mint mondjuk feldobni egy pénzérmét … Elfilozofálgathatnánk erről, de igazából nem akarom támadni Occam borotváját, nagyon jó kis elv, és a problémát nem is ez okozza. Véleményem szerint még Occam borotvája szerint sem dönthetünk a teremtés és az antropikus elv között. A teremtés egy mindenek felett álló teremtőt, míg az antropikus elv végtelen sok (vagy legalábbis ahhoz közeli) univerzumot feltételez. Szerintem a kettő közül egyik sem jobb vagy rosszabb, és egyiket sem erősítik meg tények. Senki nem látta még jelét párhuzamos, vagy minket megelőző világoknak (valószínűleg nem is láthatja), és mindez idáig a teremtő sem jelentkezett, hogy “hello, itt vagyok”. Azt sem gondolom, hogy az antropikus elvnél sikerül majd valamilyen jobb magyarázatot találni a fizikai állandók értékére. Lehet, hogy lesz egy jobb elméletünk a világról, amiből kényszerűen kipotyognak ezek a fizikai állandók valamiféle alapvetőbb elv következtében, de ezzel csak tovább görgetjük a problémát, és csupán annyit változik a kérdés, hogy ez az elv honnan származik. A válasz pedig jó eséllyel megint az antropikus elv vs. teremtés lesz. Az az érzésem tehát, hogy ez a kérdés nem csak gyakorlatilag, de elméletileg is megválaszolhatatlan kell, hogy legyen. Mindenesetre van valami egészen bizarr abban, hogy egy probléma szempontjából a mindenek felett álló szuper intelligencia, és a puszta vak véletlen teljesen egyenrangú megoldást nyújtanak. Arról van szó tehát, hogy legyen akármilyen bonyolult problémánk (mint például az értelmes élet keletkezése), azt a vak véletlen ugyanolyan jól megoldja, mint az elképzelhető legmagasabban fejlett intelligencia. Különbség mindössze a megoldáshoz szükséges időben (vagy a párhuzamos világegyetemek modelljét is számításba véve inkább a lépések számában) van. Ha a probléma szempontjából az idő irreleváns, akkor a két megoldás ugyanolyan jó. Ezen a vonalon kicsit elkalandozhatnánk a kvantummechanika világába, ahol egy rendszer egyszerre több párhuzamos állapot szuperpozíciójában létezhet, és elmélkedhetnénk arról, hogy ezt miképp használhatnánk ki egy intelligens gép kifejlesztésre … de nem tesszük, mert ez a bejegyzés már így is elég terjedelmes, és a témánk az antropikus elv.

Most, hogy az univerzum egészére láttuk, hogy működik az antropikus elv, vizsgáljuk meg ugyanezt az univerzumon belül. Az evolúciót illetően talán most már nem olyan heves a vita. Sok tény látszik alátámasztani azt, hogy az élet evolúciós úton alakult ki. Persze ebbe is bele lehetne kötni, de most ne tegyük, mert ez messzire vezet … Tételezzük fel, hogy az evolúció működik. Ha ez így van, akkor is lehet a kreacionistáknak egy olyan érvük, hogy az élet kialakulásának esélye rendkívül kicsi. Kell hozzá egy olyan naprendszer mint a miénk, egy olyan bolygó mint a miénk, ahol van víz, kialakulhat légkör, megjelenhetnek az élet építő elemei, amik aztán végül úgy kombinálódhatnak, hogy sejtek alakulhassanak ki, stb. A dolgok ilyen mértékű összejátszásának rendkívül kicsi az esélye, ami megint csak a teremtést látszik alátámasztani. A fentiek alapján azonban már láthatjuk, hogy a dolog ugyanannyira lehet a vak véletlen műve is, csak megfelelően sok próbálkozásra van szükség. Nos, a világegyetem baromi nagy, csillagrendszerek és bolygók milliárdjaival, amik mind a potenciális élet forrásai lehetnek. Ráadásul világunk elég vén is, jó ideje játssza már a kozmikus lottót, ráadásul minden pillanatban iszonyú sok szelvény van játékban. Ennek megfelelően elég jó esély van a nyerésre, vagyis arra, hogy az élet csak úgy magától kialakuljon. Ha valaki mégis azt mondaná, hogy az élet olyan ritka dolog, hogy a világegyetem összes ideje, és teljes kiterjedése ellenére is elenyésző az esély arra, hogy kialakuljon, akkor még mindig ott az univerzum szintű antropikus elv, a lehetőségek számát végtelenre növelve …

Tegyük fel, hogy az univerzum alkalmas az értelmes élet kialakulására, és ennek esélye akkora, hogy a világegyetem méretét figyelembe véve jó eséllyel több helyen is kialakulhat az. Sok tudós ezen az állásponton van. Ezért indulhattak például olyan nagyszabású projektek, mint a SETI,  melynek célja a földönkívüli intelligencia keresése. Bár a projektre sok erőforrást fordítanak, mindezidáig nem sikerült semmilyen nyomát találnunk értelmes életnek. Ezt a tényt megint csak gyakran érvként hozzák fel a teremtés mellett, mondván, hogy ha az értelmes élet kialakulása csupán a vak véletlen műve, úgy találnánk arra utaló jeleket, hogy az máshol is kialakult. Bár nincsenek illúzióim a felől, hogy ha megtalálnánk ezeket a jeleket, vallási vezetőink valami furfangos módon becsempésznék ezt a tényt magyarázataikba, és nem hagynák összeomlani az évszázadok alatt vérrel és verejtékkel felépített hatalmat, mégis úgy gondolom, hogy nem kell túlságosan izgulniuk. De miért gondolom így? Tegyük fel, hogy az élet kialakult az univerzum más szegleteiben is. Mivel az élet igencsak komplex dolog, ezért megjelenése valószínűleg nem túl gyakori. Hogy ez a világ két egymáshoz közeli pontján alakul ki, annak esélye elenyésző. Olyan ez, mint ha egymás után kétszer nyernénk a lottón. Sokkal valószínűbb, hogy a hozzánk legközelebbi idegen létforma sok fényév távolságban található. Tegyük fel, hogy ez a távolság mondjuk 10 millió fényév, ami a világegyetem méretéhez képest nem is olyan nagy távolság. Tegyük fel továbbá, hogy ez a távoli életforma nagyjából a miénkkel egy időben alakul ki, és hozzánk hasonlóan rádiójeleket sugároz az űrbe. Ezek a jelek 10 millió év múlva fognak elérni hozzánk. Addigra jó eséllyel már kipusztítjuk magunkat, vagy eltrafálja a bolygónkat valami nagy meteor,  stb. Ha hihetünk a relativitáselméletnek (márpedig egyenlőre semmi nem szól ellene), akkor erről a távoli bolygóról bármilyen információnak minimum 10 millió évre van szüksége, hogy eljusson hozzánk. Ha a csillagászaink az űrnek azt a szegletét vizsgálják, ahol ők jelenleg a miénkhez hasonló társadalomban élnek, most csak a 10 millió évvel ezelőtti állapotot látják. Valószínűleg annyit mondanának, hogy “hmm, van itt egy bolygó amin esetleg kialakulhat majd az élet”. Képtelenek vagyunk látni a jelent. Most képzeljük el, hogy ezen a távoli bolygón már 10 millió évvel ezelőtt kialakult az élet, és nemsokára rádiójeleket fogunk tőlük. Érdemes erre válaszolnunk? Hát, a válaszüzenetnek 10 millió év kell ahhoz, hogy visszaérjen, és addigra az idegenek már jó eséllyel nem lesznek sehol, ahogyan mi sem. Sőt, eleve a fogott üzenet is már 10 millió éves, tehát jó eséllyel már most sincsenek sehol. Az egyetlen dolog, amit profitálhatunk az egészből, hogy tudomást szerzünk róla, hogy valaha éltek más értelmes lények is az univerzumban. A fénysebesség mint abszolút határsebesség úgy tűnik, áthághatatlan falakat emel közénk és az idegen civilizációk közé. Ha pedig a relativitáselmélet ezen tétele nem dől meg, az elég gyászos képet fest elénk a fentiek fényében. Ráadásul arra is igen kicsi az esély, hogy ebben a nagy távolságban pont akkor alakul ki az élet, amikor nálunk is virágzik. Tehát elképzelhető, hogy az a másik civilizáció már rég kihalt, vagy addigra mi fogunk kihalni, mire ők oda jutnak, hogy kapcsolatba tudnának lépni velünk. Összességében tehát igen kicsi az esély arra, hogy két civilizáció nagyjából egy időben létezzen, és tudomást is szerezzenek egymásról. De ha még így is lenne, akkor is kétséges hogy kapcsolatba tudunk lépni egymással. A tippem tehát az, hogy a fentiek miatt azt fogjuk találni, hogy egyedül vagyunk az univerzumban, ami viszont egyáltalán nem jelent semmilyen plusz érvet a teremtés mellett.

Mi hát a konklúzió? A fentiek fényében úgy gondolom, hogy az ismert tények alapján az antropikus elv semmiben sem nyújt többet vagy kevesebbet mint a teremtés elmélete. Sőt, úgy gondolom igen kicsi az esély arra, hogy a mérleg nyelve bármerre is billenjen. Úgy hiszem, ha csak nem történik bármilyen csodával határos dolog bármelyik oldalon, úgy ez a kérdés örökre megválaszolatlan marad …

Nemrégiben láttam Jill Bolte Taylor TED előadását. Aki még nem látta volna, annak mindenképp csak ajánlani tudom, hogy nézze meg, mielőtt elolvasná ezt a bejegyzést. Nagyon röviden összefoglalva egy agykutató hölgyről van szó, aki egy “szép” napon agyvérzést kapott, és mint jó tudóshoz illik, a helyett hogy kétségbe esett volna, inkább elkezdte megfigyelni magát. Nem sokon múlt az élete, de végül felépült, hogy aztán másokkal is megossza az élményeit. A hölgy az agyvérzést követően igen érdekes állapotba került. Úgy érezte mint ha a teste csak valami bonyolult jelfeldolgozó gép lenne mechanikus végtagokkal, amiből ő már félig-meddig kiszakadt. Ez a mechanikus izé volt csak a kapcsolat közte és a valóság közt, ami ráadásul az agyvérzés előrehaladtával egyre csak gyengült. Nem akarok nagyon belemenni a részletekbe, akit érdekel úgyis megnézi a videót. Amiről írnék, az inkább az, hogy nekem mi jutott az eszembe erről az egészről.

Az első dolog, ami végigfutott az agyamon, hogy amíg nem találkozunk egy ilyen esettel, addig nem érezzük, hogy a valósághoz való viszonyunk mennyire esetleges. Képzeljük el, hogy az evolúció során úgy alakul ki az ember agya, hogy egész életét ebben a fura állapotban tölti, amiről Jill Taylor mesélt. Ugyanabban a világban élnénk, mégis valami teljesen más fogalmunk lenne a minket körülvevő valóságról. Van egy csomó dolog, amit triviálisnak veszünk, olyan dolgok, amiket az agykutató hölgy az agyvérzése során elveszített. Ilyen például az ÉN fogalma, a külvilágból jövő jelek értelmezhetősége, egyáltalán a különálló objektumok léte. Nap mint nap ebben a kontextusban éljük az életünket, de vajon nem-e önkényes dolog azt mondani, hogy ez a világ értelmezésének “egyetlen objektív” módja. Képzeljünk el egy világot, ahol az emberek nagy részének nem működik a bal agyféltekéje, és nap mint nap úgy élnék meg a világot, mint Jill Taylor. Ha most ilyen emberek közé beengednénk néhány “normális” embert, valószínűleg őrültnek néznék őket. Az is lehet, hogy az állapotukat valami betegségnek vélnék, és elmegyógyintézetbe zárnák őket. Miután pedig semmilyen kezelés nem hatásos, lehet, hogy valamilyen módon megpróbálnák megbénítani ezeknek az embereknek a bal agyféltekéjét, hogy így “meggyógyítsák” őket. Persze az egész feltételezés abszurd. Mindössze arra próbálok rávilágítani, hogy soha nem tudhatjuk, mások hogy élik meg a világot, és hogy a “normális” fogalma mindössze viszonyítás kérdése. Vajon milyen lehet autistának, Down-kórosnak, értelmi fogyatékosnak, stb. lenni? Vajon tényleg sajnálatra méltóak ezek az emberek? Tényleg rossz nekik, vagy csak mi gondoljuk ezt? Lehet, hogy mi azt látjuk, hogy ők a sarokban ülve előre-hátra hintázva csak a nyálukat folyatják, de vajon ők hogy látnak minket? Talán mindeközben odabent önfeledten lubickolnak néhány delfinnel a boldogság végtelen tengerében, és nagy ritkán érzékszerveik homályos üvegén keresztül kitekintenek ránk, és csak mosolyognak rajtunk, hogy az értékes életünket arra pazaroljuk, hogy naphosszat gürizünk azért, hogy kifizessük a ház törlesztő részleteit, vagy nyáron csak egy hétre elugorhassunk egy kicsit lubickolni a tengerben. Ki tudja, talán teljesebb életet élnek, mint bármelyikünk …

A másik dolog, ami eszembe jutott, hogy vajon a “tényleges, objektív” valóság vajon mennyire lehet “objektív”. Bármilyen módon is vizsgáljuk a minket körülvevő világot, a tények minden esetben átmennek tudatunk szűrőjén. Ez kikerülhetetlen. Építhetünk részecske gyorsítókat, tervezhetünk bármilyen furfangos mérőeszközöket, az egész kóceráj végén mindig ott van az ember, aki a szemével leolvassa az eredményeket, és ezek alapján kialakítja a világ valamilyen képét. Tudatunk életünk minden percében ott van velünk, így létezését hajlamosak vagyunk elfelejteni, pedig valójában a valósággal való minden fajta kapcsolatunk ebben a kontextusban történik. Ha pedig az ember egy ilyen előadás alkalmával azt látja, hogy a tudat milyen esetleges dolog, az számomra rögtön felveti a kérdést, hogy ezáltal a valóság nem-e pont ilyen esetleges. Nem-e lehetséges, hogy a valóság sokkal inkább olyan, mint amilyennek Jill Taylor látta agyvérzése közben, és amit mi mindennapi életünk során megtapasztalunk, az csak az agyunk korlátozottságának köszönhető? Szerintem ezt a kérdést megnyugtatóan senki nem tudja megválaszolni, legyen az fizikus, agykutató, vagy bármi. Akinek az előbbi okfejtés túl zavaros, az gondoljon csak a MATRIX-ra. Valószínűleg a MATRIX-ban is vannak fizikusok, akik kísérleteket végeznek, és felépítenek valamilyen világképet magunknak az objektív valóságról. Megfigyelik a részecskék működését, a távoli csillagok mozgását, stb. meggyőződésük, hogy ahol élnek, az az objektív valóság, pedig mindeközben a föld alatt fekszenek takonnyal telt tartályokban. Még csak véletlenül sem akarom azt állítani, hogy így lenne, csupán arra szerettem volna példát mutatni, hogy miért nem mondhatunk bármit is az “objektív” valóságról.

Az egyetlen út, hogy közelebb kerüljünk a kérdés eldöntéséhez, hogy megértjük agyunk működését. Ha az agy leírható a természettudomány törvényeivel, akkor az egész világ az “emberi elmével” együtt alkotja az objektív valóságot. Ha ez nem lehetséges, akkor megvan az esély arra, hogy létezhet egy, az általunk ismertnél teljesebb valóság. Szerintem ez az egyik olyan dolog, ami miatt nagyon is érdemes az aggyal, és annak működésével foglalkoznunk, mert általa talán mondhatunk valami biztosabbat a minket körülvevő világról is …

(Akinek a fenti, valósággal és aggyal kapcsolatos fejtegetés túl mesterkéltnek tűnik, annak ajánlom figyelmébe Sir Roger Penrose ["Az Oxfordi Egyetem Rousse Ball matematikai katedrájának professor emeritusa és a Wadham College emeritus tagja."]: A császár új elméje c. könyvét, ahol pont azt fejtegeti, hogy az agy talán nem írható le az ismert fizika törvényeivel …)

Ha valaki a kvantummechanikáról akar írni, nagyon ingoványos területre téved. Résen kell lenni, mert ha nem vagyunk elég körültekintőek, könnyen félreérthetjük az egészet. Éppen ezért aztán úgy döntöttem, hogy a helyett, hogy a kvantummechanika egészéről írnék, inkább kiragadom az egyik talán legérdekesebb aspektusát. Mindezt amolyan kedvcsinálóként, bízva abban, hogy így többen gondolják majd úgy, érdemes mélyebben megismerkedniük a fizika ezen részével. A többféle ismeretterjesztő anyag közül kiemelnék kettőt: Teller Ede előadásait, és a Schrödinger macskája című könyvet. De a Wikipedia vonatkozó szócikkei is egészen bőbeszédűek a témával kapcsolatban. Ennyi előkészítés után most ugorjunk neki annak, ami ennek a bejegyzésnek a fő témája, vagyis a determinizmus és a szabad akarat kérdésének.

Az ember alapvető vágya, hogy megismerje az őt körülvevő világot, és alapvető hite, hogy ezt meg is tudja tenni. Ez a hit tulajdonképpen a természettudományok közös alapja. Amikor Newton és társai letették a Klasszikus fizika alapjait, úgy tűnt, egész közel érkeztünk a célhoz, vagyis a világ megértéséhez. Egyértelműnek tűnt, hogy a világot logikus fizikai törvények irányítják, melyeket ha feltárunk, bármilyen objektum viselkedését leírhatjuk segítségükkel és leránthatjuk a leplet a természet minden titkáról. Mindennek azonban volt egy igen kellemetlen következménye. Ha mindez így van, akkor ha egy adott pillanatban ismerem a világ minden részecskéjének állapotát, a törvények segítségével kiszámolhatom azok állapotát a tetszőleges távoli jövőre nézve. Tehát a jövő a törvények által teljes mértékben meghatározott. Ez tehát azt jelenti, hogy valamikor a világ kezdetén az ősrobbanás pillanatában volt a részecskéknek valamilyen állapota, és azóta az egész világot ezek a fix törvények irányítják. Tehát már a világ kezdetén eldőlt, hogy én megszületek, hogy megírom ezt a bejegyzést. Tulajdonképpen az egész életem el van döntve egészen a halálomig, és ha a fejem tetejére állok is, akkor sem változtathatok ezen. Tehát ha a természet valóban teljesen kiismerhető, azzal végérvényesen elveszítjük  a szabad akarat lehetőségét.

Ahogy azonban fejlődött a tudomány, rábukkantak egy igen érdekes szabályra. Ha elég kicsiny dolgokat vizsgálunk, vannak bizonyos tulajdonság párok, amiknek az értékét csak bizonyos pontatlansággal tudjuk megmérni. Ezt a szabályt a fizikában Határozatlansági relációnak hívjuk. Emiatt aztán nem tudjuk teljesen pontosan megmondani egyszerre egy részecske helyét, és azt, hogy merre tart. Egyiket vagy másikat megmérhetjük tetszőleges pontossággal, de a kettőt együtt sohasem. Valamiképp a természeti törvények úgy vannak megalkotva, hogy ezt ne tehessük meg, és ez olyan alapvető törvényszerűség, hogy ha a fejünk tetejére állunk, akkor sem tudunk olyan elmés mérőrendszert alkotni, amivel ezt megtehetnénk. Albert Einstein, akit méltán nevezhetünk a 20. század legnagyobb géniuszának ezt nem vette be, és számos gondolatkísérletet kieszelt a határozatlansági reláció megcáfolására. Olyan elmés elrendezéseket, amelyek segítségével pontosan meg lehetne mondani ezeknek a komplementer mennyiségeknek az értékét. Tehát például azt, hogy adott pillanatban a részecske hol tartózkodik, és merre tart. Einstein azonban bármennyire is zseniális tudós volt, képtelen volt olyan gondolatkísérletet kieszelni, ami mindezt megcáfolhatta volna. A természet makacsul tartotta magát ehhez a bizonytalanságához. Bár bepillantást engedett sok titkába, ezt az egy utolsót úgy tűnik megtartotta magának. Ezt a kényszerű pontatlanságot valamiképp be kellett építeni a fizikába. Ennek eredménye lett a kvantummechanika. A kvantummechanikában az egyes objektumok fix tulajdonságait a hullámfüggvény írja le. Eddig egy részecske helyzetét 3 koordinátájával adtuk meg, innentől kezdve viszont ezt egy függvénnyel kell helyettesíteni, ami azt adja meg, hogy adott helyen milyen valószínűséggel található az a részecske. Ez matematikailag egy jól kezelhető dolog, komplex számok segítségével nagyon jól lehet ezekkel számolni. Ahogyan eddig azt mondtuk, hogy itt volt, erre ment, és itt lett a részecske, most azt mondjuk, hogy itt volt, és ha erre megy, akkor adott valószínűséggel itt lesz. Bár az e mögött lévő matematika bonyolult, mégis kezelhető. Továbbra is leírhatjuk a dolgok viselkedését, de most már csak valószínűségi alapon. Annyira alapvető ez a valószínűségi leírás, hogy a fizikusok azt javasolták, tekintsük ezt a világ alapvető reális leírásának. Mivel a részecske helyzete csak a mérés pillanatában lehet ismert, felejtsük el ezt az egész részecske dolgot, és helyettesítsük be a hullámfüggvénnyel. Ha mérést végzünk az objektumon, akkor a mért komponenst tetszőleges pontossággal meghatározhatjuk. Tehát egy adott pillanatban megmérhetjük mondjuk a részecske helyét. Ekkor pontosan tudni fogjuk, hogy ott van, de amint befejezzük a mérést, csak tippelhetünk, hogy a következő pillanatban hol fogjuk megtalálni. A kvantummechanikában ezt úgy mondják, hogy a mérés hatására összeomlik a hullámfüggvény. Azt mondhatjuk tehát, hogy a fizika szempontjából a részecske nem is igazán létezik, amíg nem figyeljük meg. Olyan mint ha egyszerre lenne mindenhol. Aztán mikor megfigyeljük, egyszer csak megtaláljuk valahol, mégpedig olyan valószínűséggel, amit a hullámfüggvény ad meg. Első hallásra badarságnak tűnik a dolog. Azt még valahogy csak-csak megemészti az ember, hogy valamit nem lehet pontosan megmérni, de azt mondani, hogy akkor az a valami nincs is, vagy hogy éppen kicsit mindenhol van, az elég vad. A természet azonban makacsul ragaszkodik a bizonytalansághoz, olyannyira, hogy inkább a józan észnek ellentmondó dolgokat produkál. Ilyen példa az alagút effektus.

Az alagút effektus lényege, hogy van egy fal, aminek az egyik oldalán részecskék vannak. Mivel tudom, hogy hol van a fal, pontosabban megmondhatnám, hogy hol helyezkednek el a részecskék, hiszen azt biztosan tudom, hogy a faltól jobbra van az összes. Ez elrontaná a bizonytalanságot, hisz azt kellene találnom, hogy ha egy ideig nem mérem meg a részecskék helyzetét, majd újra mérést végzek, akkor egyes részecskéket kis valószínűséggel ugyan, de a fal túloldalán találok. Ez ugye nem lehetséges, mert annak, hogy valami átmegy a falon, 0% a valószínűsége, tehát máshogy fog alakulni a valószínűségi eloszlás, mint ahogy azt a kvantummechanika jósolná a természet “bizonytalanság utáni vágya” alapján. Nos, a helyzet az, hogy ezek az alattomos részecskék szolgai módon szót fogadnak a természet ezen alapszabályának, és kihasználva, hogy épp nem nézünk oda, átmászkálnak a falon. Olyan mint ha néhány részecske (a valószínűségi eloszlásnak megfelelően) kis alagutat fúrna a falon, és azon átbújna. Ezért is nevezik ezt a jelenséget alagút effektusnak. Erről az egészről Teca nevű kutyánk jut eszembe. Kis Tyatyó (így becéztük) imádott a kanapén ülni, habár nagyon jól tudta, hogy oda nem szabad neki menni. Amikor nem látta senki, felült a kanapéra, de közben nagyon fülelt. Ha bármi neszt hallott, lemászott a földre. Képtelenek voltunk olyan halkan megközelíteni, hogy ne vegye észre, és ha bár a kanapén lévő szőrszálak árulkodó jelei voltak annak, hogy ott járt, soha nem tudtuk rajtakapni, és megszidni ezért. Hát a részecskék is valahogy így viselkednek. Amíg figyeljük őket, szépen elnyüzsögnek a helyükön, de ha nem nézünk oda, mindenféle alattomos dolgot követnek el, például átmászkálnak a falakon. Rajtakapni azonban soha nem tudjuk őket.

Vannak más komplementer mennyiségek is, ilyen például az energia és az idő. Tehát egy részecske energiája nem határozható meg teljesen pontosan tetszőlegesen kicsi időintervallumban. Ebből az következik, hogy kis időkre egészen nagy energiákra tehet szert, ez pedig igaz az üres térre is. Mivel Einstein óta tudjuk, hogy az anyag az energia egyfajta megjelenési formája, ez azt jelenti, hogy igaz csak rövid időre, de részecskék ugrálhatnak elő a semmiből. Ez is olyasmi, amit nehezen fogad be az ember agya, pedig így van, és ez sok fizikai jelenség megmagyarázásában segített.

Most, hogy sikerült egy kis betekintést nyerni a kvantummechanika világába, térjünk kicsit vissza a determinizmushoz. Ha a kvantummechanika állításai a határozatlanságot illetően igazak, és ez valóban a természet egy alapvető törvényszerűsége, akkor habár ismerhetjük a részecskék állapotát egy adott pillanatban, elvi képtelenség megjósolni a részecskék állapotát a jövőben. Így a világ nem determinisztikus, nincs semmi eleve eldöntve, és visszanyerjük a szabad akarat lehetőségét. Amit veszítünk, az pedig a természet teljes megismerése, hiszen ha a kvantummechanika igaz, soha nem láthatjuk meg, hogy mi történik a színfalak mögött. Soha nem érthetjük meg, hogy miképp mennek át a részecskék a falakon, vagy hogy mi dönti el, hogy egy részecskét itt vagy éppen ott találunk meg.

Hát ez az a dolog, amit Einstein nem akart elfogadni. Innen a híres mondása, miszerint “Isten nem kockázik”. Bár a természet makacsul tartotta magát a bizonytalansághoz, Einstein legalább ilyen makacs volt a természet teljes megismerését illetően. Azt állította, hogy habár nagyon úgy tűnik, hogy a kvantummechanika működik, az nem lehet a természet végső magyarázata. Kell lennie valaminek a felszín alatt. Valaminek, ami pontosan megmondja, hogy a következő pillanatban hol fogjuk megtalálni az adott részecskét. Lehet, hogy ezt a valamit soha nem láthatjuk, nem mérhetjük, de létére következtethetünk. A részecskéknek ezeket a rejtett tulajdonságait nevezzük rejtett paramétereknek. Einstein úgy gondolta, hogy a kvantummechanika valószínűségei valami felszín alatt meghúzódó véletlenszerű, kaotikus folyamat eredményei, olyan mint mondjuk a Brown-mozgás. Ki is eszelt egy gondolatkísérletet annak bizonyítására, hogy van valami a felszín alatt, tehát hogy léteznek ilyen rejtett paraméterek. Ez volt az EPR-paradoxon, aminek gyakorlati ellenőrzése a Bell egyenlőtlenség segítségével történhet. A dolog lényege, hogy ha statisztikailag vizsgálunk egy rendszert, az eloszlások valószínűségére más jóslatot ad a kvantummechanika, és mást a rejtett paraméterek elmélete. A kísérletet végül sikerült a gyakorlatban is elvégezni, amit sajnos Einstein már nem élhetett meg. A kísérlet pedig egyértelműen azt mutatta, hogy nincsenek rejtett paraméterek. A kvantummechanika tehát sokadjára is győzedelmeskedett. El kell fogadnunk, hogy a dolgok bizonyos szempontból csak akkor léteznek, ha épp megfigyeljük őket, és viselkedésükre is csak valószínűségi jóslatokat tehetünk. Úgy tűnik, hogy a determinizmusnak lőttek, és bár visszakaptuk a szabad akarat lehetőségét, elvesztettük annak reményét, hogy a természetet a végletekig megértsük.

Hát eddig tartott volna a kvantummechanikáról szóló kedvcsináló. Én azonban egy picit még továbbfűzném ezt az egészet pusztán filozófiai alapon. Mi lett volna, ha Einsteinnek igaza van, és a Bell-egyenlőtlenség kísérleti ellenőrzése azt mutatja, hogy léteznek ilyen rejtett paraméterek? Mi lenne, ha kiderült volna, hogy a színfalak mögött a világot determinisztikus törvények irányítják aminek a kvantummechanika csak a felszínét mutatja? Ha a valószínűségi jelleg csak egy bonyolult, kaotikus, mégis determinisztikus alapon működő világ azon metszete, amit képesek vagyunk belőle érzékelni? Ez automatikusan azt jelentené, hogy elveszítettük a szabad akarat lehetőségét? Teller Ede úgy fogalmazott, hogy a determinizmus egyik nagyon szomorú következménye, hogy “Isten munkanélküli lett”. A kvantummechanikával és a determinisztikus világ képének megszűnésével “Isten visszakapta a munkáját”. De vajon ehhez szükség volt a determinizmus teljes lerombolására, vagy egy ilyen hipotetikus Isten elfér egy tisztán determinisztikus világba is? Maga a kérdésfeltevés elsőre teljesen értelmetlennek tűnik a fentiek fényében, hiszen az írás elején pont azt bizonygattuk, hogy egy determinisztikus világban az univerzum keletkezésekor minden eleve el lenne döntve. Mégis úgy gondolom érdemes kicsit elgondolkodnunk ezen. Ha a törvények determinisztikusak, az azt jelenti, hogy ha ismerjük egy A rendszer minden részecskéjének állapotát, akkor abból a törvények segítségével kiszámolhatjuk ennek a rendszernek az állapotát egy tetszőleges későbbi időpontban. Ez a definíció azonban nem mond semmit arról, hogy mi történik azokkal a rendszerekkel, vagy egyszerűen az A rendszer azon részeivel, amiknek nem ismerjük pontosan az állapotát. Nos, ezekkel a részekkel bármi történhet a nélkül, hogy a determinisztikus törvényeink sérülnének. Az alapgondolat hasonló ahhoz, mint amit a kvantummechanika állít, vagyis hogy a dolgok nem is igazán léteznek addig, míg nem figyeljük meg őket. Hogy mindez hogy fér bele egy determinisztikus világba, arra mutatnék egy nagyon egyszerű példát. Vegyünk egy dobókockát ebben a teljesen determinisztikus hipotetikus világban. A kérdés, hogy jut-e hely egy hipotetikus Istennek ebben a világban? Tegyük fel, hogy ismerjük a dobókocka minden részecskéjének helyzetét, és ismerjük a kockára ható összes erőt. Mivel a törvények determinisztikusak, Isten pedig tartja magát a szabályokhoz, nincs lehetősége beavatkozni. A kockával dobott szám a kocka feldobásának pillanatában meghatározott. Ezen nincs is mit tovább gondolni. Most csökkentsük az információt, amit a rendszerről tudunk. Egyszerűen csak dobjuk fel a kockát, és nézzük meg mi lesz az eredmény. Most csak egyetlen dolgot tudunk mondani, mégpedig azt, hogy ha a kocka szabályos, akkor megfelelően sok próbálkozás után a dobott számok eloszlásának egyenletesnek kell lennie. Ezt fogjuk tapasztalni akkor, ha a dobókockánk az előbbieknek megfelelően determinisztikus törvények szerint működik, de arra is lehetőség van, hogy beavatkozzon a hipotetikus Isten, és egy egy dobás értékét ő határozza meg. Az egyetlen dolog, amire ügyelnie kell, hogy a dobott értékek eloszlása végül egyenletes legyen. Ebben az esetben a beavatkozás ténye kimutathatatlan. Bármilyen kísérletet is végezzünk, azt találjuk, hogy a világot determinisztikus törvények irányítják. Azt is megtehetjük, hogy dobálunk a kockával, és teljesen véletlenszerűen döntjük el, hogy mikor nézzük meg az eredményt. Ilyenkor szinte semmit nem tudunk jósolni az eredményeket illetően, tehát hipotetikus Istenünknek még nagyobb szabadsága van abban, hogy eldöntse a dobások eredményét. Mondhatjuk persze, hogy a hipotetikus Isten lehetőségének bevezetése csak egy alattomos kis trükk. Egyszerűen “elrejtettük Istent” a megfigyelhetetlen dolgok leple alá, aki akkor piszkálja csak a világot, míg nem nézünk oda. Olyan mint a kutya a kanapén. És hogy honnan a bátorság, hogy egy ilyen hipotetikus Istent természettudományos szintű lehetőségnek tekintsünk? Nos, ez a “rejtsünk dolgokat az érzékelhetetlenség leple alá” gondolat nem új keletű. A fizikában mostanában nagy divatja van a húrelméleteknek. A húrelmélet szerint a részecskék kicsiny húrokként írhatóak le. Az egésszel csupán annyi a gond, hogy csak akkor működik, ha a világ minimum 11 térdimenziós. Hát ebből a 11-ből 3 meg is van, de hol a többi 8? A fizikusok válasza erre, hogy össze vannak gubancolódva méghozzá a Planck hossznál kisebb térfogatba.  A Planck-hossz az a legkisebb távolság amit elméletileg valamilyen módon érzékelhetünk. Ha valami a Planck-hossznál kisebb arról nem szerezhetünk tudomást. A húrelmélet a maga 11 megfigyelhetetlen területre rejtett dimenziójával természettudományos szempontból teljesen elfogadható, ehhez képest pedig nem is tűnik olyan nagy szentségtörésnek a mi hipotetikus Istenünk, amit a nem megfigyelt jelenségek rejtenek el.

De mire jó ez az egész okfejtés? Egyfelől tudjuk, hogy nincsenek rejtett paraméterek, következésképp a kvantummechanika felszíne alatt nem lehet determinisztikus világ, másfelől az egész csak fikció. Amiért mindezt leírtam, az újra a szabad akarat kérdése. A kvantummechanika lehetővé teszi ugyan a szabad akarat létezését, de a természet nem biztos hogy él is ezzel a lehetőséggel. Döntéseinket csak akkor irányíthatják a megismerhető világon túli törvények, ha agyunk működésére kihatással vannak a kvantumvilág eseményei. Elég vad gondolat, hogy az agyi folyamatokat olyan jelenségek irányítsák, amik az elemi részecskék szintjén jelentkeznek. Ennek az elméletnek nagy híve Roger Penrose. Akit a téma mélyebben érdekel, olvashat róla a Nagy a kicsi és az emberi elme c. könyvben. A könyvben Penrose álláspontja mellett olvashatjuk Stephen Hawking ellenvéleményét is, mely szerint semmilyen jel nem mutat arra, hogy az agyat ilyen kvantumos folyamatok irányítanák. A rossz hír az, hogy a makroszkopikus rendszerekben a kvantumvilág folyamatai kiegyenlítik egymást, és determinisztikus rendszereket kapunk. Ha nem így lenne, nem építhetnénk mondjuk számítógépeket, amik teljesen kiszámíthatóan működnek. Ha tehát az agy úgy működik mint egy számítógép, akkor ott vagyunk ahol a legelején. Nincs szabad akaratunk, hiszen agyunk működését a makrovilág tökéletesen kiszámítható törvényei irányítják. Ezek fényében talán jobban érthető a fenti okfejtés. Ez alapján úgy is elfér a világban a szabad akarat, ha az agy működésében nem vesznek részt kvantummechanikai folyamatok. A lényeg mindössze annyi, hogy ne figyeljük meg, csakúgy mint a példa béli dobókockát. Ha az okfejtés helyes, akkor mindig fogunk találni valamit, ami megakadályozza hogy megértsük agyunk, és ezzel együtt a tudat működését, és elvegyük a szabad akarat misztériumát. Ha tippelnem kellene, azt mondanám, hogy soha nem fogjuk tudni teljes mértékben megfigyelni az agy működését, de ha mégis, majd segít rajtunk a kvantummechanika ….

Bizonyos időközönként felreppen a hír, hogy valaki már megint örökmozgót gyártott. A konkrét megvalósítás többféle lehet. Van amikor csak mindenféle misztikus dobozokról szólnak a híradások, amiből energia jön az idők végezetéig, valamikor mindenféle pörgő-forgó kerekek meg speciálisan elhelyezett mágnesek az energia forrásai, de tulajdonképpen a vízautók (azok, amelyekbe elég sima vizet tankolni, és minden egyéb energia nélkül működnek) is ebbe a kategóriába tartoznak. Ez utóbbiról írtam is egy kis bejegyzést. Az ilyen örökmozgók körüli hírverés lefolyása általában az, hogy felreppen a hír, mindenki beszél róla, aztán jön néhány mérnök/fizikus, elmondja, hogy ez miért hülyeség, végül szépen lecseng az egész. A téma nagy élharcosa itt Magyarországon Egely György. Akit mélyebben érdekel az örökmozgók témája, az már bizonyosan találkozott a nevével. Én személy szerint élvezettel olvastam a könyveit, és ha bár a bennük foglaltakkal nem teljesen értek egyet, azt mindenképp meg kell hagyni, hogy a leírtakban van fantázia. Ebben a bejegyzésben azt próbálom majd elemezgetni, hogy mi indokolja a mérnökök erős arroganciáját ezekkel a szerkezetekkel szemben, valamint hogy ha egyszer mégis sikerül egy működő példányt összehozni, az a meglévő tudásunk alapján vajon hogyan működhet.

Elsőnek tehát kezdjük azzal, hogy mi az, ami miatt egy mérnököt vagy fizikust elfog a dühroham, mikor tudomást szerez a legújabb ilyen örökmozgóról. Nos, az örökmozgók működését megakadályozó egyik legalapvetőbb dolog az energiamegmaradás elve. Ez nagyon röviden annyit jelent, hogy egy zárt rendszernek az energiája nem változhat. Úgy is szokták egyszerűen mondani, hogy “energia nem vész el, csak átalakul”. Persze ahogy nem tűnik el, úgy nem is lesz a semmiből. Ez annyira fundamentális elv a fizikában, hogy ha nem így működnének a dolgok, jó eséllyel dobhatnánk ki az egészet a kukába. A fizikusok nagy szerencséjére azonban a dolgok pont úgy történnek, ahogyan a fizikai törvényekkel leírjuk őket. Azért hozzá kell tenni, hogy a fizikának van egy nagyon nagy korlátja. Elvégezhetünk kísérleteket, felállíthatunk törvényeket, visszaigazolhatjuk őket, de mivel nem vizsgálhatjuk meg a összes lehetséges kísérleti elrendezést, soha nem lehetünk teljesen biztosak a törvény univerzális voltát illetően. Igazából hihetetlen nagy önteltségnek tűnik az univerzum egészéhez képest porszemnyi emberként bármit is állítani a világ működéséről. Gondoljunk csak bele. Egy szép nyári reggelen Newton fejére esik egy alma, erre mint a bűvész a cilinderből, előkapja a gravitáció törvényét, és azt állítja, hogy a világ minden égitestjének mozgását megfejtette. Hihetetlen bátorságnak tűnik mindezt a következtetést egy lepottyanó almából levonni. A példa persze szándékosan sarkítva mutatja be a helyzetet. Mindezt sok megfigyelés, stb. előzte meg, ráadásul az egész még működik is, úgyhogy a hatalmas önteltség ellenére ez az egész mégiscsak bejött. Mindezek ellenére azért remélem kiérezhető a történet mondanivalója. Mi itt a földön kis golyókat pöckölünk, részecskéket ütköztetünk, játszunk a kis eszközeinkkel, és mindebből megmagyarázzuk, hogy tőlünk sok fényévnyi távolságra mi történik egy fekete lyukban, pedig a legtöbb amit fel tudunk mutatni, hogy eljutottunk a holdig. Igazából azonban mindez csupán egy nagyon erős feltételezésre, vagy mondjuk inkább, hogy hitre alapul, mégpedig arra, hogy a természet működése egyszerű és megérthető. Ilyen formán igazából a fizika is besorolható lenne a vallások közé, hiszen valamilyen hitre épül. Bár meg kell hagyni, hogy más vallásokkal szemben hihetetlen logikus és konzisztens, a lehető legteljesebb mértékben összevág a tapasztalattal. Mindazonáltal szerintem azért indokolt lenne az alázat, mert még csúnya meglepetések érhetnek. Kiderülhet, hogy a természet korántsem ilyen egyszerű, csak annak mutatja magát. Volt már ilyenre példa, pont Newton és az ő gravitációja volt a főszereplő. Sokáig úgy gondoltuk minden rendben, aztán egyszer csak kiderült, hogy a Merkúr mégsem úgy mozog, mint kéne neki. A problémát végül Einstein általános relativitáselmélete oldotta fel, és egyben arra is kényszerített minket, hogy átértékeljük a világról alkotott képünket. Ilyen fordulatok bármikor beüthetnek. Általában kis ellentmondások szülik ezeket, mint hogy a fény nem úgy mozog, mint más dolgok (relativitás elmélet), vagy hogy a fekete test sugárzását nem tudjuk megfelelően képlettel leírni (kvantummechanika). Mindkét esetben a nagy fordulat előtt már azt hittük, mindent tudunk a világról, és csak 1-2 kisebb fehér folt maradt, amit hamarosan megoldunk. Ezzel szemben mindkét esetben gyökeresen kellett átalakítani az egész rendszert. Szóval, tudományunk történetére visszatekintve a kellő alázat mindenképp indokolt. Mindezek ellenére én is úgy gondolom, hogy az energiamegmaradás ki fogja állni az idők próbáját. Persze az előzőek fényében én nem merném ezt meggyőződésnek nevezni (sok fizikussal/mérnökkel ellentétben), inkább csak amolyan intuíciónak, vagy megérzésnek. De ha nem sérül az energiamegmaradás, akkor vajon hogyan működhetne egy ilyen hipotetikus örökmozgó?

Ha tippelnem kéne, azt mondanám, hogy a trükk a rendszer zártságában keresendő. Vagyis ha találkoznék egy ilyen működő örökmozgóval, nem az jutna az eszembe, hogy bizonyosan sérül az energiamegmaradás (persze az előbbiek fényében ennek is megvan az esélye), hanem hogy az energia valahonnan kívülről jön. Így a világegyetem (min zárt rendszer) összenergiája marad konstans. Az egészet egy napelemhez lehetne hasonlítani. Gondoljunk csak bele, ott van egy lap mindenféle anyagokból speciálisan összerakva, és folyamatosan jön belőle az áram. Ráköthetek mondjuk egy villanykörtét, ami folyamatosan világítani fog. A laikus erre azt gondolhatná, hogy valamiféle örökmozgó, hiszen a napelemből és villanykörtéből álló zárt rendszerben energia keletkezik. A probléma persze könnyen feloldható, ha a napot is bevesszük a rendszerbe. A napban folyó hidrogénfúzió hatására fény keletkezik, ami energiát szállít, és ezt hasznosítja a napelem. Nincs itt tehát semmi probléma. Ha tehát Tesla elém gördülne a legenda szerint örökké működő elektromos autójával, én valami ilyen “napelem szerű” működésre tippelnék. De honnan jöhet ilyen energia? Nos, az energia szállító közegnek valami nagyon rejtélyes módon kell működnie, mivel eddig ugye nem vettük észre. A szél vagy a napenergia nem nagy kihívás, hiszen azt bőrünkön érezzük, szemünkkel látjuk, stb. Olyan dolognak kell lennie, ami csak nagyon nehezen érzékelhető, és csak valami bonyolult elrendezésben alakítható elektromos energiává, hiszen ha nem így lenne, már rég megtaláltuk volna, és felfedeztük volna ezt az univerzális áramforrást. A kérdés, tehát hogy létezhet-e ilyen nehezen kimutatható közeg, ami képes lehet energiát szállítani? Az a helyzet, hogy a fizikusok találtak már ilyesmit. Egy neutrínó nevű elemi részecskét. Ilyen neutrínóból testünk minden négyzetcentiméterén több ezer halad át másodpercenként úgy, hogy mindebből semmit nem veszünk észre. Sőt, ezek az egész földgolyón is simán átszáguldanak minden különösebb hatás nélkül. Valójában tehát hatalmas intenzitású neutrínó sugárzásban élünk úgy, hogy mindebből semmi nem látszik. Ezek a neutrínók ugyanúgy csillagok belsejében lezajló folyamatok eredményeképp keletkeznek, mint a nap fénye, de mivel a fénnyel ellentétben nem nagyon lépnek kölcsönhatásba az anyaggal, ezért fényéveket tehetnek meg az univerzumban minden ellenállás nélkül. De hogyan lehetséges mindez? Jelenlegi tudásunk szerint négyféle kölcsönhatás létezik. Az elektromágneses, az erős, a gyenge, és a gravitációs. A részecskék mindegyike ezeken a kölcsönhatásokon keresztül hat egymásra. Ha egy részecske egyetlen kölcsönhatásban sem vesz részt, akkor az olyan mint ha nem is létezne, hiszen semmilyen hatást nem gyakorol más részecskékre. A részecskék általában az elektromágneses kölcsönhatáson keresztül hatnak egymásra. Ez felelős azért, hogy nem tudunk átsétálni a falon, vagy hogy látjuk a fényt. Ha a fény nem venne részt az elektromágneses kölcsönhatásban, akkor nem látnánk semmit, hiszen a fényrészecskék egyszerűen átszáguldanának a szemünkön, pont úgy ahogyan a neutrínók is. Nos, a neutrínók csak a gyenge kölcsönhatásban vesznek részt, emiatt pedig csak igen ritkán lépnek reakcióba az anyaggal. Ennek ellenére szállíthatnak energiát. Így ha sikerülne valami olyasmit építeni, mint egy napelem, ami a napból érkező fény helyett a neutrínók áramát alakítja elektromos energiává, rögtön megvalósulna ez előbbiekben említett pszeudó örökmozgó. Egyenlőre a neutrínókat még csak kimutatni is iszonyatosan nehéz, nemhogy energiájukat hasznosítani, de létük azért felvillant előttünk egy érdekes elméleti lehetőséget. Mi van akkor, ha léteznek még ilyen “rejtett” részecskék, eddig ismeretlen kölcsönhatások, vagy más energia szállítására alkalmas folyamatok? Lehetséges, hogy miközben azt gondoljuk, hogy nincs körülöttünk semmi, valójában hatalmas mennyiségű rejtett energiában úszunk, amit az univerzum csillagaiban folyó magfúzió, vagy más folyamatok termelnek, és amit valami igen speciális elrendezés segítségével ki tudunk nyerni. A neutrínó az élő példa arra, hogy ilyesmi létezhet, és semmiféle ellentmondásban nincs a jelenleg ismert fizikai törvényekkel. Igazából számomra ez az az ok, ami miatt érdemes odafigyelni mindig, mikor felreppen a hír, hogy valaki örökmozgót épített. Lehet, hogy 1000-ból 999 esetben tévedésről van szó, de talán az 1000. mégis működik …

Nemrégiben írtam már egy posztot a vízautókkal kapcsolatban. Ott azt próbáltam fejtegetni, hogy miért nem jogos a “jelenlegi ismereteink alapján ez nem lehetséges” típusú elutasítás ezekkel a találmányokkal kapcsolatban. Most kicsit más szempontból írnék ugyanarról. Nevezetesen, hogy mi az amit már tudunk, de mégsem élünk vele. Kezdjük is hát az elején.

A benzin (és vele minden más kőolaj származék üzemanyag is) fogy. Nem áll belőle rendelkezésre végtelen mennyiség. E mellett a benzin szennyezi a környezetet, és drága is. Mivel az áruszállítás miatt a benzin ára beépül mindenbe, ezért minden drágább lesz, így az olajsejkeken kívül mindenki rosszul jár. Mondjuk ők cserébe szigeteket építhetnek Dubaj-ban, de ez minket cseppet sem vigasztal. Az egyszerű halandó embernek marad a folyamatos fizetés, a szmog, meg a tüdőrák. Nem csoda hát, hogy mikor felreppen a hír, hogy ezen túl benzin helyett vizet tankolhatunk az autóba, sokak szeme felcsillan. A föld nagy része (ha jól emlékszem, azt tanították, hogy 70%-a) víz, így abból jutna mindenkinek. Attól sem kellene félni, hogy elfogy, mert a vízautó ugye vizet pufogna ki, ami idővel visszapotyog az óceánokba, így közel ingyen közlekedhetnénk. A kérdés már csak az, hogy kivitelezhető-e a dolog. A válasz pedig szerintem egyértelműen igen, csak nem úgy, nem annyira egyszerűen, mint gondolnánk. Le is írom miért.

Ha hihetünk az energiamegmaradás törvényének (van esély rá, hogy nem mindig működik, de eddig erre nem volt példa), akkor a semmiből nem lesz energia. Tehát csak úgy magától nem fog menni az autónk. A benzintől azért megy az autó, mert abban koncentrált energia van. Ha elégetjük, más anyagokká alakul. Ekkor szabadul ki belőle az energia, és ettől megy az autó. Szóval a benzin esetén egy anyag másik anyaggá alakul, innen van energiánk. Amikor tehát autózunk, akkor az évmilliók során a kőolajban tárolt energiát használjuk el. A vízautókkal szemben azért szkeptikusak az emberek (köztük én is), mivel itt nincs ilyen átalakulás. Víz megy be, víz jön ki, sem kémiai, sem fizikai változás nem jött létre, tehát honnan lenne energiánk? Erre aztán az a válasz, hogy bizonyos speciális körülmények között ez a folyamat energiát csatol ki az univerzum végtelen energiatengeréből, vagy még durvább esetben az, hogy maga az energiamegmaradás hibás, és lehet semmiből energiát termelni. Nos, érthető, ha az ilyesmitől viszolyognak a fizikusok, hiszen ilyenre még soha sehol nem láttunk példát, sőt, minden jel arra utal, hogy az energiamegmaradás igaz, és nagyon kemény alaptörvénye a fizikának. Ennek ellenére, ahogyan az előző postban már írtam, egy fizikusnak kutya kötelessége kivizsgálni minden ilyen esetet, még akkor is, ha az aktuális modellnek az ellent mond. Hiszen mindig csak a megfigyelésekből vonhatunk le következtetéseket, soha nem járhatunk el fordítva. Tehát egy megfigyelést nem cáfolhatunk az eddigi következtetéseink alapján. Azért az esetek döntő többségében (tulajdonképpen eddig mindig) a fizikusoknak volt igaza, tehát mikor felreppen egy ilyen újabb “vízautós hír”, joggal feltételezhetjük, hogy végül az derül ki róla, hogy a dolog nem működik.

Szóval a “vizet tankolok a kocsiba” dolog működésére elég kis (persze soha nem 0) esély van, viszont a poszt elején azt írtam, hogy mégis megoldható a dolog. Lássuk hogyan. Ehhez viszont először térjünk vissza a benzinhez. Hogyan működik a benzin? Ahogy már írtam, a benzinben kémiai formában energia tárolódik. Mikor elégetjük, ez az energia kiszabadul, és ez hajtja az autót. Tulajdonképpen minden égésnek ez az alapja, ez történik például akkor is, ha fából tüzet rakunk. Itt a fa hamuvá alakul, és a felszabaduló energia jelenik meg hőként. No de hogy kerül a fába az energia? Erre való a fotoszintézis. A fa elnyeli a napfényt, aminek hatására bizonyos anyagok más anyagokká alakulnak. Ily módon a fa a nap energiáját saját anyagában konzerválja. Mikor elégetjük, akkor tulajdonképpen a nap évek alatt összegyűjtött energiája szabadul fel. Ez tulajdonképpen majdnem ugyanaz, mint mikor napelemmel feltöltjük mondjuk a zseblámpánk elemét, amivel aztán este világíthatunk. A fa is egyfajta “napelem”, csak kicsit bonyodalmasabb a működése. Valójában itt a földön szinte minden dolog a napból nyeri az energiáját, “a föld mint gépezet energiaforrása a nap”. Mi emberek például étkezéssel nyerjük az energiánkat, állatokat és növényeket eszünk. Az állatok is növényeket esznek, onnan nyerik az energiát, a növények pedig fotoszintetizálnak, tehát végső soron mi is napenergiával működünk. De a vízerőművet hajtó vizet is a nap mozgatja, vagy a szélerőművet hajtó szelet, és végső soron a kőolaj és a földgáz is rothadó állatok és növények maradványaiból keletkezik, ami egykor ugyancsak a naptól kapta az energiáját. No de hogy jön mindez a vízautókhoz?

Az előbbiek alapján már látható, hogy jelenlegi tudomásunk szerint energiát csak úgy lehet termelni valamiből, ha oda valahogy bekerült. A hajtóanyagnak energiát kell veszítenie, amivel aztán az autónkat hajthatjuk. Ezt szaknyelven úgy szokták mondani, hogy a zárt rendszer energiája nem változhat. A benzin esetén ez teljesül, hiszen a folyamat elején bemegy a benzin, majd kipufogó gázzá alakul. Ekkor veszít az energiájából, és ettől megy az autónk. Ha vizet öntünk az autóba, és víz jön ki, akkor semmi nem veszített az energiájából. Ha az autó mégis mozog, akkor valami misztikus helyről (pl. az univerzum kimeríthetetlen energiatengeréből, stb.) energiának kellett oda bekerülnie. Ahogy már írtam, ilyesminek a létezéséről nem tudnak a fizikában, tehát a jelenlegi tudásunk szerint ez így nem működhet. Mit lehet tehát tenni? A víz ahogyan kémia órán tanultuk, két rész hidrogénből és egy rész oxigénből áll (innen a H2O képlet). Megtehetjük, hogy energia befektetéssel a vizet alkotó részeire bontjuk. Ha így teszünk, az alkotó részekben konzerválódik a bontásra szánt energia. Amikor az alkotórészeket egyesítjük, tehát a hidrogént és az oxigént vízzé égetjük el, akkor visszakapjuk ezt a befektetett energiát. Pontosan ugyanaz történik, mikor a fa vagy éppen a benzin elégetésével visszanyerjük az abban tárolt napenergiát. Röviden tehát ahogyan a benzinben, vagy a fában tárolódik az energia, úgy a vízben (vagyis a víz kettébontott alkotóelemeiben) is tárolhatunk energiát. Tehát a benzin a fa, vagy éppen a víz is olyan mint egy akkumulátor. Ugyanúgy energiát tárol. Itt jutunk el ahhoz a kérdéshez, hogy akkor minek az egész folyamatba belekeverni a vizet? A víz bontásához is energia kell, miért nem használunk simán egy rakás akkumulátort, és hajtjuk az autókat elektromos motorokkal? A víz bizonyos szempontból  jobb erre a célra. Az elektromos hajtáshoz a kocsi motorját egy az egyben elektromos motorokra kellene cserélnünk, ezzel szemben amennyire én tudom, a hidrogénhajtáshoz csupán a kocsi átalakítására van szükség (ugyanúgy robbanások hajtják a motort, csak benzin helyett hidrogén és oxigén ég el vízzé), az alapanyag nem környezetszennyező, és az égéstermék is csak víz. Ennek fényében tehát ha nem is vizet, de hidrogént tankolhatnánk a kocsinkba benzin helyett. A hidrogént előállíthatnánk megújuló energiaforrások (pl.: víz, szél, nap, stb. energia), vagy éppen nukleáris energia felhasználásával (a tévhitekkel ellentétben ez sokkal kevésbé környezetszennyező, mint a benzin). És persze ott van az energiaforrások netovábbja, a fúziós energia, ami például a napot működteti. Ilyen fúziós erőművet még nem vagyunk képesek létrehozni, de egy nap talán ez is lehetséges lesz.

Hogy miért nem hidrogénnel hajtjuk már most az autókat? Amennyire én tudom, a hidrogén ellen felhozott legnagyobb ellenérv a tárolás/szállítás nehézsége. Míg a benzinhez elég egy sima benzines kanna, addig a hidrogén tárolásához rendkívül erős falú tartály szükséges. A benzint simán öntögethetjük, kicsit párolog ugyan, de könnyen kezelhető. Ezzel szemben a hidrogén gáz, nagy nyomáson, cseppfolyósítva tárolhatjuk, így mindenféle vastag csöveken tudjuk csak egyik helyről a másikra átnyomatni. Azt is szokták emlegetni, hogy veszélyesebb, mint a benzin, sokkal könnyebben, sokkal nagyobbat robban, mint a benzin. Erre a problémára már láttam megoldásokat, és úgy tudom, van már rá technológia, aminek használatával már viszonylag biztonságosan megoldható a tárolás. Ezek alapján úgy néz ki, hogy a hidrogénhajtás elterjedése inkább infrastrukturális, mint technikai jellegű probléma. Át kellene alakítani a kocsikat, hidrogén kutakat kellene építeni, hidrogén gyárakat, stb.

Persze a hidrogén mellett ott a tiszta elektromos hajtás is, sőt, sokak szerint ez sok szempontból jobb is. Nincs gond a tárolással (csak jó akkumulátorok kellenek hozzá), nincs gond a szállítással (csak néhány villanyvezeték kell, ami tulajdonképpen már meg is van), sőt, akár magunknak is előállíthatjuk a szükséges energiát a házunk tetején lévő napaelemmel, vagy a kertben elhelyezett szélerőművel. A dolog hátránya, hogy teljesen újra kell gondolni hozzá az autókat, a benzintartályt akkumulátorokra, a motort elektromos motorra kell cserélni. A másik gond, hogy a jelenlegi akkumulátorokkal hamar lemerül egy ilyen kocsi, így 50-100 km-enként töltőállomásokat kellene elhelyezni (bár ha jobban belegondolunk, a benzinkutak is vannak ennyire sűrűen). Alternatív megoldás, hogy a kocsiban vész esetére egy benzines generátort is beszerelünk, amivel elpöföghetünk a következő elektromos töltőállomásig. Szóval ez sem egy rossz alternatíva, de legalább olyan elszántság kellene a bevezetéséhez, mint a hidrogénhajtás esetén (elektromos töltőállomások, elektromos autók gyártása). Akit a dolog bővebben érdekel, nézze meg a “Ki ölte meg az elektromos autót?” című YouTube-on elérhető kis dokumentumfilmet, ami jó összefoglalása a témának.

Szóval van alternatívánk a benzinre, nem is egy. Hogy a váltáshoz szükséges lépéseket miért nem lépik meg, azt pontosan nem tudom. Lehet, hogy gazdasági okai vannak, lehet, hogy a fentieken kívül van még valami technikai probléma, ami megoldásra vár, de az is lehet, hogy valóban akkora üzlet a benzin, hogy sokak ellenérdekeltek abban, hogy mindez megvalósuljon. Mindenesetre nincs semmi hókusz-pókusz a dologban, jelenlegi ismereteink szerint működőképes, és megvalósítható.

De ebben a posztban nem is annyira ez a lényeg, hanem az, hogy az alapelvet megértsük. Nevezetesen, hogy a vízautókkal az a legnagyobb baj, hogy “klasszikus” (vizet töltök a tankba) formájukban sértenék az energiamegmaradás törvényét, amitől a fizikusokat kirázza a hideg. Jelenlegi ismereteink szerint energia nem lesz a semmiből. Energiát csak úgy nyerhetünk valamiből, ha egyszer valahogy oda energia került be. Ily módon mindenfajta üzemanyag csak egyfajta energiatároló közeg. A benzin a fa, a hidrogén, a rádióaktív anyagok, és végső soron egy sima akkumulátor is ugyanazt a feladatot látja el számunkra. Nevezetesen energiát tárol. Persze egymástól igen eltérő formákban. A nem megújuló energiaforrások esetén ez az energia valamikor nagyon régen került be oda, és ha ezt az energiát felhasználjuk, az “nem pótolódik vissza”, tehát az ilyen anyagok folyamatosan fogynak. Ilyen ugye a kőolaj, amiben egyszer régen energia konzerválódott, és ha elégetjük az autó motorterében, kipufogógáz lesz belőle, soha nem áll össze újra benzinné. Ez persze igaz a hidrogénre is, hiszen a hidrogén vízzé ég el, és a víz később nem fog magától hidrogénre és oxigénre bomlani. Ugyanakkor a hidrogén könnyen előállítható elektrolízissel, amihez már használhatunk más, megújuló energiákat (pl. szél, víz, napenergia), és végső soron tisztán elektromos áramot is használhatunk üzemagyagként elektromos autókban. Amennyire én tudom, ilyen energiából van elég, a nap bőségesen ellátja a földet. Tulajdonképpen mikor mi emberek még nem voltunk, akkor is nagyon jól elműködött a bolygó a nap energiájával, és valószínűleg napjainkban is történhetne így a jelenlegi környezetszennyező megoldások helyett. Szóval energia van, csak meg kell tanulnunk hatékonyan kiaknázni, és tárolni/szállítani. Lehet, hogy nem a hidrogén lesz az üdvözítő megoldás. Lehet, hogy lesz valami más anyag, amiben energiát tárolhatunk. Valami, ami olyan könnyen kezelhető, mint a benzin (szobahőmérsékleten cseppfolyós, vagy szilárd), mégsem környezetszennyező. Azt is el tudom képzelni, hogy egyszer majd genetikailag módosított mesterséges növények fognak fotoszintézis útján valamilyen anyagot előállítani, amit majd üzemanyagként használhatunk (ez a lényege a biodízelnek). Lehet, hogy nem is kémiai formában (üzemanyagként) kell tárolnunk az energiát, hanem elektromos áramként (valójában az akkumulátor is kémiai formában tárolja az energiát). Talán találunk valamilyen az eddigieknél hatékonyabb energiatároló közeget, és ez hozza el a megoldást az üzemanyag problémára. Mindenesetre tény, hogy hamarosan valamilyen irányba lépni kell majd.

A napokban reppent fel egy hír a Facebook-on, hogy egy Gróf Spanyol Zoltán nevű úriember megoldotta, amire sokan úgy várnak mint egy falat kenyérre, nevezetesen, hogy ezen túl benzin helyett színtiszta csapvizet tankolhatunk az autónkba. Mivel sokáig az egyik legkedvesebb hobbim az volt, hogy ilyenek után olvasgattam (pl. Egely könyvekből megvolt tán az összes), természetesen ez is felkeltette az érdeklődésemet. Miután ez a hír már néhányszor nagy csinnadrattával felreppent, és annak rendje és módja szerint hamar el is ült, most is szkeptikus voltam, és hát ha valaki csinál egy egyszerű Google keresést, talál is jó pár ellenvéleményt. Ennek apropóján gondoltam, írok egy postot a véleményemről ebben az egész témában. Bár magam is egészséges mértékben szkeptikus vagyok, mégis sok szempontból inkább ezeknek a feltalálóknak a pártját fogom, mert valahol úgy gondolom,igazságtalanul járnak el velük, el is mondom miért.

Úgy általánosságban az ilyen “Tiltott találmányok” ellen felhozott vádak nagy része úgy kezdődik, hogy “márpedig ez a fizika törvényei szerint nem működhet”. Nos, ez az a mondat, amit egy magára valamit is adó fizikus nem mondhat ki. Ha megteszi, azzal elismeri, hogy nem érti a fizikát, és mint ilyen, méltatlan arra, hogy fizikusnak, vagy mérnöknek nevezze magát. Ha a fizikusaink annak idején ebben a szellemben gondolkodnak, vagyis nem vizsgálják ki azokat a jelenségeket, amik az akkor aktuális világnézet szerint nem működhetnek, akkor most jóval szegényebbek lennénk. Mondok is egy egyszerű példát. Ha azt mondom, hogy lehetséges az, hogy egy golyót elhajítva az egyszerre két lukon is átmenjen, akkor még csak fizikusnak sem kell lenni ahhoz, hogy valaki azt mondja, hogy hülyeségeket beszélek. Nos, az a helyzet, hogy ha elég pici a golyó, és elég közel van egymáshoz a két luk, akkor ez a jelenlegi fizikai törvények alapján igenis lehetséges. Nagyon leegyszerűsítve ez a kvantummechanika egyik alapjelensége. Egy olyan fizikus számára, aki csak a klasszikus mechanikát ismeri, ez nem csak hogy a fizika törvényeinek mond ellent, de még józan ésszel is értelmezhetetlen. Mégis, ha nincs kvantummechanika, akkor talán ma nem lennének processzorok, integrált áramkörök, számítógépek, mobiltelefonok, TV, semmi, ami a mai modern társadalom alapja. Megrekedtünk volna a sötét középkorban. Az ilyen, és ehhez hasonló jelenségek miatt a mai modern fizika már jócskán túlhaladt azon, hogy a szó klasszikus értelmében “megértsük” azt. Egyetlen egy dolgot tehetünk, megfigyeléseket végzünk, az eredményeket pedig matematikai formába öntjük. Ha elég sok mérést végeztünk, és mind azt mutatja, hogy a formulánk helyes, (akármilyen mérést is végzünk el, mindig azt találjuk, hogy a formula által megjósolt eredmény az amit valóban tapasztalunk) akkor tehetünk egy olyan kijelentést, hogy VALÓSZÍNŰLEG ez a formula minden esetben helyesen írja le a világ működését. Ugyanakkor a dolog jellegéből adódóan nem vonhatunk le abszolút következtetéseket, hiszen nem vizsgálhatjuk meg az összes peremfeltételt. Hogy még jobban megvilágítsam a problémát, mondok egy nagyon egyszerű példát. Egy nap belém hasít a felismerés, hogy a víz folyékony. Tudom, hogy hülye példa, de mégsem sokkal rosszabb, mint az a felismerés, hogy az alma leesik a fáról, pedig ha hinni lehet a legendának, Newton fejében valahogy így kezdődött az az elmélkedés, aminek eredménye a gravitáció törvényének felfedezése lett. Szóval ott tartottunk, hogy “a víz folyékony”. Ezt szeretném is fizikai törvény szintjére emelni, úgyhogy elvégzek egy rakás kísérletet. Felmegyek a padlásra, lemegyek a pincébe, bejárom az egész várost, és mindenhol azt találom, hogy a víz márpedig folyik. Mivel a nap végére nagyon elfáradok, úgy érzem, elég kísérletet végeztem, és publikálom az eredményeimet. Megszületett az első fizikai eredményem, törvényként mondhatom ki, hogy a víz márpedig folyékony. Innentől kezdve, ha valaki azt mondja nekem, hogy ő látott már nem folyékony vizet, kiröhöghetem, és mondhatom neki, hogy ez nem lehet, hiszen a fizika jelenlegi törvényei szerint a víz folyékony. Aztán eljön a tél, és meglátom az első jégcsapot. Ekkor két dolgot tehetek. Vagy elfordítom a fejem, és azt mondom, hogy bizonyára csak odaképzeltem a “szilárd vizet”, vagy odamegyek, és megvizsgálom, hogy most akkor ez hogy is van. Lehet, hogy tél közepén látom meg az első jégcsapot, pedig a szomszéd Józsi már egy hete mondja, hogy ő látott már “kemény” vizet, de mindig legyintettem rá, hogy “áh Józsi, te nem vagy fizikus, mindig csak a pincében bütykölsz, és szerintem sutyiban pálinkázgatsz is, meg különben is, a ‘kemény’ az nem egy halmazállapot, a ‘kemény’ szót mi fizikusok másra használjuk”. Pedig ha odafigyeltem volna arra a “hülye” Józsira, már egy hete hógolyózhatnék kint a többiekkel, a helyett, hogy mindenféle hülye fizika könyveket olvasgatok. Valami hasonló a helyzet a “valódi” fizikában is. Vannak törvények, a dolgok többségére alkalmazhatóak is ezek, de ha találunk valamit, amire nem, mindig késznek kell lenni megváltoztatni az addigi vélekedésünket. Az is lehet, hogy az egész eddigi világnézetünket ki kell dobni a kukába, vagy legalábbis csak az új törvények speciális eseteként értelmezni. Ez adott esetben fájdalmas lehet, de meg kell tenni, másképp együtt kell élnünk a tudattal, hogy hazugságokban élünk, és lehet, hogy jó dolgokról maradunk le emiatt, mint amilyen a hógolyózás, vagy éppen a vízzel hajtott autó. Persze azt is megértem, hogy egy fizikusnak 1000 kamu eset után semmi kedve foglalkozni az 1001.-kel, mégis meg kell tennie, ha felelősségteljes állításokat akar tenni. Ha ezt kihagyva állít biztos dolgokat, azzal a saját hitelességét veszélyezteti, és ugyanolyan “kóklerré” vélik, mint azok az emberek, akiket ő maga tart “kóklereknek”. Csak hogy érzékeljük, hogy ez mennyire igaz, gondoljunk bele, itt van az univerzum, emberi léptékkel felfoghatatlan nagyságú. Ebben a végtelen sötétségben a porszemnél is porszemebb kis piszok a mi föld bolygónk. Kis golyókat gurigatunk ide-oda, ütköztetjük őket, és felfirkantunk néhány egyszerű képletet egy papírfecniere (ez volna a Newtoni mechanika), aztán elővesszük a távcsövet, elnézünk olyan messzire, ahová a fénynek is évekig tart, míg odaér (az is lehet, hogy amit látunk, már rég nincs is ott), és a látottakra azokat a törvényeket alkalmazzuk, amiket itt papírfecniken összeszedtünk. Honnan vesszük a bátorságot mindehhez? Hogyan merjük azt állítani, hogy ami itt működik, az ott is fog? Honnan tudhatjuk, hogy a fizikai térvényeink nem csak mondjuk a naprendszer pereméig érvényesek? Mi van, ha a csillagokat csak úgy vetítik elénk Isten óriás planetáriumában, miközben az ufók reggelihez valami valóságshowként nézik az életünket, mint az emberek a Truman Show-ban? A fizika hit, olyan mint bármely vallás, az alaptétele pedig, hogy a világ egyszerűen leírható, és ha valamire sok kísérletet végzünk, ami alapján felírunk egy törvényt, az mindenre működni fog. De ez magában rejti azt is, hogy bizonyosságokat soha nem állíthatunk, mindig késznek kell lenni a megújulásra, a dolgok átértékelésére, és el kell fogadni, sőt kutatni kell azokat az eseteket, ahol az eddigi elméleteink nem működnek, mert csak így lehet fejlődni, és a fejlődéssel sok minden újat kaphatunk, mint ahogy eddig is kaptunk.

Szívesen írnék még a hidrogénről, mint energiaforrásról. Ez is egy érdekes téma, oly annyira, hogy szerintem majd egy új postot szentelek neki, egy postba elég ennyi okoskodás…

Nemrégiben olvastam Wigner Jenő válogatott írásait. Ami az írások közül leginkább megragadott, az az utolsó fejezetek egyike, ahol Wigner az anyagól független tudat lehetőségét boncolgatja a kvantummechanika nézetei alapján. Több ilyen írást olvastam már, de egy Nobel-díjas fizikustól mindez azért másképp hangzik.

A tudat – mint különállóan létező dolog – érdekes ívet futott be a természettudományokban. A kezdetekben magától értetődően feltételezték, hogy létezik. Később a fizikai, kémiai, biológiai törvények feltárásának köszönhetően a tudat szerepét egyre inkább átvette az agy, majd a fizika mélyebb összefüggéseinek feltárásával és a kvantumelmélet megjelenésével a fogalom érdekes módon megint csak kezdett visszaszivárogni a fizikába. A következőkben megpróbálom röviden megmutatni azt az ívet amelynek mentén a tudat előbb eltűnt, majd végül újra megjelent a fizikában, majd kicsit elmélkedünk arról, hogy mindez hogyan férhet bele a természettudományos világképbe.

A tudat eltűnése a fizikából (a materializmus és determinizmus)

A tudományos fellendülés, és a világ folyamatos jobb megértése folytán egyre inkább úgy láttuk, hogy az élőlények anyagtól független tudatának létezésére semmi szükség a természettudományokban. Az emberi gondolkodásért teljes egészében az emberi agy felelős, és az öntudat, vagy általános értelemben vett tudat mint olyan csak ennek a megnyilvánulása. Ennek a kijelentésnek pedig igen nagy súlya van. A tét nem kevesebb, mint a szabad akarat. Ha ugyanis az ember tudata nem több mint agyának működése, úgy elveszíti a szabad választások lehetőségét. Az agy működését ugyanis biológiai törvények írják le, a biológiai törvények alapját kémiai folyamatok képezik, amiket végül fizikai folyamatokkal írhatunk le. Ennek alapján tehát az agy, és ezen keresztül a tudat tisztán fizikai működés. A fizikai történések egyértelműen kiszámíthatóak. Tulajdonképpen pontosan ez a fizika célja, hogy a jelenlegi állapot ismeretében a fizikai törvények alapján kiszámolja a jövőbeni állapotot. Ha mindez igaz, akkor ha egy adott időpillanatban ismerem a világ összes részecskéjének állapotát, a fizika törvényei szerint kiszámíthatom azok jövőbeni helyzetét, így betekintést nyerhetek a jövőbe. Ha ezt a gondolatot kicsit tovább visszük, azt mondhatjuk, hogy ha ismerem az összes részecske állapotát az ősrobbanás utáni első pillanatban, onnan az ismert fizikai törvényszerűségeknek hála kiszámolhatom az egész rendszer állapotát a jövő bármely pillanatában. Ez pedig röviden azt jelenti, hogy az ősrobbanás pillanatában már minden eldőlt. Az hogy megszületek, hogy most megírom ezt a blog bejegyzést, hogy hátralévő életemben még mit csinálok, és hogy mikor, és miképpen fogok meghalni. Ha mindez igaz, akkor nincs túl sok esélyem, hogy “döntéseket” hozzak, hiszen már minden előre eldőlt a világ végéig. Ez sok erkölcsi és filozófiai kérdést felvet, amivel most itt nem foglalkoznék, mert könyveket lehetne megtölteni a témával. Ehelyett megmutatom hogyan szivárgott vissza a tudat, és ezzel a szabad akarat eszméje a tudományba.

A tudat visszatérése a fizikába (a kvantummechanika)

A 20. századi modern fizika talán legnagyobb tudományos vívmánya a kvantummechanika megjelenése volt. Ez az elmélet olyan mértékben kezdte el feszegetni a fizikai gondolkodás határait, ahogyan azelőtt még semmi. Itt most nem fogok kitérni a kvantumelmélet ismertetésére, csak néhány szóban megemlítem néhány következtetését, ami a tudat szempontjából érdekes. A kvantumelmélet megjelenésével arra sikerült rámutatni, hogy egy részecske helyzetét (és minden egyéb tulajdonságát) csak bizonyos pontatlansággal tudjuk meghatározni, a történések lefolyását pedig csak bizonyos valószínűségekkel tudjuk kezelni. Tehát amit eddig írtunk, hogy “ha ismerjük a részecskék helyzetét, abból a törvények segítségével kiszámíthatjuk a jövőt”, itt már nem lesz igaz, hiszen teljes bizonyossággal nem ismerhetjük a részecskék helyzetét, és a törvények is csak valószínűségi jellegűek. Ez még önmagában nem indokolja a tudat létezését, mindössze valamiféle bizonytalanságot visz a rendszerbe, ami ettől már nem lesz számítható. Ezzel annyit értünk el, hogy a világ kiszámíthatóból kiszámíthatatlanná vált. A kvantumelmélet azonban tovább megy, és azt állítja, hogy a részecskéknek nem hogy nem határozható meg pontosan az állapota, hanem egyszerűen nincs is nekik, amíg nem figyeljük meg őket. Így tulajdonképpen a részecskék mindaddig nem, vagy csak virtuálisan léteznek, amíg valaki nem figyeli meg őket. Maga a megfigyelő pedig nem lehet anyagi objektum, mert akkor rá is a kvantummechanika szabályai vonatkoznának, következésképp a megfigyelőt ki kell emelni az egész rendszerből, ami elvezet a különálló tudat fogalmához. Ezt a fizikai szempontból zavaró elemet, a tudatot sokan sokféleképpen próbálták kiiktatni az elméletből, de ezidáig sikertelenül.  Sokan – köztük Einstein is – úgy próbálta magyarázni a kvantumelméletet, hogy un. rejtett paramétereket feltételezett. Tehát azt mondta, hogy a részecskéknek attól még létezik valamiféle állapota, hogy mi nem figyeljük meg őket, csak ezt az állapotot képtelenek vagyunk meghatározni. Ennek bizonyítására fel is állítottak több gondolatkísérletet, amiket végül Einstein halála után tudtak ténylegesen elvégezni. Ezek a kísérletek Einstein ellenében a kvantummechanikát igazolták vissza, így továbbra is úgy tűnik, hogy a részecskéknek nincs valós állapota mindaddig, míg valaki (egy fizikai világ felett létező tudat) meg nem figyeli azt. A kísérletről íródott egy nagyon jó cikk Hraskó Péter fizikus tollából. A fentieken felbuzdulva születtek is elméletek, melyek a fizikai agy és a kvantummechanikai tudat fogalmát próbálták összeházasítani. Az egyik ilyen elmélet, amit Roger Penrose fizikus írt le, hogy az agy neuronjai valójában kvantummechanikai effektusoknak köszönhetik működésüket, így az agy mint olyan valójában a kvantummechanika szabályainak engedelmeskedik. Az elmélet bővebb ismertetését a Nagy a kicsi és az emberi elme c. könyvben olvastam.  A könyv azért is kiváló, mert több nézőpontot ütköztet benne, így az érvek mellett ellenérveket is olvashatunk a szabad akarattal szemben. Nagy kérdés például, hogy a tudat megfigyelése csak valamiképp véletlenszerűen összeomlasztja a részecske hullámfüggvényét, vagy valami módon hatással is van a részecske állapotára. Erről például a kvantummechanika nem mond semmit, pedig ugye ha az agyat valamiféle interfészként képzeljük el a tudathoz, akkor alapkövetelmény, hogy a tudat “irányítsa” az agyat. A másik nyugtalanító kérdés, hogy a kvantummechanika effektusai csak nagyon kis méretek, az elemi részecskék szintjén mutatkoznak meg. Ha makroszkópikus rendszereket, például sejteket, neuronokat vizsgálunk, ott már nem sok mindent befolyásolnak a kvantummechanika effektusai. Tehát ha Penrose-nak nincs igaza, és az elemi részecskék világa nem képes közvetlen hatást gyakorolni az agy működésére, akkor jelenlegi fizikai ismereteink szerint az agy megint a kiszámolhatóság világába kerül, és oda a szabad akarat. További fejtegetésekbe nem bocsátkoznék a szabad akaratot illetően, ezt megteszi helyettem a fenti könyv. E helyett leírnám a saját értelmezésem, amihez az eddigiekhez képest egyfajta kerülőúton jutottam el. Talán ez is lesz annyira érdekes, mint az előbbiek …

A kvantummechanika MATRIX féle értelmezése, avagy hogyan segíthet a virtuális valóság a kvantummechanika megértésében

Ahogy sokakat, engem is elgondolkodtatott a MATRIX. Sikerét szerintem nem is annyira a különleges effekteknek, képi hatásoknak, vagy úgy általában véve a sztorinak köszönhette, hanem annak, hogy a film alapgondolata, és a szereplők által megfogalmazott néhány kijelentés gondolkodásra késztette a nézőt. Nekem a világ egyfajta értelmezését adta a film utáni elmélkedés. Engem személy szerint az érdekelt, hogy pusztán elméleti szempontból vajon létrehozható lenne-e egy ilyen virtuális világ. Ha igen, miképp működne, és vajon megvalósítható lenne-e oly módon, hogy mi kielégítően kiismerhessük, tehát képesek legyünk bármely általunk kitalált fizikai kísérlet elvégzésére, ugyanakkor képtelenek legyünk megállapítani, hogy az nem a valóság. Ha jól meggondoljuk, a virtuális világban ez a kérdés így hangzana: “létezik-e a mi valóságunknál igazabb külső valóság”, vagy nevezzük nevén a gyereket: “létezik-e túlvilág”.  No de lássuk magát a gondolatmenetet …

Az első kérdés, ami foglalkoztatott, hogy vajon mekkora lenne egy ilyen gép, ami számunkra tökéletesen hűen leképzi a valóságot. Ugye minden egyes elemi részecske minden egyes tulajdonságát le kellene tárolnunk, eztán pedig gigantikus számítási kapacitással a törvények alapján ki kell számolnunk a részecskék mozgását. Ez olyan feladat, amitől jelenlegi szintünkön iszonyatosan messze vagyunk. Valójában még ha rendelkeznénk kvantum processzorokkal, vagy bármilyen jelenleg elképzelhető modern technológiával, akkor is nagy teljesítmény lenne, ha csak néhány részecske pontos mozgását modellezni tudnánk, nem hogy az egész világét. Ilyen úton tehát jelenlegi ismereteink szerint vajmi kevés esély van rá, hogy valaha a MATRIX-hoz hasonló virtuális valóságot építsünk magunknak. A következő gondolatom az volt, hogy talán a világban van akkora redundancia, hogy ennek köszönhetően valamilyen nagyon elmés tömörítő algoritmussal letömöríthető lenne a világ, ezzel tárolási és számítási kapacitást spórolva. Egy ideig olyan dolgok izgattak, mint hogy “vajon mekkora lehet a világ összes entrópiája”, meg hasonlók, de ez sem igazán vezetett sehová. Végül elkezdtem gondolkodni azon, hogy egyáltalán léteznek-e azok a dolgok, amikről nincs tudomásunk, vagy finomabban megfogalmazva “ha valamiről nincs tudomásunk, arról bizonyítható-e bármi módon, hogy létezik”.

Először talán egy repülő út kapcsán gondolkodtam el a dolgon, hogy vajon mi történik odalent, amíg mi a felhők felett repülünk? Mi van, ha az történik, mint Jim Carry-vel a Truman Show-ban. A repülő csak felszáll, jár néhány kört, addig pedig statiszták hada rendezi át alattunk a várost, hogy mikor leszállunk, azt higgyük, egy másik országban vagyunk. Vagy egy még egyszerűbb példával élve, vajon Amerika létezik-e? Én még soha nem jártam ott. Persze a tévében láttam már, olvasok róla az Interneten, stb. de mi van, ha ez csak egy baromi nagy globális összeesküvés része. Ezek persze butaságok. Esti sörözések témájának ideálisak ugyan, de mindannyiunk meggyőződése, hogy ezek a dolgok nem így vannak. Ami ezekből a gondolatokból mégis lényeges, az a megfigyelés szerepe, és fontossága. A repülőgépes példához visszatérve, ha valaki a felhők felett kedvenc mirelit sandwichünket (iszonyat rossz tud lenni a repülőn a kaja) majszolva megkérdezi tőlünk, hogy “Szerinted van alattunk valami?”, mit válaszolhatunk neki? Mondhatjuk, hogy igen, éppen Európa felett repülünk. “Biztos vagy benne? Lehet, az egészet elnyelte a víz, mint Atlantiszt a legendák szerint.” Erre valószínűleg azt mondanánk, hogy ez badarság, mire ő: “Be tudod bizonyítani, hogy bármi is van alattunk?”. Ha jól meggondoljuk a választ, azt kell mondanunk neki, hogy ott, abban a helyzetben, sandwichet majszolva erre aligha vagyunk képesek. Az, hogy repülés közben van alattunk valami, legjobb szándékkal is csak hitnek mondható, de semmiképp sem bizonyosságnak. Bizonyosságnak akkor mondhatjuk, ha leszálltunk, látjuk a házakat, meg tudjuk érinteni a földet, stb. Amiről nem rendelkezünk információval, az egyszerűen nem létezik számunkra. Ez a kijelentés pedig egy iszonyatosan jó tömörítési eljárást ad a kezünkbe virtuális világunk építgetéséhez. Innentől ugyanis elég azokat a részecskéket szimulálni, amiket éppen megfigyelünk. Amelyik részecskét nem figyeljük meg, az nem érdekes, annak állapotát kipakolhatjuk a hátértárra, hogy majd ha elővesszük, ugyanolyan állapotban találjuk, ahogyan otthagytuk. Itt rögtön meg is jegyezhetjük, hogy a megfigyelés szerepe igen hasonló a kvantummechanikában. Ott is azt mondhatjuk, hogy amíg egy objektumot nem figyelünk meg, addig az nem is létezik, vagy legalábbis egyfajta virtuális állapotban van. Mikor megfigyeljük, akkor kap valamilyen konkrét állapotot, amit a továbbiakban meg is tart.

A gondolatmenet itt még nem ér véget. Miután a megfigyelés szerepén keresztül újra megcsillant a remény, hogy valamiképp létrehozható lenne egy ilyen MATRIX szerű virtuális világ, a következő problémán kezdtem el gondolkodni. A számítási kapacitást nagy mértékben le tudtuk redukálni azzal, hogy csak a megfigyelt objektumokat emuláljuk, de még mindig iszonyatos mennyiségű tárhelyre van szükségünk ahhoz, hogy eltároljuk azoknak a részecskéknek az állapotát, amiket valaha is megfigyeltünk. Ha ezt nem tennénk, akkor inkonzisztens lenne a világ. Bemennék például egy szobába, amiben két asztal van. A jobb oldalin van egy alma, amit átrakok a bal oldalira. Aztán elfordulok, ezzel megszüntetve a megfigyelést, aminek köszönhetően a szoba elveszítené valós állapotát. Ha visszafordulok, azt várnám, hogy az alma a bal oldali asztalon lesz, ami csak úgy lehetséges, ha a virtuális világot fenntartó gép megjegyezte annak állapotát. Ez pedig felveti a tárhely problémáját. Nos, akkor mi mindent is kell eltárolni, hogy a világ konzisztens maradjon?

A választ a megfigyelés szerepének analógiájára az emlékezés szerepe adta. Nevezetesen amit nem figyelünk meg, azt nem kell emulálni, amire nem emlékezünk, azt pedig nem kell tárolni. Ily módon a világ nem lesz inkonzisztens a tudatunkban lévő képpel. A repülőgépes minta analógiájára könnyen átgondolhatjuk, hogy ha egy objektumra nem emlékszik senki, akkor az olyan mint ha nem is lenne. Erre persze rögtön mondhatjuk, hogy mi van akkor, ha fogok egy dobozt, elásom a földbe úgy, hogy csak én tudok róla. Eztán eltelik néhány év, én meghalok, ezzel eltüntetve a föld színéről minden a doboz létére vonatkozó emléket. Később mondjuk egy építkezés alkalmával valaki megtalálja a dobozt, így a doboz objektív, rajtam kívül is létező dolog. Nos, vajon tényleg megtalálja? Biztos, hogy a doboz nem fog onnan eltűnni? Kísérletileg csak úgy ellenőrizhetnénk a dolgot, hogy én, aki emlékszem a doboz helyére, kiásom, és visszaigazolom magam felé, hogy a doboz ottmaradt, ahol hagytam. Okoskodhatunk úgy is, hogy miután elástam a dobozt, írok egy kis cetlit, és elküldöm valakinek levélben. Ha én meghalok, és eltűnik az emlékkép, attól a cetli még őrzi a doboz helyéről az információt. Ha ennek ellenére a doboz nem lesz ott, inkonzisztens lesz a világ. Erről az esetről viszont könnyen belátható, hogy a problémát a doboz létéről áttereltük a cetli létére. Ezek alapján tehát az objektív valóság létezése nem bizonyítható. Csak azon történések léte bizonyítható, amiket éppen megfigyelünk, és csak azon objektumok létezése bizonyítható, amelyekre emlékszünk. Aki mindezek alapján még nem látja át az emlékezés szerepét, annak álljon itt egy gondolatkísérlet, ami igen markánsan, saját létünk tényének bizonytalanságával magyarázza a dolgokat. Biztosak lehetünk benne, hogy eddigi életünk valóságos? Nem lehet, hogy tegnap klónozott bennünket valaki, és belénk táplálta eddigi életünk emlékeit? Van bármilyen mód, hogy ennek ellenkezőjét meggyőző módon bizonyítsuk? Ennek fényében újra tegyük fel a kérdést magunknak, hogy ha egy tárgyról minden emléket törlünk mindenhonnan, akkor a tárgy vajon valaha is létezett? Aki az előzőek alapján ráérzett a megfigyelés szerepére, az ennek fényében az emlékezés szerepét is beláthatja.

Virtuális valóságunkat odáig egyszerűsítettük, hogy csak a megfigyelt dolgokat szimuláljuk, és csak azokat a dolgokat tároljuk, amelyekre emlékezünk. Ezzel iszonyatos mértékű számítási és tárolási kapacitást spóroltunk, és megcsillant a remény, hogy elméletben létezhessen egy olyan gép, ami egy ilyen virtuális valóságot képes fenntartani. Egy kérdés maradt még. Mi van azokkal a helyekkel, amiket még nem látott senki? Mi van akkor, ha az őserdő mélyén találok egy olyan helyet, amiről senkinek a tudatában nincsenek emlékek? Ebben a helyzetben több lehetőség is van. Az adott helyet valamilyen szabályok alapján real-time létrehozza a rendszer oly módon, hogy attól még a teljes világ konzisztens maradjon. Ha nagyon sarkosan akarnék fogalmazni, azt mondhatnám, hogy ez az “Isteni teremtés” szinonimája. A második lehetőség, hogy a gép a tudatra, pontosabban a tudatalattira bízza, hogy az adott helyen mit érzékeljen. Ebben a modellben a virtuális világot lakó emberek “megálmodják” a még nem létező helyeket, így ők teremtik maguknak a világot egy központi “algoritmikus gép Isten” helyett.

Ezen a ponton már elég szilárdnak tűnt az ideális virtuális világ képe a fejemben, amiben már gondolatkísérletek végezhetőek. Tegyük fel, hogy az ide bezárt emberek kísérleteket végeznek, és ugyanazokat a tényeket találják, mint mi. Felépítenek egy fizikai rendszert, és felírták a történések közötti összefüggéseket úgy, ahogyan mi is tettük.  Itt érdekes kérdés, hogy a fizikai törvények adottak voltak-e, vagy ők alkották-e meg őket, miközben azt hitték, csak vizsgálgatják a már kész világot, de ezen most lendüljünk túl. Azt találták, hogy a fizikai törvények teljesen determinisztikusak, így ha ismerik egy embertársuk agyának minden részecskéjét, és az őt ért hatásokat, ezzel 100%-os pontossággal megjósolhatják annak reakcióit, így elvéve tőle a szabad akarat szabadságát. Be is raknak egy kísérleti személyt egy kamrába, rákötik az eszközöket, képeket villantanak fel, és megpróbálják megjósolni a reakciókat, amiket a kísérleti személy cselekszik. Mit tehet ebben az esetben a gép, aminek az a feladata, hogy a világot konzisztensen tartsa, biztosítsa, hogy a fizikai törvények minden körülmények között működjenek, e mellett viszont teljes mértékben rejtse el az emberek virtuális teste mögötti tudatot, hiszen ha az emberek felfedeznék, hogy virtuális testükön túl valamiféle külső tudat is létezik, úgy rájöhetnének, hogy egy virtuális világ foglyai. A gép erre egy módon reagálhat, mégpedig hogy egy kis egérutat ad magának. Nem engedi, hogy a fizikai törvények teljesen determinisztikusak legyenek, e helyett a folyamatoknak lesz egy kis bizonytalansága, ami pont elég arra, hogy az agy működése ne legyen kiszámítható, és hely maradjon a tudatnak. Ily módon az agyat olyan folyamatok fogják vezérelni, ami kívül esik az emberi mérés határain. Ezzel a lépéssel pedig eljutottunk a teljes kvantummechanikai állásponthoz. Mivel ez az egész csak egy gondolatkísérlet arra vonatkozóan, hogy létre lehet-e hozni virtuális világokat, eszem ágában sincs azt mondani, hogy a világ így működik. Mindazonáltal nem lennék meglepve, ha a jövőben az agykutatók ilyen kvantumfolyamatokat találnának az agy működésében, amilyeneket már Penrose is megjósolt.

Ez jó végszó lehetne, de azért leírnék még két gondolatot, ami a virtuális világokon való elmélkedés közben az eszembe jutott.

Az egyik, hogy ennek a virtuális világot fenntartó hipotetikus gépnek vajon rendelkeznie kell-e szimulátorral? Álmainkból jól tudjuk, hogy erre agyunk is egész jó hatásfokkal képes. Álmainkat úgy éljük meg mint ha valóságosak lennének, és felteszem, ha valaki részecskefizikusnak képzelné magát álmában, képes lenne kísérleteket elvégezni, így talán szimulátorra nincs is szükség, azt megoldja a tudat. Ugyanezen okokból valószínűleg tárolóra sem lenne szükség, hiszen amúgy is csak azt kellene tárolnunk, amit a tudatok tárolnak. Elég lenne, ha bármely tudatban tárolt emlékhez hozzáférést biztosítanánk másoknak. Innentől kezdve a gépnek egyetlen feladata van, hogy az emberek tudatát összekösse, és biztosítsa a közös “álom” konzisztenciáját. Itt persze megint kérdéses, hogy a konzisztencia fenntartását “erőltetni” kell-e? A konzisztencia igénye (ha leteszem az almát az asztalra, elfordulok, majd vissza, szeretném még mindig ott találni) az agyból származik. Ha egyszerűen csak valami módon összekötnénk a tudatokat, az így létrejött hálózat vajon nem gondoskodna a “közös álom” konzisztenciájáról? Mindenesetre egész jó haladás, hogy egy világméretű részecskeszimulátorból néhány “drótra” (amivel “összedrótozzuk az embereket”) redukáltuk a hipotetikus virtuális valóság gépünket. És ha már itt tartunk, vajon egyáltalán szükség van drótokra?

A másik dolog, amin gondolkodtam, hogy ha az emberiség úgy döntene, hogy egy ilyen virtuális világba költözik (pl. azért, mert már felélte a föld erőforrásait, és más módon képtelen lenne fennmaradni), akkor hogyan nézne ki egy ilyen világ. Elsőre biztos paradicsomi állapotok uralkodnának, mindenki örök életű lenne, és élvezné a jólétet. Néhány száz év után azonban ez a nagy jóság biztos unalmassá válna, kihívások kellenének, amik szórakoztatnak bennünket. Valószínűleg kitalálnánk valami olyasmit, ami egy számítógépes játékhoz hasonló. Feladatokat tűznénk ki magunknak, amiket végig kell csinálni és hogy még izgalmasabb legyen, mindezt időre. A játékban megszületnénk, élnénk, az élet mindenféle akadályok elé állítana, amiknek a megoldása sikerélményt okoz, majd a végén meghalnánk, hogy újra kezdhessük egy másik pályán. Lehet, hogy tökéletlen világunk úgy tökéletes, ahogy van … Jó elmélkedést …

Az első találkozásom a modern fizikával olyan 12 éves koromban a Relativitáselmélet megismerése volt. Emlékszem mennyire lenyűgöztek azok a következmények amiket az elmélet hozott és végre azt is megértettem, hogy a nyugati kultúrában miért jelent egyet Einstein neve a zsenialitással. Ez a borzas hajú bajszos kis öreg olyan dolgokkal jött elő, hogy nem létezik abszolút távolság vagy tömeg, vagy hogy épp lelassulhat az idő. Ezek a dolgok nem olyan könnyen emészthetőek, ráadásul egy rakás paradoxont szülnek. Erről írnék most egy kicsit, illetve arról, hogy ez az egész talán nem is olyan felfoghatatlan ha megfelelő nézőpontból szemléljük. Előre bocsátom, hogy a Relativitáselméletnek létezik egy speciális és egy általános változata. Időrendben először a Speciális Relativitáselmélet készült el, majd ennek kiterjesztéseként állt elő az Általános Relativitáselmélet amely már a gyorsuló rendszereket és a gravitációt is magában foglalja. Úgy érzem túl nagy falat lenne mindkét elmélet ismertetését egyetlen blogbejegyzésbe sűríteni, ezért ebben a bejegyzésben csak a speciális változattal foglalkozom. Elképzelhető, hogy a közeljövőben készül egy új bejegyzés is az általános változatról. No de lássuk, mit is mond nekünk a világról a Speciális Relativitáselmélet.

A 19. század nagy fizikai kihívása volt, hogy az elektromágneses kölcsönhatásokat leíró Maxwell egyenleteket hogy lehet összhangba hozni a klasszikus fizikával. Egész egyszerűen arról volt szó, hogy volt két jelenségcsoport amire volt két modellünk. A két modell külön külön nagyon pontosan leírta a dolgok működését az adott témakörben, de egymásnak ellentmondtak. A dolog valahol ott kezdődik, hogy már Newton kimondta, hogy nem tehetünk különbséget egy álló, vagy egy egyenes vonalú egyenletes mozgást végző rendszer között. Igazából mi választjuk meg, hogy mit tekintünk állónak, és mit mozgónak. Ha valaki a vonatsínek mellett áll, annak számára a vonat mozog, míg a vonaton ülő ember számára a vonat mozdulatlan, és a táj mozog. De ha valaki az űrből nézi a vonatsínek mellett álló embert, az azt látja, hogy ez az ember mozog, hiszen a föld vele együtt forog. Tehát a mozgás relatív, attól függ, mit tekintünk állandónak. Kicsit szalonképesebben megfogalmazva ezt úgy mondhatjuk, hogy nincs olyan fizikai kísérlet, amivel különbséget tudnánk tenni egy álló vagy egy egyenes vonalú egyenletes mozgást végző rendszer között. Tehát ha besötétítjük a vonat ablakait és eltekintünk attól, hogy döcög a sínen, képtelenek leszünk megmondani, hogy mozog-e vagy sem, sőt a mozgás sebessége is csak attól függ, hogy honnan nézzük. Ez eddig teljesen tiszta. A gond ott kezdődött, mikor bejött a képbe a fény. A fényt vizsgálva hamar rájöttek, hogy úgy lehet leírni, mint a víz felszínén keletkező hullámokat. A fényhullámok tudnak egymással interferálni, erősítik/gyengítik egymást, tehát ez a valami teljesen úgy viselkedik, mint a víz hullámai, amiket mondjuk egy kavics kelt ha a vízbe dobjuk. Mivel fény mindenhol van, be is vezettek egy amolyan hipotetikus folyadékot amit éternek neveztek, ami mindenhol jelen van, valahogy átfolyik a részecskék között, nem lehet sehonnan kizárni. A fény pedig ennek a varázslatos éternek a hullámzása. Igen ám, de ha létezik ez az éter, akkor össze tudunk állítani olyan kísérletet, amivel megmérhetnénk az abszolút sebességünket az éterhez képest. Tehát ha összeállítunk egy olyan egyszerű berendezést, ami előre és hátra is kibocsát egy fénysugarat, majd a két fénysugarat interferenciába hozzuk, akkor kimutatható lenne, hogy a föld milyen sebességgel mozog az éterben, hiszen ha az éter mozdulatlan, akkor a mozgás irányába eső fénysugár hamarabb érne vissza, mint az azzal ellentétes. Ez volt a híres Michelson–Morley-kísérlet. A kísérlet kudarccal végződött, nem sikerült kimutatni a mozgást és ezzel magának az éternek a jelenlétét sem. Bár Einsteint nem ez a kísérlet késztette a speciális relativitáselmélet megalkotására, ő egyszerűen csak a Maxwell egyenletek és a klasszikus fizika közötti ellentmondást próbálta feloldani, mégis ez a kísérlet jól mutatta, hogy itt valami nincs rendben. A klasszikus példával élve az történik, hogy ha egy autó 50 km/h sebességgel mozog, és vele szemben elhúz egy másik ugyancsak 50 km/h sebességgel, akkor az egyik autóban ülő utas számára a másik autó 100 km/h sebességgel száguld (hiszen magát tekinti nyugvó megfigyelőnek). Ezzel szemben a fény valami fura módon úgy működik, hogy akár szembe megyünk vele, akár távolodunk tőle, és mindezt akármekkora sebességgel is tesszük, mindig fénysebességgel fog haladni. Az ő sebessége valahogy nem relatív. Ha egy fénysebességgel mozgó űrhajóban ülök, és szembe jön velem egy másik fénysebességgel mozgó űrhajó, nem azt látom, hogy a másik űrhajó kétszeres fénysebességgel közelít, hanem azt, hogy az ő sebessége ugyancsak fénysebesség. Ez pedig már több mint furcsa.

Einstein végül egy matematikai trükkel élve azt mondta, hogy ha elfogadjuk, hogy a mozgó rendszerekben lerövidülnek a távolságok, az ellentmondás feloldható. Vagyis valójába nem is Einstein jött elő ezzel, hanem Lorentz. Ő azt mondta, hogy az éterrel való kölcsönhatás hatására a tárgyak fizikailag megrövidülnek a mozgás irányában és emiatt mérjük a fény sebességét konstansnak, valamint ezért nem sikerült a Michelson-Morley kísérletben kimutatni az éterhez mért sebességet. Einstein inkább csak annyival egészítette ki az egészet, hogy a távolságot eleve úgy definiálta, hogy az a sebességtől függ és e mellett bevezette, hogy az idő is lassul, valamint a testek tehetetlen tömege is megnő. Nem kereste a dolgok okát az éterben, egyszerűen feltételezte, hogy a világ így működik, és ha ez igaz, akkor megszűnik az ellentmondás. A fény sebessége fix marad, az egyenes vonalú egyenletes  mozgást végző rendszerek ugyanúgy megkülönböztethetetlenek az állóktól és minden a helyére kerül. Csakhogy ha ezeket az elveket elfogadjuk, azzal sok érdekes paradoxont hívunk életre. Az egyik ilyen az Iker-paradoxon. Ennek annyi a lényege, hogy ha egy ikerpár egyik tagja hosszú utazásra indul egy űrhajón a fényhez közeli sebességgel, a másik pedig a földön marad, akkor ha mondjuk 50 év múlva találkoznak, az űrhajós csak néhány évet öregszik – hiszen számára lassabban telik az idő -, míg a másik az eltelt időt rendesen 50 évnek érzékeli. Kicsit furcsa elképzelni, hogy az ikrek 25 évesen elköszönnek egymástól, majd 50 év elteltével egyikük mindössze 30 éves, míg a másik már 75. Meseszerűen hangzik az egész, főleg ahhoz képest, hogy az idő lelassulása csak egy matematikai trükk eredménye, hogy újra rendesen működjenek a képletek. Tulajdonképpen semmi alapja. Az egészben az a legcsodálatosabb, hogy mikor fizikai kísérletet végeztek az elmélet bizonyítására, az valóban azt mutatta, hogy a Relativitáselmélet működik. Persze nem ikrek utaztatásával, hanem elemi részecskék felgyorsításával végezték a kísérleteket, de az eredmény ugyanaz volt. Az idő lelassul, a tömegek megnövekednek, a távolságok pedig lecsökkennek. Talán ez volt a matematika és fizika egyik legnagyobb diadala, hiszen egy matematikai tákolmányt végül a természet visszaigazolt, ezzel jelezve, hogy a matematika és fizika igenis működik, és alkalmas a valóság leírására. Valami ilyesmi futhatott végig Einstein agyán is, mikor azt mondta: “a természet legcsodálatosabb tulajdonsága, hogy megérthető”.

Persze azért ez az egész hozott magával néhány nyugtalanító dolgot. Például ha a földön van egy 1m-es etalon rúd, azt minden megfigyelő a saját sebességétől függően fogja valamekkorának mérni. Ha elrepül felette két űrhajó különböző sebességekkel, az egyik úgy találja majd, hogy ez a rúd csak fél méter, a másik számára viszont csak 1/4. A földön álló megfigyelő pedig szentül meg van győződve róla, hogy az márpedig 1m. És ez nem optikai csalódás, nem csak ekkorának “látják” azt a rudat, hanem az ő rendszerükből nézve az a rúd valóban ekkora. Tehát az egyetlen etalon rúdnak 3 mérete is van egyszerre, és mindhárom fizikailag valóságos, egyik sem igazibb a másiknál. Ez pedig ugye azt jelenti, hogy nincs sem abszolút távolság, sem abszolút tömeg, sem abszolút idő. Ezek pedig a fizika alapmennyiségei, mindent ezekből származtatunk, innentől kezdve tehát az egész valóság csak attól függ honnan nézzük, minden relatív. Ha az ember lába alól egyszeriben így kirántják a talajt, azt nehezen veszi be az elméje. Számunkra értelmezhetetlen dolog az, hogy az idő lassabban telik, vagy hogy több szemlélő számára többféleképpen telik az idő, vagy hogy épp egy 1m-es rúd valójában nem is 1m-es, sőt eleve a hossza csak attól függ, hogy honnan nézzük. Pedig a Relativitáselmélet is felfogható szerintem, ez is csak attól függ, honnan nézzük.

A Relativitáselmélet értelmezései

Hogy felfoghatóvá tegyük az egészet, kicsit a mélyére kell néznünk. Először is le kell szögeznünk, hogy Einstein nem mondott többet, mint azt, hogy a fizikában használt alapegységek (távolság, idő, tehetetlen tömeg) a mozgás hatására hogyan változnak. Nem filozofált azon, hogy vajon mit nevezünk időnek, tömegnek, vagy távolságnak. Ezek a fizika szempontjából nem is annyira érdekesek. A fizikusoknak az a lényeg, hogy a valóságot képletekbe foglalják, hogy számolni tudjanak vele. A könnyebb érthetőség kedvéért felállítanak modelleket, hogy valamiképp értelmezhető legyen az egész, de ez csak mankó, a végeredmény szempontjából nem érdekes. Annyi a lényeg, hogy az aktuális elmélet ellentmondásoktól mentesen megmagyarázza a valóságot, esetleg történhet fordítva – mint ahogy történt is a Relativitáselmélet esetén -, alkothatunk elméleteket, amik előrejelzéseket tesznek, amiket később igazolhatunk. Einstein tehát azzal, hogy bevezette a relatív tér/idő/tömeg fogalmát, közös nevezőre hozott két elméletet, és itt meg is állt. Ezzel együtt semmi nem tiltja, hogy modellek készüljenek, amik valamiképp magyarázzák a valóság működését, és összhangban vannak a Relativitáselmélettel. Ilyen modell például a Lorentz-elv. Valahol ezt konkurens elméletként említik, de szerintem ez inkább csak egy alternatív modell, ami összhangban van a Relativitáselmélettel. Lorentz a távolságok csökkenését fizikai folyamatként értelmezte. Azt mondta, hogy az anyag kölcsönhatásban van az abszolút éterrel, és mikor ebben mozog, a mozgás irányában az elektromágneses erőterek torzulnak, az elektron pályák közelebb kerülnek az atommaghoz, így a tárgyak fizikailag összemennek. Sokan támadják (válasz erre) ezt a modellt, hiszen nem ad választ az idő lassulására, vagy a tömeg növekedésére. Ez egyfelől valóban igaz, másfelől viszont jól mutatja, hogy lehetséges olyan modelleket alkotni, amelyek valamiképp magyarázni tudják a relativitást. Például a Lorentz-elv kiterjeszthető oly módon, hogy azt feltételezzük, az éter valami esszenciális módon van jelen minden erőhatásban, mindent az éter közvetít, így a Lorentz-elv kiterjeszthető a tömegre, vagy az időre is. Ez utóbbira oly módon, hogy az időt mint a kölcsönhatások lefolyásának idejét definiáljuk, így azzal, hogy az éterben való mozgás hatására ezek az éteren végbemenő kölcsönhatások lelassulnak, így minden fizikai folyamat (akár egy Ikertestvér öregedése is) lelassul. Hasonló magyarázatot alkothatunk a tömeg növekedésére is, hiszen a tömeget már annak idején Newton úgy definiálta, hogy azt mutatja meg, hogy egységnyi erő hatására mekkora gyorsulás jön létre. Ha elfogadjuk, hogy minden kölcsönhatás az éter közvetítésével működik, azt találhatjuk, hogy a mozgó rendszerre az éteren keresztül kisebb mértékben hat az erő, kisebb gyorsulást hozva létre, így ezt értelmezhetjük a tömeg növekedéseként. Persze az ilyen modelleket általában a fizikusok rögtön el is dobják, hiszen ha több ekvivalens elmélet/modell ír le egy folyamatot, azok közül a természettudomány azt választja, amely a legkevesebb előfeltételezést igényli. Ezt az elvet hívjuk Occam borotvájának. Emiatt az elv miatt a jelenleg elfogadott és használt elv a Relativitáselmélet a Lorentz elvvel, vagy általánosabban vizsgálva az éter alapú elméletekkel szemben, hiszen a Relativitáselméletnek nincs szüksége éterre. Itt jegyezném meg, hogy bár sokan úgy tartják, hogy a Relativitáselmélet száműzte a fizikából az éter fogalmát, valójában Einstein sohasem állított olyat, hogy az éter léte megcáfolható lenne. Einstein mindössze azt állította, hogy a világ természete miatt az éter mint olyan kimutathatatlan. Ettől még semmi nem tiltja, hogy létezzen, de mivel fizikai kísérletekkel kimutathatatlan, ezért a fizika nem tud vele mit kezdeni, tehát az a fizika számára nem létezik. Véleményem szerint nagyon fontos, hogy ezt a fajta természettudományos gondolkodást – nevezetesen, hogy ami nem mérhető, az nincs, illetve hogy azt a modellt fogadjuk el, amely a legkevesebb alapfeltevést igényli – megértsük, és ennek fényében vizsgáljuk a modern fizika állításait. Ha így teszünk, rögtön nem lesz olyan misztikus, és érthetetlen az egész, és mindjárt nem tiltakozik az agyunk az olyan kijelentések hallatán, mint hogy lelassul az idő. Fontos azt is leszögezni, hogy a fizikai idő/távolság/tömeg fogalmak adott esetben teljesen mást jelentenek, mint a fejünkben létező abszolút idő/tér/tömeg fogalmak. Erre is ugyanazt kell mondjuk, mint az éterre, hogy Einstein soha nem állított olyat, hogy az abszolút Newtoni tér és idő (ami az elménkben megtalálható idő/tér fogalmak) nem létezik, mindössze azt mondta, hogy ezek nem mérhetőek, nem kimutathatóak, így ezek helyére bevezette a fizikai tér/idő fogalmát. A fizikai távolság és idő az amit mérni tudunk. Tehát pl. 1m-t úgy tudunk definiálni, hogy ha 1/300 000 000 mp alatt a fény ekkora utat tesz meg. Ugyanígy az idő definícióját is csak elemi részecskék lebomlásához, fizikai kémiai folyamatok lefolyásához viszonyítva tudjuk meghatározni. Innentől pedig már rögtön kiveszik a misztikum az egészből, és úgy fogalmazhatjuk át a Speciális Relativitáselméletet, hogy a fizikai folyamatok lefolyásának ideje lassabb lesz, ha bármilyen mérést végzünk a távolságokra (amely ugye csak a 4 kölcsönhatás valamilyen közvetítésével lehetséges, más módon nem tudunk információt szerezni az anyagról), azt találjuk, hogy azok megrövidülnek, és bármilyen mérést végzünk a tömegre (erre a definícióból eredően sincs más választásunk, mint az erő által létrehozott gyorsulással visszaosztjuk az erőt), azt találjuk, hogy az megnő. Ebből a definícióból már jól látszik, hogy egy a Relativitáselmélettel teljesen ekvivalens elméletet kapunk akkor is, ha annyit mondunk, hogy a rendszer sebessége hatással van a rendszerben működő kölcsönhatásokra, például azért mert minden kölcsönhatást az éter közvetít. Innentől kezdve az egész érthetővé válik. A konstans méterrúd valóban 1m hosszú, csak a kölcsönhatások torzulása miatt mérik az űrhajósok különböző méretűnek, a gyorsan mozgó Ikertestvér a kölcsönhatások torzulása, és ez által a fizikai/kémiai folyamatok lelassulásának köszönhetően öregszik lassabban, és a tömegek is csak a kölcsönhatások “gyengülésének” hála tűnnek nagyobbnak. Bár ezt a modellt a fizika eldobja, hisz Einstein modelljével szemben nem állja ki az Occam borotváját és fizikai szempontból sem mond semmi újat (ekvivalens az einsteini modellel), mégis nagyon jó arra, hogy mi, halandó emberek jobban megértsük ezt az első látásra misztikusnak és érthetetlennek tűnő elméletet.

Bár tudom, hogy ha figyelembe vesszük az Általános Relativitáselméletet, a Lorentz elvből kiinduló éter alapú elméletek megint elkezdenek kicsit sántítani, azért remélem sikerült rávilágítanom arra, hogy a fizikusok kicsit máshogy gondolkodnak mint mi, és ha ezt nem tartjuk észben, sokszor értelmezhetetlennek tűnnek számunkra az ő állításaik, sőt kifejezetten misztikusnak. Remélem azt is sikerült megvilágítani, hogy egy jelenség, sőt az egész általunk észlelt valóság értelmezésére több ekvivalens modell adható, és ha az adott modellek ellentmondásoktól mentesek, és ugyanolyan teljességgel magyarázzák a világot, akkor tulajdonképpen szabad választásunk, hogy melyiket fogadjuk el. Ahogyan azt már Neils Bohr is mondta, a valóságot a maga teljességében amúgy is képtelenek vagyunk megérteni, csupán hasonló dolgokat kereshetünk az általunk érzékelt környezetből és ezekkel próbálhatjuk elírni a folyamatokat. Tulajdonképpen ez a modellalkotás. Jól tudjuk, hogy az atommag nem egy kis piros golyó (hogy is lenne színe?), az elektron nem egy kék golyó, sőt még csak nem is kering a mag körül, csak úgy ott van szétkenve hol itt-hol ott, csak az ilyesmin könnyen felülkerekedünk, mert ez egy számunkra kényelmes, jól kezelhető, érthető modell.

Így végezetül csak arra szeretnék kilyukadni, hogy ha már rendelkezünk a modellek szabad választásának lehetőségével, néha tegyük félre kicsit a fizikusokat (akiknek csak annyi a lényeg, hogy a dolgok számolhatóak legyenek, ők nem akarják a szó klasszikus értelmében “megérteni” a világot), hagyjuk figyelmen kívül Occam borotváját, és vizsgáljuk meg az adott jelenséget egy másik modell szemszögéből. Ha más értelme talán nincs is, annyi mindenképp, hogy meg bírjuk érteni és “épp ésszel” fel tudjuk fogni a dolgokat. Mindamellett én szentül hiszem, hogy az ilyen modellek vizsgálata nem csupán játék az elméletekkel, hanem adott esetben segíthet a tudománynak kimozdulni egy “lokális maximumból”, és talán kicsit továbblökheti azt. Persze ez már csak az én véleményem.

Az egymással ekvivalens modellekről, a tudomány filozófiájáról, a relativitásról, a Lorentz-elvről, és még sok hasonlóról íródott egy nagyon jó könyv. Mindenkinek csak ajánlani tudom. Nagy része volt abban, hogy ez a bejegyzés így ebben a formában elkészülhetett.

A rák mint betegség mindig is lenyűgözött a maga gonosz és halálos módján, hiszen nagyon különbözik minden más betegségtől. Inkább valami olyan dolog, ami elrejtve ott van abban a mechanizmusban, amit életnek hívunk. Kicsit groteszk és ambivalens dolog, hogy a rákot végül is pont azok a folyamatok alakítják ki, amelyek annak idején magának az életnek a kialakulását is felelősek voltak.

Az élet alap építő köve a DNS, amely arra vonatkozó instrukciókat hordoz, hogy az egyes aminosav darabkák milyen sorrendben kapcsolódjanak össze. A darabkák fehérjéket alkotnak, a fehérjék, és azok bonyolult ökoszisztémája sejteket, a sejtek, és azok még bonyolultabb ökoszisztémája szerveket, a szervek pedig élőlényeket. Olyan bonyolult hálózat ez, ami emberi ésszel felfoghatatlan, és kezelhetetlen.

(Ezeket a rendszereket véleményem szerint teljes egészében sohasem leszünk képesek átlátni, erre csak gépek képesek, és ha valaha teljes egészében megértjük az élet működését, az csakis azt jelentheti, hogy rendelkezünk olyan szoftverekkel, amelyek képesek bármilyen feltett kérdésünkre választ adni. Lehetetlennek tartom, hogy ezt csupán emberi ésszel átlássuk. De ez megérne egy újabb posztot, így nem is írok róla többet.)

A komplexitás ellenére azért vannak olyan kulcsfolyamatok, amiket már egész jól értünk, és ilyen a DNS célja és működése is. A DNS-re épülő szervezeteket pont az tette ilyen sikeressé, hogy képesek a változásra. Az evolúció maga is csakis ezért mehetett végbe, mert a DNS képes a mutálódásra. A földön lévő folyamatosan változó őslevest végül a természetes szelekció csiszolta a ma ismert élővilággá. Az evolúció ugyanakkor emberi léptékkel mérve nagyon lassú folyamat, a teljes emberiség története evolúciós léptékkel csak néhány pillanat.

(Valójában napjainkban a föld történetét alakító folyamatokban nem is az élőlények evolúciója a mérvadó, hanem inkább a mémeké. Az evolúcióhoz hasonló szelekciós folyamat alakította ki a törvényeket, a ma ismert társadalmakat, de ez mozgatja a technológia fejlődését, vagy éppen a közgazdaságtant is. Éppen ezért ügyelnek olyan kínosan a kapitalista társadalmak a szabad verseny meglétére, hogy ne lassuljon meg, illetve ne állhasson meg ez az evolúciós folyamat, és ezzel a technológiai/társadalmi/gazdasági fejlődés. De ez megint egy másik történet.)

És hogy mindez hogy jön a rákhoz? Nos, a rák tulajdonképpen az élőlények hozománya azokból az időkből, mikor még fontos volt az élőlények evolúciója, a rákot ugyanis pont ugyanez a folyamat alakítja ki. Az emberi sejtekben lévő DNS jellegéből adódóan mindenféle külső/belső események hatására megváltozhat. Vannak bizonyos anyagok (pl. a nikotin, alkohol, és még rengeteg más) amelyek változtatják a DNS szerkezetét. Mivel ez általában negatív következményekkel jár, azt mondjuk roncsolják, de ez nem feltétlen helytálló, hisz pl. a mostani kutatások szerint az Archeimer kór kialakulását éppen hogy blokkolja a nikotin. Ugyanígy a sugárzás (pl. UV sugárzás) is képes a DNS megváltoztatására, amire megint csak negatív hatásként tekintünk, de nem szabad elfelejteni, hogy e nélkül valószínűleg nem alakulhatott volna ki az élet. A DNS csak úgy magától is megváltozhat. A DNS másoló mechanizmusok, ahogyan minden más élettel kapcsolatos dolog, evolúciós “tákolmányok”, nem pedig pontosan megszerkesztett gépezetek. Gyakran előfordul, hogy a sejtosztódás alkalmával egyszerűen hibásan másolódik le a DNS. Tehát a DNS jellegéből adódóan változékony, és ez által egyben sebezhető is, ami kétélű dolog. Egyfelől e nélkül nem lehetnénk itt, másfelől emiatt alakul ki bennünk a rák (és sok más egyéb betegség is). A helyzet persze nem annyira rossz. Szervezetünk rendelkezik néhány javító mechanizmussal, amik felismerik, és kiküszöbölik ezeket a hibás sejteket. Vannak ellenőrző mechanizmusok, és olyanok is, amelyek egyszerűen elpusztítják a hibás sejteket. Probléma akkor van, mikor a DNS hibák hatására éppen ezek a folyamatok sérülnek, és a sejt elszabadul. Egy ilyen kontrollálatlan sejt kiesik a jól összehangolt ökoszisztémából, és beindul egyfajta evolúciós folyamat. A sejt burjánzik, alakul, valószínűleg sok utódja el is pusztul, de marad néhány erősebb. Ezekből lehet, hogy sok megint csak elbukik, talán az immunrendszer áldozatai lesznek, de mindig maradhat néhány, akik új kolóniákat hozhatnak létre. Először akkor válik veszélyessé a helyzet, mikor a sejtek a korlátlan mutálódás következtében megszerzik a halhatatlanság és a korlátlan szaporodás képességét. Ilyenkor elkezd növekedni a daganat. A növekedés egy idő után megáll, hiszen a néhány milliméteres sejttömeg közepe éhezni kezd, társai elszigetelik, és a daganat nem jut kellő tápanyaghoz. Itt a folyamat akár meg is állhatna, de a folytonos mutáció és burjánzás nem marad abba. Addig alakul a renegát sejtcsomó, míg végül “rájön” hogy juthat tápanyaghoz, és vérereket növeszt. Valójában persze a tumor nem okos, csak mindenféle anyagokat köpdös ki magából, és csak idő kérdése, hogy olyan anyagok kerüljenek ki, amelyek a környező sejteket vérerek alkotására késztetik. Ez az evolúció vak (hiszen hagyományos értelemben nem rendelkezik tudattal) zsenialitása. Amikor a daganat tápanyaghoz jut, újra növekedésnek indul. Ekkor már gondot okozhat a környező szervek működésében, elzárhat ereket, nyomhat szerveket, stb. Ha ilyen lokális állapotában sikerül észrevenni, és elpusztítani, vagy egyszerűen kimetszeni a daganatot, akkor a beteg még jó eséllyel meggyógyulhat. Persze már ilyenkor is lehet olyan helyen (pl. az agyban), amihez képtelenség úgy hozzáférni, hogy a beteg túlélje, a nagyobb baj mégsem ez szokott lenni. A daganatban ugyanis kialakulhat a képesség, hogy leszakítva egyes darabjait azok a szervezet különböző helyein újabb kolóniákat hozzanak létre. Ilyenkor beszélünk áttétes daganatról. Ilyen esetben már csak nagyon drasztikus eszközökkel lehet támadni. Sugarazni, mérgezni kell, ami az egész szervezetet megviseli, de még innen is vissza lehet jönni. A rák tehát kicsit olyan mint az ember története a földön. Ha nem sikerül elkapni, idővel ő kerül a tápláléklánc csúcsára, és átveszi a hatalmat a test felett még végül saját magával együtt elpusztítja azt. A jelenlegi környezetszennyező, fogyasztói életmódot látva szinte adja magát a hasonlat a rák és az ember között, aki korlátlanul felélve az erőforrásokat végül a teljes élővilág pusztulását okozhatja (saját magát is beleértve). Persze reméljük nem így lesz, és nem úgy vonulunk be a föld történetébe, mint a föld rákja.

Végül egy kicsit a gyógymódokról. Az egyik leghatékonyabb eszköz az, ha időben, gyenge korában diagnosztizálható és elpusztítható lenne a rák. Vannak ilyen irányú kutatások. Olyan vegyületek fejlesztésén dolgoznak, melyek a rákra jellemző kísérő molekulákra, sejti elváltozásokra tapadnak, és jelzik a kezdődő rák jelenlétét, esetleg mérget juttatnak a rákos sejtbe. El tudok képzelni például olyan megoldást, ahol a kapcsolódó molekulákhoz kis méreganyag “tartályokat” (pl. fulleréneket) kötnek, amik a rákos daganat felszínén megtapadnak. Ezeket a kis “aknákat” valamilyen külső hatás (pl. sugárzás vagy valamilyen másik anyag szervezetbe juttatása) kioldaná és megmérgeznék a beteg sejtet. De ugyanígy vannak próbálkozások olyan módosított vírusok létrehozására, amelyek csak a rákos sejteket támadják meg. A rák diagnosztizálására is vannak érdekes módszerek. Például a rákos sejtek által kiválasztott bizonyos anyagokat a kutyák képesek kiszimatolni, így diagnosztizálható a bőrrák vagy a tüdőrák csupán az által, hogy a mintát megszagoltatjuk a kutyával. Erre építve valószínűleg mesterséges szag érzékelőkkel is lehetne diagnosztizálni.

A rák operálására is vannak módszerek. Olyan esetben például mikor a daganathoz nem lehet hozzáférni, használhatnak gamma kést. Ez úgy történik, hogy az ember testét MRI-vel (agy CT-vel, ebben nem vagyok biztos) végigpásztázzák, így a műtéti terület megbolygatása nélkül meghatározhatják a daganat helyét. Eztán több forrásból irányított sugárnyalábokat indítanak a terület felé. A sugárnyalábok egyenként gyengék, így nem roncsolják áthaladásukkal a sejteket, de a fókuszpontban elég erősek ahhoz, hogy elpusztítsák azt.

És végül mostanában olvastam egy új módszerről, amely tulajdonképpen a poszt apropóját is adta. Ennek az a lényege, hogy olyan anyagokat juttatnak a szervezetbe, amik gátolják a vérerek képződését, így megakadályozzák, hogy a tumor tápanyaghoz jusson, így megölve azt. Ez az út is rendkívül ígéretesnek tűnik.

Hát, hirtelen ennyi jutott eszembe erről a veszélyes, de maga nemében különleges képződményről, amely annyira mélyen az életbe és az evolúcióba van kódolva, hogy megjelenése tulajdonképpen elkerülhetetlen.