A világ megismerése során paradigmaváltásnak azt nevezzük, amikor a megfigyelt jelenségeket egy alapvetően új elv (paradigma) segítségével...
A világ megismerése során paradigmaváltásnak azt nevezzük, amikor a megfigyelt jelenségeket egy alapvetően új elv (paradigma) segítségével magyarázzuk, amely a világ működését a fennálló paradigmánál mélyebb módon segít megérteni. A paradigmaváltás során a világ működésének a paradigma által magyarázott területét alapvetően új módon látjuk, amely a megismerés folyamatának új lendületet ad. Paradigmaváltás az, amikor a kérdés, hogy milyen módon működik a világ, vagy annak egy része új válaszokat kap.
A világ működésének megismerésére használt módszerek legsikeresebbje, a tudományos módszer is feltételezett és időnként lecserélt paradigmák segítségével működik. Sokféle tudományterület létezik, sokféle paradigmát használunk. A világunk komplexitását létrehozó folyamatok működésének alapjait a fizika tudománya igyekszik törvényekkel leírni és paradigmák segítségével magyarázni.
A világunk alapvető működését sokféle szempont szerint tudjunk vizsgálni, ezért a fizikának is többféle, látszólag különálló területe van, de még ha sokféle tulajdonsággal is bíró, sok és egymással kapcsolatban álló, ezért összetett és bonyolult struktúrájú és működésű világot is látunk, és ezért a világunk leírása is összetett, és bonyolultnak látszik, de mégis, csak egyetlen világunk van, amely azonos építő elemekből áll és azonos szabályok szerint működik, ezért a leírását szolgáló fizika törvényszerűségeinek is, még ha látszólag teljesen különböző, mégis egymáshoz harmonikusan illeszkedő és együttműködő egységben kell, hogy álljanak.
A világ leírásának így kell megvalósulnia, és a fizika tudománya valóban jobbára így is működik. Még a hétköznapi világszemléletünktől leginkább idegen paradigma, a hullám-részecske kettősséggel (vagy akár multiverzummal) magyarázott kvantummechanika törvényei is harmonikusan és ellentmondás mentesen illeszkednek a világ leírását szolgáló más fizikai törvényekhez.
A világszemléletűnk által elvárt harmonikus illeszkedés szerint működő fizikai törvények között azonban van egy olyan találkozási terület, amelyeket a felismert tapasztalati törvényszerűségeink szerint külön-külön helyesen látunk, de amikor egyszerre próbáljuk érvényesíteni a megismert működést, a felismert és működő törvényszerűségeink egymást kizáró világra vezetnek, ezzel ellentmondásba kerülve az egységes világról alkotott alaptétellel. Ez az a terület, ahol a legkisebb méretek találkoznak a legnagyobb tömegekkel, a kvantummechanika találkozik a gravitációt leíró elmélettel.
Általában egyszerűen csak félrenézünk az ellentmondást látva, mert közvetlen gyakorlati problémát nem szokott okozni a helyzet. A környező világunkban nem szükséges egyszerre figyelembe venni a gravitáció és a kvantummechanika megismert törvényszerűségeit.
Azonban a világunkban a két valóság folytonosan találkozik egymással, és a világunk nem működhet ellentmondás szerint. Az ellentmondásos elméleteink külön-külön mégis a megfigyeléseinknek megfelelően, és precízen írják le a világot.
A kvantummechanika és a gravitációelmélet általunk felállított ellentmondásos törvényszerűségeit nyilvánvalóan azért tapasztaljuk érvényesnek, mert csak olyan körülmények között vizsgáljuk, tudjuk vizsgálni a természetet, ahol vagy az egyik, vagy a másik működési jelenség dominál, és az együttes hatást el lehet hanyagolni. Az általunk felállított, és érvényesnek látott törvényszerűségek tehát határértékekre kell, hogy vonatkozzanak, és balszerencsés módon éppen olyan formában fogalmaztuk meg ezeket a törvényeket, amelyek kizárják egymást.
Hasonló jelenséggel találkoztunk már a fizikában. A newtoni gravitációelmélet és az einsteini gravitációelmélet paradigmai kizárják egymást, ha az egyik igaz, nem lehet igaz a másik. Az általános gravitáció elméletét azonban sikerült, és mivel ugyanarról a jelenségről van szó, szükségszerűen olyan formában is kellett felírni, hogy az einsteini gravitációs törvények határértékként kiadják a newtoni gravitációs törvényeket. Mivel a tapasztalt világunkat jól leírta a newtoni gravitációs törvények valójában határértékként funkcionáló formája, sokáig nem volt szükséges felismerni az általánosabban érvényes formát, és ráadásul az általánosabban érvényes forma kidolgozása során a térre és az időre vonatkozó paradigmaváltásra is szükségünk volt a gravitáció működését vizsgáló szemléletűnkben.
Más értelemben, de hasonló utat járt be a kvantummechanika is. A newtoni mechanika bizonyos értelemben a kvantummechanika határértéke, amennyiben a hullám függvény összeomlását határértékként értelmezzük. De ebben az esetben is paradigmaváltás, a hullám-részecske kettősség feltételezése kísérte a fizikai törvények formáinak változását.
Most pedig ott tartunk, hogy az egyetlen világunk van alaptételére hivatkozva a kvantummechanika és a gravitáció törvényeit lennie szükséges egyetlen formában felírni. A feladat nem látszik sürgetőnek, hiszen a minket közvetlenül körülvevő, tapasztalati világot jól leírják az eddig megalkotott formájú törvényszerűségek. A feladat nehézséget is pontosan ez az elrendezés adja. Nagyon nehéz olyan gyakorlati kísérletet vagy megfigyelést folytatni, ahol a két jelenség egymással összemérhető nagyságrendű, és a kísérletet vizsgálva tapasztalati megfigyeléseken keresztül válna tapasztalhatóvá, hogyan kellene módosítani az eddig felismert törvényeinket.
A gravitáció általánosításában és a kvantummechanika törvényeinek felismerésében segítettek a technológiai fejlődéssel járó precízebb vizsgálatok. A gravitáció és a kvantummechanika együttes vizsgálatához egyelőre nem rendelkezünk elég precíz tapasztalati eredményekkel. A legnyilvánvalóbb módon a két terület a fekete lyukak létezése és az univerzum keletkezése során találkozik, de mindkét terület közvetlen vizsgálata objektív nehézségekbe ütközik.
Jelenleg ott tartunk, hogy büszkén rácsodálkozunk a kvantummechanika és az általános gravitáció egyenleteire, miközben ezek valószínűleg csupán egy együttesen érvényes valóságot képviselő törvényszerűségnek a határértékei.
Hogyan tovább? Hogyan juthatunk el a világ megismerésének a következő lépcsőfokára?
Amíg a tapasztalati megfigyelések nem adnak segítséget a világunk megismerésének folytatásához, marad a feltételezett paradigmákra épülő elméleti spekuláció. Ahhoz, hogy a törvények formalitásában egymást kizáró, de valójában egy általánosabb törvénynek a határértékeként funkcionáló két elméletet egy közös szabályrendszerként lehessen felírni, minden bizonnyal új paradigmára lesz szükségünk, tehát paradigma váltásnak kell bekövetkeznie a fizika ezen területén.
A feladatot az is nehezíti, hogy a pontosan működő gravitációs és kvantummechanikai egyenleteinkhez sincsenek igazán jól működő, a leírásának alapot adó paradigmaink. Az ezen a téren használt paradigmák inkább az egyenleteknek értelmet adó magyarázatok, mint az egyenletek fundamentális alapjai.
Például a statisztikus termodinamikának a részecske szemlélet a fundamentális paradigmája, amelyből képletek következnek. A gravitáció és kvantumelmélet paradigmai inkább csak a képletekhez fűzött szemléltetések. A jelen állapotában a téridő inkább csak a képletekhez használatos szemléltetés, hiszen azt sem tudjuk igazán, hogy mi a tér, és maga az idő fizikai létezése is kérdéses. A hullám-részecske dualitás paradigmája is inkább csak szemléltetés, hiszen egyetlen valóság létezik. Az eredendően fuzzy kvantummechanikának precizitást adó útvonalak összegzésének (sum over history) paradigmája is inkább a számítást segítő eljárási módszer, mint a végtelen különböző módon haladó részecske fizikai valósága. A kvantummechanika is alapvető fundamentális nehézségekkel küzd a paradigmák területén, és többféle, egymástól nagyon eltérő paradigmák léteznek a kvantumvilág alapjainak értelmezésére.
A tapasztalatot adó kísérletek hiányában akkor tudunk tovább lépni a gravitáció és a kvantumvilág egységesítése felé, ha olyan paradigmát találunk, amely mindkét területen érvényes, és nem csak magyarázza a világ működését, hanem konkrétan törvényszerűségekhez is vezet, amely határértékként létrehozza a megismert gravitációt és a kvantummechanikát.
A világ mely területének értelmezésére kellene, hogy vonatkozzon a mindkét területet magyarázni képes keresett paradigma? Arra, amely mindkét területnek az alapját adja. A térre vonatkozó elképzelésünknek kell új paradigmát keresni. Ahhoz, hogy a kvantummechanikát és a gravitációelméletet egységben legyünk képesek kezelni, a térről alkotott paradigmánkat kell megváltoztatni.
Jelenleg a térről inkább csak homályos elképzeléseink vannak, működő paradigmák nélkül. A relativitás elmélete, amelynek része a gravitáció leírása is, elveti a tér anyagi létezését, tapasztalati megfigyeléssel támogatva lemond az éterkent nevezett létező anyagi valóságról, ugyanakkor a teret - az idő dimenzióként kezelt fogalmával kiegészítve - mégis egy négydimenziós, az anyag által formálható struktúrának látja, amely képes az anyag mozgását meghatározni.
A kvantummechanika is ellentmondásosan kezeli a tér fogalmát. Egyrészt a fizika már a kvantummechanika előtti stádiumában, a Maxwell által felállított leírásban szintén lemond az éterről, a tér létező anyagi valóságáról. Érdemes megjegyezni, hogy Maxwell eredeti gondolatmenete egy mechanikus tér-modellből indult ki, amelyre alapozva vezette le az egyenleteit, azonban a tér modellt csupán számítási segédletnek tekintette, nem pedig a tér létező valóságának gondolta. Mindenesetre a mechanikus tér-modell meghatározó módon segítette a gondolkodását az egyenletek levezetéséhez. Az elmélet kvantummechanikává fejlődve mindent hullámként értelmez, amely egymással kölcsönhatásban létrehozza a megfigyelt valóságunkat, de egyúttal a térnek alapvető és szükségszerű szerepet is tulajdonít a teret kvantum-habként értelmezve, amelyben folytonosan részecskék keletkeznek és megszűnnek.
Eltérő és egymásnak - még önmagának is - ellentmondó paradigmák a jelenleg számunkra létező térre vonatkozó elképzelések. Igyekszünk szabadulni a tér anyagi valóságától, ugyanakkor használjuk a teret, mint létező struktúrát.
A világról paradigmaként alkotott képünk a tér újra értelmezésére kell, hogy vonatkozzon. Egy olyan térszemlélet kialakítása szükséges, amely lehetővé teszi a tér anyagi létezését, amelybe aztán ellentmondás mentesen beleilleszthető a kvantummechanika és a gravitáció megfigyelt valósága.
A fizikai világképünk idegenkedik, és kísérletekre hivatkozva lehetetlennek tartja a tér fizikailag létező anyagi valóságát. A feladat pedig inkább az, hogy ne elutasítsuk a tér fizikai valóságát, hanem akár paradigmaként találjunk a térnek egy megfelelő fizikai valóságot, amelybe először még csak beilleszthető lesz a kvantummechanika és a gravitációelméletet is, találjuk meg az ellentmondásmentes formáját, hogy aztán felismerjük, hogy ebből a tér fogalomból mindkét elmélet következik is.
Valójában már vannak próbálkozásaink a két fizikai tudományterület egységesítésére, a kvantumgravitáció egységes elméletének megalkotására. A két legismertebb próbálkozás a húr elmélet, és a loop quantum gravity elmélete. Bár ezek ígéretesek, a valóságot megfelelően leíró formula megtalálása jelentős nehézségekbe ütközik. Talán azért, mert a teret továbbra sem a megfelelő, valóságosan is létező paradigma szerint látják ezek az elméletek.
A komplex világunk működési törvényeinek leírására kétféle módszert alkalmazunk. Az egyik, amikor a rendszert felépítő alkotórészekről elegendő ismeretünk van, és ezen alkotórészek viselkedését vizsgálva ismerjük fel a teljes rendszer működésének törvényszerűségeit. A másik módszer szerint, abban az esetben, ha nem ismerjük az alkotó részek működését, vagy akár fel sem ismerjük az alkotó részeket, a rendszer egészét megfigyelve ismerhetünk fel törvényszerűségeket, miközben csak az alkotó részek együttes működésének emergens jellegű tulajdonságait tapasztaljuk. Az így felismert törvényszerűségek teljesen figyelmen kívül hagyhatják a rendszer alkotó részeinek a működését, és ebben az esetben az alkotórészek teljesen rejtve is maradhatnak. Így is helyes törvényszerűségeket határozhatunk meg, de ebben az esetben a rendszer felépítése, az emergens tulajdonságok megjelenésének oka és alapja ismeretlen marad számunkra.
Valószínűleg a felismert, ellentmondást hordozó törvényszerűségek is valójában emergens tulajdonságai a rendszer számunkra még ismeretlen felépítő alkotó részeinek. A jelentkező látszólagos ellentmondásokat pedig azért látjuk, mert a felismert emergens tulajdonságok a rendszer szélsőségesen egyoldalú nézetéből következnek, amikor bizonyos, a rendszerre jellemző tulajdonságok elhanyagolhatóvá válnak, akár annyira, mintha meg is szűnnének létezni. Az ilyen leírásba már formálisan elfér az ellentmondásos jelleg.
A megfelelő paradigma szerint felállított egységesítő elméletnek valószínűleg fel kell adnia a térnek a színpad jellegű szerepét, amely csupán helyet ad az eseményeknek. Meg kell próbálni a teret olyan paradigma szerint kezelni, amely a teret valóságban létező fizikai struktúraként jellemzi, amely alkotórészei működésének emergens tulajdonságai lesznek az általunk eddig felismert törvényszerűségek.
A tér alkalmas paradigmájának formájára a természet sugall jellemzőket. Legalapvetőbb ilyen a Planck állandó. A Planck állandó talán nem csupán egy mértékegység, amely meghatározza az anyagi világunk fizikai méreteit, hanem a térre vonatkozó jelentése is van. Talán a tér Planck dimenziójú alkotórészek struktúrája, amelyek egymással való kölcsönhatásai hozzák létre a legmélyebb szinten az anyagi világunkat, a kvantummechanikát és a gravitáció jelenségét a törvényszerűségeivel együtt.
A kvantumgravitáció egységes elméletének a megalkotásához a térre vonatkozó paradigmainkat látszik szükségesnek, kell lecserélni egy alkalmas modellre, a tér mechanikai modelljére. Egy ilyen hipotézis például a gondolatok között található grid modell is.
Fizika {button_primary} Tér {button_primary} Univerzum {button_primary}
The next paradigm shift in physics: the mechanical model of space
Nincsenek megjegyzések