Afstæðiskenningin og skammtakenningin um veruleika alheimsins

Meginvandi vísindamanna 21. aldar er að í kennilegri eðlisfræði höfum við því sem stendur ekki eina kenningu um náttúruna heldur tvær: afstæðiskenninguna og skammtafræðina og þær eru  reistar á tveimur ólíkum hugmyndum um tíma. Höfuðvandi kennilegrar  eðlisfræði um þessar mundir er að sameina almennu afstæðis­kenninguna og  skammtafræðina í eina kenningu um náttúruna sem geti endanlega leyst af  hólmi kenningu Newtons sem var kollvarpað í upphafi þessarar aldar. 

Um langt skeið hafa verið deilur um hvort að alheimurinn sé í grundvallaatriðum efnisheimur (efniseiningar eða orkueiningar háðar tíma og rúmi)  eða lífsheild (e.k. vitund í sínu innsta eðli). Tvær sýnir eða stefnur eðlisfræðinga tókust harkalega á í byrjun 20. aldar um þessi álitamál.  Annars vegar Afstæðiskenning Alberts Einsteins sem margir líta á sem hina sígilda heimsmynd og svo skammtakenningin. Ég hef verið á báðum áttum hvorri ég eiga að trúa en nú hef ég komist að niðurstöðu; ég segi kannski ekki endanlegri enda væri það rangt, því að heimurinn og þekkingin er í sífelldri breytingu.  En hvað um það, þessum kenningum ber ekki saman í grundvallaratriðum. Deilt var um grundvallareðli efnisins. Ákveðið var að ráðstefna færi fram um málið í Brussel 1927 til að leysa deilumálið. 

Einstein mætti sjálfur til að verja sína kenning en Niels Bohr og Wernir Heisenberg voru talsmenn skammtakenningarinnar. Sem sagt, deilt var um og það sem Einstein sætti sig ekki við, er að aðskildir hlutir kerfis væru tengdir þannig, að tenging þeirra væri hvorki háð tíma né rúmi.  Stöldrum aðeins við hér: TÍMA OG RÚMI, sem sagt utan veruleikans. Að eitthvað gæti gerst án staðbundinnar orsaka.  Að A leiði til B..... Talsmenn skammtakenningarinnar sýndu hins vegar fram á að sumar breytingar gerðust án staðbundinnar orsakar. Á móti hafnaði Niels Bohr gömlu efnafræðilegu heimsmynd þar sem öll starfsemi alheimsins var álitin gerast í tíma og rúmi.   Eftir ráðstefnuna reyndi Einstein ásamt félögunum  Podolski og Rosen (EPR) standslaust í 8 ár að afsanna skammtakenninguna en ekkert gekk. Tækni til að skera út um þetta var ekki til á þessum tíma. Loks gerðist það 1982 að Alain Aspect gerðu tilraunir sem átti að gera út um málið og tæknilega var hægt að sannreyna niðurstöðuna. Eftir margítrekaðar tilraunir sem sýndu ávallt það sama; Einstein og co. höfðu rangt fyrir sér og að ,,grundvallareiginleikar veruleikans“ voru ekki sjálfgefnir.

Tilraun sem gerði út málið var rannsókn á hegðun ljóseinda.  Samkvæmt Einstein var allt efni til úr geislun eða árekstra ljóseinda og þær væru grundvallarefni efnisins. Aspect tilraunin sýndi að þegar rafeind rekst á andefni sitt, geta myndast tvær ljóseindir.

Í tilrauninni eru tvær ljóseindir skotnar í sitthvoru áttina samtímis í gagnstæða átt frá sama stað. Það virðist háð tilviljun hvet þær fara og hver braut þeirra verður. Svo lendir önnur þeirra á fyrirstöðu og þá fær hún fyrst fastan ,,tilgang“, fasta braut og ákveðna eiginleika. En hér kemur það allra mikilvægasta: á nákvæmlega sama tíma og breytingin varð á þeirri sem varð fyrir mótstöðu varð einnig breyting á hinni síðarnefndri sem einnig fékk sína ákveðnu eiginleika, fasta braut og ákveðinn stað í tilverunni. Þær urðu m.ö.o. algjör spegilmynd af hvorri annarri.   Breyting á annarri ljóseindinni leiddi til breytingu á hinni án þess að hreyft væri við hina og gerist þetta samtímis óháð fjarlægðum (rúmi) og þess vegna einnig óháð tíma. Kenning Einsteins var afsönnuð.

Hvað þýðir þetta? Efnishyggjan var afsönnuð og sumir þykjast sjá samhengi milli heimsmyndar trúmannsins og nútíma efnafræðinga sem sýnt hafa fram á hið TÍMALAUSA og hið RÚMLAUSA eðli ljóssins og innsta eðli efnisins, þ.e.a.s. að grundvöllur veruleikans er ekki efnislegur í venjulegri merkingu þess orðs. Það sem tengir alheiminn saman er ekki hægt að skilgreina á efnafræðilegum grundvelli en einnig að skammtakenningin sýnir veruleikann sem heildarmynd en ekki hið einstaka og einangraða fyrirbrigði.  Í hinni nýju heimsmynd, sem flestir efnafræðingar í dag aðhyllast, eru hlutirnir ekki afmarkaðir staðir né stundir. Það sem mótar heildina er eitthvað sem hvorki er háð tíma né rúmi og sem skapar efni, rúm og tíma og gefur öllu ákveðið frelsi innan lögmálsins.

Hér kemur viðbót sem varpa frekari ljósi á tilurð alheimsins og þar með efnisins:

Hér  er ég að vísa í bók Gunnars Dals ,,Einn heimur og fimm heimsmyndir"  Kenningarnar um upphaf og endir alheimsins eru þrjár. Þær eru: 1)  Kyrrstæðan, eilífðan og í aðalatriðum óumbreytanlegan alheim sem  einkennist af varanlegu ástandi og líkir þessu við stórfljót sem er á  sífelli hreyfingu en er samt kyrrstætt í farvegi sínum. 2) Alheimur sem  þenst út endalaust. Sá heimur líður undir lok á löngum tíma. 3) Þriðja  kenningin er um heim sem þenst út og dregst saman til skiptis. Fyrsta  kenningin stenst ekki af þeirri einföldu ástæðu að stjörnurnar eru að fjarlægast okkur. Alheimurinn er því ekki kyrrstæður.  Kenning tvö um  stórahvell og alheim sem þenst út endalaust stenst ekki. Af hverju?  Hreinlega vegna efnismagnið í heiminum. Ef það er undir ákveðnu marki  hafa vetrarbrautirnar ekki nægjanlegt aðdráttarafl hver á aðra til að  hægja á sér og útþenslan verður endalaus. Ef efnismagnið fer yfir þetta  ákveðna magn, þá ætti útþenslan að hægja á sér með tímanum og dragast  saman að lokum. Árið 1974 komu vísindamenn með niðurstöðu útreikninga og  rannsókna sem sögðu að efnismagnið í alheiminum væri undir mörkunum sem  styddi þá kenningu að alheimurinn væri í eilífri útþenslu. Samkvæmt nýjustu rannsóknum er efnismagnið meira og það þýðir samdrátt að lokum  og alheim sem er lokaður með útþenslu og samdrætti.

Afstæðiskenning Einsteins gengur aðeins upp að hluta til. Vegna þess að  alheimurinn er sístækkandi, þ.e.a.s þenst út sífellt hraðar, og tími og  rúm hverfur að lokum (a.m.k. mun rúmið hverfa en óvíst með tíma) þá  gengur afstæðiskenningin ekki upp. Hún er góð og gild sem slík og er  formúla fyrir gangverki alheimsins eins og við þekkjum hann en  vísindamenn 21. aldar hallast frekar að skammtaþyngdarafli sem  útskýringu. Þetta þarfnast frekari skýringa sem koma síðar meir. 

Skammtafræðin sem var upphaflega mótuð til að skýra eiginleika  frumeinda og sameinda, leysti hugmynd Newtons um algildan fullkominn  tíma algerlega af hólmi.  Frumherjar skammtafræðinnar (N Bohr o.fl.) sýndu fram á að tvíeðlið  (þ.e. annarsvegar bylgjueiginleikar en hinsvegar eindaeiginleikar)  útilokuðu hvor annan. Við mælikringumstæður sem framkalla bylgjuhliðina  hverfur eindahliðin og öfugt. Þannig er ekki nein innri mótsögn. Ef við  skoðum pappírsblað sem er blautt öðrum megin, en rautt hinum megin má  segja að pappírinn sé hvorki blautur né rauður í heild. Ef við skoðum  aðra hliðina á útilokum við jafnframt skoðun hinnar hliðarinnar. Kannski  má segja að pappírinn sé blauður, skoðaður sem heild. 

Nýlega uppgötvuðu vísindamenn þyngdaraflsbylgjur frá tveimur svartholum. Þær eru n.k. gárur í efninu sem samanstendur  af rúmi og tíma. Þetta er rúmtíminn sem undið hefur verið upp á.  ,,Þetta er í fyrsta sinn sem bein rannsókn á þyngdarsviðsbylgjur leiðir eitthvað í ljós. Þar með er  þetta staðfesting á almenna afstæðiskenningu Alfreðs Einsteins vegna þess að eiginleikar þessara tveggja svarthola fellur nákvæmlega við það sem Einstein spáði næstum nákvæmlega 100 árum síðan."

Miklu meiri vandi er að koma saman skammtakenninguna og tímann saman.  Ljóst er að vandinn er fólginn í því að koma hugmynd Leibniz um afstæðan  tíma inn í skammtakenninguna, nema maður vilji fara aftur á bak og  grundvalla þessa sameiningu á hinu gamla tímahugtaki Newtons.   Vandinn er sá að skammta­fræðin leyfir margar ólíkar og að því er  virðist gagnstæðar aðstæður samtímis, svo framarlega sem þær eru til í  eins konar skuggaveruleika eða mögulegum veruleika.   Sem sagt, ef til væri skammtakenning um tíma yrði hún ekki aðeins að  fjalla um frelsi til að velja ólíkar efnislegar klukkur til að mæla  tíma, heldur um samtímis tilvist margra, að minnsta kosti mögulega  ólíkra klukkna. Hvernig á að gera hið fyrra höfum við lært af Einstein;  hið síðara hefur, enn sem komið er, verið ímyndunarafli okkar ofviða.  Ráðgáta tímans hefur því ekki enn verið leyst. En vandamálið er  alvarlegra en þetta vegna þess að afstæðiskenningin virðist þarfnast  þess að aðrar breytingar séu gerðar á tímahugtakinu. Ein þeirra snertir  spurninguna  hvort tíminn geti byrjað eða endað, eða  hvort hann streymi endalaust. Því afstæðiskenningin er kenning þar sem  tíminn getur vissulega byrjað og endað.

Svarthol er enn ráðgáta. Þegar efnismikil stjarna fellur saman,  tekur það alla stjörnuna aðeins stuttan tíma að þjappast saman að því  marki sem hún hefur óendanlegan efnisþéttleika og óendanlegt  þyngdarsvið.  Talið er að þá stöðvist tíminn inni í  sérhverju svartholi. Vegna þess að um leið og stjarnan kemst í það  ástand að verða óendanlega þétt og þyngdarsvið hennar verður óendanlegt  þá geta engar frekari breytingar átt sér stað og ekkert efnisferli getur  haldið áfram sem mundi gefa tímanum merkingu. Þess vegna heldur  kenningin því einfaldlega fram að tíminn stöðvist.

Vandamálið er reyndar  enn alvarlegra en þetta því að almenna afstæðiskenningin gerir ráð fyrir  að heimurinn allur falli saman líkt og svarthol, og ef það gerist  stöðvast tíminn alls staðar en afstæðiskenningin gerði ráð fyrir að tíminn hefðjist með miklahvelli en getur hann þá stöðvast í svartholi?