John Ziman

john

„Nimeni nu mă va lua în serios”, se plânge pionierul științific, explorând cu mult înaintea pachetului. Simpatizăm pe deplin: dar nu este ușor să „luăm în serios” o presupunere care pare să fie extrem de diferită de noțiunile noastre confortabile de realitate. ‘Pământul care înconjoară soarele? Lăutari. ”„ Bărbații au coborât din maimuțe? Pshaw! ”„ Continuați în derivă? Ce urmează? ”Cât de deplorabil de batjocorit și, totuși, cât de dificil este să alegi o astfel de idee într-o mie care nu este, la urma urmei, la fel de greșită pe cât pare prima dată.

Într-o anumită măsură trebuie să fim influențați de reputația susținătorului. Galileo a pierdut multe urechi prietenoase, parând prea inteligent la jumătate, în timp ce un cărturar modest și sobru, precum Darwin, a trebuit ascultat cu atenție. Relevanța acestei reputații pentru subiectul în cauză este, de asemenea, un factor important: mulți oameni de știință celebri au fost tentați să sufle din trompeta prejudecăților lor idiosincrazice, dincolo de cunoștințele lor experți. Dar Ilya Prigogine a câștigat Premiul Nobel pentru chimie din 1977, tocmai pentru genul de lucrări teoretice pe care se bazează această carte. Nu este doar profesor atât la Universitatea Liberă din Bruxelles, cât și la Universitatea din Texas: este, de asemenea, un om cu interese culturale largi, foarte energic și eficient în afacerile publice legate de știință și educație. Ideile sale noi despre factorul timp din teoria fizică fundamentală trebuie luate într-adevăr foarte în serios.

Modul de prezentare ne afectează și răspunsul, iar profesorul Prigogine își prezintă argumentul impecabil. Am crezut că unele dintre diagramele sale sunt puțin schematice, dar nu cred că și-ar fi putut susține cazul într-un stil mai plăcut sau convingător.

Din fericire, viața nu este așa. Cea mai profundă experiență a noastră este a realității ireversibilității: „Trandafirul care odinioară a suflat pentru totdeauna moare.” Rularea unui film înapoi produce fantezie farsă, nu o poveste alternativă acceptabilă. Cum putem accepta o teorie matematică care pare să contrazică acest fapt evident atât al existenței umane, cât și al universului în care a evoluat?

Răspunsul convențional la această provocare a mecanicii clasice a fost dat, în urmă cu aproximativ o sută de ani, de Ludwig Boltzmann, care a atras atenția asupra ireversibilității practice a oricărui proces care generează tulburări. De exemplu, atunci când se deschide un pachet nou, cărțile sunt în ordine standard, număr cu număr și costum după costum: amestecați-l de câteva ori și ordinul respectiv se pierde. Oricât de mult timp continuați să amestecați pachetul, până la miliarde de ori, aceeași secvență nu se va mai întoarce niciodată: trecerea de la ordine la dezordine nu ar putea fi niciodată inversată. Cu toate acestea, fiecare pas particular de amestecare, la fel ca fiecare interacțiune dintre particulele unui gaz sau a unui lichid, ar putea fi perfect mers înapoi, fără a părea absurd. Cu alte cuvinte, asimetria aparentă între trecut și viitor în lumea macroscopică obișnuită a ceasurilor, crizantemelor, verilor și cronologiilor este o iluzie și nu se aplică neapărat printre atomi, electroni și entități „microscopice” similare.

Pentru aproape toate scopurile practice, acest răspuns a servit destul de adecvat. În special, Boltzmann a arătat legătura formală dintre această noțiune filosofică vagă a tulburării în creștere și principiul termodinamic precis al entropiei în continuă creștere, care fusese deja dezvoltat pentru a explica o diversitate infinită de procese naturale și artificiale - vremea, motoarele cu aburi, bateriile electrice, reacții chimice și așa mai departe. Unul dintre cele mai plăcute momente din studiul fizicii teoretice este de a învăța dovada „teoremei H a lui Boltzmann”, care arată modul în care o abordare statistică a mecanicii, în care se calculează în medie proprietățile, să spunem, numărul mare de atomi dintr-o mică balon de gaz, conduce tocmai la ecuațiile familiare dintre cantități zilnice precum presiunea și temperatura, energia și volumul, căldura care curge și munca care ar putea fi realizată.

Până de curând, investigațiile teoretice ale Ilya Progogine se încadrează în această paradigmă bine stabilită. În special, el ne-a extins foarte mult concepția despre rolul proceselor termodinamice ireversibile în lumea naturală. Asocierea tradițională a acestor procese este cu uniformitatea plictisitoare, decăderea și moartea. Fusesem avertizați de inevitabilul declin al temperaturii Soarelui, de tendința în toate lucrurile către tot mai multă dezordine și întâmplare, culminând cu „moartea de căldură” a unui univers la fel de gol, rece și plictisitor ca cantina unui fabrica redundantă într-o seară de duminică iarna.

Dar Prigogine a arătat rolul constructiv al unor astfel de procese, cum ar fi conducerea căldurii și a electricității sau o succesiune de transformări chimice într-un singur mediu fluid. De obicei, aceste procese merg lin și fără evenimente, dar atunci când sunt conduse cu putere, generează deseori modele spațiale remarcabile, cum ar fi „străzile” obișnuite ale norilor cumulus care se dezvoltă prin convecție într-o după-amiază însorită; sau pot continua să se oprească și să înceapă, cu o regularitate extraordinară, marcând timpul ca o inimă care bate lent. Cu alte cuvinte, formele ființelor vii nu sunt modele de echilibru static precum rândurile de atomi dintr-un cristal, ci sunt ordonate dinamic și menținute într-o stare stabilă de fluxul imens de energie ireversibil din Soare, care trece prin fiecare celulă din corpuri, să se piardă în respirație, căldură și deșeuri corporale. În cele din urmă, moartea cu căldură trebuie să vină cu siguranță - dar până atunci mâncarea, băutul și sărutul nu trebuie să se oprească.

Aceasta este o perspectivă profundă și inspirată al cărei adevăr fundamental se difuzează încet în toate ramurile fizicii, chimiei și biologiei. Dar acum profesorul Prigogine vrea să meargă mai departe. Aspectul conjectural al acestei cărți este sugestia că asimetria timpului observată, ireversibilitatea familiară a tuturor fenomenelor naturale, este mai mult decât o „iluzie statistică” și derivă dintr-o anumită trăsătură matematică specifică a legilor fizice primare. La nivel „microscopic”, de asemenea, ar trebui să existe cu siguranță atât de mult „devenire”, cât și „ființă” atemporală.

Înțelepciunea convențională este cu siguranță vulnerabilă la un moment dat: „dovada” lui Boltzmann a „teoremei H” nu este destul de solidă. Este ușor de văzut, de exemplu, că, odată ajuns la câteva miliarde de mâini, pachetul de cărți poate fi redat la ordinea inițială. Există o probabilitate finită ca tranziția de la ordine la dezordine să fi fost inversată. În practică, această posibilitate poate fi redusă, dar nu poate fi exclusă în principiu. Acest „scandal” din inima fizicii teoretice a făcut obiectul unor cercetări atente, dar niciodată complet rezolvate.

Pentru a exploata această slăbiciune, Prigogine se bazează pe o lucrare destul de nouă asupra unor probleme destul de vechi. Întrebarea este: un sistem dinamic, cum ar fi o planetă care se mișcă în jurul Soarelui sau un atom care ricoșează într-un gaz, trece prin toate orbitele posibile într-un mod mai mult sau mai puțin aleatoriu sau are tendința, după un timp, să se repete vreo cale anterioară? Aceasta se dovedește a fi o întrebare subtilă, al cărei răspuns depinde extraordinar de sensibil de configurarea exactă. Unele sisteme sunt „integrabile” și, prin urmare, previzibile în mod eficient. Altele sunt „ergodice” și, prin urmare, ar satisface destul de bine condițiile teoremei H. Uneori, aceste două tipuri de comportament sunt mixte, astfel încât unele traiectorii sunt ciclice, în timp ce altele sunt aparent aleatorii, în funcție de condițiile inițiale. Gândiți-vă la o minge de squash, care răsucea la nesfârșit într-un teren perfect cubic: dacă ar fi îndreptată absolut drept către un perete, atunci ar sări înainte și înapoi de-a lungul unei singure linii - altfel ar merge peste tot, trecând în cele din urmă prin aproape fiecare punct din spațiu. Sau amintiți-vă pedeapsa lui Mikado pentru ascuțitori de biliard - „pe o cârpă neadevărată, cu un indiciu răsucit și bile de biliard eliptice”.

Acest câmp fascinant al fizicii matematice este explorat abia acum. Cu siguranță are consecințe foarte importante pentru mecanica statistică la cel mai fundamental nivel. Dar nu sunt pe deplin convins de pașii finali din argumentul lui Prigogine că acest lucru deschide calea încorporării ireversibilității în ecuațiile de bază ale mișcării - în fiecare coliziune între atomi, să zicem, sau în descrierea formală a unei particule elementare instabile. El schițează o posibilă schemă teoretică, făcând mai întâi tranziția standard de la limbajul clasic la limbajul cuantic și apoi definind un operator care ar putea fi identificat fizic cu „entropie” la nivel microscopic. El și colaboratorii săi par să fi făcut unele progrese în reprezentarea matematică a unei astfel de scheme, dar pur și simplu nu aș putea spune, fără referire la literatura detaliată despre acest subiect, dacă va suporta greutatea interpretării pe care el o pune asupra sa. Nici măcar nu sunt sigur că văd necesitatea unei astfel de dezvoltări: imprevizibilitatea esențială a fiecărui proces cuantic poate să fi încorporat deja în ea toată ireversibilitatea timpului pe care am putea-o dori vreodată. Prigogine se mută aici de pe un teren greu familiar pe gheața subțire a conjecturilor.

Pentru moment, nu cred că ne cere să acceptăm fără critici întreaga linie de gândire pe care o prezintă atât de rezonabil și fără pretenții. Dar ar trebui să facem cu siguranță efortul de a o clarifica și a o întări în diferite puncte, extinzând analiza matematică și folosind schema sa conceptuală oriunde ne ajută să înțelegem aceste întrebări foarte profunde. La rândul său, va fi esențial să depășim o teorie pur formală, care transformă doar ecuațiile convenționale în mai multe relații ale căror consecințe observabile sunt exact aceleași ca înainte. Vom aștepta de la el câteva predicții de date sau fenomene a căror verificare experimentală ar putea confirma - sau disconfirma - ipoteza sa nouă și imaginativă. Până când nu se va face acest lucru, verdictul pe tema acestei cărți trebuie să rămână „nedovedit”, pentru toată plăcerea și iluminarea pe care o putem obține din citirea ei.