Ο Στέφανος Τραχανάς είναι μέλος του επιστημονικού προσωπικού του Ιδρύματος Τεχνολογίας και Έρευνας, διδάσκει στο τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου Κρήτης και είναι ο άνθρωπος που προωθεί συστηματικά τη διάδοση της κβαντομηχανικής στην Ελλάδα. Ως εκ τούτου δεν εκπλήσσει το γεγονός ότι το τελευταίο του βιβλίο αφορά τη διδασκαλία της κβαντομηχανικής στο λύκειο. Πρόσφατα ο ίδιος παρουσίασε μια φιλόδοξη έκδοση με την ιστορία της κβαντικής επανάστασης (1900 – 2025) με τίτλο «Ο βομβιστής και ο στρατηγός», που έχει στο επίκεντρο της δύο κορυφαίους του 20ού αιώνα, τον Αλβέρτο Αϊνστάιν και τον Νιλς Μπορ. Μιλώντας στη Voria.gr εξηγεί αφενός γιατί οι επιστημονικές επαναστάσεις αφορούν την καθημερινότητα των ανθρώπων και αφετέρου σε ποια ερωτήματα αναμένεται να απαντήσει η φυσική τις επόμενες μία ή δύο δεκαετίες. Η αφήγηση του είναι γοητευτική και συγχρόνως αποκαλυπτική. Διότι οι επιστημονικές περιπέτειες και -κυρίως- οι επιστημονικές ανακαλύψεις όχι μόνο μας αφορούν σε πρακτικό επίπεδο, αλλά και μας απελευθερώνουν. Καθόλου τυχαία, πάντως, το Νόμπελ Φυσικής απονεμήθηκε φέτος σε τρεις επιστήμονες για το έργο τους στην κβαντική μηχανική.
Η μόνη αυθεντία είναι η εμπειρική πραγματικότητα. Αυτό δεν το δέχεται κανένα ολοκληρωτικό σύστημα. Συχνά δυσκολεύονται ακόμα και τα δημοκρατικά καθεστώτα ή οι πολίτες τους, να δεχθούν ότι πάνω από τις γνώμες και τις πεποιθήσεις μας, είναι τα γεγονότα.
Κύριε Τραχανά, γιατί η κβαντομηχανική είναι μία επιστημονική επανάσταση;
Διότι ανέτρεψε όλες όσες θεωρούνταν μέχρι τότε, θεμελιώδεις αρχές της φυσικής, της Νευτώνειας φυσικής όπως την λέμε. Μεταξύ αυτών την περίφημη αιτιοκρατία. Στη Νευτώνεια μηχανική εάν πάρω μία πέτρα και την πετάξω, η κίνηση της είναι προκαθορισμένη με βάση την ταχύτητα που θα της δώσω και την κατεύθυνσή της. Κι εμείς οι άνθρωποι τι είμαστε; Πολλά πετραδάκια μαζί, τα άτομα μας. Οπότε τι έλεγε η Νευτώνεια αιτιοκρατία; Ότι όλα εξαρτήθηκαν από το πώς ξεκίνησαν τα άτομα μας στην αρχή του σύμπαντος. Το τι θα γινόταν από εκεί και πέρα ήταν προκαθορισμένο. Άρα είμαστε «προγραμματισμένοι» σε ότι κάνουμε. Είμαστε το προδιαγεγραμμένο αποτέλεσμα των αρχικών συνθηκών που υπήρχαν στο σύμπαν κατά τη γέννησή του. Οπότε, και η ελευθερία της βούλησης δεν είναι παρά μια ψευδαίσθηση. Αν όμως δεν υπάρχει ελεύθερη βούληση, τότε δεν υπάρχουν ούτε η αμαρτία, ούτε η αρετή. Το επιχείρημα αυτό το χρησιμοποίησαν οι Καλβινιστές για να αμφισβητήσουν φιλοσοφικά το δικαίωμα της καθολικής εκκλησίας να μοιράζει συγχωροχάρτια! Με αυτά τα δεδομένα το γεγονός ότι η κβαντομηχανική μας είπε ότι στον μικρόκοσμο οι φυσικές διαδικασίες διέπονται από πιθανοκρατικούς νόμους υπήρξε μία τεράστια επανάσταση στην αντίληψη μας για τον κόσμο. Και γι’ αυτό προκάλεσε, επίσης, κύματα αντιδράσεων. Ακόμη και φιλοσοφικών και πολιτικών αντιδράσεων. Η κβαντομηχανική χαρακτηρίστηκε στη ναζιστική Γερμανία ως εβραϊκή φυσική, που έπρεπε να καθαρθεί από το εβραϊκό μίασμα και να γίνει φυσική των Αρίων, ενώ και στη Σοβιετική Ένωση στη διάρκεια της σταλινικής εκτροπής, η κβαντομηχανική θεωρήθηκε αντίθετη προς την επίσημη φιλοσοφία του λεγόμενου διαλεκτικού υλισμού.
Στην εποχή μας, στην εποχή των αλγορίθμων, ένα κι ένα εξακολουθεί να κάνει πάντα δύο;
Οι κανόνες της αριθμητικής όπως και τα μαθηματικά θεωρήματα, είναι αιώνιοι και ουδείς μπορεί να τους αλλάξει. Όμως η κβαντομηχανική μας δίνει τη δυνατότητα να κάνουμε υπολογισμούς με διαφορετικό τρόπο απ’ ότι στους κλασσικούς υπολογιστές διότι τώρα οι θέσεις μνήμης που ήταν 0 ή 1, μπορούν να είναι και σε μία κατάσταση επαλληλίας όπως τη λέμε, δηλαδή 0 και 1 ταυτόχρονα. Κάτι σαν τη «γάτα του Σρέντινγκερ» που μπορεί να είναι ζωντανή και νεκρή ταυτόχρονα και μόνο ανοίγοντας το κουτί για να την παρατηρήσουμε πραγματοποιούμε τη μία ή την άλλη εκδοχή της. Αυτή είναι η περίφημη αρχή της επαλληλίας, στην οποία βασίζονται οι κβαντικοί υπολογιστές. Και χάρις σ’ αυτήν την αρχή, είναι δυνατό να αποθηκεύσει κάποιος ένα τερατώδες ποσόν πληροφορίας μέσα σε ελάχιστη μνήμη αφού κάθε ψηφίδα της μπορεί να είναι 0 και 1 ταυτόχρονα. Γι’ αυτό αν πραγματοποιηθεί το όνειρο των κβαντικών υπολογιστών – και μάλλον είναι θέμα λίγων χρόνων να το δούμε να πραγματοποιείται σε εμπορική κλίμακα - η δική μας εποχή θα μοιάζει με την εποχή – έτσι λένε οι «προφήτες» του κλάδου - του χαλκού όταν ήρθε η εποχή του σιδήρου!
Σε όλη αυτήν την κβαντική επανάσταση εξηγήστε μας τον ρόλο του βομβιστή Αϊνστάιν και του στρατηγού Μπορ…
Κατ’ αρχάς όταν γίνεται μια επιστημονική επανάσταση οι επιστήμονες που συμμετέχουν είναι όλοι βομβιστές. Πρέπει πρώτα να βάλεις βόμβα στο παλιό καθεστώς και μετά να οικοδομήσεις το νέο. Εν προκειμένω να
αποδείξεις ότι η παλιά φυσική, η Νευτώνεια φυσική, όταν εφαρμόζεται στα φαινόμενα του μικρόκοσμου, στα άτομα για παράδειγμα, οδηγεί σε απολύτως παράλογα αποτελέσματα. Σε ένα πραγματικό φιάσκο. Εάν ίσχυε η νευτώνεια φυσική δεν θα υπήρχαν καν άτομα, επομένως ούτε μόρια και σίγουρα ούτε εμείς για να το συζητάμε. Το πρώτο στάδιο σε μια επιστημονική επανάσταση είναι λοιπόν, να αποδείξεις ότι το παλιό καθεστώς δεν μπορεί πια να εξηγήσει τον κόσμο. Αυτές είναι οι βόμβες. Και ο Αινστάιν έβαλε τις πιο μεγάλες από αυτές. Την σχετικότητα, η οποία ανέτρεψε τις θεμελιώδεις ιδέες του απόλυτου χώρου και χρόνου και έδωσε επίσης τη χαριστική βολή στην κλασική θεωρία για το φως, αποδεικνύοντας ότι αποτελείται από μικρά αδιαίρετα κομμάτια – κάτι σαν τα άτομα της ύλης – που ένας άλλος βομβιστής είχε προτείνει λίγα χρόνια νωρίτερα ονομάζοντάς τα κβάντα φωτός απ’ όπου και το όνομα κβαντομηχανική. Ο Μπορ από την πλευρά του έβαλε κι αυτός μια μεγάλη βόμβα, όταν απέδειξε ότι το άτομο δεν θα υπήρχε καν εάν ίσχυαν οι παλιοί νόμοι. Αλλά ο Μπορ ήταν ταυτόχρονα και Στρατηγός. Γύρω του, δηλαδή στο Ινστιτούτο που ιδρύθηκε γι’ αυτόν στην Κοπεγχάγη, μαζεύτηκαν οι «πιτσιρικάδες» της κβαντικής επανάστασης. Παιδιά κάτω των 25 ετών όταν έκαναν ανακαλύψεις που διαλέγονται με την αιωνιότητα. Στην Κοπεγχάγη ήταν λοιπόν, το στρατηγείο της κβαντικής επανάστασης στο οποίο η κβαντομηχανική πήρε τη μορφή που σήμερα γνωρίζουμε. Και η οποία μας λέει, μεταξύ άλλων, ότι οι φυσικές διαδικασίες στο μικρόκοσμο μόνο με πιθανότητες μπορούν να προβλεφθούν. Γι’ αυτό και η συγκεκριμένη ερμηνεία – η μόνη που ισχύει σήμερα -ονομάστηκε σχολή της Κοπεγχάγης.
«Μια επιστημονική επανάσταση επικρατεί όχι επειδή μια "παράταξη" κέρδισε την πλειοψηφία σε ένα συνέδριο, αλλά γιατί όλα τα πειραματικά δεδομένα την επιβεβαιώνουν. Αυτό συνέβη και με την κβαντομηχανική, η οποία στήθηκε ως μια ακριβής μαθηματική θεωρία ήδη από το 1930 με υπέρκομψες εξισώσεις που κάνουν σαφέστατες και αναμφίβολες προβλέψεις και οι οποίες ελέγχθηκαν με ακρίβεια έως και 12 δεκαδικών ψηφίων σε κρίσιμα πειράματα»
Δηλαδή η κβαντομηχανική είναι σήμερα γενικά αποδεκτή; Παίζει χωρίς αντίπαλο;
Μια επιστημονική επανάσταση επικρατεί όχι επειδή μια «παράταξη» κέρδισε την πλειοψηφία σε ένα συνέδριο, αλλά γιατί όλα τα πειραματικά δεδομένα την επιβεβαιώνουν. Αυτό συνέβη και με την κβαντομηχανική, η οποία στήθηκε ως μια ακριβής μαθηματική θεωρία ήδη από το 1930 με υπέρκομψες εξισώσεις που κάνουν σαφέστατες και αναμφίβολες προβλέψεις και οι οποίες ελέγχθηκαν με ακρίβεια έως και 12 δεκαδικών ψηφίων σε κρίσιμα πειράματα. Και έτσι, η κβαντομηχανική εδραιώθηκε ως το νέο επιστημονικό καθεστώς, το οποίο περιλαμβάνει την παλιά φυσική ως ειδική της περίπτωση. Διότι αυτό συμβαίνει πάντα στην επιστήμη: το νέο επεκτείνει το παλιό, δεν το καταργεί. Μέχρι σήμερα λοιπόν, δεν έχουν βρεθεί αδύνατα σημεία στην κβαντομηχανική, παρά τις προσπάθειες που έγιναν. Για παράδειγμα, ο Αϊνστάιν και άλλοι διαφωνούσαν με την πιθανοκρατία. Μάλιστα ο Αϊνστάιν είχε πει το περίφημο «Ο Θεός δεν παίζει ζάρια με τον κόσμο». Για να του απαντήσει ο Μπορ: «Αϊνστάιν σταμάτα να λες στον Θεό τι να κάνει»! Και πώς λύθηκε η διαφωνία; Με τον τρόπο της επιστήμης βεβαίως, δηλαδή με το πείραμα. Από το 1972 μέχρι το 1998 τρεις ταλαντούχοι πειραματικοί φυσικοί, πραγματοποίησαν μια σειρά εκπληκτικών πειραμάτων, με τα οποία απεδείχθη πέραν πάσης αμφιβολίας, ότι οι πιθανότητες που λέει η κβαντομηχανική είναι ένα θεμελιώδες χαρακτηριστικό της φύσης στον μικρόκοσμο. Αντίθετα με ό,τι πίστευε ο Αϊνστάιν, ο Θεός παίζει ζάρια με τον κόσμο. Σ’ αυτή την πρώτη αναμέτρησή τους ο Μπόρ είχε δίκιο και ο Αϊνστάιν άδικο.
Δηλαδή η κβαντομηχανική δεν έχει… αχίλλειο πτέρνα;
Έχει σίγουρα μία που μάλλον θα κρίνει το μέλλον της. Διότι υπάρχει ένα μεγάλο αγκάθι που δεν έχει γίνει ακόμη δυνατό να επιλυθεί από τους φυσικούς - παρότι οι καλύτεροι από αυτούς ασχολούνται με το θέμα εδώ και 50 χρόνια – και είναι τούτο: Να συμβιβάσουν την γενική θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν (που είναι στην ουσία η σύγχρονη θεωρία της βαρύτητας η οποία προβλέπει τις μαύρες τρύπες, τα κύματα βαρύτητας και την διαστολή του σύμπαντος) με την κβαντομηχανική. Τι συμβαίνει λοιπόν; Πιθανότατα το εξής: Ή η κβαντομηχανική του Μπορ ή η γενική θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν έχουν κάποιο θεμελιώδες λάθος. Ενδεχομένως και οι δύο. Αυτό είναι το μεγάλο στοίχημα της θεμελιώδους φυσικής του 21ου αιώνα. Μία νέα γιγαντομαχία πάλι ανάμεσα στον Βομβιστή και στον Στρατηγό. Έστω, ανάμεσα στις ιδέες τους για τη βαθύτερη φύση της πραγματικότητας.
Και η γιγαντομαχία αυτή θα βασίζεται στον εντοπισμό κάποιου βασικού λάθους στη μία ή στην άλλη θεωρία;
Ναι. Και ενδεχομένως θα μας αναγκάσει να αναθεωρήσουμε και την κβαντομηχανική και τη γενική θεωρία της Σχετικότητας, αλλά σε ένα επίπεδο που θα επηρεάζει μόνο όσα έγιναν στα πρώτα κλάσματα του κοσμικού χρόνου στο σύμπαν. Όλοι όσοι ασχολούνται με την παραδοσιακή τεχνολογία, με την τεχνητή νοημοσύνη, με τους ημιαγωγούς, τα λέιζερ, ή τους κβαντικούς υπολογιστές, θα συνεχίσουν κανονικά τη δουλειά τους. Θα χρησιμοποιούν την κβαντομηχανική που ξέρουμε. Όμως στο ακραίο σύνορο, όπου αναρωτιέται κανείς τι έγινε στις πρώτες-πρώτες στιγμές του σύμπαντος θα έχουμε πιθανότατα μια δραματική αναθεώρηση των σημερινών ιδεών μας. Το σίγουρο είναι ότι μέρες μεγάλης επιστήμης βρίσκονται μπροστά μας. Και η αίσθηση μου είναι ότι βρισκόμαστε λίγο πριν το ξέφωτο! Ας πούμε είκοσι χρόνια πριν!
Γιατί όμως έχει σημασία να ξέρουμε τι έγινε τις πρώτες στιγμές του σύμπαντος; Τι θα χάσουμε εάν δεν το μάθουμε;
Ότι θα χάναμε εάν βάζαμε όρια στην έμφυτη ανάγκη του ανθρώπου να καταλάβει τον κόσμο. Ας σκεφτούμε πως ξεκίνησε η επιστήμη. Ας πάμε πίσω σ’ εκείνη τη μοναδική στιγμή που ο άνθρωπος βγήκε για πρώτη φορά από τη σφαίρα της ανάγκης, τη σφαίρα της επιβίωσης, και άρχισε να κοιτάζει τον ουρανό και να διερωτάται: Πώς βρεθήκαμε άραγε εδώ; Γιατί ο ουρανός είναι πράγματι το πιο βαθύ, το πιο μυστηριακό θέαμα που έχει αντικρίσει ποτέ το είδος μας. Και κάπως έτσι τέθηκε για πρώτη φορά το ερώτημα: Μήπως οι ουρανοί εκεί πάνω δεν κυβερνώνται από θεούς και δαίμονες αλλά από αντικειμενικούς και απρόσωπους νόμους; Ότι ίσως ζούμε σε μια νομοκρατούμενη φύση. Αυτό έγινε στην αρχαία Ελλάδα και πρόκειται για το μεγαλύτερο άλμα στην ιστορία του πολιτισμού μας. Θα ήμασταν ακόμα στις σπηλιές αν βάζαμε όρια στην περιέργειά μας για τον κόσμο. «Φύσει του ειδέναι ορέγεται άνθρωπος» για να θυμηθούμε την αρχαία σοφία.
Επομένως η αρχή του σύμπαντος εξηγεί ότι ακολούθησε…
Ακριβώς. Εμείς, βεβαίως, παίρνοντας κάποια πράγματα ως δεδομένα μπορούμε να εξηγήσουμε τα μετέπειτα. Εκείνο που δεν ξέρουμε είναι γιατί παραλάβαμε ό,τι παραλάβαμε, από τα πρώτα πρώτα κλάσματα του κοσμικού χρόνου. Και θα θέλαμε πολύ να το μάθουμε. Έστω και αν χρειαστεί μια νέα επιστημονική επανάσταση για να το πετύχουμε. Ενώ βέβαια και η κατανόηση της φυσικής των μελανών οπών – που είναι σήμερα στο σκοτάδι – θα χρειαστεί τις νέες ιδέες που θα φέρει αυτή η επανάσταση.
Από ποια περιοχή του πλανήτη θα έρθει η εξέλιξη που περιγράψατε; Από την Ευρώπη; Την Αμερική; Την Ασία;
Υπάρχει εδώ ένα κρίσιμο ερώτημα: Θα συνεχίσει ο δυτικός κόσμος να έχει την πρωτοκαθεδρία στην θεμελιώδη επιστήμη; Αυτήν που θέτει τα έσχατα ερωτήματα για τους νόμους του σύμπαντος; Διότι η επιστήμη αυτού του είδους αναπτύχθηκε μόνο σε δημοκρατικές χώρες. Ξεκίνησε από την Αρχαία Ελλάδα και την σκυτάλη πήρε μετά ο Δυτικός Κόσμος με το κίνημα του Διαφωτισμού που ήταν το κατ’ εξοχήν παιδί της επιστημονικής επανάστασης του 17ου αιώνα και οδήγησε στην ανατροπή ή μετεξέλιξη των ελέω Θεού καθεστώτων στα σημερινά δημοκρατικά πολιτεύματα που όσο ατελή και αν είναι, είναι ό,τι καλύτερο έχουμε. Αν, λοιπόν, ο δυτικός κόσμος δεν καταφέρει να αντισταθεί στις νέες μορφές αυταρχισμού που είναι ήδη μπροστά μας, τότε το μέλλον της θεμελιώδους επιστήμης είναι μάλλον σκοτεινό. Με την υπάρχουσα βασική γνώση, η τεχνολογία έχει βέβαια πολλά ακόμα περιθώρια ανάπτυξης – και τα αυταρχικά ή ολοκληρωτικά καθεστώτα πάντα ενδιαφέρονται για αυτήν – όμως το ανατρεπτικό πνεύμα της θεμελιώδους επιστήμης, μόνο σε συνθήκες δημοκρατικού πολιτεύματος μπορεί να ανθίσει. Ενώ αποτελεί ταυτόχρονα και δύναμη δημοκρατίας το ίδιο, αφού δεν αναγνωρίζει αυθεντίες και «ευγενείς αλήθειες» που αρνούνται να υποβληθούν στον έλεγχο της εμπειρίας. Κι επειδή το μέλλον της δημοκρατίας θα κριθεί στον δυτικό κόσμο, εκεί θα κριθεί και το μέλλον της θεμελιώδους επιστήμης.
Κύριε Τραχανά, θεωρείστε ο πρωτομάστορας των εξαιρετικά επιτυχημένων Πανεπιστημιακών Εκδόσεων Κρήτης, του πρώτου πανεπιστημιακού εκδοτικού οίκου της χώρας. Με ποιους στόχους ξεκινήσατε;
Θέλαμε να δημιουργήσουμε αφενός ποιοτικά συγγράμματα για τους φοιτητές, τα οποία να ανεβάζουν το επίπεδο των σπουδών τους στο ύψος των καλύτερων διεθνών προτύπων, και αφετέρου βιβλία εκλαϊκευμένης επιστήμης, ώστε να μεταφέρουμε στο ευρύ κοινό όχι μόνο τα επιστημονικά επιτεύγματα, αλλά και το πνεύμα της επιστήμης καθαυτό. Ότι στην επιστήμη δεν υπάρχουν υπερβατικές αλήθειες που εξαιρούνται από την υποχρέωση να υποβάλλονται σε εμπειρικό έλεγχο. Όλα κρίνονται από την παρατήρηση και το πείραμα. Από την εμπειρική πραγματικότητα. Όσο σοφός και αξιοσέβαστος και να ήταν ο Αϊνστάιν οι θεωρίες του θα κρινόταν από το πείραμα κι αυτή είναι η πρώτη φορά στην
ιστορία που δεν αναγνωρίζονταν αυθεντίες. Η μόνη αυθεντία είναι η εμπειρική πραγματικότητα. Αυτό δεν το δέχεται κανένα ολοκληρωτικό σύστημα. Συχνά δυσκολεύονται ακόμα και τα δημοκρατικά καθεστώτα ή οι πολίτες τους, να δεχθούν ότι πάνω από τις γνώμες και τις πεποιθήσεις μας, είναι τα γεγονότα. Τουλάχιστον από την πλευρά μου, αυτόν θεωρούσα πάντα έναν βασικό σκοπό του εκδοτικού μας προγράμματος. Να διαδώσει το… αυθάδες πνεύμα της επιστήμης. Αυτό το πνεύμα που εξέφρασε κάποτε ο Αϊνστάιν στην κλασική φωτογραφία του με τη γλώσσα έξω.
Μήπως όμως όλα αυτά αναθεωρηθούν από την Τεχνητή Νοημοσύνη; Μήπως και το μέλλον της επιστήμης θα εξαρτηθεί απ’ αυτήν;
Επειδή η Τεχνητή Νοημοσύνη «ταΐζεται» από υπάρχοντα δεδομένα δεν το θεωρώ πιθανόν να μας δώσει κάτι πραγματικά καινούριο στην επιστήμη. Όπου το νέο όχι μόνο δεν προκύπτει από το ήδη γνωστό, αλλά είναι και σε απόλυτη ρήξη μαζί του. Το στοίχημα, δηλαδή, είναι εάν η Τεχνητή Νοημοσύνη θα μπορέσει _για παράδειγμα- να ανακαλύψει ένα καινούριο γεωμετρικό θεώρημα ή – πηγαίνοντας στα άκρα – να μας λύσει το αίνιγμα της κβαντικής βαρύτητας. Στη σημερινή της μορφή, σίγουρα δεν μπορεί.
Όλες αυτές οι εξελίξεις πυκνώνουν τον ιστορικό χρόνο;
Νομίζω πως ναι. Διότι υπάρχουν πλέον εργαλεία που σου επιτρέπουν να κάνεις διάφορους υπολογισμούς και να διερευνήσεις δυνατότητες, που αλλιώς θα σου ήταν απρόσιτες ή θα χρειάζονταν χρόνια για να ερευνηθούν. Με αυτή την έννοια τα πράγματα σίγουρα θα τρέχουν γρηγορότερα και οι εξελίξεις θα είναι πολύ πυκνότερες. Για το καλύτερο ή για το χειρότερο κανείς δε ξέρει. Είναι ένα ανοικτό στοίχημα για τον πολιτισμό μας.
