A jövő fizikájáról, ma
12 perc olvasás
Lévai Péter, elméleti fizikus, kutató (BME) „A jövő fizikája, stratégiák a fizika világában" címmel tartotta előadását a februári ICT Day 2012 konferencián. A természettudományok művelése során, különösen a modern fizikában, érdekes stratégiákat alkalmaznak.Az elméleti fizikusok szeretnék minél alaposabban megérteni a környező világot, erre két, jól elkülöníthető megközelítés, a futurológiai és a prognosztikai alkalmazható. Ennek során felmerülnek jó és rossz magyarázatok, egzotikus témák, mint a fizikában megjelenő extra dimenziók, a kvantumszámítógépekkel megjelenő kvantum-informatika, s ennek kozmológiai vonatkozásai.
Lévai Péter, elméleti fizikus, kutató (BME) „A jövő fizikája, stratégiák a fizika világában" címmel tartotta előadását a februári ICT Day 2012 konferencián. A természettudományok művelése során, különösen a modern fizikában, érdekes stratégiákat alkalmaznak.Az elméleti fizikusok szeretnék minél alaposabban megérteni a környező világot, erre két, jól elkülöníthető megközelítés, a futurológiai és a prognosztikai alkalmazható. Ennek során felmerülnek jó és rossz magyarázatok, egzotikus témák, mint a fizikában megjelenő extra dimenziók, a kvantumszámítógépekkel megjelenő kvantum-informatika, s ennek kozmológiai vonatkozásai.
Stanislaw Lem a Summa Technologiae c. könyvében, a '60-as években elkülönítette a két kifejezést, a prognosztikát és a futurológiát.
(http://hu.wikipedia.org/wiki/Summa_Technologiae ,
http://hu.wikipedia.org/wiki/Aquinói_Szent_Tamás , http://phil.elte.hu/logic/filtort/Summa-segedlet.pdf ,
http://phil.elte.hu/logic/filtort/Summa-segedlet.pdf )
A prognosztikai megközelítés azt jelenti, hogy vannak bizonyos tendenciák, trendek, ezeket extrapoláljuk, s ennek alapján próbálunk a jövőről képet alkotni. Látványos módon ez néha nem úgy működik, ahogy szeretnénk, példa rá Michel Faradey és az általa felfedezett elektromosság.
( http://hu.wikipedia.org/wiki/Michael_Faraday , http://energiapedia.hu/michael-faraday )
Vagy Viktória királynő, aki a gőzgépen alapuló angol sikereket akarta extrapolálni a jövőre, gondolván, több száz évre ez fogja meghatározni a fejlődést, ezért meglátogatta a tudóst. Látva a rengeteg tekercset és mágnest, megkérdezte, mire jók ezek? A legenda szerint Faradey azt válaszolta; „Mire jó egy újszülött csecsemő?" Egy nap fenség meg fogja adóztatni ezeket a tekercseket és mágneseket." (http://www.rubicon.hu/magyar/oldalak/viktoria_kiralyno/ )
Faradey jóslata bejött…
Ugyancsak a véletlen játszott közre a rádioaktivitás felfedezésénél is Bacqerelnél , Fleming és a penicillin történeténél, s a példák hosszan sorolhatók.
(http://www.kfki.hu/physics/historia/b/e/becquerel/becquerel.html ,
http://www.vital.hu/themes/history/history7.htm )
Kiemelhető közülük az atommag felfedezőjének, Rutherfordnak az esete; 1937-es halála előtt megkérdezték, szerinte mikor fogják felhasználni az atomenergiát. Válasza; az elkövetkező egy-kétszáz évben nem. Nos, 1941-ben begyújtották az első atomreaktort, '45-ben ledobták az első atombombát, s az atomenergia mindannyiunk életét és gondolkodását átalakította.
(http://hu.wikipedia.org/wiki/Ernest_Rutherford )
A prognosztikai módszer tehát látványosan kudarcot vall, még szakemberek, fizikusok esetében is.
Az internet felfedezése is fizikushoz fűződik, Tim Berners-Lee a CERN-ben dolgozott, ott próbált adatfeldogozó hálózatot létrehozni a nagymennyiségű részecske-adat kezelésére, feldolgozására. (http://hu.wikipedia.org/wiki/Tim_Berners-Lee )
Kolombusz Kristóf is Indiát akarta új úton megközelíteni, s véletlenül megtalálta Amerikát…
A felfedezések jelentős része során valami mást keresünk, s mintegy melléktermékkén kapjuk a furcsa felfedezést.
Einstein 1916-ban alkotta meg az általános relativitás elméletet, ennek folyománya, hogy az órák másként járnak pl. egy nagy emeletes ház tetején, mint a földszinten. Ez néhány milliomod másodpercet jelent, s Einstein nem is gondolta, hogy ennek lesz valamilyen alkalmazása, de a relativitáselmélet vívmányait ma, száz év múlva a GPS rendszer használja.
Számos híres tévedés is fűződik a prognosztikai szemlélethez. Thomas Malthus XX. századi utóda, a biológus
Paul Erlich a „Population Bomb" c. könyvében megjósolta, hogy az egyik trend, az emberiség szaporodása jóval gyorsabb, mint az élelmiszer-mennyiség növekedése, s ennek bekövetkeztekor hihetetlen méretű éhínségek lesznek. Nem így történt, nem kalkulálta be következtetéseibe, hogy egy agronómus-tudós manipulálni tudja a búza génjét, s terméseredményei révén sokkal több embert lehet táplálékhoz juttatni. Ebben az esetben is bizonyos trendeket extrapoláltak és megfeledkeztek az emberi invencióról, a képzelet hatalmáról és „a jó magyarázatok" kereséséről.
(http://ecopedia.hu/thomas-malthus , http://en.wikipedia.org/wiki/Paul_R._Ehrlich )
A jó magyarázatok keresése kifejezés David Deutchnak, a kvantumszámítógép egyik atyjának könyvében jelent meg, ő nagyon képszerűen érvelt amellett, hogy vannak jó és rossz magyarázatok, s a futurológiai megközelítés legfontosabb eleme a jó magyarázatok keresése.
A jó és rossz magyarázat különbsége; a rossz magyarázatot könnyű variálni Carl Sagan ír erről, a jó magyarázatot nehéz variálni.
(http://hu.wikipedia.org/wiki/Carl_Sagan )
Másik fontos észrevétel; a jó magyarázaton alapuló tudományos elméletek a látható világot mindig valamilyen láthatatlan dolgok segítségével igyekeznek megmagyarázni.
Idevágó érdekes kérdések és válaszok;
-miért van éjszaka sötét? – az egyik megdöbbentő válasz: mert az univerzum tágul, nem azért mert lemegy a nap.
Ki látott már univerzumot? Hogy tágulhat az univerzum? – ezek a láthatatlan dolgok…
-miért kék az ég? – kék eget mindenki látott, atomokat senki, pedig a válasz; az atomos anyag szemcsés szerkezetű, ezért a kék fényt szórja szét a legjobban.
-miért vonz a Föld ? – azért mert a Föld meggörbíti a téridőt, de mi az a téridő, mi az, hogy meggörbíti…?
Az ilyen láthatatlan elemek segítségével adnak magyarázatokat a fizikusok, s ezek jó magyarázatok, mert nehéz variálni őket. Megmutatják, mi a gyenge pontja az elméletnek, milyen kísérletet végezzünk, aminek segítségével cáfolható lenne valami, s vita segítségével a gyenge elméleteket el tudjuk vetni. A cáfolhatóság nagyon fontos, a jó magyarázatot nehéz variálni.
Honnan tudjuk az olyasfajta érdekes dolgokat, hogy az anyag atomokból áll, stb.? Gondolhatnánk, megfigyelésekből. Nagyon fontos azonban, hogy minden megfigyelés előzetes tudásba van ágyazva, ahhoz, hogy valamilyen irányú kísérletet végrehajtsunk, ahhoz valamit már tudnunk kell. A szemünkbe érkező különböző fény-nyalábokból következtetünk, hogy a fénypont az égen egy csillag, egy óriási gázgömb, amiben mindenféle folyamatok zajlanak. Azt senki nem látja, hogy a csillagban termonukleáris fúzió zajlik, annyit látunk, hogy „egy pötty itt van, ahelyett, hogy ott lenne". Ezekből a megfigyelésekből próbáljuk megmondani, hogyan működnek a csillagok.
Ehhez előzetes tudásra van szükség, honnan jön ez? A képzelet segítségével feldobunk egy ötletet és ellenőrizzük, ha tudjuk. Az egymással versengő ötletekből, magyarázatokból kilúgozzuk a jó magyarázatokat.
Az extra-dimenziókról
Az atomok létét a filozófus Mach támadta, mondván, atomot senki nem látott, miért ezzel magyarázzuk azt ami van, miért nem azzal, amit mindenki lát. Haláláig nem tudta elfogadni az atomok létezését, a sors iróniája, hogy ma már a scanning tuneling mikroszkóppal valóban lehet látni az atomokat, Mach ma már bizonyára megnyugodna ebben. (http://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_tunneling_microscope)
(http://nyitottegyetem.phil-inst.hu/tudfil/fedlap/Mach2.htm )
Ehhez hasonlóan, az extra dimenziók kérdése is tipikusan olyan problémakör, amelynél nagyon érdekes, közvetett módon jutott el a fizikus társadalom a lehetőség elfogadásáig. A CERN-ben az egyik európai közös részecske-gyorsító kísérlet igazolhatja ezen gondolat létjogosultságát.
Hogyan is merült fel ez a gondolat?
A természetben négy kölcsönhatást különböztetünk meg;
-a gravitációt,
-az elektromágnességet (Maxwell elmélete egyesítette a korábban külön kezelt elektromos és mágneses jelenségekre vonatkozó tudásterületet),
-az un. gyenge kölcsönhatást; ez a radioaktivitás,
-az erős kölcsönhatást; ez az ami a magerőknél és az atommagban zajló folyamatokat mozgatja.
Ez a négy erő nagymértékben különbözik, azt gondolhatnánk, semmi közük egymáshoz. Az utóbbi évtizedekben azonban kiderült, hogy (képletesen szólva), egy hegynek a nyugati oldalról nézett alakja másképpen fest, mint az északi nézete, de attól a hegy még egységes valami. Ugyanígy, a négy különböző oldal nézetének megfelelően, a fizikusok úgy gondolják, hogy létezik egy egységes „szupererő", amelynek különböző megnyilvánulási formáit jelenti ez a négy erő. Kiderült, hogy az elektromágneses kölcsönhatás, a gyenge kölcsönhatás és az erős kölcsönhatás egységes képbe foglalható, a vonatkozó teóriákra többen kaptak Nobel díjat, s ezek minden kísérleti eredményt jól visszaadnak.
Egyedül a gravitáció lóg ki a sorból. A hatvanas évek végén ennek kezelésére kitaláltak egy érdekes teóriát, a húr-elméletet. Kiderült, a gravitáció is bevonható az egyesítésbe, ha feltesszük, hogy az anyag nem szemcsés szerkezetű, nem elemi részecskékből, atomokból, stb. áll, hanem kiterjedt objektumokból, húrokból, membránokból, s ezeknek a húroknak és membránoknak a különböző rezgési mintázatait interpretáljuk mi atomokként.
Ez matematikailag szépen leírható, ily módon ez a költői kép izgatja azóta is a fizikusokat, hogy az univerzum lényegében (ironikusan szólva) húrok és membránok „szimfóniája.
http://hu.wikipedia.org/wiki/Húrelmélet
Egy apró gonddal sokáig nem tudtak azonban mit kezdeni a fizikusok, (sokáig nem is merték bedobni a köztudatba), hogy ezek a húrok és membránok csak extra-dimenziós téridőkben létezhetnek. Ezek a dimenziók emellett különös módon számbelileg behatároltak; tíz-, vagy tizenegy dimenziószámban. A mi világunkban négy dimenzió van; előre-hátra, jobbra-balra, föl-le, négy koordinátával lehet jellemezni mindent, ami történik a világban.
Az új felfogás szerint azt mondják, van még extra hat. Mi is ez az extra hat, ezen folyik a nagy kísérletezgetés és találgatás, hogy mi lehet, ennek milyen technológiai implikációi (megvalósulási vetületei) lehetnek.
További gond is felmerült; hat különböző, matematikailag jól viselkedő teória van. Ez a bőség zavarának tűnik, de ha nem kiterjedt objektumokkal, pl. kis golyókkal, pontocskákkal, részecskékkel próbáljuk leírni az anyagot, akkor a leírást gyakorlatilag végtelen lehetséges módon megtehetnénk. Kiterjedt objektumokat azonban, miként az kiderült, csak hat, matematikailag jól viselkedő teória tud leírni. Most melyiket szeressük?
A fizikusok kedvenc hasonlata, ami Buddhánál jelent meg először; a csapatnyi vak ember, akik szeretnék megtudni milyen az elefánt. Egyik fogja az ormányát, másik a farkát, harmadik a fülét, a negyedik tapogatja a lábát, így próbálják kitalálni, milyen az elefánt. Olyan, mint a locsolócső, mint a kötél, mint valami nagy lepedő, mint egy oszlop?
http://www.scifi.abbcenter.com/?id=16377&cim=1#
Hasonlóan jártak el a fizikusok is. A '90-es évek közepére kiderült, ezek a különbözőnek nevezett, nagyon különbözően viselkedő teóriák lényegében valamilyen furcsa, egységes teóriának a különböző megjelenései.
Ezt elnevezték M-elméletnek. Az elméleti fizikusok többsége azon gondolkodik, mik lehetnek azok a „végső" elvek, amelyek segítségével ez az egységesítés megoldható.
(http://en.wikipedia.org/wiki/Introduction_to_M-theory , m-, mint mistery, mather)
A négydimenziós objektumok úgy szemléltethetők, mintha a mi háromdimenziós világunkban megjelenő dolgok a magasabb síkú történések levetülései, vetületei lennének. (A „Mézga család" rajzfilm sorozatában a lepény-bolygó síkban mozgó lényei hogyan képzelik el a háromdimenziós teret…) A gondolat kifejtése nagyon érdekes következtetésekre vezette a fizikusokat.
http://www.atomcsill.elte.hu/letoltes/foliak/4_evf/atomcsill_4_09_Cynolter_Gabor.pdf
http://www.termeszetvilaga.hu/kulonsz/k003/extra.html
A kvantum-számítás a kvantum-informatika megjelenését tette lehetővé. Ebben a körben a bitek, a 0 és az 1 helyett ezek kombinációi is lehetségesek. 0 vagy 1 megvalósulása valamilyen valószínűséggel történhet meg, s ezen valószínűségek keveréke is szerepelhet a kvantum-informácia elméletében, s van egy különleges jelenség is, a kvantum összefonódottság, amelynek segítségével érdekes kvantum-számítógépet lehet építeni. Ennek lehetősége még csak papíron szerepel, de algoritmusokat már kitaláltak rá a matematikusok.
A kvantum-számítás hihetetlenül hatékony módszer, egy sor, számítástechnikailag nagyon lassan kezelhető problémát exponenciálisan felgyorsítva lehet vele kezelni. Kvantum-számítógéppel pl. egy adatbázisban sokkal gyorsabban lehet majd megtalálni bizonyos elemeket. Riadalmat keltett korábban a Pentagonban és talán a bankvilágban is, hogy a nyilvános titkosítási rendszereket pillanatok alatt fel lehetne törni egy kvantum-számítógéppel- Az un. sor-algoritmus segítségével nagyon gyorsan, néhány perc alatt meg lehetne találni nagy-számjegyű, pl. 250 jegyű szám 15 alapú prim-faktorait. Egy 129 jegyű számot 8 hónapon keresztül, 1.400 munkaállomás internetes összekapcsolásával lehetett megtalálni, ugyanezt a sor-algoritmus néhány másodperc alatt megtenné.
http://hu.wikipedia.org/wiki/Kvantumszámítógép
http://kvantumszamitogep.lap.hu/
http://www.termeszetvilaga.hu/fizika_eve/fizika/papp.html
http://www.szfki.hu/articles/janszky_mtudo_2005_2.pdf
http://www.matud.iif.hu/05dec/16.html
http://pszegedi.web.elte.hu/fizfil/kvfil_11f.pdf
http://www.phys.unideb.hu/jegyzetek/kvinfl.pdf
http://hanyecztamas.uw.hu/Dokumentumok/KI.ppt
http://www.mcl.hu/quantum/foliak.html
http://astro.elte.hu/icsip/kozmologia/index.html
Tehát, nagyon érdekes új fejlemények lehetségesek a fizikában, amelyek technológiai vonatkozásait még nem tudjuk megítélni. Az extra dimenziók és az un. „párhuzamos lehetőségek" külön figyelmet érdemelnek, a kvantum számítással egyetemben.
Az univerzum sokkal nagyobb, mint gondolnánk, s ennek olyan, előre nem jelezhető technológiai vonatkozásai lesznek, melyeket nehéz lesz feltérképezni. Egyetlen alkalmas futurológiai módszert lehet használni; a magyarázatok keresését.
http://hu.wikipedia.org/wiki/Kozmológia
Harmat Lajos
