Ο Νιλς Μπορ και η αυτοκριτική της κβαντοθεωρίας. Η ζωή και το έργο του Μπορ

Χρήστος Κεφαλής

Ο Νιλς Μπορ γεννήθηκε το 1885 στην Κοπεγχάγη σε μια μορφωμένη αστική οικογένεια. Το ενδιαφέρον του για τη φυσική υποκινήθηκε από τον πατέρα του, καθηγητή φυσιολογίας στο Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης. Εκεί σπούδασε από το 1903 φυσική, αλλά και μαθηματικά, αστρονομία, χημεία και φιλοσοφία, ως δευτερεύοντα αντικείμενα. Το 1911 έφυγε στην Αγγλία για να μελετήσει με τον Τόμσον στο Κέιμπριτζ και αργότερα μετακινήθηκε στο Μάντσεστερ, όπου συνεργάστηκε με τον Ράδερφορντ στην έρευνα τη δομής του ατόμου. Καρπός αυτής της δουλειάς ήταν η θεμελιώδης θεωρία του για τη δομή του ατόμου την όποια δημοσίευσε το 1912, με την επιστροφή του στην Κοπεγχάγη. Εκεί, συνδυάζοντας την υπόθεση του Πλανκ για την κβάντωση με την κλασική έννοια της τροχιάς, ο Μπορ μπόρεσε να εξηγήσει το φάσμα του ατόμου του υδρογόνου. Αν και ξεπεράστηκε αργότερα, το μοντέλο του ήταν το πρώτο βήμα στη διατύπωση της κβαντικής θεωρίας.

Μετά από νέα παραμονή στο Μάντσεστερ, το 1916 έγινε καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης και διευθυντής στο Ινστιτούτο Θεωρητικής Φυσικής της πόλης, που ο ίδιος ίδρυσε στα 1921. Σε αυτή την περίοδο, από κοινού με τον Χάιζενμπεργκ και άλλους επιφανείς φυσικούς, επεξεργάστηκαν το κβαντικό οικοδόμημα. Το 1927, αφού είχε βραβευθεί με Νόμπελ για τη δουλειά του στην ακτινοβολία (1922), ο Μπορ διατύπωσε την έννοια της συμπληρωματικότητας, με την οποία έδινε ένα φυσικό νόημα στις σχέσεις απροσδιοριστίας του Χάιζενμπεργκ. Τελικά, η ερμηνεία του της κβαντικής θεωρίας έγινε αποδεκτή, αναγορεύοντάς τον σε συνθεμελιωτή της, μαζί με τον Χάιζενμπεργκ.

Με εβραϊκές ρίζες, ο Μπορ βρέθηκε σε θανάσιμο κίνδυνο όταν οι Ναζί κατέλαβαν το 1940 τη Δανία. Το 1943 δραπέτευσε στη Σουηδία και από εκεί πήγε στην Αγγλία και στις ΗΠΑ, όπου συμμετείχε στις έρευνες για την ατομική βόμβα. Όντας φιλειρηνιστής, αντιλήφθηκε γρήγορα τους κινδύνους της και από το 1944 προσπάθησε να πείσει τους Τσόρτσιλ και Ρούσβελτ για την ανάγκη διεθνούς συνεργασίας για τον έλεγχο των πυρηνικών όπλων. Το 1950 έγραψε ένα γράμμα στα Ηνωμένα Έθνη, όπου τόνιζε: «Η ανθρωπότητα θα αντιμετωπίσει κινδύνους χωρίς προηγούμενο εκτός αν, έγκαιρα, παρθούν μέτρα για να ελεγχθεί ένας καταστροφικός ανταγωνισμός σε τέτοια ισχυρά όπλα και να εγκαθιδρυθεί διεθνής έλεγχος στην κατασκευή και την χρήση των πυρηνικών υλικών».

Ο γιος του Άαγκε έγινε επίσης φυσικός και μοιράστηκε το Νόμπελ Φυσικής το 1975.

Η διαμάχη Μπορ-Αϊνστάιν  

Η επικράτηση των νέων επιστημονικών ιδεών δεν έγινε αυτόματα, αλλά μέσα από τις οξείες επιστημολογικές και φιλοσοφικές διαμάχες της δεκαετίας του ’20 και του ’30, όπου η κβαντική εικόνα του κόσμου έλαβε την πρώτη ολοκληρωμένη της μορφή και επιβεβαίωση. Ίσως το πιο χαρακτηριστικό τους επεισόδιο υπήρξε η φημισμένη διαμάχη ανάμεσα στον Μπορ και τον Αϊνστάιν, βασικό κριτικό τους της περιόδου.

Στο Συνέδριο του Σολβαί το 1927, ο Αϊνστάιν διατύπωσε μια σειρά νοητικά πειράματα, σκοπός των οποίων ήταν να δείξουν την ανεπάρκεια της κβαντικής θεωρίας και τη δυνατότητα κατ’ αρχήν να έχουμε μια ακριβέστερη γνώση από τα όρια που έθεταν οι σχέσεις απροσδιοριστίας του Χάιζενμπεργκ. Η διαμάχη συνεχίστηκε στο Συνέδριο του 1930 και πήρε μια δραματική τροπή, όταν ο Αϊνστάιν έφερε ένα επιχείρημα από τη θεωρία της σχετικότητας, βασισμένο στη φημισμένη του εξίσωση Ε=mc², σύμφωνα με το οποίο μπορεί να μετρηθεί ταυτόχρονα ο χρόνος εκπομπής και η ενέργεια ενός φωτονίου με οποιαδήποτε ακρίβεια, αντίθετα με την αμοιβαία κβαντική απροσδιοριστία του χρόνου και της ενέργειας.

Ο Μπορ απάντησε επίσης με ένα επιχείρημα από τη σχετικότητα: η άσκηση δύναμης στο ρολόι θα αλλάξει την ταχύτητά του προκαλώντας μια αβεβαιότητα στην ανάγνωση ΔΤ.ΔΕ>h, που είχε παραβλέψει ο Αϊνστάιν. «Κατά συνέπεια, η χρήση της συσκευής ως μέσου για να μετρήσουμε επακριβώς την ενέργεια του φωτονίου θα μας εμποδίσει να ελέγξουμε τη στιγμή της εκπομπής του», αποκαθιστώντας εκ νέου την απροσδιοριστία (Ν. Μπορ, «Συζήτηση με τον Αϊνστάιν για τα επιστημολογικά προβλήματα στην Ατομική Φυσική», στη συλλογή A. Einstein, Philosopher-Scientist, Νέα Υόρκη 1949, σελ.228).

Ο Αϊνστάιν ενήργησε σε αυτή τη διαμάχη ως εκπρόσωπος του ρεαλισμού, με την υγιή παραδοχή του της πραγματικότητας του κόσμου. Ωστόσο, έκανε το λάθος να ταυτίζει το αντικειμενικό με το μονοσήμαντο, αγνοώντας την αντιφατική φύση των μικροκοσμικών οντοτήτων, που είχε αναδείξει η κβαντική θεωρία. Η ανασκευή των επιχειρημάτων του με βάση την ίδια του τη θεωρία έδωσε μια έμπρακτη επιβεβαίωση της κβαντικής αντίληψης, ως συνέχειας και ποιοτικής ανύψωσης των επαναστατικών ιδεών που είχε εισάγει η σχετικότητα:

«Η κριτική του Αϊνστάιν», παρατηρεί ο Μπορ, «αποδείχτηκε ένα πολύτιμο κίνητρο για όλους μας να επανεξετάσουμε τις διάφορες όψεις της κατάστασης αναφορικά με την περιγραφή των ατομικών φαινομένων… Στην ανάλυση των κβαντικών δράσεων είμαστε απλά αντιμέτωποι με μια αδυναμία να φέρουμε έναν οξύ διαχωρισμό ανάμεσα σε μια ανεξάρτητη συμπεριφορά των ατομικών αντικειμένων και την αλληλεπίδρασή τους με τα όργανα μέτρησης που χρησιμεύουν για να ορίσουν τις συνθήκες κάτω από τις οποίες εμφανίζονται τα φαινόμενα» (ό.π., σελ.219, 216) 

Η συζήτηση Μπορ-Φοκ

Μαζί με την επαλήθευση της κβαντοθεωρίας, παρουσιάζονταν στη φιλοσοφική της ερμηνεία, συχνά στις ίδιες τις διατυπώσεις των πρωτεργατών της, παρεξηγήσεις και κενά, που έδιναν λαβή σε παρερμηνείες. Στο Σολβαί αναπτύχθηκε, ιστορεί ο Μπορ, μια συζήτηση για το πώς πρέπει να μιλάμε για τα φαινόμενα όπου, σύμφωνα με τις προτάσεις της κβαντικής θεωρίας, μπορεί να γίνουν μόνο προβλέψεις στατιστικού χαρακτήρα. Σε αυτή, ο Ντιράκ υποστήριξε τη θέση ότι η εκλογή γίνεται από τη Φύση, ενώ ο Χάιζενμπεργκ ότι γίνεται από τον παρατηρητή (ό.π., σελ.223). Η τελευταία θέση, παρερμηνεύθηκε από τη σχολαστική, ιδεαλιστική φιλοσοφία, σε μια βεβαίωση ότι ο ψυχικός κόσμος του παρατηρητή καθορίζει τελικά τα φυσικά φαινόμενα ή ότι τα ηλεκτρόνια είναι προικισμένα με αυταρχία.

Η παραπέρα εξέλιξη των κβαντικών αντιλήψεων οδήγησε στο ξεπέρασμα αυτών των αυθαίρετων συμπερασμάτων, μέσα από μια αυτοκριτική διαδικασία. Επιστέγασμά της στάθηκε η συζήτηση του Μπορ με τον διακεκριμένο Σοβιετικό φυσικό Β. Φοκ στις αρχές της δεκαετίας του ’60. Στο άρθρο του «Η απάντησή μου στον καθηγητή Μπορ», ο Φοκ διατύπωνε την κριτική του σε τέσσερις άξονες: Οι μαθηματικοί περιορισμοί που εισάγουν οι σχέσεις απροσδιοριστίας δεν υπονοούν ότι τα κβαντικά μαθηματικά είναι άσχετα με την πραγματικότητα –οι κβαντικές σχέσεις, δεν απορρίπτουν κάθε αιτιότητα, αντικαθιστώντας απλά την κλασική αιτιότητα με μια πιθανοκρατική– η κβαντική θεωρία δεν θέτει μόνο περιορισμούς στην κλασική περιγραφή, αλλά μέσω της εξέλιξής της προσεγγίζει ολοένα ακριβέστερα μεγέθη όπως το σπιν, το φορτίο κλπ. –η μη ριζική διάκριση αντικειμένου και συσκευής μέτρησης δεν καθιστά την αλληλεπίδραση «ανορθόλογη».

Ο Μπορ αποδέχτηκε την κριτική στα κύρια σημεία της, δίνοντας μάλιστα μια σειρά διαλέξεις το 1961 στη Μόσχα, ένα χρόνο πριν το θάνατό του. Είναι άλλωστε ενδεικτικό ότι αρκετά στοιχεία της περιλαμβάνονται με πιο γενική μορφή σε δικά του προηγούμενα άρθρα, όπως για παράδειγμα, η ιδέα ότι η συμπληρωματικότητα αποτελεί μια επέκταση της έννοιας της αιτιότητας και η αντικειμενικότητα των κβαντικών διαδικασιών.  

Η περιγραφή των κβαντικών φαινομένων, θα πει σχετικά, «έχει έναν εντελώς αντικειμενικό χαρακτήρα, με την έννοια ότι δεν γίνεται καμιά ρητή αναφορά σε οποιοδήποτε ατομικό παρατηρητή… Η άποψη της συμπληρωματικότητας μπορεί να θεωρηθεί μια ορθολογική γενίκευση της ίδιας της ιδέας της αιτιότητας… Μακριά από το να περιέχει οποιαδήποτε αυθαίρετη εγκατάλειψη της έννοιας της αιτιότητας, το πλατύτερο πλαίσιο της συμπληρωματικότητας εκφράζει άμεσα τη θέση μας αναφορικά με τον απολογισμό των θεμελιωδών ιδιοτήτων της ύλης που προϋποτίθενται στην κλασική περιγραφή, αλλά έξω από τα όριά της» (βλ. Μπορ, σελ. 211 και Ομελιανόβσκι, σελ. 46, 47).

Αυτές οι ιδέες δεν συναντώνται μόνο στον Μπορ, αλλά στους περισσότερους επιφανείς εκπροσώπους της ορθόδοξης σχολής, εκφράζοντας τη γενική άποψη των οπαδών της. Έτσι ο Χάιζενμπεργκ θα πει με το ίδιο ρεαλιστικό, διαλεκτικό πνεύμα: «Δεν πρέπει να παρανοήσει κανείς την εισαγωγή του παρατηρητή, νομίζοντας ότι πρέπει να εισάγουμε υποκειμενιστικά χαρακτηριστικά στην περιγραφή της Φύσης. Η μετάβαση δεν συνδέεται με την καταγραφή του αποτελέσματος στο μυαλό του παρατηρητή… χαρακτηρίζει τη φυσική, όχι την ψυχική πράξη της παρατήρησης» (Φυσική και Φιλοσοφία, εκδ. Κάλβος, σελ. 138, 41).

Η νέα επιστημονική αντικειμενικότητα

Αν και έπαιξαν συμπληρωματικό ρόλο στην επεξεργασία της κβαντοθεωρίας, οι Μπορ και Χάιζενμπεργκ ήταν αντίθετοι ως στοχαστές. Ενώ ο Χάιζενμπεργκ επεξεργαζόταν αναλυτικά τις μερικότερες όψεις και διατύπωνε με τόλμη πλατιές γενικεύσεις, ο Μπορ υπήρξε λακωνικός στις γενικεύσεις και φειδωλός σε κρίσεις. Αλλά γι’ αυτόν ακριβώς το λόγο εξέφρασε με μεγαλύτερη πιστότητα τον πυρήνα των κβαντικών εννοιών, προετοιμάζοντας το έδαφος για τη νέα γενιά των μεγάλων φυσικών, που ξεκινά με το έργο του Φέινμαν. Ένα πυρήνα, που συνίσταται τελικά στην νέα αντίληψη της πολυσύνθετης, διαλεκτικής αντικειμενικότητας και της αναδιατύπωσης των παραδοσιακών εννοιών σε αυτό το πνεύμα.

Στο ήδη μνημονευμένο άρθρο του, ο Μπορ δίνει το προσωπικό του στίγμα όταν μιλά για την «ανάγκη μέγιστης προσοχής σε όλα τα ζητήματα της ορολογίας και της διαλεκτικής» ως το συμπέρασμα της επιστημονικής του ενασχόλησης (στο ίδιο, σελ.237).

Ο ίδιος θεωρούσε ότι η αρχή του της συμπληρωματικότητας είχε μια ευρύτερη εφαρμογή από τα στενά όρια του κβαντικού κόσμου, καταλήγοντας σε μια αξίωση για την προτεραιότητα της ολότητας απέναντι στα μέρη, που όντας αντιθετικά, συνιστούν μερικές μόνο αντανακλάσεις της ευρύτερης αλήθειας, και την πρακτική επίλυση των αντιθέσεων:

«Η μαρτυρία που αποκτάται κάτω από διαφορετικές πειραματικές συνθήκες δεν μπορεί να κατανοηθεί μέσα σε μια ενιαία εικόνα, αλλά πρέπει να θεωρηθεί συμπληρωματική με την έννοια ότι μόνο η ολότητα των φαινομένων εξαντλεί τη δυνατή πληροφορία γύρω από τα αντικείμενα… [Υπάρχουν] δυο είδη αλήθειας. Στο ένα είδος ανήκουν δηλώσεις τόσο απλές και καθαρές που η αντίθετη διαβεβαίωση δεν μπορεί να υποστηριχθεί. Το άλλο είδος, οι αποκαλούμενες “βαθιές αλήθειες” είναι δηλώσεις στις οποίες το αντίθετο περιέχει επίσης βαθιά αλήθεια… Η ανάπτυξη της ατομικής φυσικής μας επιβάλει… ότι στην αναζήτηση της αρμονίας στη ζωή δεν πρέπει να ξεχνά κανείς ότι στο δράμα της ύπαρξης είμαστε μαζί θεατές και ηθοποιοί» (στο ίδιο, σελ. 237, 238, 236).

Σε αυτό το σημείο, η σύγχρονη φυσική, ανιχνεύοντας τις βαθιές αλήθειες για τον ταυτόχρονα σωματιδιακό και κυματικό χαρακτήρα των κβαντικών οντοτήτων, συμφωνεί πάλι αξιοσημείωτα με τη μαρξιστική αντίληψη ότι το όλο έχει μια πιο γνήσια ύπαρξη από τα μέρη, ερχόμενη σε αντίθεση με τη θετικιστική αποσπασματικότητα. Με τα λόγια του Λούκατς: «Η απαίτηση για την ολότητα μας προφυλάσσει από τη νάρκωση και τις παραμορφώσεις. Αν, αντίστροφα, πιαστεί κανείς από τον αφορισμό του Αντόρνο σύμφωνα με τον οποίο το όλο είναι ψεύτικη έννοια, τότε κάθε πρακτική απόφαση καταντάει μάταιη» (Γκ. Λούκατς, Προβλήματα Οντολογίας και Πολιτικής, εκδ. 70, σελ. 181).

Δαίμων της Οικολογίας,

τ. 55, 12/05