(ostatnia modyfikacja: ⁰⁴/₀₉.2020)

     

W lipcu 1665 roku w Londynie pojawiła się zaraza dżumy przywieziona do Anglii na holenderskich statkach handlowych, które przywiozły do Londynu bawełnę. W Niderlandach zaraza zaatakowała już w 1664 roku. Do jesieni liczba śmiertelnych ofiar wśród Londyńczyków rosła. Miasto było sparaliżowane, miejsca publiczne zablokowane, rząd został ewakuowany. Również uniwersytety w całym regionie, jeden po drugim, przerwały swoją pracę: profesorzy i studenci wracali do miejsc, z których pochodzili. Późną jesienią liczba zgonów wywołanych zarazą zaczęła spadać, aż w lutym 1666 uznano, że miasto jest już bezpieczne. Do września 1666 pojawiały się jeszcze nowe przypadki. 2 września wybuchł wielki pożar Londynu, który zniszczył 2/3 powierzchni miasta. W tym samym czasie zaraza wygasła. Zdaniem badaczy zmarło wtedy od 75.000 do 100.000 osób, około piątej części populacji miasta.

    

Kiedy z powodu zarazy zamknięto Trinity College w Cambridge, jeden ze studentów, dwudziestodwuletni Isaac Newton, wrócił do małej wioski Woolsthorpe, w hrabstwie Lincolnshire. Podobało mu się, że będzie mógł w zupełnej izolacji i przez długi czas poświęcić się roztrząsaniu kilku pomysłów, które kiełkowały w jego umyśle. I rzeczywiście, coś się stało podczas tej przymusowej izolacji, między 1665 i 1666 rokiem, i było to coś niesamowitego. W krótkim czasie Newton kolejno opracował rachunek różniczkowy, rozwinął nową teorię światła i koloru, po raz pierwszy pojął podstawowe elementy dynamiki oraz miał jeden z najbardziej przenikliwych pomysłów: o powszechnej naturze ciążenia.

    

Sformułowane przez Johannesa Keplera prawa ruchu planet głęboko poruszyły Newtona. Te trzy matematyczne relacje, proste i eleganckie, oczarowały jego umysł. A był jeszcze bardziej pod wrażeniem, gdy zdał sobie sprawę, że trzecie prawo nie odnosiło się tylko do planet krążących wokół Słońca, ale mogło też być zastosowane do czterech księżyców, które Galileusz odkrył wokół Jowisza. Ta godna podziwu reguła miała więc ogólniejsze, głębsze znaczenie. A dwa pierwsze prawa? Czy one też miały zastosowanie do księżyców Jowisza? A zatem czy prawa Keplera są słuszne tylko dla planet krążących wokół Słońca czy także dla ciał niebieskich krążących wokół innych planet? Newton chciał to sprawdzić, jednak w tym czasie dokładne obserwacje orbit nie były jeszcze możliwe, co sprawiało, że porównanie obarczone było zbyt dużym błędem a przez to nie było rozstrzygające. Później jednak dowiedział się, że dwadzieścia lat wcześniej inny student Cambridge, Jeremiah Horrox, zmarły w 1641 roku w wieku zaledwie dwudziestu dwóch lat, udowodnił, że orbita naszego Księżyca jest elipsą, a w jednym z jej ognisk znajduje się Ziemia – również Księżyc, najwyraźniej, poruszał się zgodnie z prawami Keplera. Newton zaczął podejrzewać, że istnieje zasada, która łączy u podstaw te trzy prawa: jeśli taka zasada istniała, musiała być wyrażona w tym samym języku, w języku matematyki. Marco Bersanelli w swojej książce Wielki spektakl na niebie. Osiem wizji wszechświata od starożytności do naszych czasów, wydanej przez wydawnictwo Copernicus Center Press w 2020 roku w piękny sposób opisuje drogę Newtona do sformułowania tej zasady.

    

Rozmyślając, Newton miał przed oczyma odkrycia Kopernika, Keplera, Galileusza i innych wielkich geniuszy, ale coś podpowiadało mu, że te wyniki były niczym fragmenty jednego, jeszcze nieznanego obiektu. Jego umysł starał się znaleźć sposób, w jaki te fragmenty mogły się połączyć w ten nieznany obiekt.

     

Hipoteza heliocentryczna była z pewnością główną częścią tej rekonstrukcji. We wczesnej wersji Kopernika, wciąż jeszcze więźnia sfer i epicykli, stanowiła ona niepewny, trudno pasujący do całości fragment. Na szczęście Kepler zajął się usunięciem zbędnych elementów dzięki czemu dotarł on do Newtona w dobrym stanie. Kolejnym kluczowym fragmentem była zasada bezwładności, która miała w sobie jednak silny element dwuznaczności.

    

Na tym etapie pojawiało się pytanie: co sprawia, że planety krążą wokół Słońca? Jaka siła je porusza? Oczywiście, Słońce odgrywa tu decydującą rolę, ale w jaki sposób? Newton zrozumiał, że nie może się śpieszyć z odpowiedzią na te pytania. Najpierw trzeba było rozstrzygnąć inną kwestię, delikatniejszą i cichszą, znakomicie ukrytą wśród innych, na pozór bardziej bezpośrednich: jak poruszałyby się planety, „gdyby nie było Słońca”? Innymi słowy, gdyby zostały pozostawione same sobie, co stałoby się z ich ruchami? Newton zrozumiał, że tylko wychodząc od ruchu planety „pozostawionej samej sobie”, mógł mieć nadzieję na zrozumienie efektu „wpływu”.

     

W Trinity College mówiono o tym, że – jak nauczał Arystoteles – ciało pozostawione samemu sobie dąży do swojego „naturalnego miejsca”. Ciała niebieskie w swojej doskonałości realizują tę zasadę, wykonując ruchy doskonale kołowe i jednostajne. W świecie podksiężycowym natomiast sprawy są bardziej złożone i różnorodne. Ciała ciężkie, zbudowane z mieszaniny „ziemi”, „wody” i „powietrza”, zmierzają w stronę centrum wszechświata, które jest także środkiem Ziemi. Materia skupia się wokół centrum z taką samą intensywnością we wszystkich kierunkach i to tłumaczy, dlaczego Ziemia ma kształt kuli. „Ogień” wznosi się ku górze, ponieważ jego przyrodzone miejsce znajduje się właśnie tam, pod sferą Księżyca. Podczas gdy atmosfera, zbudowana z mieszaniny „powietrza” i „ognia”, poddawana jest nieprzewidywalnym ruchom, które są kombinacją różnych tendencji jej składników.

   

Ale co się dzieje, jeśli ciało wcześniej popychane lub ciągnione przez zewnętrzny czynnik, pozostawione zostanie samemu sobie? Wyobraźmy sobie wóz ciągnięty przez parę wołów: kiedy tylko zwierzęta przestają ciągnąć, wóz się zatrzymuje. W ten sam sposób kamień, który toczymy po ziemi, zatrzymuje się, kiedy tylko przestajemy go pchać. Tak więc, nauczał Arystoteles, ciało porusza się tylko wtedy, gdy jest ciągle popychane albo ciągnięte z zewnątrz. Zatem Arystotelesowska "zasada bezwładności" mogła by brzmieć następująco: ciało pozostawione samemu sobie zatrzymuje się lub pozostaje w spoczynku. Według Arystotelesa nie ma ruchu bez zewnętrznego czynnika pobudzającego.

   

Ale tu pojawia się problem: dlaczego w takim razie strzała wypuszczona przez łucznika albo kamień wyrzucony z procy wciąż lecą w powietrzu, również po wyrzuceniu, skoro na pozór nic już ich nie pcha? Jeśli naturalnym instynktem ciał ciężkich jest opadanie w dół, to co utrzymuje je w ruchu? Pod tym względem teorie arystotelików były znacznie mniej przekonujące: tłumaczyli oni to zjawisko jako efekt powietrza, które z powodu szybkości ciała tworzyło wokół nich wiry, utrzymując bieg danego ciała.

   

Newton znał prace Galileusza i wiedział, że dzięki swoim eksperymentom włoski uczony znalazł inne wytłumaczenie. Przeprowadzając doświadczenia z użyciem metalowych kulek, nachylonych powierzchni i zegarów wodnych udowodnił on, że przy braku sił oddziałujących z zewnątrz ciało wcale nie będzie się zatrzymywać, ale nadal poruszać się w prostej linii ze stałą szybkością. Wóz, raz wprawiony w ruch przez woły i pozostawiony sam sobie, pozostanie stale w ruchu po linii prostej, nawet kiedy zwierzęta przestaną ciągnąć. Ale jak to? Przecież wszyscy widzą, że wóz się zatrzymuje! Galileusz zrozumiał, że dzieje się tak właśnie z powodu zewnętrznych czynników, które przeciwstawiają się ruchowi: uderzenia kół w nierówności terenu, tarcie osi wozu, opór powietrza. Podsumowując, Galileusz zrozumiał najbardziej podstawowe prawo świata: ciało pozostawione samemu sobie „nie robi nic”. Nie zmienia się jego kształt, nie zmienia się jego ciężar, nie zmienia się jego skład chemiczny; ani też jego prędkość, ani wartość (czyli szybkość), ani kierunek.

   

Galileusz odkrył zasadę inercji. Była to prosta i znakomita konkluzja, prawdziwy przełom. Przed nim inni pionierzy – jak Jan Filipon w egipskiej Aleksandrii już w VI wieku i Jan Buridan w Paryżu, w XIV wieku – wyczuwali tę prostą i fundamentalną prawdę, ale nikt nigdy nie sprawdził jej systematycznie za pomocą doświadczenia. Wykorzystując tę zasadę, Galileusz wykazał później, że ciała rzucone w obecności ziemskiej grawitacji przemierzają trajektorię o kształcie parabolicznym. Był to kolejny wynik, który głęboko poruszył wyobraźnię Newtona: oto ponownie pojawiają się zwykłe krzywe geometryczne w trajektoriach ciała w ruchu swobodnym.

   

Galileusz zademonstrował, że ciało pozostawione samemu sobie utrzymuje swój ruch jednostajny prostoliniowy, jednak przy próbie zastosowania tej zasady do planet zawahał się i zrobił następny krok zgodny z poglądami Arystotelesa (!): pomyślał, że ciała niebieskie, w odróżnieniu od ciał ziemskich, muszą z natury poruszać się po okręgu; ciało niebieskie pozostawione samemu sobie utrzymuje swój ruch jednostajny po okręgu (Galileusz jeśli nawet znał prawa Keplera to specjalnie się nimi nie przejął). Nawet on nie był więc odporny na starożytny grecki dogmat ruchu jednostajnego po okręgu. Mimo iż na własne oczy zobaczył chropowatą powierzchnię Księżyca, łącząc na zawsze ciała niebieskie z ziemskimi, nie udało mu się połączyć dynamiki planet z dynamiką kamieni i kulek ze swojego laboratorium. Jego pomysł „bezwładności kołowej” ciał niebieskich stanowił niewłaściwy fragment w układance, nad którą pracował Newton.

    

Tym, który z większą odwagą zastosował bezwładność Galileusza do ciał niebieskich, i odrzucił ostatnie nici wiodące do Arystotelesa, był Kartezjusz; zrozumiał, że gdyby Słońce zniknęło, planety poruszałyby się nadal po linii prostej stycznej do orbity: był w tym bardziej galileuszowski od Galileusza! Jednak nawet intuicja Kartezjusza zawierała jeden mylący i szczególnie przewrotny element: jako przekonany mechanicysta, odrzucając pomysł, że jakakolwiek przyczyna fizyczna mogłaby działać w próżni, wyobraził sobie, że kosmos był nasycony jednorodnie substancją zwaną eterem, której wirowe ruchy były bezpośrednią przyczyną ruchu planet.

  

Trzy prawa Keplera stanowiły w oczach Newtona najcenniejsze i najbardziej sugestywne fragmenty układanki. Jednak nawet sam Kepler przyczynił się do skomplikowania sytuacji. Pozostał on bowiem całkowicie arystotelikiem, jeśli chodzi o kwestię bezwładności: uważał, że gdyby nie było Słońca, planety stopniowo zatrzymałyby się niczym ramiona wiatraka, kiedy przestaje wiać wiatr. Zainspirowany badaniami Anglika Williama Gilberta wyobrażał sobie, że Słońce wyzwala magnetyczną siłę, której intensywność zmniejszała się w ten sam sposób, co intensywność światła: odwrotnie do kwadratu odległości od Słońca. W jego wizji planety popychane były po swoich orbitach przez tę magnetyczną siłę.

   

Newton przyjął Galilejską bezwładność w wersji Kartezjusza: planety zachowują się jak ciała ziemskie, utrzymują ruch prostoliniowy i nie muszą być ciągle popychane, jak wydawało się Keplerowi. Ale żeby mogły pozostać na swoich orbitach, coś musi je ciągnąć „w kierunku Słońca”. Dlatego też, wykorzystując trzecie prawo Keplera, Newton wykazał, że konieczny bodziec zapewniony jest wtedy, gdy przyspieszenie planety w kierunku Słońca jest odwrotnie proporcjonalne do kwadratu jego odległości (później zauważy, że przyspieszenie jest proporcjonalne do siły, a do układanki wejdzie jeszcze masa ciała: F = m⋅a). Była to prosta i wiarygodna relacja, z tym samym uzależnieniem od odległości, którą przeczuwał Kepler (bez udowadniania) dla swojej słonecznej siły magnetycznej. Od tego momentu Newton miał po swojej stronie wielkiego sojusznika: Księżyc. Biorąc pod uwagę, że prawa Keplera stosowały się także do satelitów, postawił hipotezę, iż ten sam typ przyspieszenia – odwrotnie proporcjonalny do kwadratu odległości – popychał Księżyc w kierunku Ziemi, dokładnie tak, jak popychał planety w kierunku Słońca. Ale skąd brało się to przyspieszenie? Jaka była jego natura? Jaka niewidzialna ręka utrzymuje Księżyc w jego „dalekim biegu”?

   

Według tradycji, pewnego wieczoru, w ogrodzie swojego domu w Woolsthorpe pogrążony w myślach Newton usłyszał szelest dochodzący spomiędzy gałęzi, a następnie odgłos lekkiego uderzenia. Jabłko spadło z drzewa. Zaświeciła się lampka: to jest ta niewidzialna ręka! Coś w tym momencie przyśpieszyło ruch jabłka w kierunku ziemi. To „grawitacja”. Czy to możliwe, że właśnie ona przyciągała Księżyc do Ziemi, utrzymując go na orbicie? Czy ta siła, która sprawia, że kamienie toczą się po stoku, że krople deszczu spadają z nieba, że czujemy ciężar w naszym ciele, mogła być także połączeniem, które utrzymuje Księżyc przywiązany do Ziemi? Przecież rzeczywiście odnajdujemy ją nawet na szczytach najwyższych gór, czemu nie miałaby docierać aż do Księżyca? Czy da się to sprawdzić? Newton znalazł na to sposób. Znając odległość Księżyca od Ziemi i przyjmując, że grawitacja zmniejsza się o kwadrat odległości, dokonując kilku prostych, lecz genialnych obliczeń matematycznych, był w stanie porównać dwie sytuacje. I tak! Ziemska grawitacja, ta sama, która sprawia, że jabłka spadają z drzew, okazywała się całkowicie zgodna z siłą potrzebną do utrzymania Księżyca przywiązanego do Ziemi. Był to zachwycający wynik: siły, które rządzą ruchami ciał niebieskich, to te same siły, które trzymają nasze pięty przytwierdzone do ziemi.

  

Newton wykazał, że wszystkie trzy prawa Keplera były konsekwencją przyciągania odwrotnie proporcjonalnego do kwadratu odległości.

  

Starając się, aby jego wywód był kompletny i spójny, Newton zidentyfikował i zdefiniował podstawowe wielkości fizyczne, zupełnie nowe, takie jak masa – miara ilości materii w ciele, i siła – iloczyn masy i przyspieszenia. Dzięki rachunkowi różniczkowemu i całkowemu, rozwiniętemu przez niego samego już wcześniej, ogłosił w precyzyjnej formie trzy zasady dynamiki, które włączały wyniki badań Galileusza, ale wychodziły poza nie i były prawdziwe w każdej sytuacji. A ustalając, że masa jest źródłem ciężkości, sformułował swoje prawo ciążenia: dwa ciała przyciągają się siłą proporcjonalną do iloczynu ich mas i odwrotnie proporcjonalną do kwadratu dzielącej ich odległości. Od niego wywodziły się jedno po drugim trzy prawa Keplera.

     

Te formuły – trzy zasady dynamiki i prawo powszechnego ciążenia – nie były ważne tylko dla Słońca i planet, ale dotyczyły „jakiegokolwiek” ciała czy cząsteczki obdarzonych masą, bez rozróżnienia. Były naprawdę powszechne! Nic podobnego nie zostało nigdy sformułowane wcześniej przez ludzki umysł, była to synteza bez precedensu. Stanowiły jądro nowej filozofii naturalnej pisanej w zupełnie innym języku, w języku matematyki. Isaac Newton był tego całkowicie świadomy, kiedy w początkach lipca 1687 roku opublikował wyniki swoich badań w traktacie zatytułowanym Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (Matematyczne zasady filozofii naturalnej). Jest to z pewnością jeden z najważniejszych, a może jak sądzą niektórzy najważniejszy tekst w całej historii nauki.

   

Teraz newtonowskie bezwładność i ciążenie wystarczały, aby wyjaśnić wszystkie ruchy we Wszechświecie.

  

W ten sposób Newton uzupełnił dzieło swoich poprzedników oryginalną wizją całości, trzeźwą i potężną. Jednak, mimo takiej ilości światła, jakaś ciemność czaiła się w sercu tego prawa.

    

Newtonowskie ciążenie, w swojej definicji, działało poprzez pustą przestrzeń, natychmiastowo, na jakąkolwiek odległość. Czy to możliwe? Jak ta siła może tworzyć komunikację pomiędzy jednym a drugim ciałem? W jaki sposób jabłko może „wiedzieć”, że gdzieś pod nim znajduje się Ziemia, która zmusza je, by spadło? Kto albo co informuje planety o tym, że poniżej, milion kilometrów dalej, znajduje się masa Słońca, która zakrzywia ich trajektorie? Prawo zdawało się działać, ale żaden związek przyczynowo-skutkowy nie był nigdy tak nieprawdopodobny, tak daleki od zdrowego rozsądku.

  

Problem był poważny. Sam Newton był zakłopotany, przyznał się do tych trudności: „[…] to, że ciało może oddziaływać na inne na odległość przez pustkę, bez jakiegokolwiek innego pośrednictwa […] jest dla mnie takim absurdem, że jestem przekonany, że żaden człowiek, który posiada umiejętność myślenia w dziedzinach filozoficznych, nie będzie w stanie w to nigdy uwierzyć”. Nie sprawiło to bynajmniej, by Newton zaczął wątpić w wartość wyników swoich badań, ale przyznawał, że w tym „oddziaływaniu na odległość” kryło się coś niewytłumaczalnego. Głęboko wrażliwy na wymiar religijny i teologiczny, w tym niewytłumaczalnym oddziaływaniu Newton widział przestrzeń boskiej interwencji w naturę: „Ciążenie musi być spowodowane przez Agenta, który oddziałuje stale w zgodzie z pewnymi prawami, ale czy ten Agent jest materialny czy niematerialny, pozostawiam to pod rozwagę moim czytelnikom”. W ten sposób przywoływał nadprzyrodzoną przyczynę nie tylko do oddziaływania na odległość, ale także do wstępnych warunków, które dały początek ruchom ciał niebieskich w momencie stworzenia świata.

    

W 1905 roku Albert Einstein opublikował trzy artykuły dotyczące trzech różnych obszarów fizyki, a każdy z nich wyznaczał w danej dziedzinie punkt zwrotny. Jeden z tych artykułów nosił tytuł O elektrodynamice ciał w ruchu, ale miał przejść do historii jako „szczególna teoria względności”. W szczególnej teorii względności Einstein rozważał tylko ruchy jednostajne po prostej, a to było poważne ograniczenie. W bardziej interesujących sytuacjach, jak na przykład, gdy w grę wchodzi grawitacja, ciała przyspieszają. Spadające jabłka i krążące wokół Słońca planety są „szarpane” przez grawitację. W ten sposób Einstein wybrał się w samotną podróż (z tą samotnością to tak bez przesady ponieważ w pokonaniu niektórych problemów natury matematycznej pomagał mu przyjaciel Marcel Grossmann), która po dziesięciu latach, w grudniu 1915 roku, miała doprowadzić go do nowej wizji grawitacji.

  

Żadne prawo fizyki nie odniosło nigdy takiego sukcesu, jak newtonowskie prawo ciążenia. Einstein wiedział o tym znakomicie i nie miał najmniejszego zamiaru go nie doceniać. Wprost przeciwnie, przyjął je jako pewne kryterium orientacyjne: jakakolwiek nowa teoria, w odpowiednich warunkach, musiała się do niego sprowadzać. Nowa teoria nie powinna przeciwstawiać się starej, musiała ją w sobie zawierać (zasada korespondencji). Jednak Einstein wiedział również, że teoria Newtona cierpiała z powodu podstawowego ograniczenia: była oparta na tym magicznym "upiornym". "oddziaływaniu na odległość", które tak bardzo wprowadzało w zakłopotanie samego Newtona. Więcej na ten temat możemy przeczytać w książce George Mussera Upiorne działanie na odległość i jego wpływ na czarne dziury, Wielki Wybuch i teorię wszystkiego opublikowanej przez wydawnictwo Copernicus Center Press w 2018 roku. Po niewiarygodnej serii tryumfów nikt już o tym nie pamiętał, ale przecież problem wciąż tam był: w jaki sposób jabłka „wiedzą”, że tam, pod nimi, znajduje się przyciągająca je Ziemia? Kto każe komecie zakręcić tak, żeby Słońce pozostało jednym z ognisk jej orbity? Pomysł Kartezjusza z wirami eteru upadł. W takim razie co mogło doprowadzić do komunikacji pomiędzy dwoma ciałami, jeśli między nimi znajdowała się tylko pusta przestrzeń? I tutaj intuicja Einsteina okazała się najbardziej piorunująca: sama przestrzeń! Ale jak? Zakrzywiając się. Einstein przestał myśleć o przestrzeni jako o biernej rzeczywistości, niewrażliwej na to, co zawiera, i opracował koncepcję, według której obecność masy deformuje otaczającą przestrzeń, wpływając na ruch ciał znajdujących się w pobliżu.

   

Zastanówmy się przez chwilę co to jest "próżnia" a dokładniej "próżnia fizyczna"? Moglibyśmy odpowiedzieć, ze jest to obszar przestrzeni w którym nie ma niczego; albo, że jest to obszar przestrzeni, w którym jest "nic". Ale co to znaczy: nie ma niczego?, co to jest Nic? Bardzo barwnie opowiada o tym John D. Barrow w swojej książce Książka o niczym wydanej przez wydawnictwo Copernicus Center Press w roku 2015. Barrow napisał w niej, że próżnia to obszar przestrzeni, z którego usunięto wszystko co daje się usunąć. Powiedzmy to nieco inaczej: próżnia to stan przestrzeni po usunięciu z niej wszystkiego tego, co da się usunąć. Zwróćmy uwagę: próżnia to nie jest obszar przestrzeni, z którego usunięto wszystko! Wynika z tego, że próżnia nie musi być pusta, nie musi być niczym, może zawierać coś co nie daje się z niej usunąć.

 

Według ogólnej teorii względności masa zakrzywia otaczającą ją przestrzeń, określając w ten sposób tory ruchu ciał znajdujących się w jej pobliżu. Aby zwizualizować, jak może się to dziać, najlepiej jest zrezygnować z jednego wymiaru i wyobrazić sobie przestrzeń dwuwymiarową: powłokę, której najprostszym wariantem jest płaszczyzna. Jednak zamiast sztywnej powierzchni, wyobraźmy sobie przestrzeń jako elastyczną płachtę. Położona na niej kula tworzy lekką depresję. Jeśli teraz rzucimy na powłokę garść małych kulek, będą się one poruszać po zakrzywionych torach, podążając za profilem zagłębienia stworzonego przez kulę. Podobnie planety krążą wokół Słońca nie dlatego, że są przyciągane przez tajemniczą siłę, jak postulował Newton. One po prostu podążają posłusznie po zakrzywionej przestrzeni, w której się znajdują, zdeformowanej przez masę Słońca, i nie działa na nie żadne „przyciąganie”. Nie ma żadnej siły działającej pomiędzy ciałami, ciała obdarzone masą poruszają się w przestrzeni poddając się napotykanym zaburzeniom jej kształtu. Znika więc jakiekolwiek oddziaływanie, w szczególności "upiorne", przekazywane pomiędzy ciałami przez pustą przestrzeń. (Dzisiaj to stwierdzenie jest być może zbyt mocne, ponieważ w kontekście mechaniki kwantowej pusta przestrzeń nie oznacza przestrzeni bez czegokolwiek; przestrzeń pusta oznacza przestrzeń wypełnioną polami kwantowymi w stanach o najniższej energii; taka "pusta" przestrzeń wypełniona jest "morzem" wirtualnych cząstek.) Ciała przemierzają przestrzeń z "zamkniętymi oczami" wyczuwając tylko napotykane "nierówności" wywołane obecnością innych mas. Oczywiście one same też powodują nierówności, w które mogą wpaść inne ciała.

   

Problem w jakimś sensie może powrócić jeśli zabierzemy się za kwantowanie grawitacji. Jeśli uda się wprowadzić w jakiś sposób pola kwantowe oddziaływań (!) grawitacyjnych to być może okaże się, że kwantowa teoria grawitacji zawierać będzie oddziaływania grawitacyjne przekazywane przez nośniki tych oddziaływań (grawitony?). A zatem oddziaływanie grawitacyjne może powrócić. Czy będzie "upiorne"?

    

No dobrze, wiemy już (?) jak to było z Newtonem i Prawem powszechnego ciążenia a także Einsteinem i Ogólną teorią względności. Gdzie jednak jest "upiorność" oddziaływań i o co w tym chodzi? Co z "upiornością" oddziaływań mają wspólnego Newton i Einstein? Już teraz, nieco wyprzedzając, możemy powiedzieć, że obaj coś mieli: Einstein ukuł to określenie w innym kontekście, nie mając na myśli Newtona, ale okazało się, że newtonowska koncepcja oddziaływania grawitacyjnego pasuje do tego określenia, czyli okazało się, że o newtonowskim oddziaływaniu grawitacyjnym można powiedzieć, że jest "upiorne".

 

Może to zabrzmieć nieco anegdotycznie ale Albert Einstein, twórca teorii względności i jeden z współtwórców mechaniki kwantowej miał wobec niej wiele wątpliwości. Nie mógł pogodzić się z fundamentalną rolą niepewności i prawdopodobieństwa: "Mechanice kwantowej należy się duży szacunek. Jednak jakiś wewnętrzny głos mówi mi, że nie jest to prawdziwe złoto. Teoria ta wiele nam daje, ale prawie wcale nie zbliża nas do poznania sekretu Stwórcy. Przynajmniej jeżeli o mnie chodzi, jestem przekonany, że On nie gra w kości.". Einstein nie odrzucał całkowicie pomysłów Erwina Schrödingera, Wernera Heisenberga, Wolfganga Pauliego, Maxa Borna i Nielsa Bohra – uważał je za przydatne, ciekawe, ale poprawne co najwyżej do pewnego stopnia. Już jako uznany uczony poświęcił wiele wysiłku aby wykazać niepełność teorii kwantowej. W 1935 roku wraz z pochodzącym z Rosji Borysem Podolskim oraz długoletnim asystentem Nathanem Rosenem opublikowali w czasopiśmie Physical Reviev artykuł pod tytułem “Czy opis rzeczywistości fizycznej przez mechanikę kwantową można uważać za pełny?”. W artykule omówiono paradoks, który jak sądzili autorzy, pogrzebie probabilistyczne ujęcie mikroświata leżące u podstaw mechaniki kwantowej.

  

Einstein, Podolski i Rosen (panowie EPR) skupili się na tzw. stanie splątania kwantowego. Zjawisko to można zaobserwować np. w przypadku pary fotonów, po przepuszczeniu wiązki światła przez specjalny, rozdzielający kryształ. Pomijając szczegóły techniczne, otrzymane w ten sposób kwanty światła można porównać – zależnie od sytuacji – do bliźniaków jednojajowych, bądź połówek przeciętego jabłka. Kiedy więc zbadamy pierwszy foton i stwierdzimy, dajmy na to polaryzację pionową, to z góry możemy założyć, że jego braciszek posiada polaryzację poziomą – bo cały układ powinien wyjść na “zero”. Równie dobrze moglibyśmy posiadać pudło z dwoma różnie umaszczonymi kociętami, np. czarnym i łaciatym. Kiedy wylosujemy czarnego, możemy opakowanie wysłać nawet na Marsa a i tak będziemy wiedzieć, że w środku pozostał łaciaty. Jak dotąd wszystko wydaje się logiczne i nie powinno wzbudzać naszego oporu. Przynajmniej dopóki nie włączymy do gry, tak jak zrobili to panowie EPR, reguł mechaniki kwantowej. A niestety tych, w stosunku do fotonów nie sposób pominąć.

   

Panowie EPR pisząc swój artykuł, pewnie mieli przed oczami symboliczny grób powszechnie akceptowanej interpretacji mechaniki kwantowej. Bo czy jest możliwe, że znamy cechę danej cząstki nie dokonując bezpośredniego pomiaru? Aby pojąć powagę tego kryzysu musimy sobie przypomnieć, iż w świecie kwantów wszystkim rządzi rachunek prawdopodobieństwa i dopiero akt obserwacji redukuje funkcję falową do konkretnego stanu. Przed obserwacją funkcja falowa rozciąga się w całym Wszechświecie i zawiera informacje o prawdopodobieństwie wszystkich możliwych stanów, np. prawdopodobieństwo znalezienia konkretnego fotonu w dowolnym miejscu we Wszechświecie. Mówiąc prościej: to czy kot Schrödingera jest żywy czy martwy, okaże się nie wcześniej niż po otwarciu pudełka. Paradoks EPR miał temu porządkowi zaprzeczać.

    

Wyobraźmy sobie, że przygotowaliśmy eksperyment, w którym wysyłamy światłowodem dwa skorelowane fotony do dwóch rejestratorów, rozstawionych w przeciwnych kierunkach. W rejestratorach zainstalowane są diody sygnalizujące kolorem stan polaryzacji fotonu; kolor czerwony: polaryzacja pionowa, kolor niebieski: polaryzacja pozioma. Podchodząc do pierwszego aparatu, widzimy że zapaliła się czerwona lampka symbolizująca polaryzację pionową. Po dotarciu do drugiej maszyny dostrzeżemy światełko niebieskie. Możemy powtarzać doświadczenie do znudzenia, ale wyniki będą podobne: po jednej stronie zapala się dioda czerwona, do po drugiej niebieska lub na odwrót. Zawsze badając jedną cząstkę, automatycznie i od razu nabywamy wiedzę o stanie splątanej z nią połówki! Gdzie tu jest paradoks? Przed dokonaniem obserwacji oba fotony stanowią obiekt kwantowy, którego stan reprezentowany jest funkcją falową. Funkcja falowa, która rozciąga się na całym Wszechświecie pozwala określić prawdopodobieństwo położenia i polaryzacji fotonów w całym Wszechświecie. Pomiar zmienia obiekt kwantowy: funkcja falowa w tej samej chwili, natychmiast, w całym Wszechświecie kolapsuje do ściśle określonych stanów fotonów, położenia i polaryzacji. I tu jest właśnie paradoks pogrzebany: funkcja falowa natychmiast, w jednej chwili, kolspsuje w całym Wszechświecie niezależnie od tego jak daleko od siebie znajdują się fotony..

     

Zgodnie z regułami mechaniki kwantowej, konkretny stan fotonu określany jest dopiero w momencie obserwacji. Wcześniej istnieje równie duża szansa na to, że obserwacja pokaże polaryzację pionową lub poziomą; czy wyciągniemy z pudełka piłkę biała czy czarną. Nie może istnieć sytuacja, w której stan jakiejś cząstki jest pewny przed dokonaniem pomiaru lub otwarciem pudełka. Tak naprawdę przed dokonaniem pomiaru lub aktem obserwacji cząstka znajduje się jednocześnie we wszystkich możliwych stanach. Każdy w wyemitowanych fotonów znajduje się jednocześnie w każdym z możliwych stanów opisywanych funkcją falową prawdopodobieństwa. Kiedy obserwacja któregoś z fotonów pokaże jego konkretny stan to automatycznie redukowana jest fala prawdopodobieństwa dla drugiego fotonu i jego stan także okazuje się jednoznacznie określony. Szokujące może wydawać się to, że niezależnie jak daleko od siebie znajdują się fotony (to mogą być miliardy kilometrów) kolaps funkcji falowych dla obu fotonów zachodzi w tej samej chwili. Wracając do fotonów: to jaką polaryzację zarejestrujemy okazuje się dopiero w momencie badania, ale pomiar wpływa na cały układ. Najdziwniejsze jest jednak to, że właściwości cząstek są od siebie zależne bez względu na odległość, choćbyśmy mówili o miliardach lat świetlnych. Einstein, Podolski i Rosen przyjęli w swojej pracy jako pewnik tzw. realizm lokalny, wprowadzający dwie szalenie istotne hipotezy. Po pierwsze, polaryzacja fotonu jest określona już na starcie; a po drugie, nawet jeśli obie cząstki wyszyły z tego samego źródła, to już na siebie nie oddziałują i powinny stanowić odrębne układy. Idąc tym tropem, fizycy wzięli pod uwagę dwie możliwości wyjaśniające wynik powyższego eksperymentu. Pierwsza stwierdza, że tak naprawdę doświadczenie świadczy o istnieniu jakiegoś niewidzialnego połączenia, czy też rodzaju oddziaływania między splątanymi cząstkami. Rzecz w tym, iż brakuje przesłanek aby stwierdzić jego istnienie; a biorąc pod uwagę natychmiastowe efekty stanu splątania kwantowego, oddziaływanie to musiałoby… działać z prędkością nadświetlną! Naturalnie Einstein traktował ten pomysł z politowaniem i prześmiewczo ochrzcił go upiornym oddziaływaniem na odległość. EPR pokazywali, za pomocą aparatu matematycznego mechaniki kwantowej, że w pewnych sytuacjach cząstki kwantowe, które wcześniej w specyficzny sposób ze sobą oddziaływały, powinny natychmiast reagować na zmianę stanu swojego partnera, nawet jeśli ten znajduje się w dowolnie dużej odległości. Sytuacja wydawała się paradoksalna, bo fizycy zgodnie uznają, że informacja nie może być przekazywana z miejsca na miejsce z prędkością większą od prędkości światła.

     

Powróćmy teraz do Newtona, prawa powszechnego ciążenia i oddziaływania grawitacyjnego. W mechanice klasycznej oddziaływanie grawitacyjne przekazywane jest natychmiast. Jak wiemy było to trudne do przyjęcia już w czasach Newtona. Możemy zatem powiedzieć, że klasyczne oddziaływanie grawitacyjne jest nielokalne ponieważ propaguje się natychmiastowo po całym Wszechświecie. Jest więc jak najbardziej "upiorne" jeśli przyjmiemy barwne określenie Einsteina. Inaczej jest z grawitacją w Ogólnej teorii względności; relatywistyczne oddziaływanie grawitacyjne jest lokalne ponieważ propagowane jest z prędkością światła. Wyobraźmy sobie co stałoby się z Ziemią gdyby Słońce raptem znikło. Odpowiedź w ramach mechaniki klasycznej: w tym samym momencie Ziemia zaczęłaby poruszać się ruchem jednostajnym prostoliniowym stycznie do orbity w punkcie, w którym Ziemia była gdy zniknięła grawitacja. Odpowiedź w ramach Ogólnej teorii względności: po nieco więcej niż 8 minutach (to jest czas potrzebny na "dotarcie" do Ziemi informacji o zaniknięciu oddziaływania a tak naprawdę czas potrzebny na "wyprostowanie" się przestrzeni w obszarze, w którym kiedyś znajdowało się Słońce) Ziemia zaczęłaby poruszać się ruchem jednostajnym prostoliniowym stycznie do orbity w punkcie w którym Ziemia była gdy zniknęła grawitacja.

    

Drugą opcją było wprowadzenie postulatów realizmu lokalnego, a tym samym uznanie mechaniki kwantowej za teorię po prostu niedokończoną. Samo splątanie należałoby więc traktować jako wynik działania ukrytych zmiennych, to jest nieznanych jeszcze cech rzeczywistości, które wpływałaby na wyniki wszelkich doświadczeń w mikroskali: od eksperymentu z dwoma szczelinami do EPR. Badacze chcieli aby taki parametr decydował o tym jaki stan posiada cząstka, bez względu na nasze obserwacje. Foton “wiedziałby” jaki stan przybierze na mecie już w chwili opuszczenia swojego źródła.

     

Jak pamiętamy, zgodnie z zasadami mechaniki kwantowej każdy obiekt kwantowy (obiekty, które oddziałują ze sobą w specyficzny, opisany przez mechanikę kwantową sposób), np. foton, cząstka elementarna czy jon, może znajdować się jednocześnie w różnych stanach opisywanych funkcją falową określającą prawdopodobieństwo każdego ze stanów. Może być np. jednocześnie w dwóch miejscach albo przyjmować jednocześnie różne wartości spinu. Co więcej, obiekty mogą być ze sobą powiązane – splątane – w ten sposób, że zmiana stanu jednego z nich skutkuje natychmiastową zmianą wszystkich z nim powiązanych. Ta właściwość niezwykle niepokoiła Einsteina. Nazwał on splątanie kwantowe upiornym działaniem na odległość. Tym, co tak bardzo nie podobało się Einsteinowi była szybkość zmian zachodzących pomiędzy splątanymi obiektami. Zachodzą one bowiem natychmiast, a to oznacza, że naruszona zostaje zasada, iż nic nie może poruszać się szybciej niż prędkość światła. Tymczasem w mechanice kwantowej to, co powoduje tak szybką zmianę może poruszać się szybciej od światła.

   

Paradoks EPR został obmyślony po to aby wbić klin między dwie największe teorie fizyki XX wieku i wykazać fałszywość jednej z nich. (1) albo Einstein mylił się przyjmując postulat o nieprzekraczalności prędkości światła, a oddziaływania mogą działać z prędkościami nadświetlnymi, (2) albo zwolennicy mechaniki kwantowej mylili się przyjmując interpretację probabilistyczną, bo nie dostrzegali istoty problemu. Okazało się, że istnieje trzecia droga. Powinniśmy całkowicie odrzucić tezę, jakoby dana własność cząstki była składnikiem rzeczywistości przed dokonaniem pomiaru. To niepodważalna cecha rzeczywistości mikroświata – realność powstaje w chwili pomiaru. Powinniśmy odrzucić lokalność układów kwantowych. Oznacza to tyle, że cząstki splątane łączy jakaś głęboka więź, funkcjonująca jak gdyby ponad przestrzenią. Układ pozostaje jednością, nie zważa na odległość – jest nielokalny.

   

Powróćmy jeszcze na chwilę do „lokalności”. W fizyce oznacza to, że każde oddziaływanie zachodzi w bezpośrednim kontakcie zaangażowanych w to obiektów. Codzienne doświadczenie mówi nam, że aby podnieść filiżankę, czy przesunąć talerz musimy użyć ręki, swojej lub cudzej, ale na pewno nie osiągniemy celu jedynie siłą woli. Newton odkrywając prawo powszechnego ciążenia, zauważył, że działa ono na odległość i nie umiał tego wytłumaczyć. Podobnie na odległość wydają się działać magnesy i przedmioty naelektryzowane. Dzięki eksperymentom Michaela Faradaya James Clerk Maxwell zawarł w czterech równaniach teorię elektromagnetyzmu, w której poza ładunkami elektrycznymi występuję pole elektromagnetyczne i to ono przenosi siły. Nie widać go wprawdzie, ale jest bytem realnym. Dzięki niemu znika „upiorne działanie na odległość”. W nieco inny sposób Einstein usunął problem „zdalnej” grawitacji. W Ogólnej teorii względności nie ma sił ale zakrzywienie czasoprzestrzeni w pobliżu mas wpływa na ruch innych ciał znajdujących się w pobliżu.

 

Tadeusz Pabjan w artykule Krótka historia nielokalności opublikowanym w czasopiśmie Filozofia nauki w 2007 roku, omówił dwa istotne pojęcia, które — ze względu na swój „nieempiryczny” charakter — wzbudzają dużo interpretacyjnych kontrowersji. Te pojęcia to realizm i lokalność. Realizm — najogólniej rzecz ujmując — sprowadza się do założenia o obiektywnym, to znaczy niezależnym od aktu obserwacji, istnieniu rzeczywistości fizycznej, lokalność zaś — również w najbardziej podstawowym znaczeniu tego słowa — oznacza niemożność natychmiastowego oddziaływania pomiędzy oddzielonymi przestrzennie zdarzeniami. Przeprowadzone przez Alaina Aspecta i innych fizyków doświadczenia dowodzą (naruszenie tzw. nierówności Bella), że założenia realizmu i lokalności nie mogą być jednocześnie prawdziwe — ich połączenie prowadzi do sprzeczności z mechaniką kwantową. Które z pojęć należy odrzucić? Rezygnacja z realizmu otwiera drogę dla stanowisk skrajnie subiektywistycznych, które jednakże z wielu różnych względów nie znajdują większego uznania. Mniejszym złem wydaje się rezygnacja z lokalności — to znaczy przyjęcie nielokalności, oznaczającej — znowu upraszczając sprawę — natychmiastowe oddziaływania o charakterze przyczynowym pomiędzy odległymi obiektami. Twierdzenie Bella (a dokładniej, jego doświadczalną weryfikację, wyrażającą się w stwierdzonym empirycznie łamaniu nierówności Bella) powszechnie interpretuje się więc jako argument (niekiedy nawet — jako dowód) za tym, że mechanika kwantowa jest nielokalna. Ponieważ zaś mechanika kwantowa jest teorią w pewnym sensie fundamentalną, dlatego nielokalność tej teorii przenosi się w niektórych jej interpretacjach na całą fizyczną rzeczywistość, zakładając — zapewne nie bez racji — że prawa mechaniki kwantowej dotyczą wszystkich bez wyjątku (również makroskopowych) obiektów tej rzeczywistości, ponieważ na najgłębszym poziomie wszystkie one zbudowane są z obiektów kwantowych. W ten sposób nielokalność staje się jednym z najważniejszych pojęć, wokół których ogniskuje się współczesna dyskusja nad poprawną interpretacją mechaniki kwantowej i zarazem nad ostateczną naturą fizycznej rzeczywistości.

 

Podstawową trudnością, do jakiej prowadzi przyjęcie założenia o nielokalnym charakterze praw przyrody, jest to, że tego typu koncepcja przekreśla uświęconą wielowiekową tradycją zasadę lokalnej przyczynowości. Zasadę tę w sposób formalny określiła dopiero w 1905 roku Szczególna teoria względności, ale intuicja wyrażająca tę zasadę funkcjonowała w fizyce od samego początku; co więcej, na długo przed powstaniem fizyki jako nauki intuicja ta obecna była w zdroworozsądkowym podejściu do świata. Zgodnie z tą intuicją, wszystko, co dzieje się w określonym miejscu przestrzeni (skutek), jest powodowane przez czynniki (przyczyny), które działają w tym właśnie miejscu, a nie gdzie indziej. Oczywiście, czynniki, które znajdują się „gdzie indziej”, mogą być przyczynami zdarzenia „tutaj”, ale nie może się to odbywać „natychmiast”, ponieważ przyczyny potrzebują czasu, aby w jakiś sposób „dotrzeć” do zdarzenia, będącego skutkiem. Szczególna teoria względności doprecyzowała powyższą intuicję postulując, że maksymalną prędkością transmisji sygnału fizycznego (pomiędzy przyczyną i skutkiem) jest prędkość światła. Inaczej mówiąc prędkość sygnału fizycznego pomiędzy przyczyną a skutkiem nie może przekroczyć prędkości światła; przekroczenie tej prędkości oznacza, że zachodzą pomiędzy nimi oddziaływania o charakterze nielokalnym.

 

Pierwszą teorią, która musiała stawić czoła problemowi oddziaływań nielokalnych, była fizyka Newtona. Zgodnie z teorią powszechnej grawitacji, pomiędzy ciałami niebieskimi zachodzą określone związki przyczynowe: siła grawitacji Słońca jest na przykład przyczyną tego, że planety poruszają się po swych eliptycznych orbitach. Możemy zapytać, czy oddziaływania przyczynowe pomiędzy ciałami niebieskimi propagują się w systemie Newtona „natychmiastowo”, czy nie? Jeśli tak — to znaczy, że grawitacja jest w tej koncepcji przykładem oddziaływania nielokalnego. Chociaż ten aspekt całego zagadnienia (czasowa zależność przyczyny od skutku) nie występuje w dyskusji pomiędzy Newtonem a współczesnymi mu komentatorami, to jednak wszystko wskazuje na to, że Newtonowskie „oddziaływanie na odległość” pojmowane było od samego początku jako oddziaływanie natychmiastowe, a więc nielokalne. Nic dziwnego, że grawitacja przekazywana właśnie w taki sposób — natychmiastowo, na odległość i bez pośrednictwa jakiegokolwiek ośrodka — wydawała się dla współczesnych Newtonowi czymś niefizycznym, dziwnym, a nawet niemożliwym. Sam Newton nie ukrywał, że oddziaływanie na odległość stanowi zagadkę również dla niego: Że jedno ciało może oddziaływać na odległość na inne ciało poprzez próżnię, bez pośrednictwa czegokolwiek innego; i że działanie i siła mogą być przekazywane od jednego ciała do drugiego — jest dla mnie tak wielkim nonsensem, że wydaje się mi, iż żaden człowiek, posiadający odpowiednie wykształcenie filozoficzne, nigdy się z tym nie zgodzi.

   

Ostrość, z jaką Newton wyraża swoją ocenę oddziaływania na odległość, może świadczyć o tym, że nielokalność grawitacji była dla niego istotnym problemem interpretacyjnym. W rzeczywistości bowiem żywił on metafizyczną wiarę w lokalną przyczynowość. Chociaż jego teoria wyraźnie sugerowała, że w przyrodzie występują oddziaływania nielokalne, to jednak Newton miał świadomość, że prawo odwrotnych kwadratów nie daje ostatecznego i pełnego wyjaśnienia samego zjawiska grawitacji. Jego teoria pozwalała co prawda poprawnie opisywać i przewidywać trajektorie planet, pozostających pod wpływem grawitacji Słońca; nie dawała jednakże wyjaśnienia, czym sama w sobie jest grawitacja. Tadeusz Pabjan sugeruje aby nie wykluczać tego, że Newton był przekonany o istnieniu innej, fundamentalnej teorii, która dostarczy ostatecznego wyjaśnienia mechanizmu, odpowiedzialnego za oddziaływania przyczynowe przekazywane za pomocą sił grawitacyjnych i że w tym wyjaśnieniu zachowana zostanie zasada lokalnej przyczynowości. Można się domyślać, że sam wytrwale szukał takiej teorii, a jego słynna deklaracja, dotycząca „niewymyślania hipotez” na temat natury grawitacji, świadczy jedynie o tym, że sam nie znalazł żadnego satysfakcjonującego rozwiązania.

 

Ostateczne wyjaśnienie natury grawitacji sformułowane zostało dopiero w ramach Ogólnej teorii względności, jednakże usunięcie zasadniczej niespójności pomiędzy Newtonowskim oddziaływaniem grawitacyjnym i ideą lokalnej przyczynowości było możliwe znacznie wcześniej — za sprawą wprowadzonej przez Michaela Faraday’a i Jamesa Maxwella koncepcji pola. Teoria Faraday’a i Maxwella zastąpiła wcześniejszy, Coulombowski opis zjawisk elektromagnetycznych w kategoriach natychmiastowego oddziaływania na odległość. Teoria Coulomba była, chronologicznie rzecz ujmując, drugą — po koncepcji Newtona — teorią, w której skutki propagowały się w przestrzeni natychmiastowo. Oczywiście, taka forma natychmiastowej komunikacji z fizycznego punktu widzenia wydawała się — podobnie jak w przypadku teorii powszechnej grawitacji — rozwiązaniem podejrzanym. Zastosowanie idei pola pozwoliło uporać się z kłopotliwą nielokalnością. Pole (grawitacyjne — w przypadku teorii Newtona, elektromagnetyczne — w przypadku teorii Maxwella) przejęło rolę fizycznego ośrodka, dzięki któremu oddziaływanie przyczynowe mogło propagować się lokalnie, to znaczy z miejsca do miejsca, a nie na odległość, jak było w teorii Newtona.

 

Powróćmy jeszcze do mechaniki kwantowej i rozważmy powstanie pary cząstek elementarnych, elektronu i pozytronu, rozbiegających się z miejsca kreacji w przeciwnych kierunkach. Zasada nieoznaczoności Heisenberga mówi, że dla żadnej z tych cząstek nie możemy jednocześnie wyznaczyć położenia i prędkości (ściślej – pędu). Nie wynika to z powodu kiepskich instrumentów pomiarowych, ale jest to fundamentalna własność przyrody: cząstka nie ma określonego pędu, ani określonego położenia, póki nie dokonamy pomiaru którejkolwiek z tych wielkości. Zatem w zgodzie z zasadą Heisenberga wykonajmy jeden pomiar. Niech to będzie pęd elektronu. Z zasady zachowania pędu (która obowiązuje również w mikroświecie) możemy bez wykonywania pomiaru, dokładnie obliczyć pęd pozytronu. Nic nie stoi teraz na przeszkodzie, aby jednocześnie dokładnie zmierzyć jego położenie. W ten zawiły sposób wyznaczyliśmy dla pozytronu oba parametry. Zasada Heisenberga tego zabrania, tak jakby pomiar pędu elektronu ograniczał na odległość dokładność pomiaru położenia pozytronu. Einstein proponował możliwe rozwiązanie problemu. Zasada Heisenberga być może pozostaje w mocy dla każdej cząstki z osobna, ale mechanika kwantowa nie jest teorią zupełną, czyli nie dostrzega tzw. ukrytych parametrów, które eliminują twierdzenie mechaniki kwantowej, że cząstka przed wykonaniem pomiaru „nie wie”, jak szybko się porusza i gdzie się znajduje. Takie wątpliwości może usunąć tylko dobrze zaplanowany eksperyment. Na jego pomysł wpadł John Stewart Bell w latach 60. XX w. Pierwsze próby realizacji miały miejsce już w latach 70. Te i kolejne eksperymenty wydaja się wskazywać, że mechanika kwantowa jest teoria zupełną, a w pewnych sytuacjach nawet odległe od siebie cząstki tworzą układ, który jako całość reaguje natychmiast, czyli „upiorne działanie na odległość”, inaczej „nielokalność” jest faktem. Cząstki biorące w tym udział nazywamy „splątanymi”.

    

Wiemy już dlaczego tytuł tego wpisu to: Wielka zaraza, upiorne działanie na odległość i sformułowanie Ogólnej teorii względności?
(1) Gdyby w 1665 roku w Londynie nie wybuchła zaraza; gdyby nie przerwano nauki na uniwersytetach; gdyby studiujący wtedy Newton nie wyjechał do Woolsthorpe to być może nie odkryłby prawa powszechnego ciążenia.
(2) Okazało się, że newtonowskie oddziaływanie grawitacyjne rozprzestrzeniało się natychmiastowo przez pustą przestrzeń; rozchodzące się w ten sposób oddziaływania Einstein barwnie określił przymiotnikiem "upiorne".
(3) Być może jednym z powodów sformułowania przez Einsteina Ogólnej teorii względności, czyli relatywistycznej teorii grawitacji, była chęć znalezienia nośnika oddziaływania grawitacyjnego, u Einsteina była to sama przestrzeń, oraz ograniczenia szybkości rozprzestrzeniania się oddziaływania, u Einsteina maksymalną szybkością propagacji oddziaływań jest szybkość światła.