Werner Heisenberg: Fizika i filozofija, revolucija u modernoj znanosti (Školska knjiga, 2023.)

U izdanju Školske knjige objavljen je prijevod knjige Fizika i filozofija, klasika literature u području filozofije fizike, odnosno filozofije kvantne mehanike, koju je napisao jedan od njezinih utemeljitelja i jedan od najvećih fizičara i najvažnijih mislilaca 20. stoljeća – nobelovac Werner Heisenberg (1901. – 1976.).  

Knjiga Wernera Heisenberga, jednoga od začetnika kvantne teorije, prvi je put objavljena 1958., a do danas nije izgubila ništa od svoje aktualnosti i relevantnosti u predmetnom području. Stoga ne treba čuditi što diljem svijeta i dalje nastaju novi prijevodi, pa tako i najnoviji – prijevod s engleskoga na hrvatski jezik – koji potpisuje dr. sc. Stipe Kutleša, dodajući i svoj iscrpan pogovor na kraju knjige.  

Werner Heisenberg: Fizika i filozofija, revolucija u modernoj znanosti, 256 str., Školska knjiga, 2023.

Knjigu su recenzirali dr. sc. Boris Kožnjak i izv. prof. dr. sc. Tihomir Vukelja.

Dr. sc. Kožnjak o knjizi je, među ostalim, napisao:

„Werner Heisenberg u ovoj je knjizi uspio približiti fizikalne, filozofske i povijesne okolnosti razvoja i značenja ove teorije koja unatoč svojoj fascinantnoj i gotovo stoljeće dugoj praktičnoj uspješnosti u deskripciji i predikciji fenomena mikrosvijeta još uvijek izaziva mnogobrojna pitanja o tome što nam ona točno govori o naravi mikrosvijeta, ali i znanosti općenito.

U jedanaest poglavlja Werner Heisenberg vješto vodi čitatelja kroz povijesni razvoj kvantne mehanike od tzv. klasične, njutnovske fizike, preko tzv. stare kvantne teorije s početka dvadesetog stoljeća, do konačnog formuliranja kvantne fizike kasnih 1920-ih.

S obzirom na to da je pisana izrazito razumljivim i pristupačnim stilom, knjiga Fizika i filozofija, revolucija u modernoj znanosti Wernera Heisenberga u hrvatskom prijevodu svoju publiku svakako može naći među zainteresiranim pripadnicima akademske zajednice (ne samo humanističkog i društvenog područja nego i među samim djelatnim znanstvenicima i istraživačima u području prirodnih znanosti), kao i u širem krugu čitatelja izvan akademske zajednice zainteresiranih za revolucionarne promjene u slici svijeta koje je donijela i još uvijek donosi kvantna mehanika.“

Werner Heisenberg, dobitnik Nobelove nagrade za fiziku 1932. (Foto: Bundesarchiv, Bild 183-R57262)

Izv. prof. dr. sc. Tihomir Vukelja u svojoj recenziji izdvaja:

„Werner Heisenberg, jedan od najistaknutijih fizičara XX. stoljeća i tvoraca kvantne mehanike, znanstveno je pridonio razumijevanju povijesnog razvoja prirodoslovlja i filozofiji fizike. Nastojao je povezati fiziku i filozofiju te je o filozofijskoj važnosti kvantne mehanike raspravljao na temelju različitih filozofijskih pristupa. Iz njegovih je rasprava s Nielsom Bohrom poteklo 'kopenhaško' tumačenje kvantne mehanike koje je sve do danas ostalo temelj standardnoga 'udžbeničkog' pristupa kvantnoj mehanici i nezaobilazno ishodište svake filozofijske rasprave o toj teoriji, bilo kao predmet razrade bilo kao predmet kritike. Drugim riječima, već gotovo sto godina Heisenbergova je fizika – osobito kvantna mehanika – i Heisenbergova filozofija dio osnovnog obrazovanja svakog znanstvenika koji se bavi filozofijom fizike, neovisno o tome slaže li se s Heisenbergovim idejama.

Važna je odlika ove knjige i to što je, unatoč tomu što se u njoj raspravlja o vrlo složenom odnosu fizike i filozofije, napisana jasno i pristupačno široj publici, a fizikalni i filozofijski pojmovi, nužni zbog prirode rasprave, primjereno su objašnjeni.

Osmišljen pristup, sustavnost izlaganja i lakoća stila uz zadržanu ozbiljnost i strogost argumenata ovo djelo čine pristupačnim širem krugu čitatelja zainteresiranih za suvremenu znanost.“

(hkv)

_____________

Pogovor knjizi Fizika i filozofija, revolucija u modernoj znanosti

Početkom 20. stoljeća pojavile su se u fizici dvije nove teorije koje su revolucionarno promijenile sliku svijeta znanosti. Prva se javlja na samom početku stoljeća kada je Max Planck 1900. godine postavio hipotezu kvanta, a druga je teorija relativnosti koju je postavio Albert Einstein kao specijalnu teoriju relativnosti (1905.) te ju je proširio na poznatu opću teoriju relativnosti (1916). Iako se uz teoriju relativnosti najčešće povezuje Einsteinovo ime, nije on jedini koji je zaslužan za njezin nastanak: tu su još bili važni Albert Abraham Michelson, Edward Williams Morley, George Francis Fitzgerald, Hendrik Antoon Lorentz, Jules Henry Poincaré sa svojim eksperimentalnim i teorijskim doprinosima. Teorija relativnosti iznijela je posve drukčije mišljenje o prostoru, vremenu, gibanju, energiji i masi te gravitaciji.

Dr. sc. Stipe Kutleša, prevoditelj knjige i autor pogovora

Planckova ideja kvanta početak je kvantne teorije kojoj su još doprinijeli Einstein (fotoelektrični učinak), Deby (toplinska svojstva čvrstih tijela), Niels Bohr (model atoma) i Sommerfeld (kvantizacijska pravila). Poslije su radovi Wolfganga Paulija, Maxa Borna, Paula Diraca, Erwina Schrödingera, Louisa de Broglieja, Pascuala Jordana i drugih doveli do utemeljenja i formulacije kvantne mehanike te doprinijeli njezinoj interpretaciji i filozofijskim posljedicama kvantne mehanike.

Jedan od najvećih doprinosa kvantnoj mehanici dao je Werner Heisenberg, zasigurno jedan je od najistaknutijih znanstvenika 20. stoljeća. Najpoznatiji je po svojim relacijama neodređenosti (1927.), ali je dao još važnih doprinosa znanosti. Tijekom 1925. je zajedno s Maxom Bornom i Pascualom Jordanom Heisenberg dao prvu matematičku formulaciju kvantne mehanike poznatu kao matrična kvantna mehanika. Za utemeljenje kvantne mehanike dobio je Nobelovu nagradu za fiziku (1932.). Ostali njegovi doprinosi znanosti su: uvođenje dviju simetrija (čime je objašnjen helijev spektar), teorija feromagnetizma, relativistička kvantna teorija polja, teorija nuklearnih sila i dr.

Heisenbergova knjiga Fizika i filozofija nastala je kao rezultat predavanja koja je Heisenberg održao 1955./1956. na sveučilištu St. Andrews u sklopu poznatih Giffordovih predavanja (Gifford Lectures) koja se od 1888. svake godine održavaju na škotskim sveučilištima u Aberdeenu, Edinburghu, Glasgowu i St. Andrews. Predavanja je utemeljio škotski pravnik lord Adam Lord Gifford (1820. ‒ 1887.). Na ta predavanja pozivaju se najistaknutiji svjetski znanstvenici, filozofi, teolozi, a svrha im je promicati i širiti proučavanje prirodne teologije i spoznaje Boga u najširem značenju te riječi te razvoj teološkog mišljenja. Prirodna teologija je traženje odgovora o posljednjim pitanjima, a pritom se ne oslanja ni na koju posebnu religiju ili svjetonazor. Predavanja, dakle, nisu zamišljena da se iznose pojedinačni problemi bilo koje znanosti nego njihove filozofijske posljedice te njihov utjecaj na pogled na svijet. Ona nisu namijenjena ponajprije stručnjacima iz neke struke nego širem krugu ljudi koji se zanimaju za znanost i filozofiju.

Heisenberg je u svojim Giffordovim predavanjima trebao iznijeti povezanost između moderne fizike i općih filozofijskih problema, tj. uputiti na znanstvene spoznaje koje su promijenile dotadašnje znanstvene spoznaje i općenito sliku svijeta. Namjera je predavanja i knjige na najjednostavniji način objasniti najteže znanstvene probleme moderne znanosti, posebno kvantne fizike. Da bi se modernu prirodnu znanost shvatilo, nužno ju je gledati u njezinoj povezanosti i dijalogu s filozofijom. Heisenberg kao vrstan fizičar ujedno je jedan od rijetkih znanstvenika u proteklih stotinjak godina koji je pokazao izrazitu sklonost za filozofiju. Zato je u knjizi Fizika i filozofija, ali i u ostalim svojim djelima, težio za uspostavom dijaloga između znanosti, filozofije, religije, društva otvarajući tako nova pitanja kao što su granice spoznaje, determinizma i indeterminizma, odnos tijela i duše, sloboda volje, etike i morala znanstvenika, utjecaja znanosti na društvene i političke odnose, umjetnosti, kulture i dr.

Werner Karl Heisenberg rođen je 5. prosinca 1901. u Würzburgu, gdje je njegov otac Kaspar Ernst August Heisenberg bio gimnazijski profesor i istodobno privatni docent za grčku filologiju na sveučilištu u Würzburgu. Majka Annie Wecklein bila je kćer klasičnog filologa Nikolausa Weckleina, koji je bio upravitelj klasične Maximilianove gimnazije u Münchenu do 1913. Kada se Heisenbergova obitelj preselila u München (1910.), August Heisenberg naslijedio je katedru za bizantologiju na sveučilištu, a Werner Heisenberg upisao se u tu klasičnu gimnaziju (1911.). Veoma je bio nadaren za matematiku i glazbu. Svirao je klavir.

Tijekom rata upoznaje se s Platonovim prirodnofilozofijskim dijalogom Timej, što će biti veoma važno za njegovo shvaćanje stvarnosti te stječe prve spoznaje o atomima. Uključuje se u ratnu službu pomoći. Postao je i vođa skupine mladih koja je 1919. sudjelovala u borbi protiv Bavarske sovjetske republike koja je htjela, nakon ratnih zbivanja, uspostaviti komunistički režim.

Nakon završetka gimnazije namjerava upisati studij matematike za koji se pripremao samostalno slušajući sveučilišna predavanja i prije upisa na studij. Nakon razgovora s poznatim profesorom matematike na sveučilištu Ferdinandom von Lindemannom odustaje od svoje prvotne želje i razgovara s profesorom fizike na Ludwig-Maximilianovu sveučilištu, Arnoldom Sommerfeldom te 1920. upisuje studij fizike izražavajući poslije zadovoljstvo tom odlukom. Slušao je predavanja poznatih znanstvenika kao što su Arnold Sommerfeld, Wilhelm Wien, Karl Herzfeld, matematičar Ferdinand von Lindemann, astronom Hugo von Seeliger i dr. U Sommerfeldovu seminaru, kojemu je tada pripadao i Wolfgang Pauli, Heisenberg se pod Sommerfeldovim vodstvom bavio atomskom teorijom. Sommerfeld je bio vrlo zainteresiran za atomsku teoriju i bio je vrstan stručnjak za atomsku spektroskopiju (Atomska struktura i spektralne linije, 1919.) te je i sam (1915.) proširio Bohrov model atoma iz 1913. tako što je uz kružne kvantizirane staze elektrona uveo i eliptične staze (Bohr-Sommerfeldov model atoma). Postavlja se pitanje je li Sommerfeld tada znao za Ruđera Boškovića i njegov „model atoma”, koji je također imao diskretne elipse kao staze gibanja Boškovićevih čestica. Godine 1921. Heisenberg je iznio model prema kojemu se uvode necjelobrojni kvantni brojevi pri tumačenju cijepanja spektralnih linija u magnetskom polju (Zeemanov učinak).

Kada je Niels Bohr držao predavanje u Göttingenu (1922.), Sommerfeld vodi Heisenberga, kao vrlo talentiranog znanstvenika, na to predavanje i tu se on upoznaje s Bohrom s kojim će dugo surađivati i s kojim će zasnovati tzv. kopenhaško tumačenje kvantne mehanike. Tom je prigodom upoznao neke od svjetskih poznatih znanstvenika kao što su Max Born, James Franck, Paul Ehrenfest, Hendrik Anthony Kramers, Alfred Lande i dr.

Heisenberg je istodobno radio i na problemima klasične hidrodinamike, točnije na problemu stabilnosti i turbulencije pri strujanju tekućina što je rezultiralo izradom i obranom doktorske teze pod Sommerfeldovim vodstvom (1923.). Heisenberg je našao aproksimativno rješenje uvjeta stabilnosti u faznom prijelazu iz laminarnog u turbulentno gibanje fluida. Na obrani doktorata eksperimentalni fizičar Wilhelm Wien htio je rušiti Heisenberga, ali ga je Sommesrfeld branio te je tako obrana ipak sretno završila.

Još prije završetka studija u Münchenu, Heisenberg boravi na sveučilištu u Göttingenu kod Maxa Borna, Jamesa Francka i matematičara Davida Hilberta. Born ga poziva za asistenta nakon što obrani doktorsku tezu. U jesen 1923. Heisenberg dolazi na sveučilište u Göttingen i usredotočuje se na atomsku teoriju. Postaje Bornov asistent, habilitira se (1924.) i dobiva pravo predavanja na sveučilištu. Tu upoznaje drugog Bornova asistenta Friedricha Hunda. U jesen 1924. prekida boravak u Göttingenu i na poziv Bohra odlazi u Kopenhagen, tada međunarodno središte kvantnih fizičara, gdje se bavi kvantnom teorijom zračenja s danskim fizičarem i Bohrovim asistentom Hendrikom Kramersom i američkim istraživačem Johnom Slaterom.

Vrativši se u Göttingen, Heisenberg je s Maxom Bornom i Pascualom Jordanom razvio matričnu formulaciju kvantne mehanike (1925.). To je bilo presudno za daljnji razvoj kvantne mehanike. Bohrov model atoma riješio je pitanje gibanja elektrona u atomu tako što je tvrdio da se emisija zračenja događa pri skoku elektrona iz jednoga stacionarnog stanja u drugo. No, ostalo je neriješeno pitanje što se događa s elektronom između dvaju stacionarnih stanja. Heisenberg je došao na ideju da se elektronu ne može pripisati svojstvo da bude „između” stacionarnih stanja, čime je odbacio stazu elektrona koja bi, u skladu sa zakonima klasične elektrodinamike, morala kontinuirano ovisiti o vremenu. Umjesto kontinuirane krivulje po kojoj bi se trebao gibati elektron, on mu je pridao svojstvo koje ovisi o položaju elektrona prije skoka i poslije njega. Prema tomu, kontinuirana krivulja zamijenjena je diskretnim nizom brojeva koji ovise o početnom i konačnom stanju. To je bila prva teorija koja je objasnila stabilnost atoma. Born je shvatio da je Heisenberg stvorio matričnu mehaniku.

Oko pola godine nakon otkrića matrične mehanike, početkom 1926., Erwin Schrödinger je iznio drukčiju teoriju koja je isto tako dobro objašnjavala građu atoma kao i matrična mehanika. To je bila valna mehanika kao rezultat prihvaćanja čestično-valne hipoteze Louisa de Brogliea iz 1924. godine. Nakon nedvojbenog dokaza Arthura Comptona (1922.) i Petera J. W. Debyeja (1923.) da postoje kvanti svjetlosti (fotoni) koji posjeduju i valna (frekvencija, valna duljina) i čestična (energija, impuls) svojstva, de Broglie je, vjerujući u jedinstvo pri­rode, proširio Einsteinov dualizam svjetlosti na sve čestice tvari. Valna mehanika je dobila čvrstu eksperimentalnu potvrdu u dokazima Clintona Josepha Davissona, Lestera Halberta Germera i Georgea Pageta Thomsona da elektroni imaju i valna svojstva (1927.). Od tada nije više postojala dvojba val ili čestica, nego vrijedi: i val i čestica istodobno.

Schrödingerova valna mehanika zadržala je klasične predodžbe i iskazuje se diferencijalnom jednadžbom koja je formalno istovjetna s klasičnom jednadžbom titranja žice, ali rješenja tih jednadžbi imaju različita značenja i pojmovi koji se pridružuju veličinama u tim jednadžbama posve su različiti. Valna je mehanika lako prihvaćena zato što je rješavala mnogo važnih problema, a fizičarima je bila uobičajeno matematičko sredstvo, za razliku od matričnog računa. Nakon toga nastale su znanstvene rasprave kojima je svrha bila dati prednost valnoj ili matričnoj mehanici. I sam Heisenberg uvidio je neke prednosti valne mehanike te je uvođenjem simetrične i antisimetrične valne funkcije riješio problem helijeva spektra (1926.). Početkom 1927. godine Schrödinger je dokazao da su matrična i valna mehanika matematički ekvivalentne, čime je rasprava završila. Riječ je zapravo o istoj me­hanici atoma zapisanoj na različite načine.

Od sredine 1926. godine Heisenberg postaje Bohrov asistent u Kopenhagenu gdje počinje držati predavanja na sveučilištu. Tijekom boravka u Kopenhagenu i rasprava s Bohrom, Einsteinom i ostalima o kvantnoj mehanici spoznao je načelo neodređenosti, tj. poznatih relacija neodređenosti (Unbestimtheitsrelationen), relacija nesigurnosti (Unsicherheitsrelationen, uncertainty relations) ili relacija nestrogosti (neoštrine) (Unschärferelationen) (1927.). Prvotni naziv koji je Heisenberg upotrijebio bio je izraz relacije netočnosti (Ungenauigkeitsrelationen). One izražavaju načelo da se istodobno ne mogu s proizvoljno velikom točnošću mjeriti kanonski konjugirane veličine, npr. položaj i količina gibanja, tj. brzina neke čestice ili energija i vrijeme. Na tu je ideju Heisenberg došao prihvaćanjem i valne i čestične slike te dosljednim promišljanjem tog valno-čestičnog dualizma. Ako se, naime, istodobno točno nastoje odrediti klasične veličine koje označavaju svojstva čestice, npr. položaj i brzina u svakom trenutku, onda bismo bili u stanju točno odrediti stazu elektrona, a time bi nam posve izmaknula valna svojstva elektrona. I obratno, poznavanjem valnih svojstava ne bismo ništa znali o čestičnim svojstvima elektrona. Posljedica prihvaćanja valno-čestičnog dualizma jest da pojmovi val i čestica u fizici atoma imaju ograničeno značenje. Postoji granica do koje je točnosti istodobno moguće mjeriti, npr. položaj i brzinu čestice, i ta je granica zadana Heisenbergovom relacijom neodređenosti, tj. Planckovom konstantom ħ, a to znači da relacije neodređenosti nisu nešto proizvoljno. To je načelo koje govori da istodobno mjerenje položaja i brzine (također energije i vremena) ne ovisi o manjoj ili većoj savršenosti mjernih instrumenata. Koliko god imali „savršene” instrumente, još ostaje nemogućnost istodobnoga točnog mjerenja obaju veličina.

Godine 1927. Heisenberg postaje redoviti profesor teorijske fizike na sveučilištu u Leipzigu, gdje ostaje sve do 1942. godine. Zajedno s Friedrichom Hundom, Peter Debyeom i matematičarom Bartelom Leendertom van der Waerdenom osnovao je Institut za teorijsku fiziku, posebno za nuklearnu fiziku gdje su dolazili tadašnji poznati svjetski znanstvenici. Zajedno s Paulijem radio je na relativističkoj kvantnoj teoriji polja (1929.). Tijekom rada u Leipzigu Heisenberg je održao mnoga predavanja u inozemstvu: u SAD-u (1929., 1932., 1939.), Engleskoj (1931., 1934.,1938.), Italiji (1931.,1937.) te Indiji (1929.), od kojih su predavanja održana 1929. na sveučilištu u Chicagu objavljena kao knjiga pod naslovom Physikalischen Prinzipien der Quantentheorie. Godine 1933. primio je Nobelovu nagradu za fiziku za 1932. godinu za stvaranje kvantne mehanike i za njezinu primjenu u otkrivanju i objašnjenju alotropskih oblika vodika.

Nakon teorijskog predviđanja postojanja pozitrona (Paul Dirac) i njegova eksperimentalnog otkrića (Carl David Anderson, 1932.) Heisenberg je sredinom 1933. predstavio svoju teoriju pozitrona. Također je nakon otkrića neutrona (1932.) predložio model atomske jezgre neutron-proton, uveo je u nuklearnu fiziku nuklearne sile izmjene i formalizam izotopnog spina ili izospina (simetrije proton – neutron na nuklearnu silu).

Od 1936. do 1938. predstavio je svoju teoriju kozmičkih zraka.

Godine 1937. Heisenberg se oženio s Elizabeth Schumacher i s njom je imao sedmero djece od kojih su neka bila znanstvenici (genetičar, fizičar, biolog).

Nakon što su Otto Hahn i Fritz Strassmann 1938. otkrili cijepanje uranija, Heisenberg je razvio teoriju lančane reakcije cijepanja uranija. U doba rata postao je direktor Kaiser-Wilhelmova Instituta za fiziku i profesor na katedri teorijske fizike na Friedrich-Wilhelmovu Sveučilištu (danas Humboldtovo Sveučilište) u Berlinu (1942. ‒ 1945.). Sudjelovao je u izgradnji nuklearnoga reaktora na bazi cijepanja uranija sporim neutronima. Istraživao je i probleme kozmičkog zračenja te predložio novu teoriju raspršenja elementarnih čestica formulirajući je u obliku tzv. S-matrice (matrice raspršenja).

Nakon Drugoga svjetskog rata Heisenberg se iz američkog zarobljeništva u Engleskoj vratio u Njemačku i ponovno organizirao u Göttingenu Kaiser-Wilhelmov Institut za fiziku (1946.), koji je 1948. preimenovan u Max-Planckov Institut sa sjedištem u Münchenu (nakon 1958.). Također je postao redoviti profesor na Ludwig-Maximilianovu Sveučilištu u Münchenu. Na Institutu je Heisenberg proširio program istraživanja i na astrofiziku, tako da je novi naziv instituta glasio Max Planck Institut für Physik und Astrophysik. Tada se bavio fizikom bariona pa je predvidio, npr., η-mezon (eta-mezon), koji je poslije i otkriven. Godine 1970. prestao je biti direktorom te znanstveno-istraživačke ustanove.

Dobitnik je mnogih međunarodnih priznanja, nagrada i odlikovanja, član više od trideset akademija znanosti, među kojima i HAZU-a, počasni doktor mnogih sveučilišta, a 1969. i Sveučilišta u Zagrebu. Bio je suradnik i predsjednik znanstvenog odbora Europskog centra za nuklearna istraživanja (CERN) u Ženevi, predsjednik Zaklade Alexander von Humboldt (1953. ‒ 1975.), dopredsjednik Društva Max Planck (1966 . ‒ 1972.). Od mnogih predavanja održanih diljem svijeta Heisenberg je također gostovao u Hrvatskoj (1969. i 1974.). Posebno je cijenio Ruđera Boškovića. Heisenberg je umro 1. veljače 1976. u Münchenu.

Nijedan poznatiji fizičar 20. stoljeća nije u svojemu znanstvenom radu bio toliko povezan s filozofijom kao Heisenberg. Njegovo cjelokupno djelo rezultat je snažnog povezivanja fizike (ili općenito znanosti) s filozofijom, pa čak i s religijom. U tom je kontekstu gledao i na društvene i političke događaje te na potrebu promicanja međunarodne znanstvene, kulturne, političke i druge suradnje.

Rasprava o kvantnoj mehanici i njezinim filozofijskim posljedicama dovela je do tzv. kopenhaške interpretacije čije su temeljne ideje postavili Bohr svojim načelom komplementarnosti, Heisenberg svojim načelom (relacijama) neodređenosti i Born statističkim tumačenjem valne funkcije. Born je Schrödingerovu valnu funkciju tumačio tako da je kvadratu te valne funkcije pridao fizikalno značenje vjerojatnosti, tj. nalaženja kvantnog objekta u nekom stanju (1926.). I relacije neodređenosti i valno-čestični dualizam samo su posebni slučajevi Bohrova načela komplementarnosti (1927.). Dok su u klasičnoj fizici pojmovi val i čestica bili međusobno nespojivi, u kvantnoj fizici su oba prikladna i potrebna za opisivanje istih objekata; oni nisu protuslovni nego komplementarni. Načelo komplementarnosti nadmašuje područje kvantne mehanike i postaje opće filozofijsko načelo. Tako se, npr., prema Bohrovu uvjerenju znanost i umjetnost mogu promatrati kao dvije komplementarne metode spoznaje stvarnosti.

Relacije neodređenosti nisu bile samo korjenit zahvat u temelje postojeće fizike nego su nužno potaknule raspravu u teoriji spoznaje. Heisenberg je revidirao pojam gibanja, točnije staze gibanja i pojam opažanja u svijetu atoma. Promatranjem klasičnog objekta mi na njega nikako ne utječemo; njegova svojstva ostaju ista neovisno o tome motrimo li ga ili ne. U klasičnoj se znanosti govori o objektivnoj stvarnosti tih svojstava ili stanja klasičnog objekta ili pojave. U atomskom i subatomskom svijetu opažati (motriti) neku pojavu znači mjerenjem odrediti njezina svojstva. Opažanje i mjerenje nerazdvojivi su. Heisenberg je išao još dalje ustvrđujući da se opažanje i sama pojava ne mogu međusobno razdvojiti. O mikropojavi se i ne može govoriti prije i mimo mjerenja. A mjerenje se sastoji od međudjelovanja između kvantnog objekta i mjernog uređaja. Pritom kvantni sustav prelazi u novo kvantno stanje. U koje će kvantno stanje sustav prijeći, to se odlučuje u samom činu mjerenja. Prije mjerenja ne može se odrediti u kojem je stanju kvantni sustav. Postoji, naime, mnoštvo mogućnosti kvantnog sustava, a u činu mjerenja ostvaruje se jedna od tih mogućnosti. Zato mjerni uređaj, što može biti motritelj (subjekt), i pojava (objekt) čine nerazdvojivu cjelinu. Tako je Heisenberg uveo novi pojam stvarnosti u kojem ne vladaju kauzalni zakoni nego statistički, pri čemu je statistički zakon rezultat čovjekova (subjektova) mjernog postupka. Prema tome, s kvantnom mehanikom promijenilo se shvaćanje prirode. Umjesto strogih kauzalnih zakona koji vrijede u klasičnoj newtonovskoj mehanici, u kvantnoj mehanici vrijede statistički zakoni koji se matematički formuliraju kao funkcija vjerojatnosti, što nužno sadržava kategoriju mogućnosti ili potencijalnosti (dynamis), čime se Heisenberg vraća jednom od zaboravljenih središnjih pojmova Aristotelove fizike. Iako Heisenberg u doba postavljanja relacija neodređenosti nije znao za Ruđera Boškovića, on zapravo nastavlja na tragu njegove filozofije prirode gdje potencijalnost i aktualnost imaju veoma važnu ulogu.

Na petom Solvayevu kongresu u Bruxellesu (listopad 1927.) učvršćeno je gledište o kvantnoj mehanici kakvo su zastupali Bohr, Heisenberg, Pauli, Born i Jordan, a nazvano je „kopenhaško tumačenje” kvantne mehanike. Iako je većina tadašnjih fizičara prihvatila to tumačenje, neki od tvoraca kvantne teorije radije su ostali u okvirima tradicionalne ontologije i klasičnih predodžbi fizike, npr. A. Einstein, M. Planck, L. de Broglie, E. Schrödinger, M. von Laue i drugi.

Einstein je bio jedan od najoštrijih kritičara kopenhaške interpretacije kvantne mehanike. U mislenom eksperimentu (Einstein-Podolsky-Rosen paradoks ili EPR-paradoks) on je, s Borisom Podolskym i Nathanom Rosenom, nastojao pokazati besmislenost utjecaja čina mjerenja na neki atomski proces, tj. bio je uvjeren da i u mikrofizici vrijedi klasično načelo uzročnosti, a time i mogućnost potpunog opisa kvantnog sustava neovisno o činu motrenja. To statistička kvantna mehanika nije u stanju dati.

Slijedili su i drugi pokušaji drukčijeg tumačenja kvantne mehanike. Louis de Broglie predložio je kauzalno tumačenje valne mehanike pod nazivom „teorija dvostrukog rješenja” (1927.), ali je zbog oštrih kritika napustio svoj prijedlog da bi se opet (1952.) vratio na svoju staru ideju nakon što je Bohm ponudio novi prijedlog kauzalnog tumačenja kvantne mehanike. I Erwin Schrödinger nastojao je zadržati klasične predodžbe opirući se kvantnim skokovima. Kao i Einstein, tako je i on smislio misleni eksperiment, poznat pod nazivom „Schrödingerova mačka”, kojim je htio pokazati da kvantnomehanička načela prenesena na makrosvijet vode do besmislica: mačka zatvorena u komoru zbog mogućeg radioaktivnog zračenja može ostati živa (ako se zračenje ne dogodi u nekom vremenskom periodu) ili mrtva (ako se zračenje dogodi). Valna funkcija tog sustava opisuje stanje u kojemu je mačka ni živa ni mrtva. Otvaranjem komore, tj. činom motrenja „odlučuje se” o životu ili smrti mačke, što je za Schrödingera besmislica.

Jedan od najpoznatijih jest pokušaj Davida Bohma da ponudi kauzalno objašnjenje kvantne mehanike iznoseći ideju o tzv. „skrivenim parametrima (varijablama)” (1952.), koji izmiču motrenju i koji su na subkvantnomehaničkoj razini podložni zakonima koji su različiti od zakona na kvantnomehaničkoj razini. Bohm nastoji sačuvati determinističko tumačenje kvantne mehanike. Nakon toga se javljaju i radikalnije kritike uobičajene interpretacije kvantne teorije i protuprijedlozi, tj. alternativne interpretacije. Na tragu Einsteinove kritike kopenhaškog tumačenja John S. Bell iznio je matematičku formulaciju prema kojoj svaka teorija koja se temelji na „objektivnoj realnosti” mora zadovoljavati neke matematičke nejednakosti nazvane tzv. Bellovim nejednakostima (1964.). Uvođenjem hipotetičkih parametara u kvantnu se mehaniku nastoji unijeti lokalnost i kauzalnost pri pojedinačnim mjerenjima na razdvojenim kvantnim sustavima. Bellove nejednakosti, dakle, vrijede ako se prihvate lokalno-realističke teorije. Lokalnost znači da su međusobno udaljeni događaji neovisni, tj. da nema djelovanja na daljinu, a realizam da događaji ne ovise o motritelju. Bellov teorem tvrdi da se uz uvjet lokalnosti ne mogu dobiti statistička predviđanja kvantne mehanike. Kvantna mehanika, dakle, narušava načelo lokalnosti. Zbog toga u njoj ne vrijede ni Bellove nejednakosti. Praktično ostvarenje EPR-paradoksa, tj. ispitivanje Bellovih nejednakosti proveo je Alain Aspect. On je eksperimentalno dokazao da predviđanja kvantne mehanike ostaju vrijediti (1982.).

Kvantna mehanika i njezina kopenhaška interpretacija potisnule su prirodnu znanost materijalističke usmjerenosti i materijalističku ontologiju. Zato je za Heisenberga svaka materijalistička filozofija prilično naivna. On se u svojim filozofijskim nazorima na neki način ne vraća samo Platonu nego i Heraklitu koji je u prvi plan stavio pojam bivanja nasuprot nepromjenjivom bitku stare grčke filozofije. U prirodi ne postoje stvari nego događaji i procesi koji su stalni. Taj Heraklitov nauk potvrđuje i moderna fizika prema kojoj nema, kao ni kod Boškovića, apsolutnog mirovanja. Samo je vječno kretanje (promjena) apsolutno. Promjena je događaj, dakle nešto nematerijalno, a to znači da je ona nematerijalno načelo. Za modernu fiziku je to energija kao što je to i Heraklitova vatra jer one predstavljaju procese. Pojmu materije ili tvari Heisenberg suprotstavlja pojam „polja sila” kao nešto nematerijalno. Zbog toga je on pristaša protumaterijalističkog smjera u filozofiji. Za njega se moderna fizika jako približava Heraklitovu nauku jer ako se Heraklitova kozmička vatra zamijeni pojmom energije, onda se tu prepoznaje shvaćanje moderne znanosti. Energija je gradivo, supstancija od koje su sastavljene sve stvari te uzrok sve promjene u svijetu. Supstancija, dakle, nije materijalno počelo, a ni kod prvih starogrčkih filozofa, osobito Heraklita, ona nije imala materijalističko značenje. Svođenjem materije na nešto temeljnije – energiju – Heisenberga se može smatrati pristašom energizma. Masa i energija su prema teoriji relativnosti ekvivalentne, a kao dvije naoko suprotstavljene veličine čine jedinstvo suprotnosti. Masa je vidljiva, energija nije. Materijalistička ontologija kaže da se materija ne može uništiti. Suvremena fizika eksperimentalno pokazuje da se elementarne čestice s masom mogu uništiti (anihilacija) jer ih se može pretvoriti u energiju. To bi značilo da ne vrijedi zakon očuvanja mase. Takav bi zaključak bio ispravan kada bi se materija i energija smatrale dvama neovisnim entitetima. Ako ih se shvati kao dva oblika iste supstancije, onda ostaje vrijediti zakon očuvanja supstancije koja nužno ne mora biti materijalna. Zato Heisenberg ističe da moderna znanost u svojemu tumačenju događaja u mikrosvijetu ima prilično malo dodirnih točaka s materijalističkom filozofijom.

U kontekstu Bohrova načela komplementarnosti i kopenhaškog tumačenja kvantne teorije može se postaviti pitanje odnosa znanosti i religije o čemu se u Heisenbergovu krugu često raspravljalo. Čak i protivnici kopenhaškog tumačenja imali su u vezi s time stajališta slična onima pristaša kopenhaškog tumačenja. Tako, npr., Einstein smatra suviše jednostranom tezu o nužnom sukobu znanosti i vjere. On kaže da znanost ne može biti putokaz za prosudbe i ponašanja, smisao, vrijednosti i krajnje ciljeve. To spada u područje filozofije, teologije i religije. Znanost je nastojanje da se sustavno protumače pojave ovoga svijeta i da se otkrije istina o tom svijetu. Znanost i religija, shvaćene na taj način, prema Einsteinovu uvjerenju ne mogu biti u sukobu. One su, naprotiv, jedna drugoj korisne jer se dopunjavaju. Znanost koristi religiji jer je pročišćava i oslobađa od antropomorfizma, a religija sve više ide prema racionalnom znanju, kaže Einstein. Slična stajališta imaju Heisenberg, Planck, Bohr i drugi.

Heisenberg navodi da se kartezijanski rascjep u znanosti i filozofiji zasnivao na pretpostavci da se svijet može opisati a da se ne govori o Bogu ili o nama samima. Prirodna znanost je to uzimala kao nužnu pretpostavku objašnjenja prirode. Kvantna je teorija radikalno promijenila pristup spoznaji stvarnosti. Heisenberg ističe da znanost zapravo prirodu ne opisuje onakvom kakva je ona „po sebi” nego kako se nama pokazuje u našim pitanjima. On ne vjeruje da bi ljudska društva mogla živjeti prihvaćajući oštar rascjep između znanja i vjere. I za Bohra religija pridonosi skladu života zajednice. Dokaz za nepostojanje neslaganja između znanosti i religije Planck ne nalazi samo i isključivo u povijesnoj činjenici da su najveći istraživači prirode (npr. Kepler, Newton, Leibniz i dr.) bili duboko religiozni ljudi nego ponajprije u činjenici da između znanosti i religije nigdje ne nalazimo protuslovlja nego upravo potpuno slaganje u odlučujućim točkama. Religija i prirodna znanost se, za Plancka, ne isključuju nego se dopunjuju.

Heisenberg je objašnjenje prirode tražio ne samo u tada novoj kvantnoj teoriji nego je nastojao modernu znanost shvatiti u nužnoj povezanosti i dijalogu s filozofijom, teologijom, religijom. Iz vlastitog iskustva svjedoči da je čitajući Platonov dijalog Timej shvatio osnovne ideje o atomima te da mu je nauk o atomima postao puno jasniji nego prije. Isticao je važnost humanističkog obrazovanja i zalagao se za duhovnu atmosferu iz koje Zapad crpi svoju snagu nekoliko tisućljeća. Ni znanost bez te povezanosti s duhovnim nasljeđem neće voditi pravom cilju.

Stipe Kutleša