Hvordan væksten i den videnskabelige virksomhed påvirkede et århundrede med kvantefysik

Den østrigske kvanteteoretiker Erwin Schrödinger brugte først udtrykket "sammenfiltring, "i 1935, at beskrive det mind-bøjende fænomen, hvor to fjerne partiklers handlinger er bundet til hinanden. Forvikling var den slags, der kunne holde Schrödinger vågen om natten; ligesom hans ven Albert Einstein, han mente, at det satte tvivl om kvantemekanikken som en levedygtig beskrivelse af verden. Hvordan kunne det være virkeligt?

Og stadigvæk, beviser bliver ved med at akkumulere, at forvikling eksisterer. For to år siden brugte MIT -professor David Kaiser og et internationalt team lasere, enkelt-foton detektorer, atomure, og enorme teleskoper, der indsamler lys, der var frigivet af fjerne kvasarer for 8 milliarder år siden for yderligere at forfine tests af kvanteindvikling. Forskerne udelukkede således effektivt en potentiel indsigelse, at udseendet af sammenfiltring kan stamme fra en vis sammenhæng mellem udvælgelsen af ​​målinger, der skal udføres, og adfærden for de partikler, der testes.

Ja, forvikling trodser vores intuition, men i det mindste kan forskere blive ved med at lære om det, Kaiser noter.

"Schrödinger kunne kun blive vågen hele natten, "siger Kaiser, hvilket betyder, at teoretikere i 1930'erne bare havde "blyant og papir og meget gennemtænkte beregninger og overbevisende analogier" til at guide dem, men lidt fysisk bevis. I dag, derimod, "vi har instrumenter til at studere disse spørgsmål på måder, som ikke engang var mulige eksperimentelt eller empirisk før for nylig."

Nu Kaiser, en professor i fysik ved MIT og Germeshausen -professor i videnskabshistorie i MIT's program i videnskab, Teknologi, og samfundet, har skrevet en ny historie om emnet, "Quantum Legacies:Afsendelser fra en usikker verden, "udgivet i denne måned af University of Chicago Press. Bevæger sig mellem vignetter af vigtige fysikere, original forskning om feltets vækst, og beretninger om sit eget arbejde inden for kosmologi, Kaiser understreger de store ændringer på området over tid.

"Der har været virkelig dramatiske ændringer i disciplinens formuer, "siger Kaiser, der siger, at han havde til formål at præsentere læserne for "en anden slags historie, med forskellige gennemgående linjer, over et meget turbulent århundrede. "

Fysikkens boom og styrtet

Ja, mange historier om kvantefysik har været teleskopiske i form, med fokus på feltets mest kendte stjerner:de grundlæggende kvanteteoretikere Niels Bohr, Paul Dirac, Werner Heisenberg, og Schrödinger, med Einstein normalt fremhævet som en berømt kvante -skeptiker. Før fysikfællesskabet blev ramt af uro af verdenskrig, disse forskere udviklede kvantemekanik og identificerede dets mest forvirrende træk-herunder sammenfiltring og usikkerhedsprincippet (afvejningen i nøjagtighed ved måling af ting som en partikels position og momentum).

Vi kæmper stadig for at fortolke disse begreber, men meget andet har ændret sig. I særdeleshed, Kaiser understreger, fysik oplevede et kvart århundrede med en hidtil uset vækst fra 1940'erne, især da studerende oversvømmede tilbage til Amerikas universiteter efter Anden Verdenskrig.

"Vi trænede flere mennesker i fysik i det kvart århundrede efter krigen, end man tidligere havde trænet, kumulativt, siden tidernes morgen, "Kaiser siger om denne vækstfase.

I mellemtiden, massive partikelkollidere ændrede fysikkens metoder og gav ny viden om subatomære strukturer. Kæmpe teams samarbejdede om eksperimenter, strengt bestemt til at slibe empiriske fremskridt. Flere mennesker end nogensinde var ved at blive fysikere, men tilsyneladende færre end nogensinde overvejede de "filosofiske" problemer, som kvantefysikken rejser, som blev umoderne.

"Det var mere end et pendelsving, "Kaiser siger." Fysik så disse ganske dramatiske ændringer i det, der endda tællte som et reelt spørgsmål. "

Kaiser dokumenterer dette skift omhyggeligt gennem nærlæsning af fysikbøger, viser, hvordan et ethisk pragmatisk regnestykke blev dominerende. Lærebogsforfattere, tilføjer han, foretager altid en række værdivurderinger:Hvad er et passende emne, hvad er en passende metode? Hvad skal vi stille spørgsmål til? Hvad er 'blot' filosofisk? "

Og så sprængte fysikboblen:Finansiering, tilmeldingsnumre, og job i feltet faldt alle voldsomt i begyndelsen af ​​1970'erne, på grund af en aftagende økonomi og nedsat føderal finansiering.

"Disse tal styrtede ned for stort set alle studieretninger på tværs af akademiet, men ingen faldt hurtigere end fysikken, "Siger Kaiser.

Tao af store kolliderer

Måske overraskende, at krisen på arbejdsmarkedet i 1970'erne hjalp med at genoplive interessen for 1930'ernes kvante-nysgerrigheder. Som Kaiser beskrevet i sin bog fra 2011 "How the Hippies Saved Physics"-som voksede ud af dette bogprojekt-kom nogle vigtige fremskridt i retning af at forstå forvikling fra daværende marginalfysikere, der, mangler hurtige forskningsmuligheder, havde relativ frihed til at udforske forsømte spørgsmål.

Sådan ukonventionel tankegang begyndte snart også at påvirke undervisningen, Kaiser noterer i "Quantum Legacies." Fritjof Capras periode bestseller "The Tao of Physics, "der forbinder østlig religion og kvantemysterier, er i dag kendt som en New Age -hæfteklammer - men den landede på akademiske pensum i 1970'erne, tak til fysikprofessorer, der er ivrige efter at lokke eleverne tilbage til deres klasseværelser.

Siden 1970’erne har kvantefysik har set flere mini-epoker zip af. Forsvarsudgifterne ansporede til et opsving i 1980'erne inden for fysik, men da den amerikanske kongres dræbte Superconducting Supercollider -projektet i 1993, fysikere i nogle grene af disciplinen kunne ikke generere mange nye eksperimentelle resultater - indtil Large Hadron Collider kom online i 2008. Flere nyere akademiske generationer har således oplevet fysik som en turbulent disciplin, med sine formuer knyttet til fjern politik.

"Nogle gange blev folk fanget ude af synkronisering, de kom ind i fysikken i højkonjunkturerne, og uden egen skyld, mulighederne forsvandt, før de fik deres grader, "Kaiser siger." Og vi har set det ske to gange her i landet i det sidste halve århundrede. "

Så mens folk som Schrödinger kunne gøre fremskridt med en blyant og papir, de fysiske materielle betingelser har enorm betydning for nutidens fremskridt inden for disciplinen.

"Ideerne betyder meget, "Kaiser siger." Men ideerne er indlejret i en verden i forandring. "

"Quantum Legacies" har tiltrukket ros fra forskere; Den nobelvindende fysiker Kip Thorne fra Caltech roser bogens "bemærkelsesværdige sæt vignetter om store udviklinger inden for fysik og kosmologi i det forrige århundrede, "som" smukt integrerer videnskab med menneskets historie. "Den prisvindende romanforfatter Nell Freudenberger noterer sig Kaisers" talent for at afdække forbindelser mellem andre verdslige ideer og den sociale og politiske verden, hvor de tager form, " hvilken, hun fortsætter, giver "en simpelthen tryllebindende guide til universets mysterier."

For hans del, Kaiser håber, at læserne vil overveje forskernes "dobbelthed" - de håber at finde evige svar, på trods af at de er bundet af deres æra's værktøjer og antagelser. Og mens "Quantum Legacies" udforsker nogle individuelle fysikers liv, såsom Dirac, Kaiser håber også, at læserne vil sætte pris på, hvor grundigt kvantefysik har været et samarbejde.

"I videnskaben er der en tradition for at skrive om det eneste geni, men kvantemekanik fra dag ét har krævet et ensemble -cast, "Kaiser siger, tilføjer, "Når vi studerer institutioner, generationer, og kohorter, Jeg finder det mere værdifuldt end at tænke på disse uopnåelige genier på bjergtoppen - hvilket altid er en fabel, men det er en særlig dårligt passende fabel for dette sæt af udviklinger. "

Overveje, han siger, at mere end 15, 000 fysikere offentliggjorde artikler om Higgs Boson-hvor de undersøgte, hvordan subatomære partikler erhverver masse-over en periode på 50 år. Men først efter at Large Hadron Collider begyndte at køre, kunne forskere finde beviser for det.

"Det får mig til at tænke på mit eget [arbejde] på en anden måde, "Siger Kaiser." Hvad har jeg ikke kunnet tænke på, at den næste generation åbner op? Det synes jeg er meget mere spændende, som en menneskelig historie, som en konceptuel historie, end at fokusere på et enkelt ensomt geni. "

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT -forskning, innovation og undervisning.