Századik blogbejegyzés: az időfizikáig és tovább

Albert Michelson amerikai fizikus1894-ben úgy gondolta, hogy „a fizikai legalapvetőbb tényeit és törvényeit [immár] felfedeztük... a jövőbeni felfedezéseknek a hatodik tizedes jegyre kell irányulniuk”. Vagyis: már csak a már meglévők pontosítása van hátra, mert lényegében mindent tudunk. Amiben nem is csak az az érdekes, hogy Michleson nevét ma leginkább azzal a Michelson-Morey kísérlettel kapcsolatban ismerjük, amely az éter nemlétét kimutatva aztán elvezetett Einsteinhez és a 20. század egyik legnagyobb fizikai forradalmához. Hanem az is, hogy1890 körül még tényleg úgy tűnhetett, hogy Michelsonnak igaza van, hiszen alig egy-két – nem különösebben jelentősnek látszó – anomália várt már csak magyarázatra (mint amilyen pl. a Merkúr perihéliumvándorlása meg a fekete test sugárzása volt).
De aztán jött előbb a speciális, majd az általános relativitáselmélet, továbbá a kvantummechanika. „A legtöbb fizikusnak [ma sem] nem okoz gondot egyetlen [egységes] dolognak látni a fizikát”, jegyzi meg . W. Kilimster angol matematikus Sir Arthur Eddington „mindenségelméletéről” írva, és végső soron bármiféle „Nagy Egyesített Elmélet” is arról szólna, hogy állítsuk vissza azt a 19. századi állapotot, amikor még úgy tűnt, hogy a makro- és a mikrofizika ugyanolyan törvényeknek engedelmeskedik. Az pedig más kérdés, hogy eközben abból indulunk-e ki, hogy mondjuk ugyanúgy közvetlen kapcsolat van a gyenge, az erős meg az elektromágneses erők között, és lényegében ugyanúgy ugyanannak az éremnek a különböző oldalai-e, mint az elektromosságot és mágnességet egyesítő elektromágnesesség, vagy pedig a két végpont között  köztes elméleteket:  valamiféle elméleti hidat kell még kiépítenünk.
De mivel ez messzire vezetne, térjünk vissza inkább ahhoz, hogy amikor a 20. század elején jöttek a fentebb már érintett tudományos áttörések, akkor ezekhez többek között (sőt, talán első sorban) arra volt szükség, hogy – Lee Smolin amerikai fizikus megfogalmazásával élve – a kutatóknak Einsteintől Heisenbergig kedvük legyen „nehéz elvi kérdéseken” töprengeni. Mondjuk azon, hogy egészen kis mérettartományokban meg egészen nagy sebességeknél ugyanúgy működnek-e a dolgok, mint a klasszikus, newtoni fizikában, amelyet egyáltalán nem mellékesen a hagyományos értelemben vett matematika alapoz meg. A megoldást pedig akár a fénysebesség, akár az elemi részecskék esetében annak felismerése jelentette, hogy ami addig paradoxonnak tűnt, az valójában szabályszerűség/természeti törvény (de ettől persze nem lesz érthetőbb a számunkra:-)
Ma bizonyos szempontból hasonló a helyzet, mint Michelson idején; azzal a nem elhanyagolható különbséggel persze, hogy az akkori „apró anomáliák” helyett most olyan, első ránézésre is súlyos problémákkal van dolgunk, mint amilyen a sötét anyag és a sötét energia. Vagy mint az idővel, illetve az időutazással kapcsolatos ellentmondások, és lehet, hogy ideje lenne ismét az alapjaitól átgondolni az egészet.
Ehhez kiindulási pontként választhatjuk például a metamatematikát. Ez magát a matematika alapjait vizsgálja különböző matematikai módszerekkel (miként a talán legismertebb példa, a Gödel-tételek esetében is). De megtehetjük azt is, hogy eggyel még „hátrébb lépünk”, és rákérdezünk ezeknek a módszereknek a megalapozására meg arra, hogy mennyire szükségszerűek, és hogy elindulhatnánk-e valamilyen másik irányba az eddigiek helyett.
És itt nem is csak arra gondolok, hogy a klasszikus geometria teljesen önkényes módon a körző és a vonalzó használatán alapul (és ez egyebek között – hogy ad hoc példákat hozzak – még a descartesi, illetve a polárkoordináta-rendszerben is tetten érhető, hiszen ezekhez is vonalzóra, illetve körzőre és vonalzóra van szükségünk. Hogy a kúpszeletekről például már ne is beszéljünk). Hanem arra is, hogy könnyen lehetséges, hogy egyáltalán nem volt véletlen, hogy az ókori görögök a „tökéletes” geometriai objektumok létét tételezték fel.
Steven Mithen amerikai őstörténész azt írja az evolúciós pszichológiából kiindulva Prehistory of Mind c. könyvében, hogy a fejünkben az alkalmazkodás során ugyanúgy különböző mentális szervek alakultak ki, mint ahogy testi szerveink is a különböző szelekciós nyomásokhoz alkalmazkodtak. Ennek megfelelően az agy nem valamiféle „általános problémamegoldó eszköz”. Ehelyett különböző „célmodulok” találhatóak benne (a nyelv; a fizikai alapmodul (amelynek köszönhetően természetes számunkra a tárgyak tehetetlensége); a többi ember viselkedését értelmező pszichológiai; valamint az a biológiai modul, amely gondoskodik róla, hogy az élőlényekkel alapvetően mások legyenek az elvárásaink, mint az élettelen dolgokkal). A törzsfejlődésben a mostanit megelőző állapotra az egyes modulok független működtetése lehetett jellemző, most pedig a „kognitív fluiditás”: a különböző elemek súrlódásmentes együttműködése.
Ami a mi problémánk felől nézve azt jelenti, hogy mivel az agyban nincs matematikai modul, ezért az ilyen funkciókat valahogy máshogy kellett végrehajtani. Alkalmasint úgy, hogy eközben a nyelvi modult használtuk (mint ahogy a számneveknél is erre van szükség), és ha helyes a feltételezésem, akkor gyakorlatilag ez volt az a szűrő, amelyen keresztül értelmeztük a matematikát(az pedig meglehetősen késői fejlemény, hogy megjelenik egy, nem a nyelvhez kötődő és nem „elmondásra való” matematikai szimbólumrendszer). A nyelv viszont szükségképpen absztrahálásra épül (hiszen nincs olyan, hogy „pont”, „ember” vagy éppen „kör”, lévén ezek is gyűjtőfogalmak), és innét talán már nem is olyan nagy ugrás a mindenkori „kör” ábrázolásban az ideális kört látni, amelynek minden (végtelenül sok) pontja ugyanolyan távolságra van a középponttól. Meg egy valóban létező pontban az ideális, kiterjedés nélküli pontot, és így tovább. Értsd: bizonyos értelemben az evolúciós múltunkból fakadó korlátok/hiányosságok vezethettek a klasszikus matematika kialakulásához.
A másik lehetőség természetesen az, hogy egy véletlennek köszönhetően alakult volna ki ilyennek a matematika, de akár az egyik, akár a másik magyarázat helytálló, mindenképpen legalább elképzelhető, hogy létezik a mostaninál jobb és hatékonyabb megoldás a matematikai problémák kezelésére.
És megpróbálkozhatunk valami hasonlóan alapvető szemléletváltással a fizika esetében is.
A metafizika eredetileg azt jelentette, ami Arisztotelésznél a Fizika című könyv után következett – ma pedig valami olyasmit, hogy „a valóság természetének általános érvényű leírása”. A metamatematika analógiájára viszont eljátszhatunk egy olyan megközelítés lehetségességével is, amelynek a fizika értelmezését biztosító keretrendszer tanulmányozása a célja.
Norman Packard amerikai káoszkutató úgy fogalmaz, hogy „a fizikus olyan matematikus, akinek van érzéke a realitáshoz”. Newton óta a matematika tökéletesen beleépült a fizikába, és ezért logikusnak tűnik, hogy a fizikai alapokat vizsgálva a matematikát is az alapoktól gondoljuk újra, és közben megvizsgáljuk, hogy ennek milyen hatása lehet a fizikára.  Illetve – a kvantumelmélet mint példa alapján – megpróbálkozhatnánk azzal is, hogy különböző, problémásnak bizonyuló területeken a helyett, hogy az eddigi módszerekkel keresnénk megoldást, inkább eltérő logikából indulnánk ki (és példának okáért az idővel kapcsolatos problémák és paradoxonok megoldására valamiféle új időfizikát próbálnánk létrehozni).  A lényeg mindenképpen az lenne, hogy nekiálljunk újfajta szemléltekkel és az eddigieknek az alapoktól újraértelmezésével kísérletezni ott, ahol a hagyományos megközelítések csődöt mondtak.
Hátha akkor többre jutunk.

Túl a kvantumkomputeren?

A hagyományos titkosításra három dolog jelenthet veszélyt: az, ahogyan a társadalom; ahogyan a matematika és végül ahogyan a fizika működik. De ez egyben lehetőségeket is jelenthet.

1. Ami az elsőt illeti, itt lényegében arra  érdemes gondolnunk, hogy egy emberek által fenntartott rendszer annyira megbízható, mint amennyire azok, akik fenntartják. A social engineering ezt használja ki, és teljesen mindegy, hogy mennyire jó egy kód, ha valaki nem elég gondosan kezeli az információkat, és pl. hozzá tudunk jutni a kettős kulcsú titkosításban használt privát kulcsához.
2. A matematika azért érdekes a számunkra, mert ismét csak a kettős kulcsú titkosítás azon a feltételezésen alapul, hogy vannak dolgok, amelyeket az egyik irányba nagyon könnyű elvégezni, míg a másik irányba a számok növekedésével exponenciálisan válik nehezebbé. Ilyen lenne például két prímszám összeszorzása (amit bárki meg tud csinálni), majd pedig annak kikeresése, hogy az adott szám melyik két prímszám szorzata - ez utóbbi kellőképpen nagy számok esetében hatalmas számítási kapacitást igényel. Vagy legalábbis azzal a feltételezéssel szoktunk élni, hogy így van, és ezért biztonságos a két prímszám összeszorzásán alapuló titkosítás. De akadnak olyanok is, akik úgy vélik, hogy kell valamilyen szabályosságnak lennie a prímszámok eloszlása mögött. Vagyis egyes matematikusok intuíciója az egyik, másoké a másik álláspontot támogatja, de eddig sem az egyiket, sem a másikat nem sikerült bebizonyítani, és így bátran kijelenthetjük, hogy  a modern kriptográfia egy alá nem támasztott matematikai meggyőződésen alapul (amely ennek megfelelően vagy igaz, vagy nem).
3. Majdnem végezetül ott vannak az egyelőre nem különösebben hatékony kvantumkomputerek. Ezek azt használnák ki, hogy a kvantumszinten mások a fizikai törvények, mint a makroszkopikus testek világában, és a Peter Shor amerikai matematikus által által 1994-ben közzétett algoritmus megfelelő (egyelőre leginkább nem létező) kvantumszámítógépeken alkalmazva lehetővé tenné, hogy pillanatok alatt megtaláljuk az adott titkosításban használt prímszámokat.
4. A Fred Adams – Greg Laughlin csillagász szerzőpáros a The Five Ages of the Universe című könyvben azt írja, hogy az Univerzumra „négy ablak” nyílik: a bolygók, a naprendszerek, a galaxisok és az egész világmindenség szintje. Sir Martin Rees, a Royal Society jelenlegi elnöke néhány évvel ezelőtt arról beszélt, hogy egy, a galaxisok közötti térben, minden nagy tömegtől távol lebegő laboratórium kutatója nem lenne képes kimutatni a gravitáció létezését, és ennek analógiájára élhetünk azzal a feltételezéssel, hogy léteznek olyan természeti törvények, amelyek olyan kis lépték mellett, mint amennyire az emberiség tapasztalatai jelenleg kiterjednek, hasonlóképpen nem mutatható ki. Illetve feltehetjük azt a kérdést is, hogy vajon nem lehetséges-e, hogy a bolygószintnél magasabb szinteken a természeti törvények ugyanúgy másfajta logika szerint működnek, mint a kvantumszinten is, és ezeket felhasználva esetleg ugyanúgy a hagyományostól eltérő elven működő számítógépeket lehetne építeni, mint ahogyan a kvantumfizika sajátosságainak kihasználásával is?