MECHANIKA KWANTOWA W SZTUCE

Wszyscy wiemy o Ogólnej Teorii Względności zwanej potocznie teorią grawitacji Einsteina. Teoria względności jest klasyczną teorią, na podstawie której można przewidzieć przyszłość ze 100% pewnością. Pozwala określić na przykład położenie Ziemi względem słońca za miesiąc. Teoria Względności opisuje świat dużych obiektów takich jak gwiazdy i cały Wszechświat.

Kwantowa mechanika też jest już pojęciem powszechnie znanym. Teoria kwantowa opisuje przede wszystkim świat małych obiektów takich jak na przykład atomy.

Obie teorie zostały przetestowane i wszyscy nawet nie zdajemy sobie sprawy, że każdy w życiu codziennym spotyka się z przejawami oddziaływania tych teorii fizycznych.

Jedna z nich opisuje świat w skali makro, a druga w skali mikro. Wydawać mogłoby się, że obie teorie są jakby rozłączne, ale gdy Wszechświat był młody i podczas Big Bangu był mniejszy od atomu, obowiązywała wtedy jedna teoria stanowiąca połączenie mechaniki kwantowej z ogólną teorią względności. Była to „Kwantowa Teoria Grawitacji”, której do tej pory nie potrafimy stworzyć, ponieważ jedna oparta jest na pewności, a druga na prawdopodobieństwach.

Teoria kwantowa mówi nam o naszej rzeczywistości, czyli całego Wszechświata w skali mikro. A świat ten jest bardziej niesamowity niż mógłby go przedstawić najbardziej wyrafinowany autor książek science – fiction.

Słowo kwant rozpowszechniło się w nauce dzięki Maxowi Planckowi, który użył je do opisu oddziaływania światła z atomami.

Mechanika kwantowa często jest sprzeczna z naszymi pojęciami zdrowego rozsądku. A to dlatego, że zdrowy rozsądek podpowiada nam rzeczy, które zbieramy z naszego codziennego doświadczenia, a w codziennym doświadczeniu mamy do czynienia tylko z dużymi obiektami i zjawiskami makroświata. Na atomowym i subatomowym poziomie materialne cząstki zachowują się całkiem inaczej. Zasada nieokreśloności Heisenberga zarysowuje sens tych różnic. W makroświecie możemy z całą pewnością i jednoznacznie określić miejsce pobytu (przestrzenne współrzędne) każdego obiektu (na przykład tego monitora przed wami).

Nie ma znaczenia, czy wykorzystamy linijkę, radar, sonar, fotometrię albo jakąś inną metodę pomiaru - wyniki pomiarów będą obiektywne i nie będą zależeć od stanu monitora (oczywiście, pod warunkiem zachowania dokładności w trakcie pomiaru). To jest pewna nieokreśloność i nieścisłość może się zdarzyć - ale wyłącznie wskutek ograniczonych możliwości przyrządów pomiarowych i ewentualnych błędów obserwacji. Dokładne i w pewni wiarygodne wynik zapewni dokładny przyrząd pomiarowy i brak naszych błędów przy odczycie pomiaru.

W mikroświecie proces pomiaru nie da się dokonać bez współdziałania, a współdziałanie - bez oddziaływania na mierzony obiekt jest niemożliwe i w konsekwencji otrzymujemy zniekształcenia wyników. Żeby zmierzyć na przykład przestrzenne współrzędne elektronu, musimy skierować w jego kierunku foton, inny elektron albo inną cząstkę elementarną o porównywalnej z mierzonym elektronem energii i zmierzyć jej odchylenie. Ale sam elektron, stający się obiektem pomiaru, w rezultacie współdziałania z tą cząstką zmieni swoją sytuację w przestrzeni. I w ten sposób sam akt pomiaru prowadzi do zmiany sytuacji mierzonego obiektu, i niedokładność pomiaru uwarunkowana jest samym faktem dokonywania pomiaru, nie stopniem dokładności przyrządu pomiarowego. Oto z jaką sytuacją musimy godzić się w mikroświecie. Mechanika kwantowa ukazała fizykom całkiem nowe oblicze mikroświata cząstek elementarnych, w którym rządzi probabilistyka, niepewność i prawdopodobieństwo.

O rezultatach tego oddziaływania mówi zasada nieoznaczoności Heisenberga:

Δx × Δv > h/m

Nieokreśloność współrzędnych przestrzennych razy nieokreśloność szybkości cząstki > h/m,

gdzie h – stała Plancka, a m – masa cząstki.

Jeśli udałoby się nam zmierzyć współrzędne elektronu z dokładnością 10^(-6) metra to jednocześnie możemy zmierzyć jego szybkość z dokładnością do 650 m/sek.

Z powodu zasady nieoznaczoności opis obiektów mikroświata kwantowego nosi inny charakter, niż zwykły opis obiektów newtonowskiego makroświata. Zamiast współrzędnych przestrzennych i szybkości, którymi przyzwyczailiśmy się opisywać mechaniczny ruch ciał, na przykład kula po stole bilardowym, w mechanice kwantowej obiekty mikroświata opisuje się przy pomocy funkcji falowej. Z atomem, czy inną cząstką mikroświata kojarzy się fala, która jest abstrakcyjnym pojęciem matematycznym. Rozchodzi się ona w przestrzeni jak rzeczywista fala. Równanie Schrödingera pozwala dokładnie przewidywać propagację tej fali. Fala ta ma ścisły związek z rzeczywistością. Za pomocą jej amplitudy – w zasadzie kwadratu amplitudy możemy wyliczyć prawdopodobieństwo znalezienia cząstki w danym miejscu przestrzeni.

Codzienny świat naszych wrażeń jest zupełnie odmienny od mikroskopowego świata kwantów. To co nam tradycyjnie wydaje się być cząstką, na poziomie kwantowym przejawia szereg charakterystyk właściwych dla fal.

Obiekty mikroświata mają zarówno falowe jak i korpuskularne właściwości. Należy je uważać nie za cząstki i nie jako fale lecz jako coś pośredniego, posiadającego jak falowe tak i korpuskularne właściwości - w newtonowskiej mechanice analogów takich obiektom nie ma. Dlatego jest tak wiele paradoksów w mechanice kwantowej, takich jak np. obecność mikrocząstki w dwóch miejscach naraz.

Czy istnieje jakiś wspólny mianownik pomiędzy mechaniką kwantową, a sztuką?

Wydaje się że tym wspólnym mianownikiem może być abstrakcja. W sztuce, szczególnie nowoczesnej jest to ważne pojęcie. A w mechanice kwantowej chyba abstrakcja jest też ważna. Operujemy w niej przecież znaczną liczbą w pewnym sensie wysoce abstrakcyjnych pojęć matematycznych, poczynając od funkcji falowej. Czy funkcja falowa jest rzeczywistym bytem, który istnieje niezależnie od naszej świadomości. Dlaczego atom przestaje lawirować , gdy go zaobserwujemy? Czy to nasza świadomość powoduje, że atom decyduje się na jedno położenie ze 100% prawdopodobieństwem i następuje „kolaps” jego funkcji falowej do konkretnego położenia z jednoczesnym unicestwieniem wszystkich innych możliwości?

Sztuka zawsze dotyczy treści i formy. Forma stosowana w sztuce abstrakcyjnej może być bardzo różnorodna, jak tego dowodzą nowoczesne dzieje sztuki. Tym, co wyróżnia sztukę abstrakcyjną od nie abstrakcyjnej jest brak rozpoznawalnych przedmiotów. Dzieła sztuki abstrakcyjnej na ogół nie powinny odzwierciedlać natury, ani naśladować, czy ją opisywać.

Jednym z najbardziej znanych osób sztuki, związanych z mechaniką kwantową jest artysta i fizyk JULIAN VOSS-ANDREAE. Artysta znalazł sposób wyrażenia charakteru falowego obiektu makroświata – człowieka. Jego rzeźba składa się z systemu pionowych arkuszy blachy stalowej - pozwala kwantowemu człowiekowi nawet i zniknąć w zależności od kąta pod którym patrzymy na rzeźbę. Człowiek kwantowy ma charakter falowy: to „jest” lub prawie „znika” stając się niewidoczny w zależności od kąta patrzenia.

MECHANIKA KWANTOWA W SZTUCE

Kwantowy człowiek II widziany z dwu różnych kierunków. 2007 by Julian Voss-Andreae.City of Moses Lake, Washington.

„Kwantowy koral” Juliana Vossa przedstawia obraz uzyskany ze skaningowego mikroskopu tunelowego STM za pomocą którego ustawiono atomy żelaza w kształcie koła na miedzianej powierzchni. Po przeskanowaniu powierzchni atomy żelaza ukazują się jako szczyty i ich wspólne elektrony tworzą kolistą falę stojącą wewnątrz koła. Naukowcy potrafią już uzyskiwać „kwantowe korale”, a nawet „kwantowe stadiony” o niezbędnej konfiguracji.

QUANTUM CORRAL. PRACE JULIANA VOSSA.

W innej swojej rzeźbie artysta przedstawia Wszechświat jako pianę czasoprzestrzeni, która zgodnie z fizyką kwantową nie jest spokojna, lecz zawiera przypadkowe fluktuacje energii ze spontanicznie tworzącymi się i unicestwianymi w próżni cząstkami – „kwantową pianą”.

MECHANIKA KWANTOWA W SZTUCE

The Universe. The Cellular Structure of Space-Time. By Julian Voss-Andreae.

Fizyka kwantowa jest naukowym fundamentem dotyczącym praktycznie wszystkiego co spotykamy na świecie, włącznie z cudem życia. Pomimo jej doniosłego znaczenia i fundamentalnego statusu w nauce, teoria kwantów pozostaje filozoficznie przedziwnie problematyczna. Ludzkość już od stu lat boryka się ze zrozumieniem świata tak, jak jest on przedstawiony w fizyce kwantowej. Można sądzić, że nadejście kwantowej fizyki w nauce pojawienie się modernizmu w sztuce na początku dwudziestego wieku reprezentują dwa aspekty tej samej głębokiej zmiany w kulturalnej ewolucji ludzkości. Tak twierdzi artysta i fizyk Julian Voss.

Doświadczenia zmysłowe, które pojawiają się w intelektualnym królestwie fizyki kwantowej są transformowane do sztuki i stając się częścią naszej zbiorowej świadomości - pomagają nam zrozumieć niezgłębioną naturę rzeczywistości . I nie ma to nic wspólnego z abstrakcją. Chociaż TEORIA STRUN (najedź myszką na wybrany fragment obrazu i kliknij!) wydaje się być czystą abstrakcją!

Sztuka abstrakcyjna odrzuca przecież koncepcję mimesis i dąży do stworzenia własnego, odrębnego i autonomicznego świata układów, barw i form.

Amimesis to kategoria estetyczna wywodząca się z filozofii Arystotelesa, zakładająca naśladowanie natury w szerokim tego słowa rozumieniu (także zjawisk życia i postępowania człowieka) w dziele sztuki. Nie oznacza wiernego kopiowania rzeczywistości, dopuszczając stosowanie deformacji (satyrycznej lub groteskowej) lub idealizacji. Mimesis postuluje poznawanie świata poprzez odtwarzanie ogólnych zjawisk i praw natury oraz życia. Czyli sztuka kwantowa jest dziedziną nie mającą nic wspólnego z abstrakcją, starającą odzwierciedlać rzeczywistość kwantową.

Sztuka jest związana z nauką i jest bytem o tej samej naturze. Sztuka, czysta nauka, religia są sobie bliskie według współtwórcy mechaniki kwantowej Heisenberga. Dotyczy to również muzyki – posłuchaj „Kwantowo splątane tango” oraz „Kwarki” - songs from the musical „Quantum Physics”: The Musical by Vanessa LeBourdais and Ian Gschwind.

Tak jest dlatego, ponieważ we wszystkich tych dziedzinach duchowego działania człowieka: nuce, religii, sztuce - realizuje się dążenie człowieka ku lepszemu, nadające mu sens życia. Werner Heisenberg powołuje się przy tym na Platońską anamnezję - zagubionego w głębi naszej nieśmiertelnej duszy wspomnienia o jej niebieskiej ojczyźnie, które nagle budzi się i przejawia w nauce, czy sztuce. Zmysłowe doznania stwarzają jedynie „okazję ”do uświadomienia sobie, przypomnienia - anamnezji tego, co dusza, preegzystując w świecie idei, już poznała.

Inną kluczową sprawą łączącą sztukę z nauką jest fundamentalna rola symetrii, a przede wszystkim harmonii w samym bycie piękna jako takiego. Nasze zmysły odczuwają przecież piękno jako matematyczną proporcjonalność części całości pomiędzy sobą i jednocześnie w odniesieniu do całości.

Niektórzy fizycy są zwolennikami nawet supersymetrii w mikroświecie! Uważali ją nawet za ostateczną propozycję unifikacji wszystkich cząstek.

Jednak teza o symetrii jako podstawie piękna zarówno w nauce jak i w sztuce nie powinna być dogmatyzowana. I nie może też stanowić w sztuce absolutnej zasady, czy kryterium pracy artystycznej. W językach sztuki jest miejsce i dla asymetrii. I może ona estetycznie znaczyć więcej niż jakaś mechaniczna regularność.

Najważniejsza jest harmonia!

Dążenie do harmonicznego uporządkowania stanowi bodziec dla myśli naukowej i jest tym co łączy ją ze sztuką. A piękno w sztuce jest także związane z matematyką, tak jak i w nauce i stanowi o harmonii w nas i kosmosie.

MECHANIKA KWANTOWA W SZTUCE