Apmēram pirms 2500 gadiem (460. g. p. m. ē.) sengrieķu filozofs Dēmokrits saviem kolēģiem piedāvāja šādu domu eksperimentu: ja mēs paņemtu gabalu siera un ar ļoti asu nazi to dalītu aizvien mazākās daļās, tad kādā brīdī mums būtu jānonāk pie tik mazas daļiņas, kuru tālāk dalīt vairs nebūtu iespējams. Dēmokrits postulēja, ka visam esošajam jābūt veidotam no šādām tālāk vairs nedalāmām daļiņām un starp tām pastāv absolūts, īsts tukšums. Dabas filozofijā to sauc par atomisma skolu, bet šo nedalāmo daļiņu – par atomos (latviski: nedalāms). Šie klasiskie elementi bija dabā sastopamie uguns, ūdens, zeme un gaiss, starp kuriem bija arī piektais elements – ēters (viduslaikos saukts arī par kvintesenci). Platons raksta, ka piekto elementu radīja dievi, lai izkaisītu zvaigznes debesīs. Ēters atomismā bija tā matērija vai struktūra, kurā pastāvēja visi pārējie elementi.
Šāds modelis par dabu un kosmosu pastāvēja ļoti ilgi. Līdz 16. gadsimtam tie, kas nodarbojās ar dabas pētīšanu (dabas filozofi), pašas dabas pētīšanas vietā biežāk studēja antīkos un svētos tekstus, tā cenšoties saprast ķermeņu, kustību un visa esošā pirmcēloņus ar prātu. Viduslaiku kristīgajā Eiropā šie cēloņi tika piedēvēti dievam.
Daudz kas mainījās 1609. gadā, kad Galileo Galilejs sāka uzlabot un būvēt pats savus teleskopus, ar kuriem bija iespējams pārbaudīt un apstiprināt kosmoloģiskās hipotēzes pieredzē. Tā, ieguvis zinātnei neatņemamo mērinstrumentu, Galilejs secināja, ka Nikolaja Kopernika 1543. gada minējums, ka Zeme riņķo ap Sauli, ir patiess, un pavisam negaidīti attapās inkvizīcijas redzeslokā, jo sengrieķu/kristīgo teologu pasaules modelis bija Eiropā plaši pieņemts. Vēlāk Galilejs citus savus novērojumus sāka aprakstīt ar skaitļiem un kā mehāniku (kā zem svara lūst koka sijas vai kā lodīte ripo pa slīpni) un aicināja lasītājus viņa secinājumus pārbaudīt pašiem, ar instrumentiem reproducējot viņa eksperimentus. Par heliocentrisma aizstāvēšanu viņš 1633. gadā tika notiesāts ar mājas arestu, kuru cieta līdz mūža galam.
Jaunā, novērojumos balstītā pieeja ļoti patika angļu filozofam Frānsisam Bēkonam, kurš, tāpat kā daži citi filozofi, arī uzskatīja, ka zināšanas par dabu nevar iegūt, abstrakti diskutējot par kanoniskiem tekstiem, un 1620. gada publikācijā "Jaunais organons" mudināja izveidot jaunu metodi, proti, tiešā pieredzē, veicot eksperimentus. Bēkons uzskatīja, ka tā iegūsim noderīgas atziņas, ar kurām varēsim pilnveidot dažādas tehnoloģijas, kas savukārt atļaus ražot dažādas preces, tā vairojot labklājību valstī. Šis pēdējais arguments daudzus pārliecināja.
Dzirdējis par to, kas notika ar Galileju, cits laikabiedrs, Renē Dekarts, izlēma nepublicēt dažus no saviem kontroversiālajiem darbiem, bet citus publicēja, saglabājot savā dabas filozofijā dievu kā cēloni saviem novērojumiem, tomēr brīžiem spekulējot, ka teorētiski būtu iespējama arī tāda Zeme un dabas kārtība, kurā viss radies un kustējies arī bez dieva kā pirmcēloņa, kā par to izsenis bija domājuši viduslaiku teologi.
Tad uz skatuves kāpa Īzaks Ņūtons ar savu 1687. gada hitu "Dabas filozofijas matemātiskie principi". Viņš cienīja Dekarta paveikto, tomēr uzskatīja, ka ir jādodas vēl tālāk, atsakoties no tādām dabas pētniecības metodēm, kas iekļauj arī dievišķu cēloņu kontemplāciju. Veco metožu vietā vajadzēja likt matemātiskus aprakstus un novērojumu eksperimentālu pārbaudi. Šīs pārmaiņas un pakāpenisko atsacīšanos no iepriekšējiem pamatpostulātiem vēsturnieki dēvē par 16. un 17. gs. zinātnisko revolūciju. Bez šaubām, ir dažādi veidi, kā iegūt vērtīgas zināšanas par pasauli, bet šis konkrētais atdalījās no dabas filozofijas, kļuva par atsevišķu disciplīnu un ieguva mūsdienu zinātnei līdzīgas aprises. Metode, kas šai disciplīnai bija pašā pamatā – novērojums, potenciāls izskaidrojums (hipotēze), eksperiments, jauna hipotēze –, tika saukta par zinātnisko metodi.
Iespējams, lai izvairītos no pārāk lielas apmātības ar šīs jaunās metodes spēju risināt pilnīgi jebkuru jautājumu, 20. gs. amerikāņu filozofs Tomass Kūns piedāvāja raudzīties uz šo vēsturisko procesu kā uz visu esošo zināšanu status quo un neko vairāk, bet jaunatklājumus un no tiem izrietošās revolūcijas viņš sauca par paradigmas maiņām šo akumulēto zināšanu ietvaros. Viņš rakstīja, ka jebkura disciplīna – arī minētais sengrieķu/viduslaiku modelis – bija gluži funkcionāla nodarbe tiktāl, ka tā atspoguļoja sava laika vislabāko izpratni par pasaules uzbūvi. Kūna laikabiedrs, austriešu izcelsmes britu filozofs Karls Popers rakstīja, ka zinātne eksistē kā teoriju kopums un jebkura teorija jālieto tik ilgi, līdz tā vairs nestrādā. Viņš sniedza piemēru: ja ir iespējams formulēt teoriju, ka saule uzlēks ik rītu, tad nav pamata šo teoriju apšaubīt līdz brīdim, kad tā izrādās aplama. Šos vēstures periodus, kad zinātnieki iet uz darbu, vāc un pārbauda datus un strādā noteiktu aksiomu (par esošiem pieņemtu faktu) ietvaros, Kūns sauca par "normālās zinātnes" fāzi, ar to domājot parastu, ikdienišķu darbu bez dramatiskām pārmaiņām. Tādus periodus, kad zinātnieki netiek galā ar kādu datu anomāliju un ir spiesti iepriekšējos pieņēmumus pārrakstīt, viņš sauca par "revolūcijas" fāzi. Šādi periodi sākās, piemēram, pēc Kopernika heliocentrisma vai Darvina evolūcijas teorijas. Šādas revolūcijas neapgāž visu nozari viena gada laikā un nereti sastopas ar lielu pretestību.
Kā nesen darba uzdevumā noskaidroju lekciju ciklā "Kvantu vakarskola", pēdējā revolūcija, ko varētu šādi raksturot, bija kvantu fizikas pirmsākumi 1897. gadā, kad Dž. Dž. Tomsons, pētot katodu starus, atklāja pirmo patieso dabas pamatelementu – elektronu. Manis apmeklētās lekcijas par kvantu fiziku 20. gadsimtā vadīja pašmāju superzvaigznes: fiziķi Mārcis Auziņš, Vjačeslavs Kaščejevs un Kārlis Dreimanis un teologs Indulis Paičs.
Kad savulaik Latvijas Universitātē studēju filozofiju, mums kā atsevišķu priekšmetu pasniedza zinātnes filozofiju. Raksta pirmajā daļā centos izveidot priekšstatu par to, kā mūs mācīja raudzīties uz zināšanu veidošanas vēsturi. Kad kvantu vakarskolas lektori runāja par kvantiem, visi veltīja labu daļu laika, lai novilktu robežas starp to, kādus jautājumus kvantu fizika risina un kādus ne. Tas tik un tā neliedza man un citiem apmeklētājiem uzdot pasniedzējiem sadzīviskus un eksistenciālus jautājumus. Kad lektori veica šo demistificējošo atrunu un vienu otru pasaules uzskatu sagrāva, viņi demonstrēja, cik jokaini un citiem fiziķiem nepieņemami dažbrīd šķita kvantu mehānikas pirmie atklājumi 20. gadsimtā. Nereti par atklājumiem neizpratnē bija arī paši autori, piemēram, Einšteins, kura citāts par to, ka dievs nespēlējas ar metamajiem kauliņiem, patiesībā neattiecās uz viņa reliģiskajiem uzskatiem, bet gan uz to, cik savādas viņam pašam šķita kvantu daļiņu īpašības. To, kā paši kvantu fiziķi mērķtiecīgi tiek pārprasti, savukārt labi ilustrē gadījums, kad fiziķis Leons Ledermans, nevarot izturēt Higsa bozona meklējumu radīto frustrāciju, 1993. gadā vēlējās par šiem meklējumiem izdot grāmatu ar nosaukumu "The Goddamn Particle" (latviski, burtiski tulkojot: dieva nolādētā daļiņa). Izdevējiem nosaukums nešķita gana komerciāli pievilcīgs, tādēļ tas tika nomainīts uz "The God Particle" (latviski: dieva daļiņa). Šis nosaukums sabiedrībā "pielipa", un, kad 2013. gadā pēc 40 gadu ilgiem meklējumiem zinātnieki bozonu beidzot atrada, prese steidza rakstīt, ka ir atrasta "dieva daļiņa", raisot vēl plašāku ažiotāžu.
Mūsdienu informācijas laikmetā, kad parasti cilvēki – tādi kā es – mēdz dalīties tikai ar virsrakstiem, atsaukties uz zinātnes pētījumiem, ko nav lasījuši, un spekulēt par zinātnes atklājumu implikācijām, man šādas atrunas allaž šķiet vietā un saprotamas. Tas, ko es kvantu vakarskolas lekcijās nesapratu, bija pati kvantu fizika. Pasniedzēji jau pašā sākumā atrunāja, ka, lai lajam izstāstītu, kas tas ir, būs jālieto salīdzinājumi, kas būs neprecīzi, tādēļ īstu izpratni iegūt, visticamāk, nevarēs. Es uzcītīgi sekoju vairākiem domu pavedieniem, ar pasniedzēju it kā nonācām pie loģiska secinājuma, tomēr to, kādēļ kvanti uzvedas (vai brīžiem neuzvedas), kā paredzēts, es nesapratu, un tā nebija pasniedzēju vaina.
Lai nu kā, bija interesanti dzirdēt, ka Dēmokrita jautājums par pamatelementiem vēl aizvien tiek risināts tik prātam neaptverami tālā nākotnē, turklāt veids, kādā senie grieķi par to domāja, kā izrādās, nemaz nebija tik absurds. Tāpat iedvesmojoši bija tas, ka šo jautājumu risina arī latviešu zinātnieki. Viens no lektoriem, daļiņu fiziķis Kārlis Dreimanis, Latvijas zinātnieku grupā strādā Eiropas Kodolpētniecības centrā (CERN) un ikdienā darbojas daļiņu fizikas standartmodeļa ietvaros. Standartmodelī, kuru var dēvēt par Visumu aprakstošu kvantu teoriju, ir 18 elementārdaļiņas, no kurām tālāk nedalāmi sastāv mūsu Visums.
Elementārdaļiņu standartmodelis.
Tāpat interesanti bija viņu pašu vārdiem dzirdēt, ko mēs par Visuma uzbūvi vēl nezinām un kādus izaicinājumus viņi paredz nākotnē, kā arī – kādas aizraujošas preces un gadžeti mūs sagaida, pilnveidojot kvantu tehnoloģijas. "EuroHPC JU" iniciatīvas laikā, kuras dalībvalsts ir arī Latvija, Eiropas Komisija ir iecerējusi līdz 2023. gada beigām sešās Eiropas Savienības valstīs uzbūvēt sešus kvantus datorus, izmantojot tikai eiropiešu tehniku un programmatūru. Jaunie kvantu datori risinās pieaugošo pieprasījumu pēc kvantu skaitļošanas resursiem un jauniem pakalpojumiem no Eiropas rūpniecības un akadēmiskajām aprindām. Tie spēs atrisināt sarežģītas problēmas, piemēram, veselības aprūpes un loģistikas jomās dažu stundu laikā ierasto mēnešu un gadu vietā, turklāt patērējot daudz mazāk enerģijas. Kā lektors Vjačeslavs Kaščejevs lika noprast, šī patlaban ir ļoti perspektīva nozare, ja apsverat mainīt darbu.
Ja vēlaties painteresēties par kvantu fiziku un pašķetināt lielos Visuma jautājumus paši, atgādinu, ka Mārcim Auziņam platformā "LU Open Minded" ir 5 lekciju kurss "Kvantu fizika lielpilsētas iedzīvotājiem". Atstāšu jūs ar Kārļa Dreimaņa lirisko citātu: "Ja mēs esam vienīgā attīstītā civilizācija Visumā, tad mēs esam Visuma vienīgie maņu orgāni. Bez mums tas sevi saprast nevar."
1