Sendu inn spurningu

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Er orsakalögmálið algilt? Hvernig verkar til dæmis óvissulögmál Heisenbergs?

Vísindamenn ganga yfirleitt út frá því að orsakalögmálið sé algilt. Við trúum því að sömu orsakir leiði alltaf til sömu afleiðingar og við ályktum oft um orsakir út frá afleiðingum sem við sjáum. Við tökum líka með varúð öllu sem fyrir ber ef það á sér ekki orsakir sem við þekkjum eða skiljum. Óvissulögmál Heisenbergs breytir nokkru um þetta að því er varðar smæstu eindir efnisins en breytir hins vegar engu í hugmyndum okkar um hluti sem við sjáum með berum augum.


Þetta er ein þeirra spurninga sem liggja á mörkum eðlisfræði og heimspeki og slíkum spurningum er oft vandsvarað. Hér verður því ekki reynt að gera vanmáttuga tilraun til að gefa strang-eðlisfræðilegt eða strang-heimspekilegt svar við spurningunni. Hins vegar gæti verið gott að velta fyrir sér nokkrum hlutum í okkar eigin reynsluheimi sem varpað geta ljósi á spurninguna, og síðan skoða óvissulögmál Heisenbergs og önnur skammtafræðileg fyrirbæri til að athuga að hvaða leyti þau samræmast þeim raunveruleika sem við þekkjum.

Í daglegu lífi okkar er eðlilegt að trúa á einhvers konar orsakalögmál. Við trúum því að ákveðinn atburður geti orsakað annan, og sé orsökin sú sama verði afleiðingin einnig sú sama. Ef við kveikjum á lampa þá kemur ljós á peruna, en það fer ekki að renna vatn í baðkerið. Ef við spörkum í bolta þá færist hann úr stað. Orsakakeðjan frá einum atburði til annars getur auðvitað orðið mjög margþætt og aðrir orsakandi atburðir geta komið þar inn -- ef við spörkum í bolta á miðjum fótboltavelli þá heldur boltinn áfram í ákveðna stefnu en ef við spörkum bolta beint í vegg þá kemur boltinn til baka. Við öðlumst hins vegar nokkuð snemma á lífsleiðinni ákveðna eðlisávísun sem segir okkur að sé boltanum sparkað á nákvæmlega sama hátt á nákvæmlega sama stað á veggnum þá komi hann alltaf nákvæmlega sömu leið til baka.

Sjónhverfingamenn geta leikið sér með þessa eðlisávísun okkar og látið líta út eins og orsakalögmálið hafi verið brotið, en maður sem safnað hefur nægilegri reynslu um heiminn í kringum sig veit ávallt að einhvers staðar eru brögð í tafli.

Spurningin um frjálsan vilja er einnig tengd orsakalögmálinu. Ef við erum til dæmis beðin um að velja tölu milli 1 og 10 þá trúum við því að við höfum frelsi til að velja, óháð því hvort spurningin sé borin fram á einhvern ákveðinn hátt.

Þeir sem eru strangtrúaðir á það að alla atburði megi tengja saman i hreina orsakakeðju geta haldið því fram að val okkar orsakist af ákveðnu efnajafnvægi í heilanum og svarið yrði ávallt hið sama ef upphafsástandið væri hið sama. Þetta viðhorf má þá túlka þannig að allar okkar ákvarðanir séu í raun fyrirfram 'forritaðar' og að allir atburðir framtíðarinnar geti aðeins orðið á einn veg. Þetta minnir óneitanlega á heimsmynd sumra trúarbragða þó að þar séu röksemdafærslurnar aðrar. Fólk með vestræna heimsmynd, mótaða af kristinni trú, telur hins vegar almennt að það hafi sjálft áhrif á gang heimsins, það geti tekið ákvarðanir og beri sjálft ábyrgð á þeim. Fari hlutirnir á einn veg er ekki þar með sagt að þeir hefðu ekki allt eins getað farið á einhvern annan veg.

Víkjum þá að skammtafræði og orsakalögmálinu. Skammtafræðin er stærðfræðileg lýsing á því hvernig smæstu hlutir sem við þekkjum hegða sér. Þetta eru hlutir eins og rafeindir, frumeindir, eða jafnvel hinir örsmáu kvarkar sem mynda róteindir og nifteindir í kjarna frumeinda. Þessar agnir eru grundvallareiningar í byggingu nær alls efnis í hinum þekkta heimi og marga af eiginleikum gastegunda, kristalla og jafnvel vökva er einungis hægt að útskýra með hjálp skammtafræðinnar. Hins vegar er oft erfitt að sjá hvar brúin liggur frá stærðfræðilegri lýsingu skammtafræðinnar til daglegrar reynslu okkar af veruleikanum.

Orsakalögmálið hefur til dæmis nokkuð aðra merkingu innan skammtafræðinnar. Tveir nákvæmlega eins atburðir geta haft gjörólíkar afleiðingar. Sé sett upp tilraun þar sem rafeindum er skotið á ‘vegg’ þá geta sumar rafeindanna svifið í gegn óhindrað meðan aðrar kastast til baka. Fyrirfram er engin leið að spá um hver afdrif hverrar einstakrar rafeindar verða, orsökin er sú sama en afleiðingarnar mismunandi. Séu rafeindirnar mjög margar, má hins vegar með mikilli nákvæmni segja fyrir um hversu stór hluti rafeinda speglast til baka og hversu stór hluti fer gegnum vegginn.

Að þessu leyti getum við tengt saman orsök og afleiðingu en hér gildir orsakalögmálið aðeins fyrir mikið safn agna en ekki fyrir hverja einstaka ögn. Meðal annars vegna þessa virðist okkur orsakalögmálið eins eðlilegt og raun ber vitni - þeir hlutir sem við sjáum í kringum okkur í daglegu lífi eru ávallt mjög stórt safn örsmárra agna.

Hvernig tengist þetta svo óvissulögmáli Heisenbergs? Ef við vildum halda því fram að orsakalögmálið mætti ekki brjóta, jafnvel ekki í einstökum skammtafræðilegum atburðum, þá gætum við sagt að okkur skorti ef til vill aðeins nákvæmari upplýsingar til að reikna út hvers vegna tvær agnir sem virðast hafa sama upphafsástand geta hegðað sér á ólíkan hátt. Óvissulögmálið segir hins vegar að því nákvæmar sem við ákvörðum staðsetningu einhverrar agnar, þeim mun tilviljanakenndari verður hraði hennar, og öfugt. Þess vegna er í grundvallaratriðum ómögulegt að öðlast nákvæmar upplýsingar um alla þætti í ástandi einstakra rafeinda og slíkt nákvæmlega skilgreint ástand er í raun og veru ekki til.

Lýsing skammtafræðinnar á raunveruleikanum felst í því að gera grein fyrir líkum eða möguleikum þess að eitthvað geti gerst, til dæmis að ögn sé á ákveðnum stað á ákveðnum tíma, að hún hafi ákveðinn hraða, að atburður 1 leiði af sér atburð 2 og svo framvegis Mikið hefur verið rætt og ritað um það hver hin raunverulegu tengsl eru milli slíks líkindareiknings og svo þess sem við sjáum í skammtafræðilegum tilraunum og í heiminum umhverfis okkur, en jafnvel Einstein viðurkenndi að eftir 50 ára vangaveltur þekkti hann ekki gott svar við þeirri spurningu.

Til frekari glöggvunar má benda á almennar kennslubækur í skammtafræði og tilvísanir í þeim, en því miður hefur lítið verið skrifað á íslensku um skammtafræði fyrir almenning. Sjá einnig svar Viðars Guðmundssonar hér á Vísindavefnum við spurningunni Hvað verður um hreyfingar efniseinda við alkul? og svar Kristjáns Leóssonar við spurningunni Hvað segir eðlisfræðin um vitundina út frá skammtafræðinni?

Útgáfudagur

23.5.2000

Spyrjandi

Geir Þórarinsson

Höfundur

Kristján Leósson

eðlisverkfræðingur

Tilvísun

Kristján Leósson. „Er orsakalögmálið algilt? Hvernig verkar til dæmis óvissulögmál Heisenbergs?“ Vísindavefurinn, 23. maí 2000. Sótt 6. desember 2019. http://visindavefur.is/svar.php?id=449.

Kristján Leósson. (2000, 23. maí). Er orsakalögmálið algilt? Hvernig verkar til dæmis óvissulögmál Heisenbergs? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=449

Kristján Leósson. „Er orsakalögmálið algilt? Hvernig verkar til dæmis óvissulögmál Heisenbergs?“ Vísindavefurinn. 23. maí. 2000. Vefsíða. 6. des. 2019. <http://visindavefur.is/svar.php?id=449>.

Chicago | APA | MLA

Sendu inn spurningu
eða

Vísindadagatalið

Anna Agnarsdóttir

1947

Anna Agnarsdóttir er prófessor emeritus í sagnfræði við HÍ. Meginrannsóknarsvið Önnu eru samskipti Íslands við umheiminn á tímabilinu 1500-1830.