Teori Kuantum Bukan Muktamad?

Kini saya sedang membaca buku "Quo Vadis Quantum Mechanics?" suntingan A. Elitzur, S. Dolev dan N. Kolenda. Buku ini memuatkan 21 makalah (termasuk perbincangan meja bulat) ditulis oleh pakar yang telah memikirkan masalah teori kuantum begitu lama (antaranya penerima anugerah Hadiah Nobel,  't Hooft). Prakata buku ini malah disediakan oleh ilmuwan Roger Penrose yang mempunyai pendapatnya tersendiri tentang apa sebenarnya masalah teori kuantum.

Mungkin sesetengah pelajar, malah ahli fizik sekali pun, tertanya-tanya mengapa perlu diungkit "masalah" lama mekanik kuantum ini. Bukankah mekanik kuantum sudah begitu berjaya sekali dalam meramalkan sifat pelbagai jirim dan sinaran sehingga dapat direkayasakan ke teknologi elektronik dan teknologi fotonik sedia ada, dan seterusnya menjanjikan teknologi maklumat kuantum yang baru. Mengapa perlu ada teori yang lain? Seringkali kita dengar sesetengah ahli fizik yang mengatakan kita perlu terima teori kuantum seadanya; terima apa yang disarankan oleh mekanik kuantum untuk kita. Tidak kurang juga yang mengujar "Diamlah dan buat saja kiraan!", kadangkala dengan nada angkuh. Ada juga yang berpendapat bahawa teori mekanik kuantum sudah diganti dengan teori medan kuantum yang lebih terkehadapan.

Kenapa diungkit - saya kira pendapat yang paling ikhlas adalah untuk mencari sesuatu yang baru selain daripada teori kuantum yang sedia ada. Keadaannya hampir sama sahaja dengan menjawab persoalan apa perlunya teori graviti diberi bentuk kuantum - bukankah teori graviti sudah secukupya diperihal dengan teori kerelatifan umum sehingga dapat memberi kejituan tinggi dalam sistem GPS (sila lihat makalah di sini atau sini; walaupun ada kritikan, kebanyakannya tidak tersiar dalam jurnal indeks rujukan). Dalam kes ini, jawapan lazim adalah kejanggalan untuk menerima dua set hukum fizik yang berlainan untuk graviti dan jirim; dipandang ideal jika semua objek dalam alam menuruti satu set hukum fizik yang unik. Begitu juga dengan teori kuantum; dirasakan janggal jika hukum fizik memerlukan dua bahasa berlainan dalam memerihalkan fenomena fizik - tentuisme untuk alat pengukur dan tak-tentuisme untuk yang diukur; atau dalam bentuk lain, hukum dinamik unitari untuk proses kuantum dan hukum tak berbalik untuk proses pengukuran.

Bagi hujah teori medan kuantum sebagai teori pengganti, perlu ditekankan tiada perubahan konsep yang ketara berlaku apabila beralih dari mekanik kuantum ke medan kuantum kecuali bilangan darjah kebebasan menjadi tak terhingga. Jika ada pun sedikit anjakan daripada konsep medan, seolah-olah menekan aspek "gelombang", namun ontologi medan ini pun bermasalah (sila lihat masukan ini dalam Ensaiklopedia Falsafah Stanford). Secara praktis, entiti zarahlah yang dikaitkan dengan medan dan ini juga mempunyai masalahnya tersendiri (lihat masukan yang sama). Apa-apa masalah yang muncul bagi zarah dalam mekanik kuantum, turut diwarisi oleh zarah dalam teori medan kuantum, malah berlipat ganda lagi. Ini belum lagi mengambilkira masalah ketak-terhinggaan dalam medan kuantum.

Mahu, tidak mahu, kita terpaksa akur dengan masalah asas formalisme yang dibawa oleh teori kuantum. Di sini kita perturunkan beberapa ciri teori kuantum yang dikira membawa masalah terbincang oleh Elitzur dalam makalah pertama buku ini:

• Kedualan zarah-gelombang yang memerlukan tafsiran, lazimnya dalam bentuk tafsiran kebarangkalian Born (menjadi pegangan ramai). Dalam bentuk lain teori kuantum (lebih umum?), Heisenberg mengekalkan ciri-ciri zarah seperti kedudukan, momentum, spin, tenaga dan lain-lain tetapi terbatas melalui hubungan ketakpastian (lebih tepat lagi, mengikut Bohm, hubungan ketentuan terhad).
• Pembahagian kuantum-klasik (pemisah Heisenberg) antara sistem diukur dan sistem pengukur adalah subjektif bergantung kepada konteks analisis dan eksperimen yang dipilih.
• Sifat tak setempat secara semulajadi menjadi muncul daripada sifat tersebarnya gelombang kerana wujudnya korelasi antara dua titik ruang yang berlainan pada satu-satu masa.
  Catatan: samada kita katakan sifat setempat atau tidak bergantung kepada kuantiti apakah yang kita ambil sebagai yang utama.

Bolehkah dibentuk teori yang lebih terperinci daripada mekanik kuantum? Teori pembolehubah terselindung atau yang lebih revolusioner lagi? Secara peribadi, saya mengatakan ya, seharusnya kita mencari teori ini walaupun hukum fizik sedia ada memustahilkan pengesahannya (yang saya katakan sebagai pandangan dalaman). Tetapi secara prinsipnya, kerangka teori baru boleh diberi pengertian yang bermakna (juga boleh disahkan kemudiannya) sepertimana pandangan global ruang-masa teori kerelatifan yang saling berkait, walaupun yang diukur dan kita sendiri terbatas oleh waktu (dan ruang). Di sini, Elitzur meletakkan beberapa ciri yang diingin bagi teori yang dicari:

• Kecantikan - Ini adalah agak subjektif tetapi ahli fizik lazimnya mencari satu prinsip yang begitu mudah dan jelas yang berupaya memerihal semua fenomena.
• Bersatu - Teori merangkumi semua aspek, tidak menjelaskan fenomena secara berpisah-pisah.
• Berterusan - Teori tidak merubah apa yang kita tahu pada domainnya masing-masing tetapi merangkumi teori-teori terdahulu, kuantum atau klasik.
• Pengorbanan konsep - Dalam usaha pengitlakan, sudah tentu ada konsep yang akan tidak diterimapakai lagi. Jika tiada konsep yang berubah, maka teori sedemikian hanyalah satu sambungan teori terdahulu.
• Ramalan baru - Teori baru seharusnya mendatangkan ramalan yang baru tidak terkandung dalam teori terdahulu. Jika tidak, teori sedemikian hanyalah suatu alternatif sahaja.
• Pulangan yang tak disangka - Teori baru seharusnya memberi lebih daripada apa tujuan (penyelesaian) asalnya, yang lazimnya tidak disangka.

Moga-moga kita dapat mencari teori pasca-kuantum yang sedemikian.