Füüsikuharidusega neuroteadlane Karl-Kristjan Kaup on hiljuti kirjutanud mõtlemapaneva artikli rubriigis “Tähenduse teejuhid”, mis ilmub Postimehes Hardo Pajula toimetamisel. Tema tekst “Maailma koostisosade olemuse tähendusest” viib meid teekonnale läbi viimase saja aasta kvantmehaanika avastuste, avades uusi vaateid maailma ehitusmaterjalidele ja nende olemusele.

Kauba sõnul on maailm palju keerulisem ja müstilisem kui lihtsalt jagamatute aatomipallide kogum. Ta rõhutab, et arusaam maailma koostisosadest on ülioluline, sest see aitab mõista ka suuremaid süsteeme ja nähtusi meie ümber. “Et luua järjepidev maailmavaade, on oluline, et ka maailma väikseimatel osadel oleks oma roll selles süsteemis,” kirjutab teadlane.

Harjumuspärane lähenemine, mida sageli omistatakse Vana-Kreeka filosoofidele Demokritosele ja Leukipposele, eeldab, et maailm koosneb väikestest, jagamatutest osakestest – aatomitest. Kuid tänapäevane teadus, eriti kvantfüüsika, on paljastanud, et see lähenemine jääb paljuski puudulikuks. “Atomismi lihtsaimas tõlgenduses võiks öelda, et maailma väikseimad osad sarnanevad piljardipallile, olles püsivad, jagamatud objektid. Elementaarosakesed ei ole aga selles mõttes läbinisti atomistlikud,” selgitab Kaup.

Kauba sõnul ei ole kvantfüüsikas elementaarosakesi mõistlik käsitleda kui lihtsalt osakesi. Ta toob esile kvantmehaanika ühe keskse kontseptsiooni – laine-osakese duaalsuse. See idee viitab sellele, et kõigil elementaarosakestel, sõltuvalt tingimustest, võivad olla nii laine kui ka osakese omadused. Näiteks kui 19. sajandil tõestas Thomas Young, et valgusel on laineomadused, siis 20. sajandi alguses demonstreeris Heinrich Hertz, et valgusel on ka osakese omadused, mida tõestati tuntud fotoefektiga.

Sajandi möödudes kvantfüüsika arengud ainult süvendasid maailma ehituskivide mõistmise keerukust. Üks märkimisväärne avastus leidis aset 1887. aastal, kui Heinrich Hertz täheldas, et teatud tingimustel hakkavad elektronid metallist eemalduma, kui selle pinda valgustatakse. Seda nähtust nimetatakse fotoefektiks. Esialgu tundus, et fotoefekt võiks olla lihtsalt järjekordne lainepõhine nähtus, kuid katsed näitasid, et elektronide eraldumine metallist toimub ainult siis, kui valgustamine toimub piisavalt kõrge sagedusega valgusega. Kui valgus tõepoolest oleks laine, siis võiks eeldada, et valguse intensiivsuse suurendamine — näiteks lisades rohkem lampe — tekitaks sama efekti. Tegelikult see aga ei toimi, mis viitab, et lainemudeli seletus ei ole täielik.

Lisaks avastati, et fotoefekti puhul toimub energiasiire peaaegu hetkega, ilma viivituseta, mis oleks lainepõhise mudeli korral ootuspärane. Laine kannab energiat edasi mingi aja jooksul, mistõttu peaks fotoefekti käivitumiseks pärast valgusallika sisselülitamist kuluma mõni hetk. Tegelikkuses aga algab fotoefekt kohe, kui piisava sagedusega valgus metalli tabab. See kiire reaktsioon viitas hoopis sellele, et valgus ei kanna energiat edasi lainena, vaid pigem osakesena, mis suudab energiat üle kanda hetkega, kui see puutub kokku metallipinnal asuvate elektronidega.

Fotoefekti seletamiseks pakkus Albert Einstein 1905. aastal välja, et valgusel on lisaks laineomadustele ka osakese omadused. See avangardne teooria sai 1922. aastal eksperimentaalse kinnituse Arthur Comptonilt, kes näitas, et valgusel on tõepoolest osakese omadused. See tähendas, et valgus ei ole ainult laine või osake, vaid midagi, mis võib sõltuvalt olukorrast käituda mõlemat moodi. See laine-osakese duaalsus ei kehti aga ainult valguse kohta. “Praeguseks on olukord veel hullemaks läinud: paljud katsed on näidanud, et laine-osakese duaalsus ei kehti mitte ainult valguse, vaid ka elementaarosakeste, keemiliste aatomite ja isegi päris suurte molekulide puhul,” kirjutab Kaup.

Kauba arutlus jõuab veelgi sügavamale, tuues mängu filosoof Immanuel Kanti mõttekäigu asjade olemusest. Kant eristas asju iseeneses asjadest, mida me tajume. Teadlase sõnul ei pruugi me kunagi mõista asju nende tegelikus olemuses, vaid ainult nende mõju läbi meie enda tajude ja mõõtmisvahendite.

“Asi iseeneses on asja olemus ilma tõlgenduseta, objektiivselt, kolmanda isiku vaatenurgast. Asi vaatleja jaoks on peegeldus sellest asjast muudes asjades. See on märk, mille asi iseeneses jätab teistesse asjadesse, millega ta kokku puutub. Kujutades ennast pimeda piljardipallina saaksime teise palli kohta öelda midagi vaid läbi selle, kuidas ta meid mõjutab. Kui teine pall meile sisse sõidaks, muutuks meie liikumine. See muutus ongi teine piljardipall meie jaoks – asi vaatleja jaoks. Teine piljardipall iseeneses on aga midagi muud kui muutus meie liikumises, mille ta tekitas,” kirjutab Kaup.

See eristus on kvantfüüsika valguses eriti tähendusrikas, sest elementaarosakesed ei ole kunagi lihtsalt osakesed iseeneses. Nad ilmnevad kas laine või osakesena ainult siis, kui nad puutuvad kokku teiste osakeste või mõõtevahenditega. Kantilikust perspektiivist võiks öelda, et osakesed on nii laine kui ka osake korraga, kuid nad ilmutavad oma tõelist olemust alles läbi vastastikmõju teistega. Selline lähenemine aitab mõista, miks maailma väikseimad ehituskivid on ühtaegu nii salapärased kui ka dünaamilised.

“Laine-osakese duaalsus ning teisedki katsed viitavad tugevalt sellele, et maailm koosneb millestki salapärasemast kui paljatest atomistlikest pallidest,” järeldab Kaup. “Maailma ehituskivid ei ole pelgalt püsivalt osakesed. Nad näivad vahel osakeste ja vahel lainetena ja omavad iseendas mõlema omadusi, aga pole kumbki ilma kontaktita teiste osakestega. Kuna elementaarosakesed käituvad erinevates tingimustes eri moodi, jääb atomistlik maailma struktuur ebapiisavaks.”

Kauba vaade maailma koostisosadele avab ukse sügavamale mõistmisele – maailm ei ole mitte lihtsalt ettemääratud atomistlik süsteem, vaid elav ja dünaamiline reaalsus, mis kujuneb läbi osakeste vastastikmõjude. Need ehituskivid on justkui potentsiaalid, mis võtavad kuju alles siis, kui nad suhtlevad teiste osakestega, jättes oma jälje ja saades tähenduse just läbi selle kontakti.

“Märkidega, mida asjad meisse jätavad, tasuks maailmanägemises samuti arvestada,” rõhutab teadlane. “Elementaarosake iseeneses on üksnes võimalus olla laine või osake – loeb lõpuks see, millisena ta end teistele ilmutab. Maailm ei veere mööda ettemääratud atomistlike radu, vaid ärkab ellu läbi põimitud suhtelisuse. Nii kaua, kui elementaarosake on teistest asjadest eraldatud, üksi, olles osake ja laine samaaegselt, pole ta saatus määratud. Tähenduse saab ta siis, kui jätab märgi teistesse.”

Kauba artikkel juhatab meid mõtisklema selle üle, kuidas me maailma mõistame ja millised saladused võivad veel peituda selle telgitagustes. Kvantfüüsika näitab meile, et see, mida me arvame teadvat maailma kohta, võib olla vaid jäämäe tipp – maailma olemus võib osutuda palju sügavamaks ja müstilisemaks, kui me kunagi arvasime.