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/ TIME: Almanac 1995 / TIME Almanac 1995.iso / time / 041690 / 0416300.000 < prev    next >
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Text File  |  1993-04-15  |  6.1 KB  |  135 lines
  1. <text id=90TT0952>
  2. <link 93HT1249>
  3. <link 93AC0369>
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  5. <title>
  6. Apr. 16, 1990: Can We Really Understand Matter?
  7. </title>
  8. <history>
  9. TIME--The Weekly Newsmagazine--1990               
  10. Apr. 16, 1990  Colossal Colliders:Smash!             
  11. </history>
  12. <article>
  13. <source>Time Magazine</source>
  14. <hdr>
  15. SCIENCE, Page 57
  16. Can We Really Understand Matter? 
  17. </hdr>
  18. <body>
  19. <p>By Eugene Linden
  20. </p>
  21. <p>     Few tasks are more daunting than standing in the path of a
  22. charging theoretical physicist who is hell-bent on getting
  23. funding for the next particle accelerator. As practitioners of
  24. the hardest of the hard sciences, physicists do little to
  25. discourage their aura of intellectual supremacy, particularly
  26. when suggesting to Congress that a grand synthesis of all the
  27. forces of nature is at hand if the Government will only cough
  28. up a few billion dollars more. But what if this confidence is
  29. misplaced? What if the barriers to knowledge are higher than
  30. many physicists like to admit?
  31. </p>
  32. <p>     For much of this century, scientists have known that the
  33. comfortable solidity of things begins to break down at the
  34. subatomic level. Like the Hindu veil of Maya, the palette from
  35. which nature paints atoms proves illusory when approached. From
  36. afar, this world appears neatly separated into waves and
  37. particles, but close scrutiny reveals indescribable objects
  38. that have characteristics of both.
  39. </p>
  40. <p>     Physicists have prospered in this quirky realm, but neither
  41. physics nor the rest of science has fully digested its
  42. implications. Inside the atom is a world of perpetual
  43. uncertainty in which particle behavior can be expressed only
  44. as a set of probabilities, and reality exists only in the eyes
  45. of the observer. Though the recognition of this uncertainty
  46. grew in part out of Albert Einstein's work, the idea bothered
  47. him immensely. "God does not play dice with the universe," he
  48. remarked.
  49. </p>
  50. <p>     The set of mathematical tools developed to explore the
  51. subatomic world is called quantum mechanics. The theory works
  52. amazingly well in predicting the behavior of quarks, leptons
  53. and the like, but it defies common sense, and its equations
  54. imply the existence of phenomena that seem impossible. For
  55. instance, under special circumstances, quantum theory predicts
  56. that a change in an object in one place can instantly produce
  57. a change in a related object somewhere else--even on the
  58. other side of the universe.
  59. </p>
  60. <p>     Over the years, this seeming paradox has been stated in
  61. various ways, but its most familiar form involves the behavior
  62. of photons, the basic units of light. When two photons are
  63. emitted by a particular light source and given a certain
  64. polarization (which can be thought of as a type of
  65. orientation), quantum theory holds that the two photons will
  66. always share that orientation. But what if an observer altered
  67. the polarization of one photon once it was in flight? In
  68. theory, that event would also instantaneously change the
  69. polarization of the other photon, even if it was light-years
  70. away. The very idea violates ordinary logic and strains the
  71. traditional laws of physics.
  72. </p>
  73. <p>     The two-photon puzzle was nothing more than a matter of
  74. speculation until 1964, when an Irish theoretical physicist
  75. named John Stewart Bell restated the problem as a simple
  76. mathematical proposition. A young physicist named John Clauser
  77. came upon Bell's theorem and realized that it opened the door
  78. to testing the two-photon problem in an experiment. Like
  79. Einstein, Clauser was bothered by the seemingly absurd
  80. implications of quantum mechanics. Says Clauser, now a research
  81. physicist at the University of California, Berkeley: "I had an
  82. opportunity to devise a test and see whether nature would
  83. choose quantum mechanics or reality as we know it." In his
  84. experiment, Clauser, assisted by Stuart Freedman, found a way
  85. of firing photons in opposite directions and selectively
  86. changing their polarization.
  87. </p>
  88. <p>     The outcome was clear: a change in one photon did alter the
  89. polarization of the other. In other words, nature chose quantum
  90. mechanics, showing that the two related photons could not be
  91. considered separate objects, but rather remained connected in
  92. some mysterious way. This experiment, argues physicist Henry
  93. Stapp of Lawrence Berkeley Laboratories, imposes new limits on
  94. what can be established about the nature of matter by proving
  95. that experiments can be influenced by events elsewhere in the
  96. universe.
  97. </p>
  98. <p>     Clauser's work pointed out once again that the rules of
  99. quantum mechanics do not mesh well with the laws of Newton and
  100. Einstein. But most physicists do not see the apparent disparity
  101. to be a major practical problem. Classical laws work perfectly
  102. well in explaining phenomena in the visible world--the motion
  103. of a planet or the trajectory of a curveball--and quantum
  104. theory does just as well when restricted to describing
  105. subatomic events like the flight of an electron.
  106. </p>
  107. <p>     Yet a small band of physicists, including Clauser and Stapp,
  108. are disturbed by their profession's priorities, believing that
  109. the anomalies of quantum theory deserve much more
  110. investigation. Instead of chasing ever smaller particles with
  111. ever larger accelerators, some of these critics assert, physics
  112. should be moving in the opposite direction. Specifically,
  113. science needs to find out whether the elusiveness of the
  114. quantum world applies to objects larger than subatomic
  115. particles.
  116. </p>
  117. <p>     No one worries about the relevance of quantum mechanics to
  118. the momentum of a charging elephant. But there are events on
  119. the border between the visible and the invisible in which
  120. quantum effects could conceivably come into play. Possible
  121. examples: biochemical reactions and the firing of neurons in
  122. the brain. Stapp, Clauser and others believe that a better
  123. understanding of how quantum theory applies to atoms and
  124. molecules might help in everything from artificial-intelligence
  125. research to building improved gyroscopes. For now, though,
  126. this boundary area is a theoretical no-man's-land. Certainly
  127. physicists are a lot further from understanding how the world
  128. works than some would have Congress believe.
  129. </p>
  130.  
  131. </body>
  132. </article>
  133. </text>
  134.  
  135.