Kapka, která může změnit naše představy o realitě

- Vesmír autor: Lukáš Grygar

S kvantovou fyzikou je samé mrzení. Ať už jste fyzik, laik nebo třeba filozof, neposedná kvanta nabourávají vše, co jste si doposud mysleli o světě kolem sebe.

Existuje spojitost mezi chováním kapek a kvantových částic?

Existuje spojitost mezi chováním kapek a kvantových částic?,zdroj: Laszlo Ilyes

Vysvětlovat principy kvantové fyziky je úkol podobně vděčný, jako učit kočku jódlovat. A nemusí to být ani kočka Schrödingerova – i když by se vám vložené úsilí nějakým zázrakem vrátilo, výsledkem bude pořád něco tak podivného, jako je jódlující kočka.

Kvantová fyzika ale připomíná především magii. V čem spočívá její, slovy doktora Sovy, největší nebezpečí a krása? V předpokladu, že fyzikální částice se nechovají ani zdaleka tak způsobně, jak by člověk čekal. Dokud neprovedete jejich pozorování, klidně si existují ve zcela jiném energetickém stavu, procházejí různými materiály nebo dokonce neexistují vůbec. Dovedete si něco podobného představit se židlí, která v místnosti nestojí, dokud se na ni nepodíváte? A pak čistě z rozmaru propadne podlahou?

Židle, ani žádné další objekty v lidském měřítku, naštěstí nic podobného nevyvádějí. To ale neznamená, že si kvantového čurbesu nemusíme všímat. Naopak – nebýt porozumění určitým procesů na kvantové úrovni, nedošlo by k vynalezení celé řady moderních technologií, například tranzistorů. Ano, díky kvantové fyzice nás dnes jediné kliknutí dělí od videa s jódlujícími kočkami. Věda žije!

Kočka u tabule

Kvantová teorie ale, jako ostatně každá pořádná teorie, přináší záplavu dalších otázek: dánský fyzik Niels Bohr některé z nich zodpověděl myšlenkou, že částice jsou vlastně vlny pravděpodobnosti, které se do konkrétního stavu zhroutí až ve chvíli pozorování. Pokud bychom to přenesli z mikrosvěta do obývákové úrovně, zmíněná židle může být v jednu chvíli zároveň stůl, makrela nebo jódlující kočka. A židlí se „rozhodne být“ teprve ve chvíli, kdy k ní obrátíte zrak.

Že to nedává smysl? Vítejte ve světě kvantové fyziky! Fanoušci spisovatele Douglase Adamse a jeho Stopařova průvodce po galaxii už jistě tuší, která bije: v knize přichází Adams s kosmickou lodí Srdce ze zlata, poháněnou pravděpodobnostním motorem, jehož spuštění promění například nepřátelskou raketu v přátelský květináč petúnií. Zatímco Adams úspěšně baví, kvantoví fyzikové počítají rovnice – a vesmíre div se, ty rovnice jim docela vycházejí.

Catculator

Zatím ale netušíme, co přesně určí, že je z židle zrovna židle a ne třeba pes. Bohr a jeho následovníci předpokládají, že možností je nekonečně mnoho a všechny se odehrávají současně. Odtud pramení i teorie o paralelních vesmírech, kdy v jednom je židle makrela a v jiném květináč petúnií, ale jaký přírodní zákon tuhle loterii řídí? Náhoda?

Jak ukazuje návrat k jedné z raných myšlenek kvantové teorie, i v kvantových rozměrech možná funguje řád, který zvládneme odhalit. Einsteinův slavný, ale překonaný výrok o tom, že „Bůh nehraje v kostky“, vrátila na fyzikální scénu jediná kapka oleje.

Kapky

Profesor John Bush z Massachusettského technologického institutu vedl hned několik pokusů s měřením odrazů kapek oleje od hladiny tekutin, vibrujících o různých frekvencích. A závěry těchto pokusů potvrzují zjištění, ke kterým před několika lety došel také tým kolem Yvese Coudera, fyzika z pařížské Diderotovy univerzity. V čem spočívá jejich pozoruhodnost?

V tom, jak se kapky chovají. Až podezřele přesně totiž kopírují pozorované chování kvantových částic a matematické vzorce, které chování kapek popisují, se velice blíží těm kvantovým. Z pozorování kapek vyplynulo, že zdánlivě náhodný pohyb kapky je ve skutečnosti veden vlněním, které dopad vyvolal – tzv. pilotní nebo také nosnou vlnou.

Pokud bychom se vrátili k naší imaginární židli, znamenalo by to, že s ní ve skutečnosti hýbe někdo, koho její přítomnost probrala k životu tak, jako kapka v pokusu zvíří tekutinu. Ale může být samotný časoprostor „tekutinou“, kterou částice rozvlní a následně jsou svými vlnami dirigovány dál?

O dualitě částic a vlnění mluvili už na začátku minulého století jak Albert Einstein, tak francouzský fyzik Louis de Broglie, který za svou teorii získal v roce 1929 Nobelovu cenu. Brogliem navržené principy ale postupně upadly v nemilost, protože chyběla vůle řešit jejich sporná místa (a i dnes někteří fyzici říkají, že to za tu námahu nestojí). Namísto toho přišel Bohr s pravděpodobností a celá kvantová fyzika se vydala zcela jiným směrem, který se může zdát šílený, ale jeho elegantní rovnice si fyziky podmanily.

Teprve novodobé pokusy s kapkami vrací de Broglieho zpátky na scénu, a pokud se potvrdí správnost jeho uvažování, bude to znamenat nastolení nového pořádku tam, kde ještě dnes panuje obtížně představitelný chaos. Jenže i na pohled pozoruhodná souvislost má své zásadní trhliny, které uznává jak pařížský, tak americký tým. Mezi kvanty je potřeba našlapovat velmi obezřetně a jejich úplné pochopení se zdá být stále v nedohlednu. Jak ostatně prohlásil jeden z největších fyziků 20. století Richard Feynman: „Mohu bezpečně říct, že kvantové fyzice nerozumí nikdo.“

Ani jódlující kočky.

Tagy: MIT kvantová fyzika částice Albert Einstein Niels Bohr

Zdroje: Quanta Magazine