Zázraky kvantové mechaniky

Datum 17.10.2021

foto: Michael Dziedzic, Unsplash.com

Kvantová mechanika je nejrevolučnějším a současně nejméně pochopeným objevem fyziky. Do širšího povědomí se dostala především díky Schrödingerově kočce, která je živá i mrtvá současně. Málokdo už si při tom ale asi uvědomí, že jde jen o příměr snažící se laikovi vysvětlit, proč některé vlastnosti subatomových částic nelze zjistit: jejich povaha je tak subtilní, že i pouhé pozorování jejich stav zásadním způsobem mění. Jednou ze základních tezí kvantové mechaniky je tzv. Heisenbergův princip neurčitosti, který tvrdí, že ze dvou základních vlastností částice (poloha a hybnost) je vždy možné stanovit jen jednu.

Kromě toho kvantová fyzika hlásá řadu věcí, které jsou selským rozumem neuchopitelné, například to, že částice může být na dvou místech současně. Obzvlášť na pováženou ale je, že odporuje i tvrzením teorie relativity, například umožňuje pohyb nebo komunikaci nadsvětelnou rychlostí. K nejpodivnějším kvantovým jevům patří tzv. provázané stavy, kdy cokoliv se stane jedné z částic vzniklých stejným způsobem, totéž se v témže okamžiku přihodí i druhé – zcela nezávisle na tom, jak jsou od sebe vzdálené.

Rakouský fyzik Anton Zeilinger, který se na kvantovou mechaniku a její aplikace specializuje, k výsledkům experimentů potvrzujících tyto neuvěřitelné skutečnosti poznamenal: “Neexistuje cesta, jak tomu porozumět. Prostě se to děje. Jediné, co víme, že je to rychlejší než cokoliv, co známe. Je to prostě za hranicí normální intuice.”

I proto se Albert Einstein s kvantovou mechanikou nikdy nesmířil. Kdyby se někomu podařilo sjednotit jeho teorii relativity s principy kvantové mechaniky (vytvořit tzv. teorie všeho), šlo by o zásadní průlom v pochopení našeho vesmíru a Nobelovu cenu by měl autor jistou. Ale ještě nikdo ji za sjednocení obou zásadních teorií nedostal a ledacos nasvědčuje tomu, že hned tak nedostane.

I navzdory tomu kvantová mechanika funguje. Na jejích principech například pracují polovodiče, a tedy všechno, v čem se nacházejí, svítilnou s LED počínaje, přes televizory a mobily až po superpočítače. Kvantová mechanika také vysvětluje jevy při jaderném štěpení v reaktorech a při jaderné fúzi. Velkou budoucnost odborníci předpovídají kvantovým počítačům, které budou moci (zjednodušeně řečeno) řešit obrovské množství úloh najednou, takže jim neodolá žádná šifra. A ve výčtu praktických aplikací bychom mohli pokračovat velmi dlouho. Někteří komentátoři v této souvislosti upozorňují, že díky okouzlení z možností nabízených kvantovou mechanikou vývoj jejích praktických aplikací předbíhá teoretický výzkum.

Stejně jako Einsteinova teorie relativity, i kvantová mechanika se odrazila ve filosofii, kultuře a svým způsobem i v morálce společnosti – aniž by nějak moc vadilo že ti, kdo se jimi ohánějí, vlastně nevědí, o co fyzikálně jde. Zatímco teorie relativity mnohým zejména v meziválečném období sloužila k zpochybňování (“relativizaci”) hodnot a kánonů, princip neurčitosti kvantové mechaniky se přenáší do postmoderního vidění světa, v němž má být možné úplně všechno. Existuje také snaha vyložit skutečné nebo údajné psychotronické jevy (telepatie, telekineze atd.) kvantovými jevy. A nechybí ani teorie, podle níž na kvantových principech pracuje lidský mozek.
Ve skutečnosti zatím vše nasvědčuje tomu, že kvantová mechanika funguje pouze ve světě subatomových částic. Přesto se dají najít některé jevy makrosvěta, které mají charakter nápadně podobný kvantovým jevům. Kdybychom například měli stroj schopný diktátorovi předpovědět smrt atentátem v určitý den, mohl by atentátu zabránit – znalost budoucího děje mění podmínky a tím i děj samotný. Znamená to, že kvantová mechanika má širší platnost a nějak souvisí s časem a informacemi?

Podle převládajícího názoru nikoliv. Proto ani nemusí být ve sporu s Einsteinem, neboť každá z těchto teorií platí v jiném měřítku. Je tedy možné, že obě jsou jen součástí nějaké vyšší zákonitosti, kterou jsme zatím nebyli schopní poznat.

Jan A. Novák