Co říká letošní Nobelova cena o kvantové mechanice

Poslední Nobelova cena za fyziku byla udělena především za studium kvantové provázanosti a kvantové teleportace. Celkem hezky dílo tří nobelistů popisuje článek s názory Prof. Kulhánka, které se ale pokusíme poněkud korigovat.

Tento popularizátor fyziky, jak ho tituluje článek, vše vysvětluje v článku Teleportace jde a svět nedává smysl. To je hlavní odkaz nobelistů za fyziku. Už titulek článku Lukáše Marka je novinářsky zavádějící. Ona kvantová mechanika smysl dává, my jsme ji ale zatím většinou nepochopili. Asi lze těžko přistoupit na tvrzení na konci článku, že "je klidně možné, že vnímat mikrosvět nedokážeme nikdy, protože na to není uzpůsoben náš mozek." To je spíše nevědecká představa, protože dává předpověď na prakticky nekonečnou dobu dopředu (jestli se nevyhubíme), což je "odvážné", když třeba u počasí se netrefíme do předpovědi ani na týden. Ono také dělat předpověď na nekonečnou dobu dopředu je 100%ně jistě chybné. Navíc si stačí uvědomit, že máme informační kanály, které komunikují s kvantových světem. Kdybychom tyto neměli, vůbec bychom netušili, že existuje nějaká kvantová mechanika. Máme tedy "telefonní linku" přes kterou nám kvantová mechanika odpovídá. Ostatně, když kvantovou mechaniku používáme v praxi a stojí na ní asi třetina světové ekonomiky (např. počítače a mobily), nelze zřejmě říci, že jí nerozumíme.

Taky musíme poněkud poopravit rozšířené klišé v článku, že Einstein "nerozuměl" kvantové mechanice a že jeho hypotéza skrytých parametrů byla vyvrácena, třeba právě pracemi zmíněných nobelistů. Ono je to totiž spíše naopak. Oni Einsteinovy závěry potvrdili. Je ale pravda, že původní Einsteinova představa diskutovaná třeba s Bohrem ve dvacátých letech minulého století byla představa lokálních skrytých parametrů. Lokální zde znamená, že tyto parametry působí maximálně rychlostí světla, tedy ve vesmírném měřítku nedosáhnou svou pomalostí příliš daleko. Einsteinovo myšlení bylo zpočátku uvězněno jeho teoriemi relativity, kde je rychlost světla nepřekonatelná. Ovšem v roce 1935 Einstein upozornil na to, že tyto skryté parametry jsou zřejmě nelokální, tedy se nám jeví jako nekonečně rychlé. Podobně jako se nám zdá, že světlo se rozletí po místnosti nekonečně rychle, když zapneme lampu. Tyto nelokální skryté proměnné se projevují právě jako kvantová provázanost, za kterou byla letos ona Nobelova cena udělena. A Einstein byl první, kdo na kvantovou provázanost upozornil.

Einstein v onom článku z roku 1935 totiž uzavírá, že jsou jen dvě možnosti. Buď je kvantová mechanika neúplná a pak kvantová provázanost neexistuje nebo je kvantová mechanika úplná, rozuměj je deterministická, jen my to ještě nevíme, a pak musí existovat kvantová provázanost. A protože byl vždy zastáncem determinismu, zbyla mu jen možnost, že existuje kvantová provázanost. Všimněme si tedy, že by měl být spíše Einstein považován za otce zakladatele kvantové mechaniky než jiní. Už v roce 1905 totiž poprvé "prakticky" použil kvantovou mechaniku při výkladu fotoelektrického jevu a formuloval představu kvant fotonů, za což následně dostal Nobelovu cenu. To byla teprve druhá Nobelova cena za kvantovou mechaniku. Tu první dostal Max Planck. Einstein pracoval na obecné relativitě, ale dlouho nabádal ostatní fyziky, ať rozpracují kvantovou mechaniku. Ti jsi konzistentně zformulovali až o dvacet let později. A když k tomu přidáme závěr oxfordské studie, že Einstein publikoval asi 4x více významných článků o kvantové mechanice než kdokoliv z těch, co jsou dnes označování za její otce (Bohr, Heisenberg, de Broglie...), je jasné, že Einstein byl "kvantový", ne "protikvantový". :)

Prof. Kulhánek taky není přesný v interpretaci prací Antona Zeilingera, když tvrdí, že z nich plyne, že neexistuje hranice velikosti kvantových systémů, ale že záleží jen na tom, jak jsou tyto systémy ovlivňovány okolím. Pravda je někde mezi a je složitější, což asi zde plně nevysvětlíme. Jen si všimneme toho, že makroobjekty jsou tak trochu okolím pro sebe samé. Tak jako "například do hrníčku na kávu mi tady buší molekuly atmosféry, takže se chová klasicky", stejně ovlivňují atomy hrníčku ostatní jeho atomy a tím potlačují kvantové, to jest především vlnové vlastnosti částic. Tedy ta hranice velikosti existuje, ale jde o plynulý přechod. Například velké makromolekuly mohou kvantově interferovat na dvojštěrbině.

Těch vlivů je ale více, jedním z nich je teplota, jejíž zvýšení také zvyšuje narušování kvantových vlastností, protože pak je vliv (nárazy) atomů silnější. To též vyplynulo ze Zeilingerových pokusů. Nebo můžeme vzít opačný konec a uvědomit si, že teploty blížící se absolutní nule, tedy minimalizující pohyb atomů či molekul, zvýrazňují kvantové chování, čehož příkladem jsou supratekutost a supravodivost. To jsou též stavy s jednou vlnovou funkcí jako provázané částice. Vrátíme-li se k tomu hrníčku, i když ho umístíme do vesmírného prostoru bez vlivu atmosféry, nedostane se do superpozice poloh, stejně jako se nedostaly ani skafandry astronautů na Měsíci, třeba.

Nevěřte ani existenci superpozice malých části, která se tam zmiňuje. Lze totiž uvážit, že to není ani vědecká představa, jakkoliv je rozšířená. Klasický výklad kvantové mechaniky totiž tvrdí, že je superpozice nepozorovatelná. Například superpozice Schrödingerovy kočky zmizí v tu chvíli, kdy na ni pohlédneme. To je ale v empirické vědě jako je fyzika velký problém, protože tam je finálním kritériem potvrzení nějakého faktu právě empirické ověření, tedy pozorování nebo experiment. Takže tvrdit, že existuje něco, co nemůžeme nikdy "vidět", moc vědecky nezní. Ono to tedy vypadá spíše tak, že milý Einstein měl zase pravdu, že "pod" kvantovou mechanikou existuje (relativně) deterministický svět, který jsme ale zatím plně neodhalili, a užíváme si naše nepochopení tohoto světa jako emocionální drogy. Je to tak trochu náboženství Schrödingerovy kočky (viz třeba blog Nevědecké pohádky moderní vědy III - "náboženství" Schrödingerovy kočky.)

Jestli vás kvantová mechanika opravdu zajímá, můžete o ní uvažovat i dále. Podstatu kvantové provázanosti můžete nahlédnout třeba v blozích:
Jak ihned navázat kontakt s mimozemšťany - praktický návodMohou být černé díry průsvitné?Nebo dále ke kvantovce:
Cestující metra jako kvantové vakuumCo není kvantová mechanika - Kvantová mechanika po lopatě