Kdy je věda nesmyslná, ale přesto dokonale funguje

Ptolemaiův planetární systém se Zemí v centru dával matematicky velmi přesné předpovědi pohybu planet. Přesto byl nesmyslný. Ale i v dnešní vědě také existují případy, které dokonale fungují, přestože je jejich výklad nesprávný.

Nemyslíme tím samozřejmě vědu jako celek, ale jen ojedinělé případy. A to s tou Ptolemaiovskou geocentrální planetární soustavou je už hodně vousatý případ. Je ale zajímavé, že když přišel Koperník s principiálně správným výkladem se Sluncem v centru, dával jeho výklad velmi nepřesné výsledky. Až když Kepler udělal z Koperníkových kružnic elipsy, vyrovnal se tento model v přesnosti předchozímu Ptolemaiovi. To nás upozorňuje na to, že matematická přesnost nemusí být důkazem správné logické či fyzikální interpretace.

Ptolemaiova geocentrická planetární soustav (obrázek vytvořila AI ChatGPT 5.6)

A proč to říkáme? Protože v dnešní moderní vědě existují dva všeobecně až notoricky známé případy, kdy matematika funguje dokonale, ale výklad skřípe a zřejmě správně není. Známější z nich je proslaven Schrödingerovou kočkou. Ano, je to výklad kvantové mechaniky tzv. superpozicí vlastností částic (nebo v tomto případě kočky) a jmenuje se kodaňská interpretace.

Živo-mrtvá kočka mnohé lidi fascinuje, přestože je to nesmysl. Tedy vlastně právě proto, že je to nepochopitelný nesmysl. Mnozí si myslí, že tato „tajemnost“ je podstatou kvantové mechaniky, přitom to je jen něco nemožného. Ostatně proto ji její autor, Erwin Schrödinger, také vymyslel. Vymyslel ji proto, aby ukázal, že superpozice vlastností částice je nelogická představa. (A je opravdu zajímavé, že i jistý universitní profesor, kterého si jinak nesmírně vážím, je schopen si myslet, že taková kočka být může, přestože ví, že je principiálně nepozorovatelná, tedy nikdy ji nebude možné empiricky prokázat! Když totiž otevřeme krabici s touto kočkou, vidíme, že je buď živá nebo mrtvá, nikdy ne obojí současně. To silně naznačuje, že tento živo-mrtvý stav NIKDY neexistuje.)

Schrödingerova živo-mrtvá kočka (obrázek vytvořen ChatemGPT 5.5)

Fascinující na osudu této kočky je, že je to Erwinova zbraň proti podivnému kodaňskému výkladu kvantové mechaniky pomocí částic s protikladnými vlastnostmi (superpozice) a částic, které se také chovají vlnově (což je také protiklad, tedy svého druhu „superpozice“). Ale tento dominantní, nicméně dnes slábnoucí výklad měl v historii tu sílu, že nebohou kočku zdeformoval do podoby, kdy je chápána mnohými jako tajemná podstata kvantové mechaniky. Přitom existuje jednoduchý přirozený výklad bez těchto, jemně řečeno podivností (spíše obskurností), jak se můžete přesvědčit třeba v této přednášce:

Stručně řečeno, je to výklad, kdy předpokládáme spolu s kvantovou teorií pole, že částice je jen „zhuštěnina“, perturbace pole, a máme tak v kvantové mechanice jak částici, tak vlnící se pole. A superpozice se týká jen a pouze vln pole, které opravdu např. je na dvou místech současně, což částice být nemůže. A pak se částice „vlní“ ne proto, že je taky vlna, ale pouze proto, že „plave“ na vlně, tedy se pak díky ní vlnově také pohybuje.

Proč má ale v podstatě nelogická Bohrova a Heisenbergova kodaňská interpretace tu sílu překroutit jasné důkazy své nesmyslnosti v argumenty na svou podporu? Protože matematicky funguje! Tedy vlastně nefunguje přímo ona, protože Schrödingerovu rovnici, Diracovu rovnici a další matematiku kvantové mechaniky je možné použít s libovolnou jinou interpretací, nejen kodaňskou. Ale třeba i v rámci multisvětového výkladu nebo s tzv. pilotní vlnou. Takže tato matematika vůbec nepotřebuje kodaňský výklad. Jenže právě „Kodaň“ byl první výklad, který uměl spojit matematiku kvantové mechaniky s její fyzikou. Což je její velá zásluha.

Aby to bylo názorné, představte si, že máte rovnici 1+1=2. Víte pak, co sčítáte? Jestli se to týká jablek nebo domů? Nebo ještě lépe. Copak by měla rovnice E=mc2 ve fyzice nějaký smysl, kdyby nebylo jasné, že E je energie, m hmotnost a c rychlost světla? Bez tohoto vysvětlení by to byla jen matematická rovnice bez významu v realitě. A právě toto dokázala kodaňská interpretace jako první. Vysvětlit, co které symboly Schrödingerovy rovnice (viz níže) fyzikálně znamenají.

Schrödingerova rovnice v 3D prostoru

Tím kodaňská interpretace umožnila experimentování v kvantové mechanice a spustila její velký boom. A byl tady ještě jeden zásadní důvod. Když chceme pravděpodobně správný výklad tzv. pilotní vlnou (v duálním pojetí de Broglieho) matematicky formulovat, je to mnohem složitější než Schrödingerova nebo Diracova rovnice, které se dnes běžně používají. Schrödingerova rovnice byla např. formulována už v počátcích rozvoje kvantové mechaniky, protože její formulace je mnohem snadnější než úplný popis, který se zatím ani nepovedl. A kodaňská interpretace je podobně zjednodušená jako Schrödingerova rovnice. Představte si Newtona a celou fyziku, kdyby Newton nevytvořil zjednodušený popis světa zvaný klasický fyzika a čekal by se zveřejněním svých Principií, až se mu povedou formulovat teorie relativity a kvantová mechanika. Jeho Principie by nikdy nevznikly. Podobně, kdyby se čekalo na matematickou formulaci pilotní vlny, byla by kvantová mechanika třeba o 50 let zpět.

Dominanci kodaňského výkladu umocnila vlivná skupina kolem Bohra, která dosti nedemokraticky uměla dokonce to, že fyzici, kteří byli proti kodaňské interpretaci, měli problém si najít nebo udržet zaměstnání. To ale opravdu není vědecké chování. V každém případě vznikl mylný dojem, že když kodaňský výklad tak nějak slušně funguje s matematikou, je taky správný. Pak by ale byl také správný onen Ptolemaiův geocentrický planetární model, neboť dával matematicky přesný popis pohybu planet.

Opišme Schrödingera a udělejme Fikáčkovu kočku. Ta nebude živo-mrtvá, ale bude současně tělesem ale také vlnou. Možná bude lepší zde použít diamant, který je velmi pevný a nevlní se ale vlnit by se asi podle „logiky“ některých, měl. Když byly v roce 2015 prokázány gravitační vlny, stalo je jasným, že i pevná tělesa se vlní, když jimi tyto vlny procházejí. Kdybychom postupovali tak pozitivisticky jako kodaňský výklad, tvrdili bychom, že samotná tělesa jsou vlnami, třeba že diamant je vlnou, ne že se vlní prostoročas, ve kterém se nacházejí. My totiž gravitační pole nevidíme, jen ho domýšlíme na základě chování těles, třeba že padají k zemi. V kvantové mechanice totiž vlnicí se pole taky nevidíme, vidíme jen částice. A z toho kodaňský výklad usoudil, že částice musí být také vlny, když vidíme jen částice, ale žádné pole. Podle kodaňské „logiky“ by se muselo také tvrdit, že žádné gravitační pole neexistuje, neboť ho nevidíme. :)

Druhý nejznámější logický nesmysl si rozebereme příště.