Nobelova cena za kvantovou esoteriku?

Loni dostali Nobelovu cenu A. Aspect, J.F. Clauser a A. Zeilinger. Nebudeme zpochybňovat jejich fyzikální práci, ale jako Einstein, Schrödinger, deBroglie, Dirac, Bohm či Bell budeme zpochybňovat jejich výklad kvantové mechaniky.

Dotyční nobelisté si za svou převážně experimentální práci onu cenu určitě zaslouží. Ne tak ale za svou interpretaci kvantové mechaniky, kterou přitom používají. John Bell, který svou Bellovou nerovností dokázal existenci kvantové provázanosti předpovězenou Einstein, dokonce prohlásil, že Bohr a Heisenberg vymyli svou pravděpodobnostní interpretací fyzikům mozky.

Ale k věci, k výkladu kvantové mechaniky. Nejproblematičtější je zřejmě kvantová superpozice. Ta je proslavená současně živou i mrtvou Schrödingerovu kočkou, která je údajně v těchto dvou stavech najednou, v superpozici dvou stavů. Všimněme si, že taková superpozice není pozorovatelná. Když krabici otevřeme, abychom se na kočku podívali, je-li živá, její údajná superpozice zmizí. Vysvětluje se to tzv. kolapsem vlnové funkce, která superpozici popisuje. Současně živou a mrtvou kočku nemůžeme tedy nikdy vidět. Jenže pak také nikdy nemůžeme zjistit, jestli v takové dvojakém stavu vůbec kdy byla. Nemůžeme nijak ověřit, že takový stav existuje. Kvantová superpozice tedy není žádný fakt, ale nanejvýš jen neověřená hypotéza.

Vezměme jinou superpozici, a to superpozici částice, která údajně projde současně dvěma štěrbinami vedle sebe. Je to klasický dvouštěrbinový experiment (viz obrázek níže). Když si vezmeme slova právě jednoho z výše uvedených Nobelistů, Antona Zeilingera, může se dočíst: "Superpozice existuje pouze tehdy, pokud nelze ani z principu zjistit, kterou cestou se částice vydala." Neboli opět, superpozice není ani v principu pozorovatelná. Superpozice je vlastně horší než bůh. O bohu někteří věřící tvrdí, že s ním mluvili. O superpozici ale shodně fyzici tvrdí, že ji nikdo nikdy ani vidět nemůže. A to principiálně. Pak ale není takový stav v empirické vědě vědecký, když ho není možné ani potvrdit ani vyvrátit (falsifikovat) experimentem nebo/a pozorováním. A možnost falsifikace je ve vědě nutnou podmínkou vědeckosti. Nezbývá než se ptát, jestli nedávní nositelé Nobelovy ceny nevyznávají esoterický výklad kvantové mechaniky.

On i obvyklý výklad Schrödingerovy kočky, tedy že je současně živá i mrtvá, je esoterický. Protože živou a mrtvou současně ji nikdy nemůžeme vidět. A samotný Schrödinger ji vymyslel proto, aby ukázal, že je superpozice hloupost. 

Tzv. vlnová funkce popisuje pravděpodobnost polohy částice ve dvojštěrbinovém experimentu a vidíme ji na obrázku výše. Nebo může popisovat pravděpodobnost toho, že kočka je živá nebo mrtvá. Tak ta může být vyložena několika způsoby. Třeba právě kvantovou superpozicí nebo prostě jen tak, že částice letí u dvojštěrbiny pořád jen jednou přesně určenou drahou, ale my nevíme kterou. Souhlasíme zde s původním Bohrovým a dnes všeobecně uznávaným výkladem, že (při současném stavu vědy) nelze její dráhu určit, protože je z principu nepozorovatelná. Takže máme jen funkci, která popisuje pravděpodobnost, s níž se částice na nějakém místě nachází.

Něco takového známe z běžného života. Když střílí slušný střelec ze vzduchovky, je více jeho zásahů blíže středu než na okrajích (viz obrázek níže). Kdyby vystřeli třeba miliónkrát, hustota zásahů by mu vytvořila pravděpodobnostní funkci. Mimochodem ta funkce bude mít tvar velice podobný 1s orbitu elektronu v atomu. Střelec sice nevidí, kudy jeho střela letěla, ale nepochybuje o tom, že v každém okamžiku byla na přesném místě. To je přirozený výklad i pro částici u dvojštěrbiny, tak proč se pochybuje o jednoznačnosti její dráhy? Je to kvůli interferenci, která na "terči", stínítku vytvoří proužky (viz vlnky úplně na pravém okraji obrázku výše).

Z této interference jasně vyplývá, že chování částice v případě dvojštěrbiny je vlnové! A to je to, co fyziky zmátlo. Přece částice nemůže být zároveň vlna! Došli nakonec k tomu, že může. Ovšem daleko přirozenější je představa, že částice je pořád částice, ale "plave" na nějaké vlně. Interferenci dělá ta vlna, ne ta částice. Ostatně interferenci vidíme u vln na vodě i bez částic, takže evidentně interference nemá nic společného s částicemi. Že je částice vždy spojena s vlnou ukazuje i nedávno navržené řešení záhady spinu. Má to být rotace částice, ale třeba elektron je tam malý, že by při dané "rotaci" se musel jeho "povrch" pohybovat nadsvětelnou rychlostí. Tento problém je řešen představou, že s elektronem rotuje i prostředí kolem něj, které je to, které též vytváří vlny.

Je mnohem pravděpodobnější, protože přirozenější a ověřené na případech z každodenního světa, že částice má pořád určitou polohu, než že je na mnoha místech současně. Na mnoha místech současně je ona vlna, ne ta částice. U vlny je to zcela přirozené. To podporuje i fakt, že když částice nakonec dopadne na stínítko, má přesnou polohu.

Podpořme naši úvahu posledním argumentem. Vlnová funkce v kvantové mechanice sahá principiálně až do nekonečna, i když tam jsou její hodnoty mizivé. To je ale fyzikálně nesmyslné, protože částice, kdyby tam někdy skončila, musela by mít nekonečnou rychlost. To odporuje limitní rychlosti vyplývající z teorie relativity. A také, když kolabuje vlnová funkce (nebo vzniká), je to najednou všude, tedy i nekonečně daleko. To opravdu nevypadá na funkci popisující něco reálného. Je-li to ale funkce popisující naši neznalost, je její nekonečně rychlé zmizení snadno pochopitelné. Ona totiž popisuje jen model v naší hlavě, ne realitu. Popisuje naši neurčitost, ne neurčitost samotné částice.

--------------------------

Jestli vás téma zaujalo, můžete se pustit do dalších blogů jako Nevědecké pohádky moderní vědy III - "náboženství" Schrödingerovy kočky, nebo Proč se kvantová mechanika týká především makrosvěta, či Je naše vědomí kvantové, jak tvrdí Roger Penrose?

A nakonec technická poznámka. Mluvili jsme o kvantové superpozici, kterýžto termín ale vyšel ze superpozice v klasické fyzice. Ovšem v newtonovské mechanice znamenala superpozice jen součet, složení. Když máte dvě vlny na vodě, tak se složí v jednu komplikovanou vlnu. Říká se tomu interference. Ovšem takto nesložíte třeba dvě kulečníkové koule, aby vytvořily jeden objekt. Klasická superpozice u těles nefunguje. Kvantová superpozice má právě existovat i u objektů, přesněji částic. A to třeba tak, že je jedna částice je na několika místech současně. (Jinak se může superpozice týkat mnoha vlastností, třeba spinu částice nebo stavu kočky atd.)

Také nelze věřit tomu, že superpozice není falsifikovatelná, protože to by předpokládalo, že nejsou falsifikovatelné Heisenbergovy relace neurčitosti, že jsou principiálně nepřekonatelnou hranicí. Nefalsifikovatelné představy jsou ale nevědecké představy. Nezbývá než připustit, že zmíněné relace jsou jen dočasné omezení, dané našimi v dané chvíli omezenými prostředky. Protože ty tvrdí, že na superpozici nevidíme. Pak ale časem bude testována i existence superpozice, a vsadíme boty na to, že ji experiment odmítne coby neexistující. 

Takže aby byla superpozice vědecká nicméně chybná hypotéza, nutně to vyžaduje závěr, že je kvantová mechanika neúplná a Kodaňská interpretace je zjednodušený, neúplný a deformovaný, přesněji logicky nekonzistentní model. Kodaňská interpretace stejně jako relace neurčitosti jsou ale nevědecké jen tehdy, když se považují za definitivní nepřekonatelnou odpověď, protože pak nejsou falsifikovatelné. Jsou-li chápány jako překonatelné zjednodušení, jsou vědecké a budou překonány. V žádné pravděpodobnostní interpretaci nemůže být superpozice testovatelná. Einstein měl jako obvykle zase pravdu.