Proč opravdu Schrödinger vymyslel svoji báječnou kočku (aneb všechno je jinak)

Známé rčení zní: „Vítězové píší dějiny.“ Co to znamená jasněji vysvětluje Napoleon: „Co je historie než dohodnutá lež?“ O jakém výmyslu mluvím? O omylu Bohra a Heisenberga, že jejich výklad kvantové mechaniky je úplný.

Diskuse mezi Einsteinem a Bohrem ve dvacátých letech minulého století v Bruselu (ze kterého píšu tento blog) o výkladu kvantové mechaniky jsou i dnes populární. Údajně v nich Bohr argumentačně vyhrál. Je pravda, že Bohr argumentačně odrazil mnoho Einsteinových námitek a pokusů ukázat, že neurčitost kvantové mechaniky je jen zdání. Ovšem Einstein nakonec triumfoval a ve svém článku z roku 1935 o Einstein-Podolského-Rosenově paradoxu dokázal, že (stále dnes obvyklé) Bohrovo chápání kvantové mechaniky není úplné. Že tam něco chybí. Bohr dokonce po tomto článku uznal, že kvantová mechanika není úplná, ale tvrdil, že úplnější být nemůže. Mimochodem, Einstein tím kápl na kvantovou provázanost, která je základem dnešních kvantových počítačů. A aby Einstein nebyl chápán jako bezchybný bůh, pak je třeba říci, že jeho představa, jak doplnit kvantovou mechaniku, byla zaměřena pod vlivem jeho teorií relativity na lokální tzv. skryté proměnné, tedy maximálně působící rychlostí světla. Jak bylo později dokázáno Bellem, tyto ale fungují nadsvětelně, jsou tedy nelokální..

Ovšem, že je něco konečnou, nepřekonatelnou odpovědí, zde třeba kvantová náhoda, je dost naivní představa jakéhosi konce světa. Mnoho fyziků si třeba v roce 1900 myslelo, že fyzika je v podstatě hotová a že chybí dořešit pár „technických“ problémů, jako je záření černého tělesa nebo negativní výsledek Michelson-Morleyho pokusu. Výsledek známe: brzy se zjistilo, že fyzika znala menšinu toho, co známe dnes. Netušila tenkrát, že existuje kvantová mechanika a teorie relativity. Trochu to taky připomíná nedávnou situaci, kdy jsme si mysleli, že svítící hmota je ve vesmíru v podstatě vše, ale později se ukázalo, že je to menšina vesmíru a to hlavní je temná hmota a temná energie.

Umělecká představa kvantového světa (free AI generated Pixabay picture)

A je to ještě horší. Máme-li věřit Popperově představě falsifikace, pak každá vědecká teorie, každý vědecký princip, každý pojem (třeba kvantová náhoda), každá rovnice jsou jen zjednodušením něčeho v našeho okolí. A toto zjednodušení tedy musí být časem překonáno. A pokud je představa, že něco bude platit na věky věků, není to ani představa vědecká. Popperova falsifikovatelnost je totiž zároveň kritérium vědeckosti. Jen dogma si o sobě mylně myslí, že je nepřekonatelné, ale to jen proto, že to není věda, ale omyl.

Einstein tak měl očividně pravdu v tom, že kvantová mechanika není úplná. Jak se pak ale mohlo stát, že dnes je masově veřejností zastáván názor, že se Einstein v tomto bodě mýlil a že dokonce nerozuměl kvantové mechanice. Je to prosté: Dějiny píší vítězové. Bohr a Heisenberg zvítězili. Nezvítězili ale nad Einsteinem argumentačně, nýbrž praktickou použitelností své zjednodušené interpretace, dnes zvané Kodaňská. Toto zjednodušení, i když je částečně nelogické, postačuje k uchopení matematického aparátu kvantové mechaniky. Bez této zjednodušené interpretace nebylo možné onen matematický aparát vůbec použít, protože nebylo jasné, co který matematický symbol znamená. A to byl trumf, který zvítězil nad Einsteinem. Einstein ovšem viděl dál, mnohem dál.

Představte si, že byste měli třeba u plynu počítat polohu každého atomu a jeho srážky s jinými atomy. Polohu každého atomu není možné najednou určit už proto, že jich je obrovské množství. Proto Boltzmann použil zjednodušení a ve své termodynamice postupoval jen statisticky, pravděpodobnostně. Proto jsou poloha a další vlastnosti jednotlivch atomů v termodynamice neurčité. Ono také upočítat změnu polohy každého atomu nezvládnou ani dnešní superpočítače, i kdybychom polohy znali. Takže Boltzmann použil efektivní zjednodušení. To ale přece neznamená, že jednotlivé atomy neexistují nebo nemají konkrétní vlastnosti. My tyto vlastnosti jen neznáme. Velmi podobné je to s dnešní kvantovou mechanikou. Je to efektivní zjednodušení, ale není to kompletní popis reality. Ten by byl mnohem složitější, a navíc zatím nemáme přesnou představu, jaký by takový popis mohl být. Ovšem názory, že neexistuje žádná skrytá entita v kvantové mechnaice, se dají v termodynamice přirovnat k představě, že neexistují atomy nebo alespoň neexistují jejich vlastnosti.

Smutné je, že Bohr a Heisenberg nezvítězili jen praktickou použitelností svého výkladu kvantové mechaniky, ale také silou. Viz Whitakerova kniha The New Quantum Age (From Bell’s Theorem to Quantum Computation and Teleportation), Oxford University Press. Tam se už na straně 2 dočtete: „Několik odvážlivců sice vystrčilo hlavu a upozornilo na takové přístupy, ale byli tvrdě kritizováni mocnou skupinou fyziků soustředěnou kolem Bohra, Heisenberga a Wolfganga Pauliho. Dala jim jasně najevo, že upřímně řečeno, ve fyzice není místo – ve fyzice není pracovní místo! – pro nikoho, kdo by se odvážil zpochybnit Kodaňské stanovisko.“

Je určitě hloupost, že Einstein nerozuměl kvantové mechanice, jak ve výše přiloženém uvedeném videu potvrzuje skvělý Doc. Mančal z MFF UK v Praze. On jí rozuměl lépe i než většina fyziků dnes, pokud jde o interpretaci. Doc. Mančal navíc ve videu připomíná, že Kodaňská interpretace je dnes nedostatečná. Ano, je to proto, že nepopisuje vše a cosi nám zatím skrytého nevidí. A to díky tomu skrytému fungují kvantové počítače, kvantová teleportace a kvantová provázanost.

A když jsme u toho videa, nevěřte v něm Jeleně, když říká, že Schrödinger vymyslel svou kočku proto, aby ukázal, že kvantové vlastnosti nelze přenést do makrosvěta. Je sice pravda, že mikro-chování nelze jednoduše aplikovat na makro-svět, třebaže existují i kvantové projevy v makrosvětě, viz třeba supratekutost. Nicméně Schrödinger svou kočkou mířil přímo proti pravděpodobnostnímu výkladu kvantové mechaniky, když v rámci výkladu své kočky v onom článku naspal doslova: „To nám brání tak naivně přijmout za platný „rozmazaný model“ pro zobrazení reality.“

Schrödinger tedy odmítá představu, že kvantová neurčitost je nepřekročitelný konec světa, stejně jako jí odmítl Einstein, stejně jako de Broglie (vlnové chování částic), stejně jako Bohm (teorie pilotní vlny), stejně jako Everett (multisvětová interpretace), stejně jako Paul Dirac (relativistická kvantová mechanika) a stejně jako John Bell, který prokázal kvantovou provázanost a proklestil tím i cestu ke kvantovým počítačům. Bell dokonce přímo napsal, že Bohr a Heisenberg vymyli Kodaní fyzikům mozky. A zdá se, že měl pravdu.

Nicméně, když se dnes někdo drží neúplné, povrchní, i když efektivní Kodaňské interpretace, může se nepříjemnosti Schrödingerovy kočky vyhnout právě poukazem na přechod z mikro do makro-světa. Konkrétně může třeba říci, že už čidlo radioaktivity v krabici s kočkou způsobí kolaps vlnové funkce a tím i zničení kvantového chování.

Schrödingerova současně živá i mrtvá kočka (majetek JF, autor Tomáš Flipper Zikmund)

Dále k videu: Co se týče Heisenbergových relací neurčitosti, tak nevěřte ani Víťovi. Tyto relace sice opravdu platí, ale jsou překročitelné, jak jsme si předvedli výše.

Praktické vítězství Bohra a Heisenberga nad přesnou interpretací požadovanou Einsteinem vedlo veřejnost dokonce k názoru, že Schrödingerova kočka je skutečně současně živá i mrtvá, což je populární, leč esoterický nesmysl. Ale je to překvapivé a zábavné, a proto tak populární. Nicméně vítězství Kodaňské interpretace zřejmě zpozdilo vývoj kvantové mechaniky možná o desetiletí. Protože když nevěříte, že nějaká skrytá entita existuje, tak se jí ani nesnažíte hledat. Přitom bez oné skryté entity nelze kvantové chování vůbec vysvětlit. Ostatně skrytá entita je zcela nezbytná i v oné Kodaňské interpretaci (superpozice částic). To se dá ilustrovat tím, že i ona živá-mrtvá kočka je skrytá, neviditelná. Když otevřete krabici s touto kočkou, tak je vždy buď živá nebo mrtvá, nikdy ne obojí současně.