Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Zákon mimo zákon

(Úryvky z esejů o kvantové fyzice)
 |  5. 5. 1998
 |  Vesmír 77, 277, 1998/5

Jsou fyzikální zákony věčné a neměnné, nebo jsou – podobně jako biologické druhy – nestálé, jakési halabala povahy?

Hierarchické rozrůznění rostlin a živočichů, jak dnes víme, povstává ze slepých náhod genetických mutací a přirozeného výběru. Podobně zákony plynů, vztah tlaku, objemu a teploty pro různé substance či zákony termodynamiky mají původ v chaosu molekulárních srážek. Ale pokud jde o molekuly samotné – o částice, z nichž jsou složeny, a silová pole, která je vážou – bylo by možné, že také ony odvozují svůj způsob chování, svou strukturu, a dokonce i svou existenci z mnohočetných náhod?

Takové otázky o „plánu“ fyziky bychom asi nekladli, kdybychom už měli aspoň jeho kostru. Jenže ji nemáme. Tu a tam potkáme někoho, kdo si ještě myslí, že fyzika spočívá právě v držení takového plánu. Opakuje Laplaceovu vizi, jak jí rozumí: pohybové zákony i počáteční souřadnice a hybnosti jsou určeny, a tedy je určena i budoucnost. Vesmír je stroj. Jenže toto paradigma je už překonáno. Kvantová mechanika nám dovoluje znát souřadnici nebo hybnost, ale ne oboje. O počátečních hodnotách, které Laplace potřeboval, princip komplementarity říká, že polovina z nich neexistuje a ani nemůže existovat [...] Vesmír není laplaceovský. Možná je halabala. Ale raději doufejme, že jednou pochopíme nezbytnost kvantových prvků v jeho stavbě.

Poslechněme si historku o hře s dvaceti otázkami. Pravidla jsou jednoduchá – jeden účastník je poslán ven z místnosti, ostatní se domluví na nějakém slově, dotyčný se vrátí a začne se ptát: „Je to živé?“ „Ne.“ „Je to zde na Zemi?“ „Ano.“ Otázky jdou od jednoho k druhému, dokud slovo není uhodnuto. Tazatel vítězí, jestliže mu stačilo dvacet otázek nebo méně. Jdete ven a čekáte tam neuvěřitelně dlouho. Když vás znovu vpustí, všichni se usmívají. Odpovědi na vaše otázky přicházejí nejprve rychle, pak se ale každé čekání protahuje – divné, když odpověď je vždy jen jednoduché „ano“ nebo „ne“. Nakonec se zeptáte, jestli to slovo je „mrak″. „Ano,“ zní odpověď a všichni se smějí. Vysvětlují, že když jste byl venku, dohodli se nedomlouvat dopředu žádné slovo. Každý v kruhu mohl na jakoukoliv vaši otázku odpovědět „ano“ i „ne“, jak se mu chtělo. Nicméně když odpověděl, musel mít na mysli nějaké konkrétní slovo slučitelné se svou odpovědí i s odpověďmi na všechny vaše předchozí otázky. Není divu, že rozhodnutí mezi „ano“ a „ne“ byla stále těžší!

Jaká je pointa? Srovnejte hru v jejích dvou podobách s fyzikou v jejích dvou formulacích, klasické a kvantové. Zaprvé, mysleli jste, že slovo už existuje „někde mimo“, jako si dříve fyzikové mysleli, že poloha a hybnost existují „někde mimo“, nezávisle na pozorování. Zadruhé, informace o slově přicházela na svět krok za krokem skrze otázky, které jste kladli, jako i informace o elektronu přichází na svět krok za krokem, skrze experimenty, které se pozorovatel rozhodne provést. Zatřetí, kdybyste se byli rozhodli pro jiné otázky, došli byste k jinému slovu – právě jako experimentátor by si vytvořil jinou představu, co se s elektronem odehrávalo, kdyby měřil jiné veličiny nebo i stejné veličiny v jiném pořadí. Začtvrté, moc, kterou jste prokázali při uvedení slova „mrak“ na svět, byla jen částečná. Hlavní část výběru spočívala v odpovědích ano-ne vašich kolegů. Podobně experimentátor má prostřednictvím výběru experimentů vliv na to, co se s elektronem stane, ale ví, že je nejisté, co každé z jeho měření odhalí. Zapáté, ve hře existovalo pravidlo, podle něhož každý účastník musel volit své ano nebo ne ve shodě s nějakým slovem. Pozorování ve fyzice jsou také vždy konzistentní. Jeden člověk musí být schopen sdělit druhému srozumitelnou řečí svá zjištění a druhý je musí být schopen verifikovat [...]

Srovnání mezi světem kvantových měření a hrou dvaceti otázek v mnohém kulhá, ale vystihuje to hlavní. V reálném světě kvantové fyziky žádný elementární jev není jevem, dokud není pozorovaným jevem. V naší hře žádné slovo není slovem, dokud není povýšeno na skutečnost výběrem otázek a odpovědí. „Mrak“ čekající, až ho objevíte, když vstoupíte do místnosti? Naprostý přelud! Hybnost elektronu v atomu px = 1,4×10–24 kg.m/s nebo jeho poloha x = 0,31×

10–10 cm čekající na změření? Čirá fantazie! Thomas Mann možná přeháněl, když navrhl: ...jsme to ve skutečnosti my, kdo způsobuje to, co se jeví, jako že se nám stává. Je ale nepopiratelné, že každý z nás jakožto pozorovatel je také jedním z účastníků procesu přivádění „reality“ na svět.

Setkat se s kvantovým světem je cítit se jako cestovatel z daleké země, který poprvé v životě vidí automobil. Ta věc má zjevně dávat nějaký užitek, a to podstatný, jenže jaký? Člověk může otevřít dveře, stáhnout a vytáhnout okénko, zapnout a vypnout světla a snad i protočit startér, to všechno bez znalosti hlavního smyslu. Svět kvant je ten automobil. Používáme ho v tranzistoru k řízení strojů, v molekule k přípravě anestetika, v supravodiči k vytvoření magnetu. Je možné, že celou dobu postrádáme to hlavní, totiž roli kvantových principů v konstrukci vesmíru samotného?

Otočili jsme klíčkem startéru. Motor se nerozběhl. 1)

Poznámky

1) /Z knihy Quantum Theory and Measurement (ed. J. A. Wheeler a W. H. Zurek, Princeton University 1983) přeložil Pavel Cejnar/

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Kvantová fyzika
RUBRIKA: Eseje

O autorovi

John Archibald Wheeler

Doporučujeme

Tajemná „Boží země“ Punt

Tajemná „Boží země“ Punt uzamčeno

Břetislav Vachala  |  4. 12. 2017
Mnoho vzácného zboží starověkého Egypta pocházelo z tajemného Puntu, kam Egypťané pořádali časté obchodní výpravy. Odkud jejich expedice...
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...
Hranice svobody

Hranice svobody uzamčeno

Stefan Segi  |  4. 12. 2017
Podle listiny základních práv a svobod, která je integrovaná i v Ústavě ČR, jsou „svoboda projevu a právo na informace zaručeny“ a „cenzura je...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné