Vesmírná školaVesmírná školaVesmírná školaVesmírná školaVesmírná školaVesmírná škola

Aktuální číslo:

2024/12

Téma měsíce:

Expedice

Obálka čísla

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

Do srdce temnoty

Do srdce temnoty uzamčeno

Ladislav Varadzin, Petr Pokorný  |  2. 12. 2024
Archeologické expedice do severní Afriky tradičně směřovaly k bývalým či stávajícím řekám a jezerům, což téměř dokonale odvádělo pozornost od...
Vzhůru na tropický ostrov

Vzhůru na tropický ostrov

Vojtěch Novotný  |  2. 12. 2024
Výpravy na Novou Guineu mohou mít velmi rozličnou podobu. Někdo zakládá osadu nahých milovníků slunce, jiný slibuje nový ráj na Zemi, objevuje...
Je na obzoru fit pilulka?

Je na obzoru fit pilulka? uzamčeno

Stanislav Rádl  |  2. 12. 2024
U řady onemocnění se nám kromě příslušné medikace od lékaře dostane také doporučení zvýšit svoji fyzickou aktivitu. Lze ji nahradit „zázračnou...