Neurčitost

Neurčitost. Tak je pojmenována obsáhlá biografie Wernera Heisenberga, jednoho ze zakladatelů kvantové mechaniky. ¹⁾ Autor naráží především na neurčitost v mikrosvětě, na slavnou relaci neurčitosti. Polohu a rychlost mikroskopické částice není možné měřit současně s libovolnou přesností. Objevem těchto principiálních mezí pro pozorování kvantového světa učinil Heisenberg r. 1927 zásadní krok na cestě ke kvantové mechanice - zcela nové mechanice světa atomů. V jedoucím automobilu můžeme v každém okamžiku určit jeho přesnou polohu i rychlost. V příkrém rozporu s touto každodenní zkušeností to v kvantovém světě není možné. Podle relace neurčitosti nemá samotný pojem přesné polohy a současně přesné rychlosti význam. Nemá ani smysl mluvit třeba o přesné trajektorii částice - jen o více či méně „rozmazaných“ stopách.

Fyzikové se s různými případy relací neurčitosti seznamují už od „mateřské školky“. Vždycky jde o dvojici neslučitelných, doplňujících se (komplementárních) veličin. Poloha a rychlost jsou nejznámější. Podobně není možné současně měřit třeba energii uvolněnou při kvantovém přeskoku a čas, kdy k němu došlo. Nebo ještě jedna slavná dvojice: počet fotonů a fáze elekromagnetické vlny. Jeden foton má fázi zcela neurčitou.

Jen několik měsíců po publikaci Heisenbergova článku o relaci neurčitosti vystoupil Niels Bohr se svým principem komplementarity. Navázal na myšlenku neslučitelných měření a zobecnil ji. Rozborem myšlenkových experimentů („Gedankenexperiment“ patřil ke standardní výbavě kvantové fyziky od samotného počátku) dospěl k názoru, že určující charakteristikou kvantového světa je vlnově-korpuskulární dualizmus. Elektrony či fotony se někdy chovají jako částice, jindy jako vlny. Záleží na tom, jaký experiment připravíme, jakou otázku systému klademe. Oba aspekty není možné pozorovat současně, souhrnně však skýtají plnější popis kvantového objektu.

Důležitá je principiální nemožnost současného pozorování komplementárních aspektů. Bohr časem rozšířil ideu komplementarity i na řadu mimofyzikálních situací od biologie přes psychologii až po lingvistiku. Příklady si není tak těžké představit. Vždyť i na stránkách Vesmíru se často setkáváme s jakousi „komplementaritou“. Článek může být napsán trochu zjednodušeně, či snad dokonce ne zcela přesně, ale zato pochopitelně. Nebo je článek z vědeckého hlediska zcela přesný, ale ne úplně srozumitelný. Příklad s relací neurčitosti mezi počtem fotonů a fází, který jsem uváděl výše, neumím přesněji zformulovat, aniž bych vysvětlil, o jakou neurčitost v počtu fotonů jde a co vlastně myslím fází. K tomu bych však (k nelibosti čtenáře) potřeboval matematický formalizmus

Čtenář jistě postřehne jemný rozdíl mezi různými pojetími komplementarity. V kvantovém světě není na současné pozorování komplementárních vlastností místo - i když se to zdá možné a snad i názorné, každý pokus o takové pozorování vede k principiálnímu sporu. Naproti tomu v „klasickém“ světě takové spory neznáme - v uváděném příkladu si můžeme představit geniálního popularizátora, který vše dokonale vysvětlí, a to bez újmy na přesnosti. Vlastně by bylo přirozené očekávat to od každého dobrého vědce.

Jistě, Bohrovy příklady byly hlubší. Byla to například nemožnost určit jasnou hranici mezi objektem a subjektem při zkoumání vědomí, která se velmi podobá libovůli v rozlišení mezi objektem pozorování a pozorovacím přístrojem. V třicátých letech se, po Bohrově vzoru, možnou souvislostí mezi kvantovou fyzikou a psychologií zabývali i mnozí další významní fyzikové, jako byli Max Born, Wolfgang Pauli či Pascual Jordan. Pauliho návrh použít kvantové pojmy na studium nevědomí a Jungových archetypů je, jak poznamenává Mara Beller, ²⁾ jen předchůdcem nyní tak vysmívaných analogií kvantové mechaniky v „postmoderní“ psychoanalýze.

Vraťme se však k neurčitosti. Název Cassidovy knihy také evokuje nejasnosti týkající se Heisenbergovy klíčové role v německém jaderném výzkumu během války. Pokoušel se Heisenberg o sestrojení německé atomové bomby, anebo výzkum v tomto směru vědomě brzdil? Jaký byl cíl Heisenbergovy návštěvy u Bohra roku 1941 v nedávno okupované Kodani? Na tyto a další otázky hledá dramatik Michael Freyn odpovědi ve své hře Kodaň. V tomto čísle o ní pojednává Ludvík Bass. Po úspěchu v Londýně již hra vzbudila mimořádný ohlas i v divadle na Broadwayi a bylo jí věnováno speciální sympozium. ³⁾ Na rozdíl od kvantové neurčitosti může být neurčitost v našich informacích o nedávné historii překonatelná. Americký historik vědy G. Holton se na sympoziu zmínil o dopisu, který Bohr napsal Heisenbergovi potom, co vyšla Jungkova kniha Jasnější než tisíc sluncí, ve které je schůzka v Kodani popsána na základě Heisenbergových vzpomínek. Dopis však nebyl nikdy odeslán a Holton, kterému jej ukázal Bohrův syn Erik, o jeho obsahu referuje jen stručně: Bohr vyjádřil vážný nesouhlas s publikovanou verzí setkání. Informace o tom, co se v dopise přesně říká, nám však ještě nějaký čas zůstane skryta. Dopis byl uložen do archivu Bohrovy politické korespondence, který bude veřejnosti zpřístupněn až roku 2012, padesát let po jeho smrti.