Když polobožský hrdina Herkules bojoval s lernskou hydrou, zjistil, že ji přes svou nepřekonatelnou sílu nedokáže zabít. Za každou hlavu, kterou usekl, narostly dvě nové. Podobně, ale ještě mnohem hůř, se chovají podle odborného časopisu New Scientist fotony – těch totiž při každém rozseknutí vznikne rovnou nekonečno.
Fotony jsou takzvané elementární částice, což znamená, že se v principu nedají už dál dělit. Skupina skandinávských vědců se o to pokusila, byť pracovala jen s kvantovými teoriemi a výzkum nebyl praktickým experimentem. U kvantových jevů jsou ale vědci na takové postupy odkázáni velmi často.
Studie ukázala, že pokus o rozseknutí fotonu na dvě půlky by nevytvořil dva menší fotony, ale nekonečné množství stejně velkých fotonů. Výsledky nedávají při pohledu z „obyčejného“ světa moc smysl, ale i to je u kvantových jevů běžné, vesmír se zkrátka chová v miniaturních rozměrech zcela jinak než v těch velkých.
Foton po přeříznutí
Foton má dvě povahy – chová se současně jako částice i jako vlna. Fyzici se pokusili v tomto výzkumu představit si, co by se stalo, kdyby poslali foton skrz optickou clonu, jež by se dala vypínat a zapínat tak rychle, že by část vlny zablokovala. Byla-li by dost rychlá, tak by mohla vlnu rozříznout. Nutno dodat, že by tak rychlá být zřejmě nemohla, protože z definice fotonu vyplývá, že nic se nemůže pohybovat rychleji než právě on.
A pak pomocí kvantových rovnic autoři počítali, co by se po přeříznutí stalo s elektromagnetickým polem fotonu na kvantové úrovni. Místu toho, aby se stalo něco předpokládatelného, tedy by došlo buď k rozdělení částice, anebo jejímu zániku, stalo se něco nepředstavitelného.
K dalšímu pokračování tohoto příběhu je nutné znát jeden odborný termín: superpozice. Ten říká, že částice existuje ve více stavech zároveň – například na více místech najednou –, dokud ji neměříme, čímž ji „donutíme“ zvolit si jeden konkrétní stav. U fotonu by tato superpozice obsahovala nekonečně mnoho fotonů současně.
Jak je to možné? V kvantové mechanice totiž není žádný prázdný prostor opravdu prázdný – ve skutečnosti v něm bouří takzvané fluktuace elektromagnetického pole. Tým zjistil, že rychlým spínáním uzávěry clony dochází k narušení těchto fluktuací, což vede ke spontánnímu vzniku nekonečného množství nových fotonů, jež by se z této kvantové pěny vynořily.
Ani to ale ještě není konec nepochopitelného chování této částice. Vědci tvrdí, že pokud by se pozorovatel díval pouze na oblast bezprostředně po obou stranách této clony, nic zajímavého by neviděl – na jedné straně by pozoroval foton, na druhé vakuum.
Sekání částic
Výsledek práce podle autorů ukazuje, jak neintuitivní je chování kvantových částic na rozdíl od běžných objektů známého světa.
Otázky, na které fyzici narazili, je vedou k tomu, že by rádi v tomto výzkumu pokračovali – nejprve chtějí prozkoumat, co se stane s více přeseknutými fotony najednou, ale později by stejným způsobem dělili i další elementární částice, například elektrony.
