Přestože na základě kvantové teorie funguje prakticky celý moderní svět, například počítače nebo navigace, podle nového výzkumu se přední experti v oboru nedokáží shodnout ani na jeho samotných základech.
Až do dvacátých let dvacátého let vypadal vesmír jako velké, složité, ale pochopitelné místo. Planety a hvězdy létaly po drahách popsaných už Isaacem Newtonem, kosmos se zkrátka choval jako dobře namazaný stroj.
Jenže roku 1925 dostal tento optimistický pohled ránu, ze které se ještě nevzpamatoval. Kladivem, jež rozbilo obří mechanický trojrozměrný orloj na nepatrné střípky koncentrované nejistoty, byla kvantová teorie.
Ukázala totiž, že náš krásný, předvídatelný a obvykle jednoznačně popsatelný newtonovský svět se na jisté úrovni začíná chovat jinak, nepředvídatelně a v mnoha ohledech zcela neintuitivně, nelogicky a nepochopitelně.
Radikální Heisenberg
Za období, kdy kvantová teorie vznikla, se pokládá červenec roku 1925, „rozbití vesmíru“ tedy čerstvě oslavilo sté narozeniny.
Tehdy napsal fyzik Werner Heisenberg dopis svému kolegovi Wolfgangu Paulimu. V něm se svěřil s tím, že jeho „názory na mechaniku jsou každým dnem radikálnější“, a poprosil Pauliho o zpětnou vazbu na přiložený rukopis.
Ten označil za tak radikální, že sám uvažoval, jestli ho má vůbec dokončit, anebo rovnou spálit.
Článek, který na základě tohoto dopisu vznikl, položil základy empiricky ověřitelnější verze kvantové mechaniky. Verze, díky které dnes ví lidstvo o vesmíru mnohem více než před sto lety, díky níž umí stavět kvantové počítače, používá lasery a tranzistory, využívá systémy jako GPS nebo získává elektřinu z fotovoltaických panelů.
Současně ale rozdělil vědecký svět – řada vědců, včetně třeba Alberta Einsteina, kvantovou teorii nikdy úplně nepřijala. Ale ani ti, kteří jí zasvětili své životy, se na řadě jejích aspektů nebyli schopní shodnout.
U příležitosti tohoto stého výročí se odborný časopis Nature zeptal předních 1101 kvantových fyziků na jejich názor na nevyjasněné otázky spojené s kvantovou teorií. Výsledky ukázaly, že i dnes se ty největší kapacity neshodnou ani na samotných základech.
Jasné a nejasné
Kvantová teorie neboli kvantová mechanika popisuje, jak se chovají velmi malé částice – třeba elektrony nebo fotony. Na rozdíl od klasické fyziky, která platí pro věci v běžném světě ale i pro obří objekty, jako jsou planety a hvězdy, kvantová mechanika ukazuje, že ve světě malých částic platí zcela odlišná pravidla.
Například ukazuje, že malé částice, jako je elektron, se nechovají jen jako kuličky, ale současně i jako vlny. To znamená, že se mohou „rozprostřít“ a interferovat samy se sebou – jako když se skládají vlny na vodě.
Základním bodem „kvantovky“ je Heisenbergův princip neurčitosti, který říká, že nemůžeme přesně vědět kde částice je a zároveň jak rychle se pohybuje. Čím přesněji víme jedno, tím méně přesně víme druhé. Částice může být zároveň ve více stavech najednou. Například elektron může být ve dvou různých místech současně – dokud ho někdo nezměří, pak si „vybere“ jeden stav. Tento problém se populárně vysvětluje příkladem se Schrödingerovou kočkou, která je ve své krabici současně živá i mrtvá, dokud se do ní někdo nepodívá.
Z toho všeho vyplývá spousta dalších důležitých poznatků, například takzvaný kolaps vlnové funkce, který popisuje, jak se změní pozice částice z pravděpodobné na konkrétní po změření, nebo propletení částic, které ukazuje, že dvě částice mohou být kvantově propojené, ať jsou jakkoli daleko od sebe. Když změříme jednu, okamžitě tím ovlivníme i tu druhou. Einstein tomu říkal „strašidelné působení na dálku“.
Tohle všechno se prokazatelně děje. Je to potvrzené tisícovkami mnohokrát opakovaných experimentů. Ale fyzici se nedokáží shodnout na tom nejpodstatnějším: proč se to děje. Tedy na interpretaci této teorie.
Shody a neshody
Průzkum v Nature ukázal, že experti na kvantovou fyziku se jen málokdy shodnou na svých interpretacích kvantové mechaniky, a navíc si ani nejsou moc jistí tím, co říkají.
Shodují se vlastně na dvou bodech: že intuitivnější, fyzikální výklad matematiky v kvantové mechanice je důležitý a že kvantová teorie bude nakonec nahrazena úplnější teorií. Shoda na obou těchto bodech překonala pětasedmdesát procent.
Autoři dotazníku poprosili vědce, aby uvedli svůj oblíbený výklad takzvaného „problému měření“, což je asi hlavní jádro sporu, kolem něhož se vyhraňují celé školy. Ukázalo se, že žádný z oblíbených výkladů nemá ani zdaleka většinovou podporu. Největší míru důvěry má mezi vědci klasická kodaňská interpretace, jíž věří asi 36 procent expertů. Víc než polovina těch, kdo ji prosazují, si ale nebyla svou odpovědí moc jistá.
Žádná další hypotéza nebo teorii si nezískala větší zastoupení, někteří fyzici se dokonce vyjádřili ve smyslu, že ani interpretaci nepotřebují.
Vědci se nedokázali shodnout ani na řadě dalších otázek: například, co je to vlnová funkce, jestli existuje rozdíl mezi normálními a kvantovými objekty, nebo zda měření vůbec vyžaduje pozorovatele.
Přou se i nobelisté-kolegové
Tuto neshodu ilustruje situace, která se odehrála v červnu na akci ke stému výročí kvantové mechaniky. I přímo tam se vědci velmi nahlas a důrazně neshodli ani na samotných základech svého oboru.
„Kvantový svět neexistuje,“ prohlásil tam fyzik Anton Zeilinger z Vídeňské univerzity s tím, že kvantové stavy existují pouze v jeho hlavě a že popisují spíše informace než realitu. „S tím nesouhlasím,“ odpověděl mu Alain Aspect, fyzik z Univerzity Paris-Saclay. Paradoxem je, že oba tito muži společně (a s Johnem Clauserem) získali roku 2022 Nobelovu cenu za fyziku právě za práci o kvantových jevech.
Alain Aspect byl letos hostem pořadu Hyde Park Civilizace, kde o kvantovém světě obsáhle hovořil:
„Je to prostě trapné“
Časopis Nature se některých vědců po zveřejnění výsledků ptal i na to, jestli je nesoulad znepokojuje. Například Elise Crullová z Univerzity v New Yorku pro Nature uvedla, že tato nejednoznačnost naznačuje, že „lidé berou otázku interpretací vážně“.
Jiní byli kritičtější, zejména ohledně toho, jakou zprávu tyto výsledky vysílají veřejnosti. „Je prostě trapné, že nemáme lidem co říct o tom, jaká je realita,“ přiznal ve zprávě časopisu Nature Carlton Caves, teoretický fyzik z Univerzity Nového Mexika v Albuquerque, který se na průzkumu podílel.
Vědci se v tomto průzkumu v podstatě shodli na tom, že se neshodnou. Ale současně to paradoxně nijak nebrání tomu, aby obor kvantové mechaniky dál rychle rozvíjel, jeho praktické aplikace měnily svět a badatelé pomáhali svými objevy a vynálezy lidstvu.
Například kvantové počítače, ač se přesně neví, jak vlastně fungují, se mění z kuriozity v nástroje, které mohou změnit způsob, jak fungují počítače obecně.
Současně jsou tyto výsledky varovně zdviženým ukazovákem před nejrůznějšími populárními vykladači kvantové teorie, kteří si jsou až příliš jistí svým vlastním výkladem. Týká se to zejména „kvantově-ezoterických“ výkladů, které se pohybují na samém okraji vědy a vycházejí z překonaných nebo zcela nevěrohodných interpretací.
