Článek
Einsteinova speciální teorie relativity je použitelná pokud se zanedbají gravitační vlivy (a nebo jsou velmi slabé). Jinak musí být nahrazena „obecnou“ teorií relativity. Naproti tomu při makroskopických rozměrech a při absenci silných gravitačních polí je speciální teorie relativity v současné době obecně přijímána celou fyzikální veřejností.
Zhruba v té době, kdy Einstein přicházel se svými revolučními teoriemi, začala vznikat i tzv. „stará“ kvantová mechanika, která nám pomáhá pochopit a vysvětlit chování částic na mikroskopické (na atomové a subatomové) úrovni, s kterými si neuměla Einsteinova teorie relativity zcela poradit. Jejím představitelem byl především Max Plank, který představil kvantovou teorii, která se zaměřila na energii a její kvantizaci.
Obě teorie - jak Einsteinova, tak Plankova - mají některé důsledky, které se dají veřejností považovat za bizarní. Ostatně, posuďte sami.
Bizár podle A. Einsteina
Věděli jste například, že doba mezi dvěma událostmi (například mezi narozením a smrtí člověka) naměřená dvěma pozorovateli není stejná, ale závisí na relativních rychlostech mezi jejich vztažnými soustavami? (Na tomto místě je potřeba asi vysvětlit, co to je vztažná soustava. Jde o soubor bodů, které jsou vůči v sobě v klidu, a slouží jako referenční bod pro měření polohy a pohybu jiných objektů).
Tušili jste také, že délka objektu změřená jedním pozorovatelem se může lišit od výsledků měření téhož objektu jinými pozorovateli?
A to nejlepší na závěr – říká vám něco “paradox dvojčat”? Tento paradox se týká dvojčat, z nichž jedno letí pryč kosmickou lodí rychlostí blízkou rychlosti světla. Když se vrátí, zjistí, že druhé dvojče, které zůstalo na Zemi, stárlo mnohem rychleji než ono samo (nebo že první dvojče stárlo pomaleji). Tak to už je pořádný bizár, viďte?
A teď se pojďme podívat na to, co nám vymysleli Plank, Heisenberg a Schrodinger na poli staré a moderní kvantové mechaniky.
Bizár podle Max Planka
Asi nejznámějším fenoménem, laickou veřejností nejvíce diskutovaným, je „princip pozorovatele“. Tedy představa, že můžeme samotný průběh (kvantového) jevu ovlivňovat už jen tím, že se na něj díváme, že ho pozorujeme, měříme a hodnotíme. Tento jev úzce souvisí s principem Superpozice a Provázání (i fluktuace).
Princip „Superpozice“. Víte, že kvantové částice mohou existovat ve více stavech najednou, dokud nejsou změřeny? Představte si, že mince se točí ve vzduchu a dokud nespadne na zem, je zároveň v poloze „hlava“ i „orel“.
Kvantové “provázání”: Dva provázané kvantové objekty jsou propojeny tak, že stav jednoho okamžitě ovlivňuje stav druhého, bez ohledu na vzdálenost mezi nimi. Einstein to nazval „strašidelným působením na dálku“.
Kvantová “fluktuace”: I ve vakuu, kde by nemělo být nic, se neustále objevují a zase mizí částice. Je to jako by se prostor sám od sebe „vařil“.
Kvantová “teleportace”: Je možné přesunout kvantový stav částice na jinou částici, aniž by se částice samotná fyzicky přesunula. Je to jako byste si mohli „okopírovat“ vlastnosti částice na jinou.
„Dualismus“ objektů: Kvantové objekty se mohou chovat jako vlny i jako částice, záleží jen na tom, jak je pozorujeme.
“Tunelování”: Kvantové částice mají schopnost „protunelovat“ skrz bariéry, i když na to nemají dostatek energie. Je to jako byste se pokusili projít zdí a najednou se ocitli na druhé straně.
A opět to nejlepší na konec. Tím je pověstná „Schrodingerova kočka“. Jde o myšlenkový experiment, který na příkladu kočky ilustruje paradox kvantové superpozice, tedy že kočka by měla být současně živá i mrtvá. Experiment přibližuje obtížně pochopitelné kvantové jevy, například že „superpozice zaniká realizací jednoho z obou stavů v důsledku měření“, které v případě kočky proběhne otevřením krabice, ve které je kočka umístěna.
Tak tedy: představme si kočku uzavřenou v neprodyšné, neprůhledné krabici. V krabici je také umístěn přístroj obsahující radioaktivní nuklid a nádoba s jedovatým plynem. Pokud přístroj detekuje rozpad nuklidu, uvolní plyn, který otráví kočku. Pokus je navržen tak, že po jedné hodině je 50% pravděpodobnost, že se nuklid rozložil a uvolnil se smrtelný plyn. Jenže – jak experiment nakonec skutečně dopadne? Když otevřeme krabici, co v ní najdeme? Nerozpadlý nuklid a živou kočku, nebo rozpadlý nuklid a kočku mrtvou?
Průběh, interpretaci a jak celý experiment dopadl, si můžete přečíst po kliknutí na tento odkaz. Vás, kteří jste příliš citliví, a nenajdete v sobě odvahu na něj kliknout, ale mohu uklidnit: Schrödinger nikdy nezamýšlel tento pokus v reálu praktikovat.
Nebolí vás trochu po přečtení článku hlava? Může vás bolet ještě víc, stačí jen kliknout na odkazy uvedené pod článkem. Ale pokud to neuděláte, nic se nestane. Kvantová mechanika bude naše životy stejně ovlivňovat víc než si umíte představit. Už dnes současné kvantové počítače totiž umí zpracovat ty nejnáročnější výpočty, které klasickým počítačům trvají roky, během několika pár minut. A až na nich poběží UI, tak se máme všichni na co těšit.
Anketa
Zdroje:
