Článek
Znáte to. Stačí na sociálních sítích zadat „kvantové provázání“ a algoritmus vás okamžitě zasype zaručenými pravdami. Během pár minut se dozvíte, že vesmír je vlastně jedno velké společné vědomí.
Hned v dalším videu vám influencer s vážnou tváří vysvětlí, že si dvě spřízněné duše mohou posílat vzkazy napříč galaxií. A vrcholem všeho je tvrzení, že fyzici prý nedávno „dokázali, že realita vůbec neexistuje“.
Pokud projevíte zájem, obvykle hned vedle najdete slevový kód na exkluzivní kurz kvantového léčení, který vás vyjde na pár tisíc korun. Zní to skvěle, dokud nezačnete pátrat po faktech.
Druhý tábor to celé rovnou odbývá znechuceným mávnutím ruky. Kvantová fyzika je podle těchto pragmatiků jen složitá matematika pro pár akademických podivínů v laboratořích. S reálným světem a vaším každodenním životem prý nemá společného vůbec nic.
Kde se tedy skrývá pravda? Překvapivě v jednom z nejpoctivějších a nejdelších detektivních příběhů moderní vědy.
Tento příběh trval bezmála sto let. Začal tvrdou hádkou Alberta Einsteina s jeho kolegy a skončil až nedávno udělením Nobelovy ceny. A to nejlepší na něm je, že v něm nikde nevystupuje společné vědomí, krystaly ani léčivé frekvence.
Einsteinova tvrdá námitka a svět rukavic
Píšeme rok 1935. Albert Einstein, Boris Podolsky a Nathan Rosen publikují v uznávaném časopise Physical Review krátký, ale úderný čtyřstránkový článek. V titulu pokládají provokativní otázku: Může být kvantově-mechanický popis fyzikální reality považován za úplný?
Podle počátečních písmen příjmení autorů se tomuto myšlenkovému experimentu dodnes říká jednoduše EPR paradox. Jejich úvaha přitom vychází z naprosto selského a snadno pochopitelného kritéria.
Jestliže umíte hodnotu nějaké veličiny s jistotou předpovědět, aniž byste daný systém jakkoli narušili, pak ta hodnota musí fyzikálně existovat už před měřením.
Následně si autoři představili dvojici částic, které spolu v minulosti interagovaly a nyní letí vesmírem pryč od sebe. Zákony tehdy mladé kvantové mechaniky tvrdily podivnou věc. Když změříte vlastnosti jedné z částic, okamžitě a se stoprocentní jistotou víte, co byste naměřili na té druhé.
Přitom jste na tu druhou částici ani nesáhli. Mohla by být klidně na druhém konci galaxie.
Závěr Einsteinova týmu zněl naprosto jasně a logicky. Když výsledek věděla druhá částice dopředu, musela si tuto informaci nést s sebou už od samého začátku. Žádná telepatie se nekoná.
Představte si to na úplně běžné situaci. Máte pár zimních rukavic, které někdo poslepu rozdělí do dvou krabic. Jednu krabici pošle kurýrem vám do Prahy, druhou vašemu známému do Sydney.
Vy svou krabici v Praze otevřete, podíváte se dovnitř a najdete levou rukavici. V tom samém zlomku vteřiny víte, že v Sydney leží v krabici rukavice pravá. Nic magického a tajemného se nestalo. Informace o tom, která rukavice je která, byla v krabicích uložena od začátku.
Přesně takový předvídatelný a spořádaný svět si Einstein přál. Okamžité propojení vzdálených věcí, které z rovnic kvantové mechaniky zdánlivě plynulo, nazval velmi pohrdavě „strašidelným působením na dálku“.
Z filozofické hádky se stává tvrdé číslo
Téměř třicet let tahle debata vypadala spíš jako neřešitelný spor o akademický vkus. Jedni věřili takzvaným skrytým proměnným, tedy pomyslným lístkům s informacemi, které si částice nesou v kapsách. Druzí je považovali za matematicky zbytečné.
Rozhodnout to experimentálně prostě nešlo, protože obě představy tehdy předpovídaly úplně stejné výsledky měření. Nebo si to alespoň všichni na planetě mysleli.
Pak přišel rok 1964. Severoirský fyzik John Stewart Bell pracoval v CERNu a po večerech přemýšlel nad základy fyziky. Napsal poměrně krátký, ale naprosto zásadní článek s názvem O paradoxu Einsteina, Podolského a Rosena.
Bell v něm dokázal něco nečekaného. Ukázal, že tyhle dvě představy o světě se ve skutečnosti liší, a co je hlavní, liší se měřitelně.
Každá teorie, ve které si částice nesou výsledky s sebou a žádný vliv se nešíří rychleji než světlo, má svůj pevný matematický strop. Definuje, jak silně spolu mohou výsledky měření vůbec souviset.
Matematika kvantové mechaniky ovšem tento strop u některých specifických nastavení přístrojů drze překračuje.
Magazín Quanta to čtenářům ukazuje na konkrétním a srozumitelném příkladu. Pokud měříte spiny provázaných částic podél os svírajících přesně 120 stupňů, kvantová fyzika sebevědomě předpovídá shodu v 75 % případů. Náš známý „rukavicový svět“, kde je vše jasné dopředu, dovolí u takového experimentu nanejvýš zhruba 67 %.
Rozdíl osmi procentních bodů zní pro laika možná jako naprostá drobnost. Právě on ale proměnil nekonečnou filozofickou debatu v jasnou otázku, kterou lze položit skutečným přístrojům v laboratoři. Když naměříte více, než dovoluje Bellův limit, Einsteinův bezpečný rukavicový svět se hroutí jako domeček z karet.
Tři generace zavírání zadních vrátek
První přesvědčivou a experimentálně podloženou odpověď dali světu v roce 1972 Stuart Freedman a John Clauser. Působili na Kalifornské univerzitě v Berkeley a pustili se do práce.
V experimentu publikovaném v Physical Review Letters nechali atomy vápníku vyzařovat páry provázaných fotonů a precizně měřili jejich polarizaci.
Jak později potvrdilo i populárně-vědecké shrnutí Nobelova výboru, výsledek tohoto měření jasně porušil Bellovu nerovnost. Čísla naprosto přesně souhlasila s podivnou kvantovou mechanikou.
Jenže vědecká detektivka tím ani zdaleka neskončila. Měření mělo slabá místa, kterým opatrní fyzici říkají mezery nebo zadní vrátka. Jejich detektory tehdy zachytily jen velmi malou část letících fotonů. Skeptici tak mohli oprávněně namítnout, že zachycený vzorek prostě nebyl reprezentativní.
Klíčové bylo také to, že se nastavení měřících přístrojů během pokusu neměnilo. Z čistě teoretického hlediska se tak obě strany experimentu mohly nějakým neznámým způsobem „domluvit“ na výsledku předem. Zní to paranoidně, ale ve fyzice musíte vyloučit všechno.
Tuhle druhou mezeru se rozhodl zavřít Alain Aspect s kolegy na Univerzitě Paris-Sud. V přísně kontrolované práci z roku 1982použili geniální trik. Přepínali orientaci svých měřících polarizátorů až v samotné chvíli, kdy už byly fotony dávno na cestě.
Podle dat se nastavení přístrojů měnilo během pouhých miliardtin sekundy. Fotony tak neměly naprosto žádnou šanci předem „vědět“, na co se jich detektor na konci dráhy nakonec zeptá.
I po tomto zpřísnění pravidel kvantová mechanika suverénně vyhrála. Detekční mezera ztracených fotonů ale pořád visela ve vzduchu a nedala vědcům spát.
Zavřít naprosto všechny mezery najednou se podařilo až v roce 2015 týmu Ronalda Hansona z prestižní Technické univerzity v nizozemském Delftu. Vědci se poučili z chyb a místo neposedných fotonů raději použili spiny elektronů uvězněných v krystalech diamantu.
Oba diamanty stály na opačných koncích univerzitního kampusu v Delftu, vzdálené od sebe celých 1,3 kilometru. Poprvé v historii byly všechny myslitelné mezery uzavřené najednou v jediném neprůstřelném experimentu.
V detailním článku v časopise Natureautoři popisují 245 úspěšných pokusů. Naměřili hodnotu S = 2,42 s drobnou odchylkou. Všechny teorie lokálního realismu přitom striktně dovolují dosáhnout nejvýše hodnoty 2.
Kruh se uzavřel v roce 2022. Aspect, Clauser a rakouský fyzik Anton Zeilinger tehdy dostali Nobelovu cenu za fyziku. Byla to odměna za celoživotní práci s provázanými fotony, která nade vší pochybnost prokázala porušení Bellových nerovností. Einsteinova představa o rukavicích zkrátka testem reality neprošla.
Kde končí věda a začíná internetová mystika
Tady je potřeba šlápnout na brzdu. Přesně v tomto bodě totiž startuje byznys prodejců falešné naděje.
Z jasného porušení Bellovy nerovnosti totiž v žádném případě neplyne, že lze posílat užitečné informace rychleji než světlo. Sám Nobelův výbor to ve své zprávě říká naprosto přímo: žádný signál rychleji než světlo cestovat zkrátka nemůže.
Proč tomu tak je? Výsledek každého jednoho měření u vás v laboratoři je čistě náhodný. Vy v Praze vidíte na monitoru sled nul a jedniček, který vypadá úplně stejně jako obyčejné házení mincí. Váš kolega v Sydney vidí na svém monitoru také náhodný šum.
Zásadní souvislost mezi vašimi daty se ukáže až ve chvíli, kdy si oba záznamy položíte vedle sebe a porovnáte je. A abyste to mohli udělat, musíte si zatelefonovat, poslat e-mail nebo třeba vyslat poštovního holuba. K tomu už potřebujete klasický přenos informací podléhající limitům rychlosti světla. Samotná korelace zprávu nepřenese.
Tyto testy také v žádném případě nedokázaly, že „realita neexistuje“.
Vyloučily jen jednu velmi specifickou kombinaci předpokladů, které fyzici říkají lokální realismus. Tedy myšlenku, že věci nesou své hotové vlastnosti stále s sebou a zároveň se nic na světě nešíří rychleji než světlo.
Alespoň jedno z těchto pravidel musí jít z kola ven. O to, co přesně to je, se fyzici a filozofové urputně přou dodnes. Různé výklady kvantové mechaniky nabízejí odlišné pohledy, ale ani jeden z nich nepotřebuje k fungování vaši mysl.
Pro milovníky přesných dat je tu ještě jedna drobná perlička. Vzhledem k tomu, že delftský diamantový experiment zachytil pouze 245 platných pokusů, autoři poctivě vyčíslili pravděpodobnost náhodné chyby na 3,9 %. To je slušný výsledek.
Opravdovou sílu dnešnímu poznání ale nedává tento jeden izolovaný pokus. Je to celá padesátiletá řada nezávislých experimentů. Vědci je opakovali s různými částicemi, na úplně odlišné vzdálenosti a s různými drobnými slabinami, které se dnes už spolehlivě navzájem pokrývají.
Zůstávají vůbec nějaké alternativy? Úplně nevyloučené jsou jen ty extrémně exotické myšlenky, jako je například superdeterminismus. Podle něj byla i volba toho, jak fyzik nastaví svůj přístroj, pevně předurčena už od samotného velkého třesku. Žádný test to z principu nedokáže vyvrátit. I proto nad tím většina seriózních vědců jen kroutí hlavou, protože to popírá jakoukoliv smysluplnou vědeckou metodu.
Změřte to, nebo si to nechte
Až vám bude příště vyskakovat reklama na sociálních sítích a někdo se vám bude snažit prodat teorii, že kvantové provázání dokazuje telepatii, zeptejte se na jedinou věc.
Zeptejte se, jak se přesně ta informace mezi dvěma lidmi přenáší, když samotný výsledek každého měření je neovlivnitelná a čistá náhoda. Na tuto prostou otázku vám internetoví mystici neodpoví, protože odpověď nemá ani špičková fyzika. Takový přenos totiž neexistuje.
Skutečný historický příběh je mnohem lepší než jakýkoliv moderní ezo-mýtus. Einstein položil brilantní otázku, i když se ve své oblíbené odpovědi mýlil. Bell vzal tužku, papír a ukázal, že se na tuto otázku dá reálně zeptat přístrojů. A týmy Clause, Aspecta a Hansona postupně a s obrovskou trpělivostí zavřely všechny dveře, kterými mohl starý pohled na svět uniknout.
Náš svět zkrátka není složený z předem připravených rukavic v krabicích.
Provázané částice spolu sdílejí zvláštní, hlubokou souvislost. A tuto souvislost už nelze jednoduše vysvětlit tím, že si každá z nich nese svůj tajný plán v kapse.
A přesto při tom všem neporušují maximální rychlost světla ani náš zdravý rozum. Jen si musíme přiznat, že náš selský rozum vyrostl na pozorování padajících kamenů a jablek, nikoliv na chování neviditelných fotonů a elektronů.
Na celém tomto stoletém příběhu je vůbec nejcennější samotná metoda zkoumání. Spor, který na začátku vypadal jako nekonečná a poněkud nudná filozofická debata o ničem, se podařilo mistrně převést na jedno jediné tvrdé číslo. A toto číslo pak stačilo změřit.
Pamatujte na to. Kdokoliv vám dnes s vážnou tváří prodává jakýkoliv „kvantový“ produkt bez podobně jasného a měřitelného čísla, prodává vám jen prázdné slovo, nikoliv skutečnou fyziku.
P.S.
Díky, že jste dočetli až sem! Až vám příště na sociálních sítích vyskočí reklama na kvantové léčení, vzpomenete si na dvě rukavice v krabicích a na dva vědce v Praze a Sydney, kteří si stejně musí nakonec zavolat. Na podobných tématech mě baví hlavně jedna věc: ukázat, že skutečná věda bývá zajímavější než mýty, které se na ni lepí. Jestli vás článek posunul, vaše podpora mi pomůže psát další texty, které oddělují fakta od marketingu. I malý příspěvek pomůže.
