Einstein kontra kvantová mechanika
Byl to právě tento geniální fyzik, který vypustil do světa myšlenku kvantování elektromagnetického pole, díky čemuž vysvětlil podstatu fotoelektrického jevu a obdržel za to Nobelovu cenu.
Poznámka na okraj - správně ji měl dostat za teorii relativity, ale tento objev byl příliš průlomový a hlavně tomu tehdy skoro nikdo nerozuměl, proto komise raději sáhla po jiném zdůvodnění. Co kdyby se nakonec ukázala teorie relativity jako zcela zcestná?
Albert stál, i když víceméně mimoděk, u kolébky kvantové mechaniky. Nebyl to však dobrý otec, spíše ekvivalent zlé macechy, po zbytek života se totiž snažil tuto oblast fyziky zadupat do země. Možná proto, že v kvantovém měřítku nefunguje OTR a též proto, jak mnohem později prohlásil Steven Hawking: "Nejenže Bůh zcela jistě hraje v kostky, ale dokonce nás často i mate tím, že tyto kostky hodí někam, kde je ani On sám nedokáže pozorovat."
EPR paradox
Nejznámějším Einsteinovým pokusem o důkaz, že kvantová teorie je mylná je Einstein-Podolského-Rosenův paradox (EPR paradox) z roku 1935. Tahle parta fyziků si vzala na mušku jednu ze základních vlastností kvantové mechaniky: nelokálnost. EPR paradox tvrdí následující:
Seženeme nějaký kvantový systém - může to být třeba dvojice fotonů z jednoho zdroje. Fotony necháme letět každý opačným směrem až na konec vesmíru. A protože kvantová mechanika tvrdí, že polarizace jednoho i druhé fotonu jsou na sobě závislé (kvantově korelované) a že polarizace nejsou určené v okamžiku kdy oba fotony opuštějí zdroj, nýbrž až v momentu, kdy ji fotonům tuto vlastnost změříme, pak lze provést následující. Změřením polarizace fotonu na jednom konci vesmíru nastavíme polarizaci fotonu na druhém konci. Pokud k tomu nedojde v okamžiku měření přes celý vesmír, jsi nahraná, kvantová fyziko.
Bellova nerovnost
EPR paradox a vůbec spor Einsten versur Bohr byl celá léta oblíbeným tématem rozhovorů za dlouhých zimních večerů, při dobrém doutníku a nějaké té skotské. Ta méně šťastná část fyziků vedla tyto debaty při svíčce a drkotání zubů v sibiřském gulagu, kam Stalin posílal každého, kdo byl chytřejší než on a odvážil se to dát najevo. Ale vraťme se zpět k té šťastnější části světa, do klubu gentlemanů, ke skleničce skotské.
Abychom mohli dokázat, že EPR paradox popisuje, jak funguje kvantový svět, je kvantová korelace. A zde vstupuje do hry pan John Bella jeho slavný teorém, Bellova nerovnost. Pokud si pod pojmem Bellova nerovnost představíte rozdíl mezi skutečně provolanými minutami a výší účtu od mobilního operátora, tak to je špatně, to je jiný Bell, Graham Bell, ten co vynalezl telefon. Bellova nerovnost funguje jinak, ale konec konců, když si o ní budeme povídat, můžeme zůstat u toho telefonování.
Jana a Jana, telefonický pokus
Mějme Janu a Janu, dvě free cool a in teenegerky, které toho provolají opravdu hodně. Obě mají mobily od dvou různých operátorů. A teď to začne být zajímavé, dostanou totiž těžký úkol - každá z nich si po dobu jednoho měsíce musí vždy ráno zvolit operátora, jehož služby bude daný den využívat a druhý mobil nechat doma. Musí to udělat náhodně, proto jsme jim přichystali minci s logy operátorů na jednotlivých stranách mince, ráno si jí právě jednou hodí a co padne, ten mobil si vezme. Na konci měsíce potom porovnáme celkovou útratu obou Jan.
Nyní do hry vstupuje věc, které se říká skryté proměnné. Jana i Jana jsou spolužačky a kamarádky, často si volají, mají podobný okruh přátel, ale jiné lásky a trochu jiné zájmy - to všechno ovlivňuje, zčásti společně pro obě, zčásti u každé zvlášť jejich potřebu telefonování nebo esemeskování. Pokud by se podařilo vysvětlit vztah mezi výší účtů Jany a Jany, třeba že první Jana bude mít účet vždy o něco menší, tedy pokud tento vztah dokážeme plně vysvětlit jenom díky skrytým proměnným bez ohledu na zvoleného operátora, je to špatně a kvantová fyzika má problém. Bellova nerovnost ale říká, že tento vztah závisí i na volbě operátora a to u obou dívek naráz.
Uvědomuji si, že jsem jako příměr nezvolil tu nejvhodnější oblast (vzhledem k věku obou Jan je obtížné vysvětlit z jejich chování naprosto cokoliv a jen málokterý rodič či jiný výzkumník sebere tolik odvahy a tolik finančních prostředků, aby jim dal do ruky neomezené volání). Zůstaňme raději u myšlenkové stránky tohoto pokusu, podobně jako se slavnou Schroedingerovou kočkou v krabici.
Schroedingerovy koťata a pokus pana Aspecta
Nelokálnost kvantové fyziky lze ostatně ukázat na potomcích této slavné kočky, která přežila pokus s krabicí, kvantovým jevem, kvantovým detektorem a smrtícím plynem. Poté se dožila vysokého věku, šťastně se vdala a přivedla na svět dvě koťata. Bohužel se jich ale zmocnili kvantoví mechanizátoři, zavřeli každé z nich do rakety, těsně před startem poslali do každé rakety po jednom kvantově korelovaném fotonu a potom odpálili každou z raket na jiný konec vesmíru.
Ještě je důležité dodat, že v raketě je obvyklé příslušenství kvantového pokusu: podpora života, zábavní modul her pro kočku a též nezbytný pekelný stroj, který pokud naměří například polarizaci P1, koťátko zabije. Kvantová fyzika předpovídá, že pokud najdou mimozemšťani někde na konci vesmíru jednu raketu, otevřením kabiny a zjištěním, jak je na tom kočka vevnitř, okamžitě přes celý vesmír ovlivní stav druhé kočky. Tedy pokud budou mít štěstí, nevyletí na ně dlouhou cestou k smrti naštvaná kočka. Toto je další důkaz celistvosti kvantové mechaniky, protože EPR paradox lze aplikovat na kočku.
Do roku 1982 byl podobný pokus možný pouze jako myšlenkový. V tomto roce na univerzitě v Paříží tým vědců vedený Alainem Aspectem pomocí měření právě polarizace fotonů, vysílaných z jednoho zdroje do dvou různých směrů potvrdil, že i v reálné přírodě dochází k narušení Bellových nerovností a tudíž že kvantové jevy jsou skutečně nelokální.
Jsme lokálně neskuteční nebo skutečně nelokální?
Od roku 1982 se i nadále experimentovalo, Aspectův pokus byl proveden i s elektrony a potom s atomy. Dokonce byl proveden tento pokus tak, že místo sledování souvztažností v prostoru je sleduje v čase a výsledek nám dává na výběr - buďto jsme skuteční a přijmeme tento výsledek jako reálný, anebo jsme nelokální.
Odtud plyne název článku, někteří fyzikové se dodnes nesmířili s nelokálním působením (nazývají to strašidelné působení na dálku) a raději tvrdí, že vše je přelud, že jsme neskuteční, hlavně když jsme lokální.
Já osobně budu mnohem radši skutečný, i když nelokální. A jak jste na tom vy, drazí čtenáři?
Pokud se Vám tyto články líbí, jejich pokračování můžete už dnést nalézt na emag.cz