Jaká je pravá povaha reality? III

rubrika: Populárně naučný koutek


Třetí důvod, proč je pojem informace tak důležitý, vyplývá z kvantové mechaniky, nejlepšího souboru pravidel, který můžeme aplikovat na chování věcí na subatomárních měřítcích. Kvantová teorie byla neobyčejně úspěšná, nikde se nedostává do rozporu s experimenty. Ale nemůžeme ji pokládat za konečnou odpověď, konečné řešení problému povahy reality. I když poskytuje způsob popisu chování atomů a subatomárních systémů, nevysvětluje nám, proč se věci chovají tak, jak se chovají (Schrödingerova kočka [I] a [II]). Dokonce nás nechává v dokonalém zmatku ohledně mnoha aspektů chování těchto systémů, takže filosofové mají prostor pro to, aby popírali existenci objektivní reality a poukazovali na omezení empirické vědy.

Lucifer


quantum-information-theory.jpgKvantová informace

Existuje více než půl tuctu různých filosofických interpretací omezeného pohledu, který nám kvantová teorie dává, a nevíme, jak si mezi nimi vybrat, protože všechny jsou ve shodě se všemi experimentálními výsledky. Zdá se, že jedinou cestou je zjistit, co leží za kvantovou teorií - a to je možná teorie informací. Jedno spojení mezi teorií informací a kvantovou teorií existuje - obě mají v základu nedělitelnou základní veličinu, jedna bit, druhá kvantum. Je zde však i rafinovanější spojení - možná že zvláštnost kvantového světa pramení z omezenosti množství informací nesených kvantovou částicí.

Jedním z důvodů pro tuto myšlenku je Heisenbergův princip neurčitosti, který říká, že změříme-li u kvantového objektu naprosto přesně některé veličiny, ztratíme možnost dozvědět se cokoli o jiných veličinách. Heisenberg odvodil svůj princip z kvantově mechanických rovnic a zatím jej musíme přijímat jako fakt, tak to prostě funguje. Pomocí teorie informací můžeme ale snad dojít k uspokojivějšímu vysvětlení. Kvantová částice, jakou je elektron, má vlastnost zvanou spin, která nabývá dvou hodnot - "nahoru" a "dolů" - a lze ji změřit v jakémkoli prostorovém směru. Jestliže spin elektronu může nést jen jeden bit informace, první měření na elektronu dá tuto hodnotu. Na elektronu už není více informace pro měření v jiných směrech. Výsledek každého následujícího měření bude náhodný ve shodě s Heisenbergovým principem neurčitosti.

Existují náznaky, že teorie informací by mohla přispět i k vysvětlení záhadného jevu kvantového entanglementu, jenž spočívá v tajuplné vazbě mezi dvěma částicemi. Kvantové provázání, entanglement, se bezpochyby týká informací a jejich sdílení. Zjednodušeně řečeno, entanglement znamená, že po interakci dvou částic jsou jejich kvantové stavy, charakterizované hybností, spinem atd., sdílené oběma částicemi.

Tajuplnost kvantového provázání tkví v tom, že částice může být v "neurčitém" kvantovém stavu. Tak jako Schrödingerova kočka může být živá a mrtvá až do chvíle, kdy ji pozorujeme ([I] a [II]), entanglovaný pár má směs spinů - spin je zároveň ve stavu "nahoru" a "dolů" - do té doby, než někdo provede měření spinu jedné z částic. Jakmile měření uvede jednu částici do stavu s určitým spinem, jistou hodnotu získá i spin druhé částice. Einsteinovi se tato představa nelíbila, protože to vypadá, jakoby pozorování jedné částice mohlo změnit stav té druhé, bez ohledu na to, jak daleko jsou od sebe (viz Mohu jediným pohledem změnit vesmír? [I], [II], [III] a [IV]). Jestliže ale entanglovaný pár nese jen omezené množství informací o stavu spinů, nabízí se nám cesta z těchto problémů.

Kvantová verze teorie informací říká, že entanglovaný pár nese jen dva bity informací. Jestliže tyto dva bity kódují něco jako "spiny jsou stejné, když se měří ve směru X" a "spiny jsou opačné, když se měří ve směru Y", je v tom obsažen popis stavu spinů obou částic, nezbývá však žádný prostor pro informace o spinech individuálních částic. Z těchto důvodů se zdá, že výsledek prvního měření spinu je náhodný, výsledek druhého měření je však už přesně určen. I když to vypadá, jako by mezi oběma částicemi existovalo tajuplné propojení, ve skutečnosti nám první měření poskytne jen více informací. Jakmile máme výsledek prvního měření a známe povahu spojení mezi oběma spiny, spin druhé částice už může být určen jednoduchou logikou.

Kvantoví fyzici teprve začínají vnímat dopad teorie informací na svůj obor a zatím nemají žádné vysvětlení, jak by to mohlo fungovat. Jestliže ale kořeny kvantové mechaniky leží opravdu v teorii informací, je to jaksi příhodné. Žijeme v období, které je možno nazvat "věkem informací", optická vlákna a satelitní přenos šíří po celém světě neobyčejnou rychlostí obrovské množství informací. Všechny tyto technologie byly vyvinuty jen díky kvantové mechanice - lasery a mikročipy jsou jen vedlejší produkty kvantové teorie. Zdá se proto spravedlivé, aby poslední otázka fyziky propojila teorii informací a kvantovou mechaniku.

Sofistikovaní skeptici

Kam nás to tedy zavádí při našem hledání konečné povahy reality? Jestliže něco můžeme označit jako "to", něco, co zde je, pak to pochází z nějaké informace nebo velkého souboru informací. To měl na mysli fyzik John Archibald Wheeler, když svůj pohled na realitu shrnul do výroku "jsi tu z bitu". V roce 1990 Wheeler prohlásil: "Časem se naučíte rozumět celé fyzice a popisovat ji v jazyce informací." Ten čas ještě nenastal. Ale snad se už objevil na horizontu.

Každopádně však zatím nevíme, jak daleko jsme na cestě k odhalení skutečné podstaty reality. V posledním století nás naše zkoumání zavedlo z říše atomů do říše subatomární, až k myšlence energetických fluktuací v struktuře prostoru a času. Zdá se, že základní struktura reality leží ještě hlouběji, v abstraktních pojmech matematiky a informací. Je to však skutečně konec?

Fyzici jsou si až příliš dobře vědomi, že všechny jejich hypotézy mohou být na míle vzdáleny pravdě. Pracuji omezeni současnými vědomostmi a hranicemi lidské představivosti. Když se dozvíme něco nového o světě, naše současné představy ustoupí, ale nikdy nezmizí. Zdá-li se dnes, že konec fyziky je možná na dohled, musíme si uvědomit, že takový pocit už jsme měli mnohokrát. Bylo by arogantní myslet si, že už děláme konečný krok k odhalení samého jádra reality.

Zdroj: Michael Brooks, Velké otázky: Fyzika


komentářů: 0         



Komentáře (0)


Vložení nového příspěvku
Jméno
E-mail  (není povinné)
Název  (není povinné)
Příspěvek 
PlačícíÚžasnýKřičícíMrkajícíNerozhodnýS vyplazeným jazykemPřekvapenýUsmívající seMlčícíJe na prachySmějící seLíbajícíNevinnýZamračenýŠlápnul vedleRozpačitýOspalýAhojZamilovaný
Kontrolní kód_