.:: Neviditelný čert ::.

Kvantová mechanika slaví 100. výročí a schyluje se k nové revoluci

rubrika: Populárně naučný koutek

Před sto lety na tichém skalnatém ostrově pomohl německý fyzik Werner Heisenberg nastartovat sérii vědeckých objevů, které se dotkly téměř celé fyziky. Tam Heisenberg rozvinul rámec kvantové mechaniky. V té době byla kvantová teorie jen volným souborem myšlenek o zvláštnostech fyziky na úrovni atomů.

Lucifer

V červnu 1925 se 23letý Heisenberg uchýlil na ostrov Helgoland, aby hledal úlevu od nepříjemného záchvatu senné rýmy. Ostrov, 60 kilometrů od pobřeží Německa, s nedostatkem pylu v mořském vánku, byl léčivým útočištěm. Zároveň se stal místem bez rušivých vlivů k přemýšlení o záhadách atomů.

Jednoho brzkého rána Heisenbergovi došlo k průlomu. „Měl jsem pocit, že skrz povrch atomových jevů se dívám na podivně krásný niter, a téměř se mi zatočila hlava při pomyšlení, že teď musím zkoumat toto bohatství matematických struktur, které mi příroda tak štědře rozprostřela,“ vyprávěl později. „Byl jsem příliš vzrušený na to, abych spal, a tak jsem se s rozedněním vydal na jižní cíp ostrova, kde jsem toužil vylézt na skálu vyčnívající do moře. Nyní jsem to bez větších obtíží udělal a čekal jsem na východ slunce.“

Fyzici nyní hledí na úsvit nové kvantové éry. Práce Heisenberga a jeho současníků změnila chápání hmoty vědci a vedla k novým technologiím založeným na tomto poznání. Současný výzkum – to, co někteří nazývají druhou kvantovou revolucí – zahrnuje novou úroveň přesné kontroly nad kvantovými systémy, včetně jejich sestavování od nuly a jejich používání dle potřeby. Vědci podřizují kvantové systémy své vůli, aby posunuli technologii dále a odhalili tajemství vesmíru.

Tato revoluce je kolektivním úsilím fyziků z celého světa, které posouvá různé kvantové hranice. Stejně tak ani první kvantová revoluce nebyla dílem jednoho muže. Heisenbergovo romantické a možná i zdobené vyprávění bylo jen útržkem příběhu o zrodu kvantové mechaniky.

Po návratu z Helgolandu Heisenberg diskutoval o svých myšlenkách s dalšími fyziky, než v červenci téhož roku publikoval slavný a neproniknutelný článek. Později fyzici Max Born a Pascual Jordan krystalizovali matematické výpočty v článku odevzdaném v září a v dalším článku, ve spolupráci s Heisenbergem, v listopadu. A fyzik Erwin Schrödinger publikoval v roce 1926 svůj vlastní vlivný kvantový rámec, který se matematicky ukázal jako ekvivalentní Heisenbergovu. Tito a mnoho dalších rukou proměnili matoucí zmatek kvantových efektů v soudržný matematický rámec.

Kvantová mechanika je také základem nesčetných technologií, včetně laserů, tranzistorů, které jsou nedílnou součástí chytrých telefonů a další miniaturizované elektroniky, solárních panelů, LED diod, magnetické rezonance a atomových hodin, které umožňují GPS navigaci. Aby vědci nastartovali druhou kvantovou revoluci, musí nyní využít některé z nejzajímavějších aspektů této teorie: superpozici a provázanost.

V kvantové mechanice jsou polohy, rychlosti a další vlastnosti částic popsány pravděpodobnostmi, nikoli jistotami. To znamená, že částice mohou být suspendovány v podivném očistci známém jako superpozice. Například částice může mít šanci být nalezena na jednom místě nebo na úplně jiném místě – situace, která se hovorově často popisuje jako přítomnost na dvou místech najednou. Hypotetická kočka v superpozici živých a mrtvých, známá jako Schrödingerova kočka, zdůrazňuje naprostou zvláštnost tohoto konceptu.

Provázanost je dalším záhadným tématem, v němž se osudy dvou částic prolínají a jejich vlastnosti korelují způsobem, který je v klasické fyzice nemožný. Měření jedné částice v provázaném páru okamžitě odhalí stav druhé, i když jsou od sebe vzdáleny velkou vzdáleností.

Zlepšením své schopnosti přesně manipulovat se superpozicí a provázaností fyzici vyvíjejí techniky potřebné ke konstrukci složitých zařízení, jako jsou kvantové počítače, které by mohly umožnit nové typy výpočtů, jež jsou se standardními klasickými počítači nemožné. Podobně kvantové senzory začínají umožňovat nové typy měření a kvantové komunikační sítě slibují bezpečnější způsoby přenosu informací.

Tato revoluce také vede vědce k odhalení některých velkých záhad kvantové fyziky, například zda existuje základní limit pro to, jak moc se mohou kvantové efekty zvětšit, a pokud ano, kde leží dělicí čára mezi kvantovou a klasickou fyzikou. A zkoumají, jak lze kvantovou mechaniku propojit s obecnou teorií relativity – Einsteinovou teorií gravitace.

Čím větší je objekt, tím obtížnější je pro něj zachovat si kvantové vlastnosti. Interakce s okolím mohou vytrhnout jeho křehkou kvantovost a vrátit ho zpět do každodenní sféry. Vylepšené techniky pro izolaci větších objektů umožnily výzkumníkům zvětšovat jejich rozměry – dokonce až k objektům hraničícím s makroskopickými. Někteří fyzici se domnívají, že existuje pevný limit, kam až může toto zvětšování jít; jiní věří, že může pokračovat donekonečna.

Vztahuje se kvantová mechanika na makroskopické objekty v našem každodenním světě? Tato otázka se objevuje už od počátků kvantové mechaniky. Ukázali jsme, že tyto – mohli bychom je nazvat makroskopickými – krystaly se ve skutečnosti mohou chovat kvantově mechanicky. Otázkou tedy je, jak daleko to můžeme dotáhnout? Nevím, jestli se v mé kariéře někdy dostaneme na úroveň „kočky“. (A možná by to neměla být kočka – to asi není moc etické.) Ale něco opravdu složitého a makroskopického, pokud bychom mohli vidět kvantově mechanické chování toho, myslím, že by to bylo super vzrušující a odpovědělo by to na tuto otázku, která tu je už tak dlouho.

Zvětšená kvantová zařízení poskytují příležitost otestovat, jak kvantová mechanika interaguje s obecnou relativitou. Tyto dvě teorie jsou vzájemně neslučitelné a vyřešení tohoto střetu je pro mnoho fyziků na vrcholu seznamu naléhavých problémů. Test vyžaduje vytvoření superpozice s objektem s dostatečnou hmotností, aby jeho gravitace přitahovala jiný objekt v superpozici. To by mohlo způsobit provázání obou objektů, a to pouze v důsledku jejich gravitační interakce. Potvrzení nebo vyvrácení tohoto efektu by odhalilo, zda je gravitace kvantová.

Nejen gravitace se mísí s kvantovou fyzikou. Stejně tak termodynamika, obor, který se zabývá motory, teplem a entropií, mírou neuspořádanosti. Studium kvantové termodynamiky by mohlo navrhnout způsoby, jak vyrábět stroje se zvýšenou účinností využitím kvantových principů.

Lidé si uvědomili obrovský komerční potenciál kvantových technologií. A s tímto uznáním přicházejí podvodníci, přehnaní prodejci a stroj na humbuk, který škodí základní vědě a výzkumu. A s tímto uznáním přichází geopolitický aspekt, kdy jsou kvantové technologie a výzkum najednou považovány za zájmy národní bezpečnosti. Místo toho, aby vědci nerušeně společně zkoumali vesmír, se všechny tyto otázky základní vědy začínají házet do pojmů geopolitické výhody. Kvantové efekty jsou důležité i pro živé organismy. Kvantová mechanika by mohla hrát roli ve fotosyntéze a ptáci by mohli používat kvantový kompas k vnímání magnetických polí.

Kvantové počítače sklidí asi největší rozruch ze všech kvantových technologií. Fungují na základě kvantových bitů neboli qubitů. Tyto citlivé jednotky mohou být vyrobeny z různých materiálů, od drobných kousků křemíku až po jednotlivé atomy. Provádějí výpočty stejně jako standardní bity v klasických počítačích, ale jsou navrženy tak, aby k výpočtům používaly pravidla kvantové mechaniky. Qubity jsou tak citlivé, že jsou náchylné k chybám. Slib kvantových výpočtů spočívá na tom, zda vědci vymyslí způsoby, jak tyto chyby opravit, říká Barbara Terhal, fyzička z QuTech v nizozemském Delftu. Technika zvaná kvantová korekce chyb kombinuje více qubitů náchylných k chybám a vytváří spolehlivější, „logičtější“ qubit. Vědci nedávno prokázali řadu milníků směrem ke kvantovým počítačům s korekcí chyb.

Co přijde v příštích 100 letech kvantové fyziky? Možná se kvantové myšlenky dále rozšíří, v tom smyslu, že se stanou společným jazykem. Nebo možná postavíme kvantový počítač nebo kvantově podobné počítače. Pravděpodobně se objeví nové teorie, které nebudou jiné teorie zcela vyvracet, ale rozšíří použitelnost toho, co máme právě teď. Pokud byste se zeptali lidí před vynálezem kvantové mechaniky, mysleli by si, že fyzika je téměř hotová. A teď máme pocit, že možná musíme sjednotit kvantovou mechaniku a gravitační síly, ale jinak je to tak nějak hotové. To klidně nemusí být pravda. To je trochu moc naivní.

Zdroj: Science News, As quantum mechanics turns 100, a new revolution is under way

17.05.2026, 10:15:04 Publikoval Luciferkomentářů: 0

Jak „věčné chemikálie“ znečistily svět

rubrika: Populárně naučný koutek

„Věčné chemikálie“ – odborně známé jako perfluoroalkylové a polyfluoroalkylové látky (PFAS) – jsou mimořádně užitečné látky. Patří však také k nejnebezpečnějším znečišťujícím látkám na planetě. Četné uhlík-fluorové vazby v těchto chemikáliích, které se skládají z alkylového řetězce spojeného s několika atomy fluoru, jsou považovány za nejpevnější v organické chemii. Vazby PFAS jsou „proteinofilní“, což znamená, že se silně vážou na bílkoviny v orgánech a krvi, kde přetrvávají po celá léta. Mimo naše tělo mají tyto chemikálie biologický poločas rozpadu, který může trvat i stovky let. Osm desetiletí od jejich vynálezu se nyní nacházejí v tělech téměř každého člověka na planetě – hromadí se v našem krevním oběhu, játrech, ledvinách a plicích.

Lucifer

Celý článek »

01.05.2026, 07:26:40 Publikoval Luciferkomentářů: 3

Dezinformace generované umělou inteligencí zahlcují internet

rubrika: Populárně naučný koutek

Mezi odborníky i laiky se najde spousta nadšenců, kteří rozvoj umělé inteligence nadšeně vítají. Od AI očekávají nebývalé obohacení lidské civilizace, něco jako další vědeckotechnickou revoluci. Pak jsou tady ještě skeptici, kteří se domnívají, že by se AI mohla vymknout kontrole a člověka kompletně nahradit. Umělá inteligence je počítačový software vytvořený lidmi. Některým lidem se ten název nelíbí. Program přece nemůže mít inteligenci jako člověk, ani jako jiní živočichové. Název je v pořádku: existují i umělé květiny z krepového papíru či jiného podobného materiálu. Se skutečnými květinami de facto nemají nic společného, ale de iure ano. Zdobí stejně úspěšně naše interiéry i exteriéry jako přírodní květiny. Umělá inteligence je nástroj, který může být velmi užitečný. Může lidem sloužit, ale také se může stát jejich pánem.

Lucifer

Celý článek »

28.04.2026, 08:28:19 Publikoval Luciferkomentářů: 3

Neviditelný čert

Nepravidelný obšťastník

Kvantová mechanika slaví 100. výročí a schyluje se k nové revoluci

rubrika: Populárně naučný koutek

Farizeové, saduceové a esejci

rubrika: Filosofický koutek

Moringa olejodárná a mikroplasty

rubrika: Populárně naučný koutek

Dolce vita

rubrika: Pel-mel

Odborníci odhalili, jaký je ideální čas jít spát

rubrika: Pel-mel

Leonardo da Vinci

rubrika: Pel-mel

Methylsiloxany v atmosféře mohou mít globální dopad na klima

rubrika: Populárně naučný koutek

Kosmologická chiméra zvaná Velký třesk

rubrika: Populárně naučný koutek

Jak „věčné chemikálie“ znečistily svět

rubrika: Populárně naučný koutek

Dezinformace generované umělou inteligencí zahlcují internet

rubrika: Populárně naučný koutek

Language

Témata

Odkazy

Login

Počet přístupů

Archivy

Username
Password