.:: Neviditelný čert ::.

Mohu jediným pohledem změnit vesmír? II

rubrika: Populárně naučný koutek

Wheelerovo tvrzení, že historii celého vesmíru může měnit každý z nás, vzniklo na základě úvah o kvantovém měření. Jedním z nejpodivnějších rysů kvantové teorie je skutečnost, že vývoj stavu částic, například fotonů nebo elektronů, lze popisovat tak, jako by se pohybovaly k cíli po všech možných drahách najednou. 'Superpozice' je důsledkem vlnového charakteru kvantových objektů.

Lucifer

Velký drak z kouře

Dopadá-li na stínítko umístěné za překážkou se dvěma vertikálními štěrbinami proud fotonů, vzniká na něm soustava světlých a tmavých proužků - interferenční obrazec. Ten ale fotony postupně vytvoří i tehdy, když jsme intenzitu světla natolik zmenšili, že je na cestě vždy jen jeden foton. Aby však vznikla interference, musí příslušný foton procházet najednou oběma štěrbinami. Jak to ale dokáže?

Zdá se, že celou situaci bychom vyjasnili, kdybychom foton u štěrbin pečlivě sledovali. Jakmile se ale podíváme, zjistíme, že interferenční obrazec zmizel. Foton se najednou chová jako střela, projde jen jednou ze štěrbin a k interferenci nedochází. Foton se tedy chová jako vlna, jen když se nikdo nedívá - jakmile někdo sleduje jeho dráhu, chová se jako částice. Představa, že foton provádí jakousi vědomou volbu v závislosti na okolí, zní uchu fyzika divně; byl to jeden z důvodů, proč se Einstein a další vědci domnívali, že kvantové mechanice něco chybí, že musí existovat 'skryté proměnné', jež chování fotonu určují.

Wheeler přišel s myšlenkou, jak experimentálně prozkoumat problém hlouběji. Co když se na foton podíváme až potom, kdy svou volbu udělal? Změní to jeho chování? Wheelerův experiment "odložené volby" je velmi obtížné skutečně provést, fyzikům se to však nakonec podařilo. V užitém experimentálním zařízení trval fotonu průchod celým přístrojem 14.5 nanosekundy. Už v tom okamžiku, kdy foton do přístroje vstoupí, by měl zvolit, zda se bude chovat jako vlna, nebo částice. Jenže experimentátoři změnili uspořádaní pokusu až později. Devět nanosekund poté, co foton vstoupil do aparátu a už se musel rozhodnout, půjde-li oběma štěrbinami jako vlna, nebo jen jednou z nich jako kulka, připojili k jedné štěrbině detektor.

A jaký byl výsledek? Když tam byl detektor, žádná interference nenastávala, když tam nebyl, vytvářel se opět interferenční obrazec. Tak to předvídá kvantová mechanika: přítomnost detektoru nutí foton chovat se jako částice a částice neinterferují. Kdyby se podivné kvantové chování dalo vysvětlit existencí nějakých skrytých proměnných, pak by v okamžiku, kdy pozorování začalo, už muselo být určeno, co částice dělá. Ještě předtím, než se experimentátoři dohodli, zda budou či nebudou foton pozorovat, by už projevil své vlnové či částicové chování a nemohl by si rozhodnutí nechat až na okamžik, kdy štěrbiny opustí. Wheeler komentoval výsledek tak, že kvantové procesy jsou jako 'velký drak z kouře' ('great smoky dragon'). Známe jeho ocas - vstup, máme jasno i o jeho hlavě - výstup, ale jeho tělo je oblak neproniknutelného kouře, nevíme nic o tom, co se děje mezitím.

A stejně je tomu podle Wheelera i s procesy zahrnujícími celý vesmír. Vyzáření světla hvězdou je kvantový proces, všechny individuální fotony mají podobný charakter jako fotony laserového světla užitého v experimentu a výsledky pokusů 's odloženou volbou' by měly být stejné v kosmickém měřítku jako u pokusů v laboratoři. Důsledky této skutečnosti jsou však daleko hlubší.

Zdroj: Michael Brooks, Velké otázky: Fyzika

Poznámky:

Asi teď budu vypadat jako kvantový heretik, jakýsi následovník Alberta Einsteina, ale domnívám se, že foton nemá potřebu čekat, zda se na něho budeme dívat či ne. My se na něj ve skutečnosti nedíváme, ale náš detektor s ním interaguje. Foton i bez našeho dívání interaguje stále s něčím. Například s dvojštěrbinou, přesněji řečeno s materiálem, který štěrbiny obklopuje. V tomto uspořádání nastává jev, jehož výsledkem je interferenční obrazec. Pokud za dvojštěrbinou nastane interakce s detektorem, interferenční obrazec je narušen, popřípadě zcela zmizí, protože byla narušena předchozí interakce.

Když necháme fotony procházet jednou štěrbinou, dostaneme difrakční obrazec, který silně připomíná obrazec interferenční. Richard P. Feynman napsal ve svých přednáškách z fyziky, že nikomu se dosud nepodařilo uspokojivě definovat rozdíl mezi interferencí a difrakcí. Tento výrok se vztahuje zhruba k polovině šedesátých let, kdy Feynmannovy přednášky z fyziky vznikly, možná že už zde došlo k nějakému průlomu. Pokud ale nedošlo, tak by mě zajímalo, mezi jakými volbami si foton bude vybírat před průletem jednou štěrbinou. Snad jedině, kterým místem ve štěrbině proletí, ale to by na našem pozorování záležet nemělo. Také se mi nepodařilo vypátrat, zda byl experiment 's odloženou volbou', anebo i 'bez odložené volby', tj. mít za štěrbinou zapnutý detektor, uskutečněn na jedné štěrbině, a zda došlo ke zmizení difrakčního obrazce.

Nechci tím vyvracet úžasné a experimentálně doložené výsledky kvantové fyziky, pouze polemizuji s jejich interpretací. Kvantově mechanický aparát je perfektní a nic lepšího dosud nebylo vymyšleno. Souhlasím s tím, že foton (a jakákoli jiná elementární částice) není ani vlna, ani částice, jak si to v naší představivosti definujeme - může se však chovat tak, že nám jednu z těch dvou představ připomíná. Foton neprovádí v závislosti na našem pohledu žádnou volbu, jestli se bude chovat jako vlna, nebo jako částice, stále se chová jako foton v závislosti na okolí.