Dohodou je horké, dohodou je chladné, dohodou je barva, skutečné jsou však jen atomy a prázdnota
Démokritos
Řecký filozof Démokritos z Abdér, smějící se filozof, který se narodil v roce 460 př. n. l. uvažoval spolu se svým učitelem Leukippem, že když dělíme hmotu na kousky, ty zase na menší kousky a tak dále, musíme narazit na částečku, která už nejde dělit. Podle toho ji také nazval a-tomos (ne-dělitelný). Představoval si atomy jako částečky různých tvarů, které se liší barvou, tvrdostí atd. Vlastnosti různých látek vysvětloval tím, že částečky svým tvarem do sebe různě zapadají (jako lego).
Hmotné objekty a struktury jsou tvořeny chemickými sloučeninami, které obsahují molekuly, které se skládají z atomů chemických prvků. Ty však ještě nejsou základní stavební jednotkou hmoty, protože jsou tvořeny ještě elementárnějšími částicemi, jako jsou protony, neutrony, elektrony a fotony – částice světla. Ani to ale nejsou všechny elementární částice. Existují piony, kaony, hadrony, hyperony, neutrina a další.
Kdybychom se dokázali zmenšit na velikost elektronu a chtěli bychom se proletět skrz Zemi, zjistili bychom, že nám v tom prakticky nic nebrání (pokud bychom tedy netahali sebou elektrický náboj). Jádro atomu vodíku je zhruba 100.000krát menší než celý atom, kde se pohybuje jen jeden ještě menší elektron. To znamená, že bychom prolétali takřka dokonalou prázdnotou. Pokud bychom na své cestě chtěli prozkoumat ještě menší částice tak by se nám mohlo stát, že by před námi prostě zmizely. Obešly by nás nebo my je. Zjistili bychom, že jsou mnohem méně reálné než celý svět, který společně vytvářejí. Bylo by to proto, že pro velmi malé částice již neplatí pravidla našeho světa ale pravidla kvantového mikrosvěta.
Všechno, co nazýváme reálným, je vytvořeno z věcí, na které nemůže být pohlíženo jako na reálné.
Niels Bohr.
Experimentální výzkum na přelomu devatenáctého a dvacátého století ukázal, že elektrony a jiné elementární částice (nepříliš hmotné objekty) se chovají jinak, jsou-li pozorovány, a jinak, nejsou-li pozorovány. Jsou-li pozorovány, chovají se podobně jako malá zrnka písku. Nejsou-li pozorovány, nechovají se jako částice, ale spíše jako vlny, jež se vzájemně skládají, interferují, ohýbají se kolem předmětů či vytvářejí difrakční obrazce. Toto chování lze ukázat na příkladu následujícího experimentu.
Mějme zdroj elektronů, které se po vyzáření ze zdroje budou pohybovat směrem ke stínítku skrze dvě malé štěrbiny. Necháme-li nejprve otevřenou štěrbinu č. 1 a č. 2 zavřeme, pak se na stínítku za touto štěrbinou vytvoří „hromádka“ elektronů, podobně jako bychom sypali zrnka písku na nějakou podložku skrz malý otvor. Totéž se stane, necháme-li otevřenou štěrbinu č. 2 a štěrbinu č. 1 zavřeme. Pod štěrbinou č. 2 vznikne také „hromádka“ elektronů.
Necháme-li otevřené obě štěrbiny a přidáme za ně čidla, které budou sledovat, kterým otvorem elektrony právě procházejí, získáme za štěrbinami větší „hromádku“ částic odpovídající součtu obou menších „hromádek“. Jiná situace však nastane, necháme-li procházet elektrony přes obě štěrbiny a nebudeme si všímat, kterou štěrbinou ten který elektron prošel – odstraníme detekční čidla. Místo klasické „hromádky“ či „hromádek“ elektronů podobných hromádkám zrnek písků se nám na stínítku objeví zcela jiný tvar, jenž je znám z nauky o vlnění jako tzv. difrakční obrazec:
Elektrony se tedy chovají zcela jinak, jsou-li pozorovány, a zcela jinak, nejsou-li pozorovány. Jsou-li pozorovány, chovají se jako částice. Nejsou-li ale pozorovány, chovají se jako vlnění, skládají se a interferují spolu, což se pak projeví na stínítku vznikem difrakčního obrazce. Můžete se podívat také na video: Slavný dvouštěrbinový experiment.
Elektrony budou vytvářet na stínítku difrakční obrazec nezávisle na tom, zda prolétají skrze štěrbiny hromadně, nebo prolétají-li skrz štěrbiny po jednom. S čím ovšem jednotlivý elektron může interferovat, když prolétá skrze štěrbiny sám? Naše obvykle chápání reality předpokládá, že elektron proletí jednou nebo druhou štěrbinou. Skutečnost je nicméně taková, jako by elektron mohl proletět oběma štěrbinami současně, jako by se jedna skutečnost rozštěpila na dvě možné skutečnosti – na dvě možné historie.
Čím mají částice nižší hmotnost, tím více je u nich patrný kvantově-vlnový charakter. Čím lépe známe jejich polohu v určitém okamžiku, tím méně přesně víme, jak velkou rychlostí se pohybují. Naopak víme-li velmi přesně, jak rychle se pohybují, nevíme vůbec nic o tom, kde se právě nacházejí. Naše možnosti získat informace o poloze a hybnosti těchto částic začínají být omezeny tzv. kvantovými neurčitostmi, jimž se nelze principiálně vyhnout. Kvantový svět nemá pevné obrysy jako ten náš, ale je mnohem více rozmazaný a neurčitý.
Nacházejí-li se elementární částice v energetické pasti, aniž by měly dostatek energie, aby se z ní dostaly ven, je zde určitá možnost, že protunelují stěny své pasti a ocitnou se mimo ni. Kulička uzavřená v lahvi v nám známém světě by toho nikdy nebyla schopna. Elementární částice, která se nachází v tomto okamžiku na tomto místě prostoru, se může v příští sekundě s nenulovou pravděpodobností ocitnout na úplně jiném místě prostoru – třeba někde v jiné galaxii. Ani to klasická kulička nedokáže – nemůže být v této sekundě zde a v druhé třeba na konci Sluneční soustavy.
Klasický pohádkový džin zůstane navěky zavřený v lahvi, pokud ho někdo neosvobodí. Kvantový džin dříve nebo později z láhve unikne.
Mnoho vědců používá kvantovou teorii jako nástroj, jenž umožňuje matematicky popsat chování kvantových systémů. Jen málo fyziků si však položilo otázku, co je podstatou toho, že se elementární částice jednou chovají jako klasické částice a podruhé jako vlny. Jak je možné, že jedna částice může projít dvěma či více otvory současně? Co se s částicí děje, když ji právě nepozorujeme? Samozřejmě se dá tento problém jednoduše smést ze stolu s tím, že ptát se na to, co nelze přímo pozorovat, nemá smysl – zvlášť když matematický popisný aparát kvantové mechaniky tak skvěle funguje. Naštěstí ne všichni zastávají tento názor.
Podle knihy: Nový pohled na lidskou duši a vědomí (tiskem 2016, verze pro čtečky)
Více se také dozvíte v knize: SHRÖDINGER’S CAT AND A NEW VIEW OF THE WORLD (2022)
