Že kvantový svět je z pohledu všední lidské zkušenosti hodně nepochopitelné místo, už téměř každý z nás ví. A mnozí asi slyšeli o jedné z jeho největších podivností, takzvaném kvantovém provázání. V některých případech jako by vzdálené částice byly spojeny nějakou neviditelnou „komunikační linkou“, po které se informace pohybují rychleji než světlo, v podstatě okamžitě.
Kvantové provázání není jako princip nic nového, fyzikové o tomto jevu debatují téměř století. Bylo mimo jiné předmětem jedné z nejslavnějších debat v dějinách novodobé fyziky mezi Nielsem Bohrem a Albertem Einsteinem, a představuje velmi zajímavou a důležitou otázku dnešní fyziky. Jak funguje si můžeme přiblížit na velmi propracovaném a důkladném experimentu, jehož výsledky v roce 2015 zveřejnil spolu s dalšími kolegy Ronald Hanson z univerzity v holandském Delftu.
Další zprávy, na které jsme málem zapomněliNetradiční výběr od zapomnětlivých redaktorů Technet.cz |
Nebudeme zabíhat do úplných detailů, ale vědci nejprve vytvořili dva páry vzájemně provázaných částic (to není nic až tak složitého, to zvládne řada laboratoří) na dvou místech vzdálených od sebe zhruba 1,3 kilometrů. Pak páry rozdělili, po jednom partnerovi z každého páru poslali na třetí místo, a tam je také provázali. Což v důsledku znamenalo, že se provázali i původní partneři obou sirotků, kteří celou dobu seděli nečinně ve dvou odlišných laboratořích.
Studie publikována v časopise Nature |
Měření pak prokázalo, že i částice, které se nikdy „neviděly“, mají shodné vlastností mnohem častěji, než by tomu mělo být čistě podle statistiky. V praxi to probíhalo tak, že vědci změřili tzv. spin částic. Ten může nabývat jen určitých hodnot, nic mezi, a tak jeho měření připomíná hod mincí. Podle kvantové fyziky nemůžete hodnotu veličiny znát dříve, než ji změříte, do té doby je prostě neznámá, nedá se nijak určit a je tedy jednoduše náhodná. Když tedy částici změříte, hodíte si mincí, a může vám padnout stejně dobře, že má spin nahoru nebo dolů.
Vzdálené částice v delftských laboratoří byly ale zxiflované, padaly u nich stejné hodnoty mnohem častěji, než by měly. Představte si to třeba tak, že by vám na mincích, kterými házejí dva lidé ve dvou různých místnostech, padají v 80 procentech stejné strany. Na tom je něco podezřelého, že?
Není to poprvé, co vědci něco takového pozorovali, ale v Holandsku byli důkladnější než jejich předchůdci. Dali si pozor, aby částice nebyly nikdy tak blízko sebe, aby se mohly skutečně ovlivnit, kdyby se mezi nimi šířil nějaký signál rychlostí světla. Použili také částice, které dobře zachycují (pracovali s páry foton-elektron), takže se snad nemohlo stát, aby výsledek experimentu byl důsledkem nějaké kosmické náhody, která dovoluje zachycovat na detektorech jen provázané částice. (Jinými slovy, že ve skutečnosti vše probíhá čistě statisticky, ale z nějakého důvodu nám neprovázané částice proklouznou mezi prsty a my je na detektorech nevidíme.)
Sto let Einsteinovy teorie relativityPříběh slavné teorie, která vznikala i v Praze azměnila fyziku |
Jejích výsledek má být natolik neprůstřelný, aby vyhověl požadavků irského fyzika Johna Bella. Ten přišel s uznávanou hypotézou (tzv. Bellova nerovnost), jak poznat, zda podivné vzájemné působení částic na dálku není důsledek nějaké nedokonalosti či chyby v kvantové teorii, které navrhoval jako vysvětlení Einstein, ale její skutečně zásadní (a zatím nevysvětlený) rys.
Bell předpovídal, že pokud shoda ve výsledcích bude větší než určitá hranice, Einsteinovy skryté proměnné ji vysvětlit nedokážou. Na druhou stranu, experiment musel být dostatečně spolehlivý – a právě to se Hansonovi a spol. povedlo. Největší slabinou jejich experimentu byl v době zveřejnění výsledků (neoficiálně v srpnu) poměrně malý počet měření, jen 254, ale od té doby měření probíhala dále a první výsledky jen potvrzují.
Jejich výsledek nepovede k nějaké zásadní změně v myšlení fyziků obecně, protože ti na kvantové provázání a další podobné jevy už „věří“, tak zásadní věc je ovšem určitě dobré mít dobře podložené. Navíc je toto podivné chování některých částic otázka, se kterou by se fyzika měla někdy vypořádat a pokusit se ho vysvětlit. A k tomu případně budou výsledky experimentů nezbytné.
Navíc se v Delftu podařilo překonat některé technické obtíže, které podobné pokusy provázely, a přiblížit tak o něco možnost využití kvantového provázání v praxi, třeba k šifrování informací. Je to zatím hodně odvážná představa, protože postup je hodně nespolehlivý (254 měření připadlo na miliony pokusů) a pro podobná použití nesnesitelně pomalý. Ale každý začátek je těžký.
