Kvantové objekty, jako třeba elementární částice v molekulách, jsou opravdu velmi zvláštní. Vykazují totiž kromě částicových i vlnové vlastnosti, mohou se například vyskytovat na několika místech současně.
Obyčejný smrtelník nad tím jen nechápavě kroutí hlavou, vždyť naše každodenní zkušenost přece ukazuje něco zcela jiného, ale je tomu skutečně tak. Otázka, proč se "klasický" svět, který je složen právě z elementárních částic, od toho kvantového tak zásadně liší, zaměstnává mysl fyziků po celá léta. Dosud ale na ni odpověď nenašli.
Princip měření
Kvantová fyzika používá k popisu chování kvantových objektů tzv. vlnovou funkci. Ta nám ale umožňuje stanovit pouze pravděpodobnosti výskytu částice, která může být prakticky kdekoli, její přesnou polohu z principu vypočítat nelze.
Zjistíme ji až měřením (pozorováním), to však představuje zásah do kvantového systému, v jehož důsledku vlnová funkce zkolabuje a částice se pak objeví v jednom konkrétním místě. Jako by si ze všech možností vybrala právě tu jedinou. Jenže její kvantový stav už je jiný, než byl předtím. Tolik aspoň tradiční interpretace kvantové fyziky.
Ale to není všechno. Aby to bylo ještě zamotanější, v roce 2006 fyzici Andrew Jordan a Alexander Korotkov přišli s hypotézou, podle které lze následky kvantového měření vrátit zpět. Pozorované částice je podle nich možné opět uvést do původního stavu.
Jako by se nic nestalo, jako by k žádnému měření vůbec nedošlo. Jordan a Korotkov tvrdí, že hranice mezi kvantovým a klasickým světem zdaleka není tak ostrá, jak se dosud myslelo. Místo toho hovoří spíš o existenci šedé zóny.
Kvantová reinkarnace
Ještě ale není konec, příběh pokračuje dál. Fyzik Nadav Katz se svými kolegy z Kalifornské univerzity totiž nedávno v časopise Nature News publikoval článek, ve kterém prohlašuje, že uskutečnil experiment, který Jordanovu a Korotkovu teorii potvrzuje.
Při měření jedné kvantové částice se jim prý podařilo účinky měření zeslabit natolik, že došlo jen k "částečnému" kolapsu její vlnové funkce, částice se podle něj nacházela v jakémsi kvantovém kómatu. Nadav Katz k tomu jen lakonicky dodává: "Odstranili jsme škody, které jsme předtím napáchali."
Vše naznačuje, že vědci v průběhu pokusu změnili jisté kvantové charakteristiky částice a poté ji znovu uvedli do původního stavu. Jako by se s ní vůbec nic nedělo. Výsledky experimentu jsou skutečně překvapivé, a pokud se ukáže, že se Katz nemýlil, mohou znamenat zcela zásadní obrat ve vývoji našich představ o povaze kvantového světa. Samozřejmě že to dává obrovský prostor k mnoha spekulacím.
Kvantové počítače
Uvedený pokus jistě budí velký zájem zejména mezi vědci, kteří se snaží sestrojit kvantové počítače. Jejich koncepce je založena na tzv. kvantové superpozici. Kvantové bity, qubity, těchto futuristických výpočetních zařízení totiž nenabývají hodnotu buď 0, nebo 1, jak to známe z klasických počítačů, nýbrž obou zároveň.
V tom je jejich nesporná výhoda, neboť tím se významně zvyšuje jejich výpočetní kapacita, očekává se, že na nich bude možné provádět simultánní výpočty nad dosud nevídaným množstvím dat. Jejich nasazení mimo jiné slibuje i vyřešení úloh, které jsou na klasických strojích v reálných časech neřešitelné.
Návrháři kvantových počítačů se ale potýkají se spoustou problémů, neboť qubity jsou velmi citlivé ke svému okolí, snadno s ním interagují, což vede ke kolapsu jejich kvantových stavů, a tedy ke ztrátě dat. Katzův experiment by tak mohl naznačit směr, kterým by se měly ubírat snahy o jejich opětovnou rekonstrukci (a nápravu poškozených dat).
A co na to Schrödingerova kočka?
Nový objev ovšem také vědcům působí nemalé potíže, například vnáší nejasnosti do interpretace slavného pokusu známého jako Schrödingerova kočka. V tomto myšlenkovém experimentu uvažujeme o kočce zavřené v krabici společně s ampulí jedu. Ampule se rozbije a jed z ní unikne ven, jenom když dojde k určitému kvantovému jevu (třeba rozpadu určitého atomu).
V jakém stavu je ale kočka uvnitř, když víme, že kvantové jevy nejsou deterministické? Teoretici tvrdí, že dokud krabici neotevřeme, kočka je živá i mrtvá zároveň, nalézá se v superpozici obou možných (i když z intuitivního hlediska vzájemně se vylučujících) stavů.
Teprve po odklopení víka krabice, tedy de facto po provedení měření, dojde ke kolapsu vlnové funkce a my zjistíme skutečný stav kočky. Je jasné, že na vás buď rozmrzele mňouká (protože jste ji tam nechali tak dlouho), nebo leží mrtvá na dně krabice.
Ovšem pokud bychom uměli následky kvantových měření odstranit, jaký vliv by to mohlo mít na konečný osud nebohé Schrödingerovy kočky? Co kdybychom ji našli po otevření krabice opravdu mrtvou? Mohli bychom ji potom znovu vzkřísit k životu?
Jak vzniká skutečnost?
Podobné otázky ukazují, že interpretace kvantové fyziky není vůbec jednoduchá, jak by se mohlo zdát, často se na ní neshodnou ani ti největší odborníci. Někteří vědci jsou přesvědčeni, že samotný proces kvantového měření ovlivňuje chování pozorovaného objektu.
To vlastně znamená, že při měření dochází k vytváření nové reality. Jenže Katz tvrdí, že se po provedení pokusu opět můžeme vrátit zpátky na začátek: "Opravdu nemůžeme předpokládat, že měření vytváří realitu, protože je možné zahladit jeho následky a začít znovu."
Jak to tedy je? Jednoznačné odpovědi se zřejmě hned tak nedočkáme, vědci budou muset ještě vykonat hodně práce na cestě k úplnému porozumění kvantovému (a tedy i našemu) světu. Pokud je takové porozumění vůbec možné. Například Andrew Jordan ale věří, že vysvětlení přinese nový fyzikální obor, nanofyzika, která studuje jevy, ke kterým dochází na rozhraní obou nesmiřitelných světů, kvantového a makroskopického.
Možná, že ale svět v jeho složitosti nepochopíme nikdy. Možná, že pravdu měl slavný fyzik Richard Feynmann, když říkal: "Myslím, že mohu s jistotou prohlásit, že kvantové mechanice nerozumí nikdo."
