Článek
Objekty kvantového světa (tedy mikrosvěta) mohou existovat ve dvou stavech naráz, mohou být provázané, i když je dělí velmi velká vzdálenost, a nikdy nejsou jen na jednom místě.
Jestli se vám něco takového těžko představuje, buďte klidní. Ono to totiž z podstaty lidského chápání světa nedává smysl, což rozčilovalo i Alberta Einsteina a mnoho dalších vědců. Ostatně ani trojice letošních nositelů Nobelovy ceny za fyziku kvantový svět nedokázala vysvětlit. Alain Aspect, John F. Clauser a Anton Zeilinger ho ale dobře popsali a otevřeli cestu například ke kvantovým počítačům.
Zhroucení Einsteinovy teorie
Prvním krokem byly podle Petra Kulhánka z Fakulty elektrotechnické ČVUT experimenty Johna Clausera a Alaina Aspecta, které vyvrátily teorii skrytých parametrů, tedy Einsteinův pokus o vysvětlení výše zmíněných podivností mikrosvěta.
Einsteinovi se podle Kulhánka nejhůř smiřovalo s tím, že u částic nelze zjistit přesnou informaci o jejich poloze, ale jen určitou pravděpodobnost. „Einstein si myslel, že by to mohlo být tím, že objekty mají nějaké parametry, které my neznáme a nevíme o nich. Právě kvůli hodnotám těchto tzv. skrytých parametrů podle něj objekty nacházíme pokaždé jinde. Byla to krásná teorie, ale nakonec byla experimentálně vyvrácena,“ vysvětlil Kulhánek.
Experimentům Američana Clausera a Francouze Aspecta, kteří nepracovali v jednom týmu, ale jejich objevy se doplňovaly, předcházela ještě práce severoirského fyzika Johna Stewarta Bella. Ten v 60. letech přišel s matematickým modelem, na jehož základě mělo být možné Einsteinovu teorii vyvrátit.
Jako první v tom udělal pokrok Clauser, pak navázal Aspect a znovu Clauser. Série experimentů nakonec dokázala, že se Einstein skutečně pletl. Jinými slovy dvojice letos oceněných vědců potvrdila, že fungování mikrosvěta věda pořád nechápe.
Kvantový svět bez hranic
Třetí laureát poté navázal sérií dalších experimentů, které lidstvu tento bizarní svět ještě víc přiblížily.
První práce, kterou se Anton Zeilinger proslavil, spočívala podle Kulhánka v experimentech pátrajících po hranici mikrosvěta a makrosvěta. „Lidé si dřív představovali, že mikrosvět je třeba elektron nebo neutron a makrosvět je například cihla,“ zjednodušil Kulhánek.
Vědci se přitom podle něj domnívali, že někde mezi musí být hranice, od které už jsou objekty moc velké a kvantové vlastnosti nemají. Zeilinger ale experimentálně prokázal, že žádná taková hranice neexistuje.
Cenu za lékařství letos získal švédský evoluční biolog
Prvním letošním laureátem se v pondělí stal Švéd Svante Pääbo. Karolinský institut mu cenu udělil za objevy týkající se vyhynulých předků a příbuzných moderního člověka:
Při experimentech se podle Kulhánka ukázalo, že ve skutečnosti záleží na tom, jestli daný objekt komunikuje s okolím. „Když je objekt izolovaný od okolí a nekomunikuje s ním, chová se kvantově, když izolovaný není, chová se klasicky. Jde samozřejmě o větší objekty – například do hrníčku na kávu mi tady buší molekuly atmosféry, takže se chová klasicky,“ vysvětlil odborník.
Když si to tedy shrneme, Clauser s Aspectem dokázali, že fungování kvantového světa nelze vysvětlit Einsteinovou teorií. Zeilinger následně dokázal, že kvantový svět nemá žádné pevně dané hranice. Dohromady tak letošní laureáti, zjednodušeně řečeno, vlastně prokázali, že fungování světa nedává smysl či slovy Kulhánka – „víme o světě na základní úrovni obrovsky málo“.
Tím to ale neskončilo.
Teleportace není nemožná
Zeilinger následně proslul experimenty s teleportací částic. Fotony dokázal nejprve teleportovat na laboratorním stole, pak na vzdálenost asi 600 metrů světelnými vlákny v kanálech pod Dunajem a nakonec i mezi ostrovy La Palma a Tenerife vzdálenými od sebe 143 kilometrů.
„Experiment na jednom objektu okamžitě zjistí informaci na druhém objektu, jako kdyby se informace šířila nekonečnou rychlostí. Ono to ale není nekonečně rychlé šíření informace, je to vlastně pořád jeden objekt, byť rozdělený,“ vysvětlil Kulhánek, co se dělo při zmíněných teleportacích. „Právě tohle hrozně vadilo Einsteinovi. On tomu říkal ‚strašidelné působení na dálku‘ a snažil se toho zbavit teorií skrytých parametrů,“ dodal fyzik.
Na pokusech podle Kulhánka Zeilinger pracoval mimo jiné se svým čínským doktorandem, který se po dokončení studií dostal do vedení mise čínské kvantové družice a posunul experimenty ještě o krok dál – teleportace se podařila mezi vesmírnou družicí, Pekingem a Vídní, což byl podle Kulhánka fascinující počin.
Kvantový svět možná nepochopíme. Nemusí to ale být problém
Jednoho by mohla napadnout otázka, jak je možné, že fungování mikrosvěta dosud nebylo pochopeno, a přesto se ho Zeilingerovi podařilo ovládnout a teleportovat fotony. „Možná to ani nemusíme pochopit. My máme kvalitní teorie, které umí mikrosvět špičkově popsat. Na základě nich pak můžeme navrhovat různé kvantové technologie, aniž bychom věděli, jak přesně to v mikrosvětě funguje,“ odpověděl Kulhánek.
Podle odborníka je klidně možné, že vnímat mikrosvět nedokážeme nikdy, protože na to není uzpůsoben náš mozek. To ale nemusí bránit praktickému využití. Je to podle něj podobné, jako když si někdo chce osladit kávu – nemusí k tomu vědět, proč kostka cukru dodá sladkou chuť, stačí, aby věděl, že ji tam má dát.
Že jsou zmiňované poznatky využitelné v praxi, se ostatně v posledních letech začíná přímo ukazovat – rozvíjí se kvantová informatika a vznikají například kvantové počítače, které mohou v budoucnu změnit svět.
