Schrödingerova kočka, zdroj: Pixabay, Pixabay License. Volné pro komerční užití.

Jak interpretovat kvantovou mechaniku?

Než se v následující kapitole dostanu k ideji, kterou pokládám za nejpřesvědčivější, totiž k relační perspektivě, shrnu zde alternativy, jež jsou nejvíce diskutovány. Obecně se jim začalo říkat „interpretace kvantové mechaniky“. V té či oné podobě všechny tyto „interpretace“ vyžadují, abychom přijali za své různé extrémní myšlenky: mnohonásobné vesmíry, neviditelné proměnné, dosud nepozorované jevy anebo jiné zvláštní obyvatele kuriózního zvěřince nápadů.
Nikomu to nelze vyčítat: řada lidí se jenom snaží pochopit fundamentální podivnost kvantové teorie. To ona nás nutí hledat extrémní řešení. Zbytek této kapitoly je proto plný spekulací. Můžete ho přeskočit a pokračovat hned kapitolou následující, kde se pokusím popsat to, co osobně pokládám za podstatu problému. Chcete-li však získat panoramatický přehled o aktuálně probíhající debatě a s ní souvisejícími prapodivnými nápady, zde jsou – a jsou zábavné.

Mnoho světů
„Mnohosvětová“ interpretace kvantové teorie je dnes v jistých filozofických kruzích i mezi některými teoretickými fyziky a kosmology velmi módní. Podstatou této interpretace je vzít Schrödingerovu teorii naprosto vážně. Tedy neinterpretovat vlnu ψ jako pravděpodobnost – ale chápat ji jako zcela reálnou entitu, jež efektivně popisuje svět takový, jaký opravdu je.
V určitém smyslu jde o znevážení Nobelovy ceny udělené Maxu Bornovi, kterou získal za své pochopení, že vlna ψ je jenom vyčíslení pravděpodobnosti.
Mají-li zastánci této teorie pravdu, pak je Schrödingerova kočka popsána zcela reálnou vlnou ψ. Tudíž opravdu je v superpozici stavů „kočka je vzhůru“ a „kočka spí“: oba stavy existují současně. Jak je ale potom možné, že otevřu-li krabici, spatřím buď spící kočku, anebo probuzenou kočku, nikoli obě najednou?
Držte se pevně: podle mnohosvětové interpretace je to způsobeno tím, že i já, Carlo Rovelli, jsem popsán svou vlnou ψ. Když pozoruji kočku, moje vlna ψ interaguje s vlnou kočky. A moje skutečná vlna ψ se přitom také rozdělí na dvě části: jedna reprezentuje verzi mne samého, který spatří probuzenou kočku, zatímco druhá reprezentuje verzi mne samého, který spatří spící kočku. Obě jsou z tohoto úhlu pohledu naprosto reálné.
Kompletní vlna ψ má teď proto dvě složky reprezentující dva odlišné „světy“. Svět se rozštěpil na dva: v jednom světě je kočka vzhůru a já vidím, že je vzhůru, zatímco v tom druhém kočka spí a já vidím, že spí. Nyní se tedy vyskytuji ve dvou různých verzích, z nichž každá žije v jiném světě, v jiném vesmíru.

Proč tedy vidím, že kočka je (například) vzhůru? Odpověď zní, že „já tady“ jsem nyní jenom jedna ze dvou svých verzí. V paralelním světě, který je stejně reálný, stejně skutečný, existuje můj dvojník, který vidí, že kočka naopak spí. Proto může být kočka vzhůru a současně spát. Když se na ni ale podívám, vidím ji jenom v jediném z těchto stavů. Když se totiž podívám, i já se rozdvojím.
Poněvadž vlna ψ popisující mne, Carla Rovelliho, neustále interaguje také s bezpočtem systémů jiných než kočka, plyne z toho, že existuje nekonečné množství jiných paralelních světů. Všechny jsou stejně reálné, stejně skutečné. V nich existuje dohromady nekonečné množství mých kopií, z nichž každá prožívá všechny možné alternativní historie. Taková je kvantová teorie mnoha světů. Přijde vám to bláznivé? Správně, protože to bláznivé opravdu je.
A přesto existují prominentní fyzikové a prominentní filozofové, kteří trvají na tom, že toto je nejlepší možné chápání kvantové teorie. Nejsou to blázni. Bláznivost tkví v samé podstatě této neuvěřitelné teorie, která už sto let perfektně funguje.

Ale opravdu musíme uvěřit v reálnou existenci nekonečně mnoha kopií sebe sama – kopií, které neznáme a nikdy nepotkáme, protože jsou pro nás skryty v gigantické, doslova všehomírné vlně ψ –, abychom se vymanili z tajuplné mlhy obestírající kvantovou teorii?
Osobně mám s touto interpretací ještě další problém. Ona gigantická všehomírná vlna ψ, obsahující všechny možné světy, je jako Hegelova temná noc, ve které jsou všechny krávy černé: sama o sobě nepopisuje reálný svět jevů, jež opravdu pozorujeme. Abychom tyto námi pozorované jevy popsali, potřebujeme kromě ψ ještě další matematické prvky: individuální proměnné, třeba x a p (polohu a hybnost), které používáme k popisu světa. Mnohosvětová interpretace je jasně nevysvětluje.

Skryté proměnné
Existuje možnost, jak se vyhnout nekonečnému znásobení světů a kopií sebe sama. Tvoří ji skupina teorií s takzvanými „skrytými proměnnými“. Nejlepší z nich vymyslel de Broglie, autor myšlenky hmotových vln, a propracoval David Bohm.

Interpretace pomocí skrytých proměnných přivádí kvantovou fyziku zpět do stejné logické říše, v jaké leží klasická fyzika: vše je deterministické a předvídatelné. Známe-li polohu elektronu a hodnotu jeho vlny, můžeme všechno předpovědět.
Ale takhle jednoduché to není. Ve skutečnosti onu vlnu nikdy nemůžeme znát, protože ji nevidíme. Vidíme pouze elektron. Chování elektronu je tedy určeno proměnnými (vlnou), jež nám zůstávají ukryty. Proměnné jsou principiálně skryté: nikdy je nemůžeme určit. Odtud pochází jméno teorie: skryte proměnné.
Vezmeme-li tuto teorii vážně, musíme zaplatit značnou cenu, totiž přijmout ideu, že existuje fyzikální realita, která pro nás není celá v principu dostupná. Jediným jejím účelem pak vlastně je, aby nás utěšila, že teorie nemůže říci všechno. Stojí ale za to, předpokládat existenci rozsáhlého neviditelného světa, jenž oproti standardní kvantové teorii neposkytuje žádný dodatečný efekt, jenom proto, abychom umenšili náš strach z nedeterminovanosti vesmíru?
A jsou tu i jiné problémy. Někteří filozofové dávají přednost Bohmově interpretaci, protože nabízí koncepčně jednodušší rámec. Fyzikové ji ale v takové oblibě nemají, neboť snažíte-li se ji aplikovat na cokoli složitějšího než je studium jediné částice, obtíže rychle rostou. Například vlna ψ pro více částic není součtem vln jednotlivých částic: vlna se nešíří v běžném fyzikálním prostoru, ale v abstraktním
matematickém prostoru. Intuitivní a jasný obraz reality, který Bohmova teorie poskytuje pro popis jediné částice, se tím zamlžuje a vytrácí.
A ještě složitější problém se vynoří, vezmeme-li do úvahy také relativistickou teorii. Skryté proměnné brutálním způsobem narušují relativitu: určují privilegovanou (ale nepozorovatelnou) vztažnou soustavu. Cenou za úvahy o světě, jehož všechny proměnné jsou jako v klasické fyzice plně determinovány, je nejen to, že ony proměnné jsou navždy skryté, ale i to, že jsou v rozporu se vším, co jsme se o světě díky klasické fyzice dozvěděli. Není to příliš vysoká cena?

Fyzikální kolaps
Existuje ještě třetí způsob, jak chápat vlnu ψ coby skutečnou entitu, který se vyhýbá zavedení mnoha světů a skrytých proměnných: předpovědi kvantové mechaniky prý můžeme pokládat za aproximace, které přehlížejí cosi, co dokáže všechno koherentněji a lépe vysvětlit.
Možná existují reálné fyzikální procesy, nezávislé na našich pozorováních, které se neustále spontánně odehrávají a tím zabraňují, aby se vlna rozptýlila. Tento hypotetický mechanismus, jenž ale dosud nebyl identifikován a popsán, se nazývá „fyzikální kolaps“ vlnové funkce. Tento „kolaps vlnové funkce“ by neměl nastávat proto, že my něco měříme a pozorujeme. Měl by se odehrávat spontánně sám od sebe. Čím větší objekt, tím dříve by měl kolaps nastat.
V případě kočky by díky tomu příslušná vlna ψ velmi rychle přeskočila do jedné ze dvou možných konfigurací a kočka by rychle buď usnula, anebo se naopak probudila. Je-li tomu tak, pak obvyklá kvantová mechanika pro makroskopické objekty (třeba kočky) už neplatí. Tento typ teorie proto dává předpovědi, které se od běžné kvantové mechaniky liší.

Tento text je úryvkem z knihy?
Carlo Rovelli: Helgoland: O vzniku a smyslu kvantové teorie
Argo a Dokořán 2023
O knize na stránkách vydavatele

obalka-knihy

Katastrofální sopečné erupce jako černá labuť

Situace se změní, jakmile začnete uvažovat o výbuchu v rozsahu VEI 6 a vyšším. To …

4 comments

  1. Je to jako se Sluneční soustavou, Sluncestřednâ, Zeměstředná, Měsícestředná. Podle Einsteina je to jedno, akorát každá se hodí v jiné situaci. Stejně tak je to s interpretacemi QT. Pokud se neliší experimentálně, co s tím naděláme. Kočka je jistě mrtvá, loňská nobelovka je také správně. A guláš s cibulï je také velmi dobrý. Osobně mám raději pïseň od Kylie Minogue „Made in Heaven“.

  2. Děkuji za upozornění, kniha je výborně napsaná.

  3. Bohumír Tichánek

    Kdysi se v diskusi vyskytla možnost: krabici s kočkou a jejího pozorovatele uzavřít do další krabice a k ní dalšího pozorovatele.
    Nabízí se i odlišný přístup:
    Celý vesmír sledovat z postavení každého pozorovatele zvlášť. Pak by obstálo odlišné hodnocení každého z pozorovatelů. I s jejich subjektivním hodnocením okolní nelineárně rozloženého geometrického prostoru. Nikoliv jako pohled nezúčastněného pozorovatele na hmotu v Euklidově prostoru kdekoliv.

  4. Bohumil Hrabal kdysi napsal:
    „Pořádná knížka není pro to, aby čtenář líp usnul, ale vyskočil z postele a rovnou v podvlíkačkách běžel panu spisovateli naplácat držku. “

    Kdysi na kurzu plavání nám učitel plavání vysvětloval, že mistr světa nás plavat nenaučí, neumí to učit. ….
    Ale Rovelli je velmistr a učit neplavce mu nedělá nejmenší problém! Prodává vědu ne Rovelliho 🙂 A nebojí se říci – tohle nevím.
    A překladatel je taky velmistr!

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close