Největší fyzikální záhada a cestování částic v čase


Jak vědci zkoumají mikroskopický vesmír, zjišťují, že se řídí pravidly, které jsou často nepochopitelné pro nás, kteří žijeme v normálním makro světě.

V těch nejmenších představitelných měřítkách, nejenže to vypadá, že informace cestují rychleji než světlo, ale že lidské pozorování rozhodne, co se stane. Vypadá to, že chování částic v kvantové mechanice je jiné, když se na ně díváme, než když se nedíváme. To vše vyplývá z dvojštěrbinového experimentu. Vědci poprvé předvedli tento experiment před sto lety, stříleli fotony světla přes kovovou desku s dvěma štěrbinami. Světlo, které prošlo otvory, dopadlo na plátno za deskou. Přirozeně očekáváme, že na plátně se projeví vzor odpovídající dvoum štěrbinám na desce před zdrojem světla.

Ale když sestoupíme do mikroskopického vesmíru, dostaneme při provádění tohoto experimentu jiný velmi zvláštní výsledek. A to vzor, který byste čekali, pokud by každá částice prošla oběma otvory ve stejnou dobu, tedy stejně jako vlna. O elektronech ovšem běžně uvažujeme jako o částicích, čím to tedy je, že vykazují vlastnosti vlny?

Výsledky testů byly matoucí. Elektron vypálený na stěnu utvořil vzor jako by prošel oběma otvory současně. Mohla se mikroskopická částice spontánně naklonovat ve vzduchu? Ani po letech studia, vědci stále nevědí co se vlastně při experimentu děje. Pravděpodobně nejpodivnější závěr je to, že v kvantové fyzice může být předmět na více než jednom místě ve stejnou dobu.

Většina fyziků souhlasí, že matematika je poměrně solidní, a vede k řešení, která jsou nepopiratelná a můžou být potvrzena experimentálními měřeními. Ale co přesně a jak se děje při tomto experimentu, je věc debaty. Snažíme se to pochopit. Vědci se rozhodli sledovat chování jednotlivých elektronů při průchodu štěrbinami. Jak přesně mohla částice projít oběma otvory současně? Nezaměřili se na místo dopadu částic, ale na místo průchodu štěrbinami. A stalo se něco úžasného. Když vědci sledovali otvory, elektrony se chovaly jako částice tvořící na stěně očekávaný vzor, když elektron prochází jedním nebo druhým otvorem. Pokud sledování přerušili, vzor se okamžitě změnil, elektrony se chovaly jako vlny, a procházely oběma otvory zároveň.

To je opravdu divné. Výsledek závisí na tom, zda se díváte nebo ne. Pozorování, zdá se, mění povahu subatomárních částic, tuto skutečnost nazýváme “kvantovou hádankou”.

K dispozici je technické vysvětlení. Chcete-li něco pozorovat, musíte nějakým způsobem spolupracovat se systémem. Například musíte na to posvítit, světlo se pak odrazí a můžete to pozorovat. U mikroskopických částic mění jejich pohyb akt odrážení světla . Takže v mikroskopickém vesmíru, kde fotony světla jsou stejně veliké jako subatomární částice, mají tyto fotony velký vliv. Když si posvítíme na částice, abychom je mohli vidět, ovlivňujeme je. Ale to není odpověď na otázku. Proč světlo jednoduše nezmění směr subatomárních částic? Proč pozorování skutečnosti změní povahu toho, co je pozorováno? Stručná odpověď je: nevíme. To je základní tajemství kvantové mechaniky, důvod, proč je kvantová mechanika tak obtížná. Vědci o tom vášnivě debatují již 100 let a stále neexistuje shoda. I sám Einstein řekl, “nevěřím v kvantovou fyziku, protože jsem přesvědčen, že Měsíc je tam, i když se na něj nedívám.” Einstein měl samozřejmě na mysli důsledky teorie, že Měsíc nemusí být na obloze, dokud není pozorován.

Nicméně zde šokující závěry dvouštěrbinového experimentu nekončí.  V posledních letech technologie dovolila vědcům provádět fascinující variace testu. Jeho výsledky zpochybňují naše vnímání času samotného. Nová high-tech verze dvojštěrbinového experimentu. Elektrony jsou vystřeleny směrem k překážce se dvěma otvory. Vědci mohou pozorovat elektrony po průchodu otvory dřív, než narazí na stěnu. A děje se to samé, změna částicového vzoru na vzor vlnový. Problém je ale v tom, že pokud se toto děje až po průchodu štěrbinou, musí se v podstatě částice vrátit v čase do doby, než otvorem prošla a změnit své rozhodnutí projít jako vlna oběma otvory, na rozhodnutí projít jako částice jen jedním z nich! To je opravdu šílené! Naše pozorování v přítomnosti ovlivňuje stav elektronu v minulosti.

Teprve nyní vědci začínají chápat, co toto mikroskopické tajemství znamená pro cestování v čase. Zákony, kterými se řídí tento subatomární svět naznačují, že vesmír je stejně úchvatný jako sci-fi. Ve skutečnosti může kvantová fyzika naznačovat, že realita je prostě výplodem naší fantazie.

Zpracováno s použitím History Channel – The Universe