Princip neurčitosti, kvantové tunelování a multi-vesmír


Mikroskopický vesmír je fascinující. Vědci jej studují a snaží se jej rozplést a vyřešit. Ale ve snaze přijít na to, co přesně se děje v této podivné subatomární sféře, objevili něco naprosto neočekávaného.

Příroda odmítla vypovídat. Když sestoupíme do mikroskopického světa, zjistíme, že tam panuje základní nejistota v podstatě u všech veličin, které chceme měřit. A to není problém procesu měření, nýbrž znamením, že příroda to sama neví. Vědci tuto záhadnou skutečnost nazývají principem neurčitosti.

Může se jednat o ten nejhlubší koncept, vynořující se z mikroskopického vesmíru. Prostě nemůžeme vědět nic s absolutní jistotou. V našem každodenním světě si myslíme, že známe věci kolem nás. Například šťouchnutím do kulečníkové koule jí udělíme určitou rychlost. A můžeme způsobit i to, že se srazí s jinými koulemi, ty vyrazí vpřed a my můžeme hrát kulečník.

Ale co se skutečně stane, pokud všechno zmenšíme bilionkrát?

Se subatomárními částicemi v mikroskopickém světě je to složitější než s kulečníkovými koulemi v našem světě. Kvantoví fyzici zjistili, že prostě nemohou přesně určit, kde se tyto částice nacházejí, a to kvůli jejich vlnovým vlastnostem. A co je ještě podivnější, pokud se je vědci snaží uvěznit, částice si vždy vytvářejí dostatek energie k úniku ze sevření ještě před určením jejich polohy a rychlosti. Princip neurčitosti říká že příroda nedovolí svým základním prvkům, aby byly uvězněny. Protože subatomární částice se řídí odlišnými zákony kvantové fyziky, mikroskopický kulečník bude úplně jiná hra.

Nepředvídatelnost mikroskopického vesmíru sahá daleko za hranice umístění částic. Vztahuje se na všechno, pevné částice nevyjímaje. A to vede k ohromujícímu fenoménu tzv. kvantové tunelování. V klasické fyzice platí, že když hodíte míč proti zdi a nehodíte dost silně, míč skrz zeď neprojde, odrazí se nazpět. Pokud to samé uděláte s elektronem? Může projít. Říkáme tomu kvantové tunelování. Jak je to možné?

Může to vypadat podivně, ale kvantové tunelování lze vysvětlit tím, že nejistota mikroskopického vesmíru umožňuje částicím vypůjčit si energii z budoucnosti, porušit časoprostorovou bariéru a poté, co se dostane na druhou stranu, zase tuto energii vrátit zpět. Elektron je vlastně již na druhé straně zdi a proto může projít skrz ní a objevit se na druhé straně. Od doby, kdy tyto divy mikroskopického světa byly před sto lety objeveny, se vědci ptají, zda může být kvantového tunelování dosaženo v našem každodenním světě.

Někteří vědci tvrdí, že nikdy nebudeme schopni hodit baseballovým míčkem skrze pevnou bariéru. Baseballový míček má obrovský počet částic. Potřebovali bychom, aby se všechny najednou objevily na jiném místě jako celistvý míček. A to je velmi nepravděpodobné. Jeden elektron či proton to může udělat. Ale čím větší částice, nebo čím více částic, tím obtížnější je proces tunelování.

Nicméně, rostoucí počet fyziků rozvíjí ještě více šokující teorie o tom, co se děje. Víme, že subatomární částice mohou být na dvou místech současně. Ale i my lidé jsme přece složeni z těchto částic! Takže v případě, že tyto částice mohou být na dvou místech najednou, co brání tomu, abych se „rozdvojil“ i já? Vědci to nazývají „výkladem mnoha světů“ kvantové fyziky. Říkají, že stejně jako elektron ve dvou-štěrbinovém experimentu, i lidské bytosti jsou na více místech najednou. Říká se, že kdykoliv uděláme nějaké rozhodnutí, vlastně nevybereme jednu možnost na úkor druhé. Místo toho uděláme obě, v mírně odlišných verzích reality. Kdykoliv použijeme svou mysl a vůli k rozhodování, musíme si vybírat z mnoha možností najednou a každá z nich je realizována v různých paralelních vesmírech.

V hypotéze mnoha světů všechny naše volby přinášejí výsledky, které existují v paralelních vesmírech, rovnoběžných s naším. Může to znít jako přitažené za vlasy, ale působivá řada teoretických fyziků věří, že právě tímto způsobem mikroskopický svět funguje. Pokud je to pravda, důsledky této překvapivé teorie jsou fascinující.

V podstatě z toho vyplývá, že kdykoli budeme pozorovat něco kvantově-mechanického, staneme se dvěma různými kopiemi sebe samých. Je tu kopie, která dostala jednu odpověď, a zároveň kopie, která dostala jinou odpověď. To znamená, že existuje obrovský počet dalších kopií nás samých, které vidí trochu jinak věci, které se dějí ve vesmíru.

O pravdivosti kvantového mikrosvěta dnes nikdo nepochybuje a je obecně přijímán. Mnoho lidí doufá, že tyto podivnosti se omezují pouze na mikrosvět, takže velké věci – včetně nás – budou vždy na jednom místě. Ale teď je jasné, že tato představa je naivní. Kvantovému tunelování nelze zabránit. Fascinující debata o výkladu mnoha světů kvantové fyziky bude pokračovat, dokud fyzici konečně nevyřeší tajemství mikroskopického vesmíru.

Nicméně, někteří astronomové jsou názoru, že nikdy nebudeme schopni plně vysvětlit některá z těchto tajemství. Podle jejich výpočtů totiž drtivá většina hmoty, držící vesmír dohromady, existuje ve vyšším rozměru, který nikdy nebudeme moci zkoumat. Ale o tom zase příště.