Klávesové zkratky na tomto webu - základní
Přeskočit hlavičku portálu

Kvantová mechanika je mrtvá

7. 12. 2017 9:09:29
To je divné tvrzení, když je kvantová mechanika základem počítače, na kterém zrovna píšete. Mrtvé je ale jen pravděpodobnostní chápání kvantové mechaniky s jejími superpozicemi, kolapsem vlnové funkce a podobnou duchařinou.

Vysvětlíme teď vše podrobněji, nicméně v zásadě tím myslíme, že je mrtvá kvantová mechanika ve své široce známé podobě s neurčitostí, v extrému s vlivem pozorujícího subjektu na realitu, se Schrödingerovou kočkou a dalšími tajemnostmi. Zapomeňte na ni. Místo ní nastoupila deterministická kvantová mechanika, kde má každá částice v podstatě přesnou polohu, přesnou rychlost a další vlastnosti také určité, pozorovatel v ní nemá žádnou podstatnou roli a Schrödingerova kočka nemůže být současně živá i mrtvá, když ji nevidíme.

Matematika staré neurčitostní kvantové mechaniky, její Schrödingerova vlnová funkce, přesto dává výsledky, které neuvěřitelně přesné odpovídají realitě. Proto funkce vašeho počítače nebo vašeho mobilu není ohrožena a můžete se na ni spolehnout. Věc je ale v tomto, že tyto přesné výsledky dává pouze pro velké soubory částic, milióny nebo miliardy. A pokud se zeptáte, jaké konkrétní vlastnosti, třeba polohu a rychlost má jedna částice, tato 90 let stará kvantová mechanika dává jen rozmazané výsledky. S tím je spojen i její problém s interpretací, tedy s jejím fyzikálním pochopením, s pochopením toho, co se tam vlastně děje. Klasická kvantová mechanika stále nenabízí žádnou opravdu dobrou intepretaci, což se projevuje tak, že jich vznikly desítky a stále vznikaj další. Prostě si neví rady, ve stylu Feynmanova prohlášení, že kvantové mechanice nerozumí nikdo. Fyzika jí tedy zatím opravdu nerozumí.

Určitě znáte již zmíněnou mýtickou Schrödingerovu, napůl mrtvou a napůl živou, kočku, která je v tomto neurčitém stavu do té doby, dokud otevřete krabici, ve které je zavřená a neuvidíme ji. To je představa původní pravděpodobnostní Kodaňské interpretace kvantové mechaniky, pokud důsledky kvantové mechaniky přeneseme do makrosvěta. Nicméně právě tato kočka je spíše demonstrace toho, že zákonitosti pravděpodobnostní kvantové mechaniky se v zásadě nedají přenášet z mikrosvěta do pro nás obvyklého makrosvěta (kromě speciálních stavů jako je např. supratekutost). Ale zároveň je to dobrá ilustrace toho, jak by se měly částice podle Kodaňské interpretace chovat v mikrosvětě. Skutečné řešení je prosté: kočka je pořád v určitém stavu, my to jen nevíme. To platí i o kvantových částicích.

Podle této zastaralé Kodaňské interpretace jsou (některé) vlastnosti individuálních částic neurčité, ať už jde o jejich polohu, rychlost, "rotaci" (spin) nebo něco jiného. Dokonce se částice může údajně vyskytovat na mnoho místech současně, čemuž se říká superpozice. Ostatně i ona kočka je prý také v superpozici stavů živá-mrtvá. A mnoho vlastností částic může mít různé hodnoty současně. To je ale velmi prapodivné.

Aby byly tyto podivnosti, a tedy i neurčitost odstraněny, navrhl už v roce 1927 nositel Nobelovy ceny za fyziku Louis de Broglie první deterministickou interpretaci kvantové mechaniky tak, že navíc oproti Kodaňské interpretaci uvažoval tzv. pilotní vlnu, na které "plavou" částice, jejichž pohyb je onou vlnou ovlivňován. Tato vlna je tak jemná, že ji přímo neregistrujeme a její vliv se právě projevuje jen jako neurčitost/rozmazanost vlastností částic, pakliže tuto vlnu do výpočtu nezahrneme. Je to jako byste třeba pouštěli z balkónu padáček a nevnímali, že fouká vítr, který může jeho pád ovlivnit. Pochopitelně bez započtení vlivu větru dostanete jen spoustu možných poloh, kam padáček může pod vlivem větru dopadnout. To je zjednodušeně představa kvantové superpozice polohy. Jestliže vítr zahrneme a víme přesně, jak fouká, žádná superpozice dopadu se nekoná, a můžeme místo dopadu určitě přesně.

Takže interpretace s pilotní vlnou určí (v metafoře) finální polohu padáčku velmi přesně, zatímco původní Kodaňské chápání dostane jen milióny různých poloh, které mohou být způsobeny různou sílou a různým směrem větru. Když ale s balkónu shodíme třeba milión padáčků, vypočte nám Kodaň velmi přesně rozložení všech možných dopadů.

Když je ale chápání s pilotní vlnou jasnější a dokonalejší, proč už dávno neovládla fyziku, zeptáte se. Věc je v tom, že Kodaňská interpretace má daleko jednodušší matematiku, jednak proto, že dává daleko méně informací, ale hlavně proto, že nemusí popisovat onu pilotní vlnu, která je velmi podivná. Tato vlna zřejmě umožňuje i vliv budoucnosti na současnost, působí tedy v prostoročase, a proto je pravděpodobně vícerozměrná. Také se vymyká teorii relativity, protože, zdá se, přenáší kvantovou provázanost, a to se děje nadsvětelnou rychlostí. V tuto chvíli pak neexistuje opravdu dobrý matematický model, který by i tuto pilotní vlnu popisoval. Obrovskou přednostní pilotní vlny zato ale je, že vysvětluje v podstatě všechny kvantové podivnosti zcela přirozeně. Neurčitost polohy je třeba podle ní jen zdánlivá, jak jsme ukázali na metafoře padáčku výše.

Aby vaše představa byla co nejnázornější, podívejte se na předcházející video. Je to sice pouze metafora, neboť částice nejsou opravdu kapičky skákající na hladině a pilotní vlna není dvojrozměrná hladina kapaliny, ale i tak ono video velmi názorně zobrazuje, co se v kvantové mechanice skutečně děje. A jak říkají lidé, kteří na této představě pracují: Jaká je pravděpodobnost, že je pilotní vlna špatně, když vysvětluje přirozeně všechny zásadní podivnosti kvantové mechaniky, což žádná jiná z intepretací nedokáže? Spoléháme se přitom na Occamovu břitvu, která nám říká, že nejjednodušší řešení je s největší pravděpodobností to správné. Interpretace pilotní vlny nepotřebuje miliardy miliard paralelních vesmírů, které vznikají při všech miniaturních kvantových událostech jako Everettova mnohasvětová interpretace (i když vícerozměrnost Everett odhadl zřejmě dobře) a nepotřebuje ani podivné chování Schrödingerovy kočky nebo jinou rozmazanost.

Kodaňská kvantová mechanika se pak ukazuje jako pouze neúplný popis mikrosvěta, který nezahrnuje vliv pilotní vlny, což vytváří klamný dojem neurčitosti. Podobnou neurčitost získáme například, když se budeme snažit spočítat finální polohu bílé lodičky na tmavé vodě v takovém nasvícení, že lodička bude zářit a voda a její vlnky nebudou vidět. Také nebudeme chápat, proč se ta lodička tak podivně pohybuje. Na takové scéně se těleso, jakým je lodička, bude pohybovat také vlnově, i když vlnou není, což je vysvětlení další kvantové tajemnosti a to interference (vlnové skládání) jediné částice na dvou štěrbinách (jakož i část vysvětlení vlnově částicové duality vlna částic) Viz další video níže.

Dnešní situace trochu připomíná souboj Ptolemaiovy geocentrické sluneční soustavy, která dávala ve své době matematicky přesnější výsledky než Koperníkova představa sluneční soustavy se Sluncem ve středu. Koperník dlouho prohrával, protože byl méně přesný než Ptolemaios. Koperník zveřejnil svůj heliocentrismus už v roce 1543, ale přesné údaje k formulaci zákonů pohybů planet, včetně toho, že oběhy planet jsou eliptické, což výpočty značně zpřesňovalo, dodal až Kepler na základě měření Tychona de Brahe, ke kterým se plně dostal až Tycho zemřel. Tyto své zákony Kepler zveřejnil v roce 1609 a 1618, čímž se teprve stal heliocentrický model přesnější než Ptolemaiův geocentrický a prokázal tak, že tento model je nejen jednodušší, logičtější, ale i dokonalejší. Vše k logické dokonalosti dovedl následně v roce 1687 Isaac Newton svým odvozením pohybu planet z gravitačního zákona.

Ale po dlouho dobu byla geocentrická představa prostě přesnější a těžko překonatelná, i když byla tak trochu fyzikálním nesmyslem. Nebo ne přímo nesmyslem, ale pomocnou, fyzikálně nesprávnou, deformovanou představou. Dnes je situace v kvantové mechanice velice podobná jako před formulací Keplerových zákonů v astronomii. Stará pravděpodobnostní interpretace kvantové mechaniky je sice nesmyslná, ale jinak funguje matematicky velmi dobře. A kdo by se chtěl vzdát něčeho sice nesmyslného, co ale přes 90 let dobře funguje a na co je zvyklý, když přesnější matematický model zatím neexistuje, že?

Ale že i fyzici začínají brát deterministické chápání pilotní vlny jako dobrou možnost, ukazuje třeba i článek o pilotní vlně v nejprestižnějším vědeckém časopise Nature. Většinou fyziků kritizovaný Albert Einstein za svůj odpor k pravděpodobnostnímu chápání kvantové mechaniky bude mít zřejmě nakonec zase pravdu se svou představou, že i kvantová mechanika musí být deterministická. I když i on prohlásil, že to přece nemůže být tak jednoduché, když slyšel o pilotní vlně. Ono to ale také tak jednoduché není, neboť ona pilotní vlna je velmi velmi podivná, jak jsme uvedli.

A máme-li se opřít i o další autority, pak nositel Nobelovy ceny za fyziku Murray Gell-Mann prohlásil, že Bohr se svou Kodaní "vymyl mozky celé generaci fyziků" a také zastával pilotní vlnu. Podobně jako John Stewart Bell, autor proslulé Bellovy nerovnosti, kterou dokázal, že tzv. skryté proměnné, které podle Einsteina měly odstraňovat kvantovou neurčitost, nemohou být lokální, tedy působit na jednom místě. Ona samozřejmě pilotní vlna není částice, aby působila jen na jednom místě, tedy aby byla pouze lokální.

Kodaňská interpretace je něco, jako koukat na svět přes velmi jemnou mlhu. Velké objekty vidíme přesně, ale ty maličké se jeví jaksi rozmazané, i když ve skutečnosti rozmazané nejsou, jak ukazuje chápání pilotní vlny.

Autor: Jan Fikáček | čtvrtek 7.12.2017 9:09 | karma článku: 31.33 | přečteno: 1223x

Další články blogera

Jan Fikáček

Perpetuum mobile objeveno, ale je trochu nepraktické

Je to překvapivé, ale přece jen jedno perpetuum mobile existuje, i když fyzika tvrdí opak. Už se tedy těšíte, na nekonečný přísun energie "zadarmo"? To se asi nepovede, neboť tohle perpetuum není lokální a snad ani fyzikální.

11.12.2017 v 9:04 | Karma článku: 23.35 | Přečteno: 924 | Diskuse

Jan Fikáček

Umělá inteligence hledá pravdu

Tohle je první dojem z evropské konference Média ve věku umělé inteligence, která proběhla včera (21.11.2017) a které se, mimo jiné, zúčastnili představitelé Googlu a Facebooku. Nejvíce mě zaujal ale někdo úplně jiný. :-)

22.11.2017 v 9:06 | Karma článku: 34.59 | Přečteno: 615 | Diskuse

Jan Fikáček

Je filosofie mrtvá, jak tvrdí geniální fyzik na vozíčku?

Někteří špičkoví fyzici dnes pohrdlivě shlížejí na filosofii a třeba slavný Hawking prohlašuje, že filosofie je mrtvá. Ano, filosofie je oproti fyzice podnik poměrně nejistý, nemá spolehlivost podepřenou experimenty.

15.11.2017 v 9:12 | Karma článku: 37.58 | Přečteno: 1014 | Diskuse

Další články z rubriky Věda

Dana Tenzler

Proč jsou všechny sněhové vločky podobné – a přesto je každá jiná?

Z obsahu: Na vině je – jak jinak – chemie. Proč je každá vločka jiná? Nerovné sestry.(délka blogu 4 min.)

14.12.2017 v 8:00 | Karma článku: 18.16 | Přečteno: 310 | Diskuse

Dana a Rudolf Mentzlovi

O temné hmotě a sférických bastardech

S články o temné hmotě se v posledních letech roztrhl pytel, přitom o ní víme již od třicátých let. Dnešní fascinace tématem je způsobena tím, že už s jistotou víme, že jsme v koncích.

13.12.2017 v 8:00 | Karma článku: 20.09 | Přečteno: 473 | Diskuse

Libor Čermák

Není pravda, že letos nebyly obrazce v obilí

Občas se dozvídám, že letos prý nebyly kruhy v obilí. I když sezona nebyla bohatá na obrazce, tak se konala. Jejich počet však dorovná jejich složitost. Pojďme se projít těmi nejzajímavějšími přírůstky o nichž jsem ještě nepsal.

13.12.2017 v 5:24 | Karma článku: 15.71 | Přečteno: 603 |

Peter Matisko

Jak funguje větrání v zimním období? Trochu praktické fyziky.

V tomto článku zkusím vysvětlit, jak funguje větrání z pohledu snižování relativní vlhkosti. Trochu praktické fyziky pro zimní období.

12.12.2017 v 13:52 | Karma článku: 29.61 | Přečteno: 1574 | Diskuse

Dana a Rudolf Mentzlovi

Sci-fi: Měsíční tvář 1 / 20

Černá tečka komety byla už vidět docela zřetelně. Chvění atmosféry se na chvíli uklidnilo, dal se už rozpoznat i tvar. Co nestačily udělat slapové síly Země, dorazil svým gravitačním polem Měsíc. Roztrhaná kometa se změnila...

12.12.2017 v 8:00 | Karma článku: 8.67 | Přečteno: 231 | Diskuse
Počet článků 70 Celková karma 33.97 Průměrná čtenost 1762

Vystudoval chemii, kybernetiku a teorii systémů. Roky vyučoval filosofii fyziky a filosofii virtuální reality na PřF a MFF UK v Praze. Pracoval jako evropský expert pro "Future and Emerging Technologies". V letech 1991-7 byl předsedou společnosti Mensa ČR (lidé s IQ nad 148 (US norma)), zakladatelem a předsedou Einsteinovy společnosti (IQ nad 180). Více informací zde.





Najdete na iDNES.cz



mobilní verze
© 1999–2017 MAFRA, a. s., a dodavatelé Profimedia, Reuters, ČTK, AP. Jakékoliv užití obsahu včetně převzetí, šíření či dalšího zpřístupňování článků a fotografií je bez souhlasu MAFRA, a. s., zakázáno. Provozovatelem serveru iDNES.cz je MAFRA, a. s., se sídlem
Karla Engliše 519/11, 150 00 Praha 5, IČ: 45313351, zapsaná v obchodním rejstříku vedeném Městským soudem v Praze, oddíl B, vložka 1328. Vydavatelství MAFRA, a. s., je členem koncernu AGROFERT.