Proč se kvantová mechanika týká především makrosvěta

26. 08. 2019 9:03:23
Slyšeli jste asi miliónkrát, že kvantová mechanika je fyzikou mikrosvěta. Mnoho jejích efektů je ale překvapivě makroskopických. A nemusí to být zrovna Schrödingerova kočka, která úmyslně převádí mikroproces na makro-efekt.

Schrödingerovu kočku vymyslel nositel Nobelovy ceny Erwin Schrödinger proto, aby ukázal, že představa superpozice Kodaňské interpretace kvantové mechaniky je nesmyslná, a potažmo, že celá tato pozitivistická interpretace je logicky nesprávná. Zábavné je, že se nesmyslná představa superpozice této kočky, kdy je kočka zároveň mrtvá i živá, dokud ji někdo nepozoruje, se naopak stala vývěsním štítem tajemnosti kvantové mechaniky, alespoň v očích veřejnosti. Každého z nás totiž přitahují logicky nemožné paradoxy, které nechápeme. Vyplývá to z tzv. teorie neschopnosti. Nepochopení nás nutí i nonsens, jako je právě tato kočka, obracet v hlavě neustále dokola, přestože bychom jej měli prostě odmítnout. :-)

Pan Schrödinger u své kočky využil faktu, že kvantové efekty obvykle směrem k makroúrovni postupně slábnou až vymizí a vytvořil představu kauzálního řetězce, kde jedna mikročástice přenese své kvantové vlastnosti na makroobjekt, kočku, kde by se už kvantová mechanika neměla projevovat. Podle některých je tato kočka skutečně současně mrtvá i živá. Kdyby tomu tak ale bylo, nebyla by kvantová mechanika především záležitostí mikrosvěta, neboť kvantový by mohl být každý makroobjekt, který nepozorujeme.

Kvantová mechanika není nikdy omezena na mikrosvět. Stačí uvážit vlnovou funkci opět pana Schrödingera. Ta určuje pravděpodobnost, kde se částice vyskytuje, a pro každou částici se rozprostírá v prostoru prakticky do nekonečna. Není to tedy žádné mikro, ale makro. Dá se namítnout, že vlnová funkce jedné částice má nejvýznamnější oblast poměrně malou, a dále je její vlnová funkce rušena spoustou dalších vlnových funkcí. To je ale jen praktický argument, který nepopírá fakt principiálně obrovského rozměru vlnové funkce každé částice.

Chceme-li ale hodně praktický protiargument proti mikro-charakteru této teorie, stačí se podívat na prostorové rozměry další ikony kvantové mechaniky, tzv. dvojštěrbinového experimentu (viz velmi názorné video s českými titulky níže). V něm je podle Richarda Feynmana soustředěna podivnost kvantové mechaniky nejvíce.

Jenže tento experiment nemá žádné mikrorozměry, ale je patrný prostým okem. Můžete si jej realizovat klidně sami doma a uvidíte, že není problém, aby měla významná část vlnové funkce rozměry decimetrů (viz další video níže). Částice je tedy sice opravdu nepatrná, ale podstata kvantové mechaniky, vlnová funkce, není. Nebýt totiž této funkce, nebyla by žádná tajemná kvantová mechanika, ale mikročástice by byly jen kuličky, které by se chovaly velmi podobně jako velké koule, jen by byly podstatně menší.

Lze možná namítnout, že vlnová funkce není reálný fyzikální objekt, ale pouze funkce určující pravděpodobnost výskytu částice. Ale když vidíme, jaký má tato funkce reálný vliv na chování reálné částice třeba právě ve výše popsaném experimentu, nelze ani na vteřinu pochybovat, že se za ní přinejmenším skrývá něco reálného. Matematická funkce jako abstrakce totiž nemůže ovlivnit nic reálného. Vlnová funkce nicméně popisuje to reálné, co ovlivňuje částici. Tím reálným je zřejmě de Broglieho pilotní vlna, kterou si můžeme představit v metafoře jako vlnu na vodě, na níž poskakuje částice. Tuto reálnou vlnu popisuje Schrödingerova vlnová rovnice popisuje jen deformovaně a nepřímo (viz podrobnější výklad v blogu Naučte svého psa kvantovou mechaniku).

A kdyby nám decimetry jako důkaz makrorozměrů kvantové mechaniky nestačily, což takhle tisíc kilometrů? V roce 2017 se Číňanům podařilo teleportovat vlastnosti kvantové částice ze Země na oběžnou dráhu, viz třeba článek Teleport na oběžnou dráhu. Vědcům se poprvé podařilo přenést data z povrchu Země. Vlnová funkce dvou kvantově provázaných částic měla v tomto případě významné rozměry od 500 do 1400 km. Konkrétní hodnota záležela na poloze družice.

No, a další přímo "hmatatelný" projev kvantových vlastností jsou například supratekutost (stav kapaliny, kdy je její viskozita nulová, a proto teče až neuvěřitelně snadno) či supravodivost (stav materiálu, kdy je jeho elektrický odpor nulový), jejichž "rozměry" jsou makroskopické. Běžně se v laboratořích s nimi pracuje při rozměrech obvyklého lidského světa (viz videa níže).

Video ilustrující kvantovou supratekutost, tedy sladění (koherenci) vlnových funkcí obrovského množství atomů, můžete vidět výše. Supravodivost přibližuje zase video níže.

Skoro to nakonec vypadá, že podstata kvantové mechaniky, vlnová funkce, je záležitost makrorozměrů, ale ač velká, je tak slabá, že obvykle významně ovlivňuje především nepatrné mikročástice.

P.S.: Teď mi došlo, že dalším makroprojevem kvantové mechaniky jsou spektrální čáry třeba hvězd. Tam jsou jasně vidět diskrétní čáry, které odpovídají diskrétním kvantovým skokům v elektronových obalech, viz obrázek níže.

Autor: Jan Fikáček | pondělí 26.8.2019 9:03 | karma článku: 45.00 | přečteno: 5458x

Další články blogera

Jan Fikáček

Nahraďte svou ženu a děti umělou trpělivostí (inteligencí?)!

Tak jo, uznávám, že ženu a děti nelze umělou inteligencí nahradit ve většině případů, ale v jednom by to asi šlo, ne? :)

20.3.2024 v 9:07 | Karma článku: 21.69 | Přečteno: 613 | Diskuse

Jan Fikáček

Mašínové: Padouch nebo hrdina, my jsme jedna rodina!

Film Bratři o skupině Mašínů dostal v sobotu cenu za nejlepší film roku na Českém lvu. Jeho tvůrce na večeru prohlásil, že to byli hrdinové. Tak se pojďme podívat na jejich činy.

11.3.2024 v 9:07 | Karma článku: 45.70 | Přečteno: 6277 | Diskuse

Jan Fikáček

Jak nás intuice vede na scestí v otázce, co je to realita

V hollywoodských filmech často nějaký hrdina, astronaut nebo detektiv, vyřeší problém intuicí. Když selže rozum a důkazy, intuice zaskočí. Jenže intuice není vždy spásné řešení, někdy tomu řešení naopak brání..

27.2.2024 v 9:07 | Karma článku: 30.29 | Přečteno: 2107 | Diskuse

Jan Fikáček

Dá se v padesáti naučit anglicky?

Mnohokrát jsem slyšel názor, že pokud se člověk nenaučí nějaký cizí jazyk do třiceti, už se ho nenaučí nikdy. A proto když jsme se přestěhovali s rodinou před tímto mým věkem do Belgie, ani jsem se nový jazyk naučit nesnažil.

13.2.2024 v 9:07 | Karma článku: 39.56 | Přečteno: 7005 | Diskuse

Další články z rubriky Věda

Dana Tenzler

Barvy v kuchyni (3) - přírodní červená

Blíží se Velikonoce. Napadlo vás někdy, čím se vlastně barví velikonoční vajíčka? Jakými přírodními nebo umělými barvivy se dá jídlo barvit dnes a jak tomu bylo v minulosti? (délka blogu 3 min.)

28.3.2024 v 8:00 | Karma článku: 13.11 | Přečteno: 121 | Diskuse

Zdenek Slanina

Problém co začal už Arrhenius: Kysličník uhličitý a doba ledová - a teď i sopečné aktivity

Už S. Arrhenius řešil vztah obsahu CO2 v atmosféře i k době ledové. Tehdy hlavně ukázal, že jeho navyšování v atmosféře povede k nárůstu její teploty. Nyní výzkumy z univerzity v Sydney ukazují na roli sopek v nástupu ochlazování.

26.3.2024 v 5:22 | Karma článku: 24.05 | Přečteno: 513 |

Martin Tuma

Berte Viagru, dokud si na to vzpomenete

Rozsáhlá studie odhalila významné snížení výskytu Alzheimerovi nemoci u pravidelkných uživatelů Viagry

25.3.2024 v 14:17 | Karma článku: 13.60 | Přečteno: 303 | Diskuse

Dana Tenzler

Barvy v kuchyni (2) - průmyslová žlutá

Blíží se Velikonoce. Napadlo vás někdy, čím se vlastně barví velikonoční vajíčka? Jakými přírodními nebo umělými barvivy se dá jídlo barvit dnes a jak tomu bylo v minulosti? (délka blogu 3 min.)

25.3.2024 v 8:00 | Karma článku: 14.44 | Přečteno: 189 | Diskuse

Dana Tenzler

Barvy v kuchyni (1) - přírodní žlutá

Blíží se Velikonoce. Napadlo vás někdy, čím se vlastně barví velikonoční vajíčka? Jakými přírodními barvivy se dá jídlo barvit dnes a jak tomu bylo v minulosti? První díl seriálu o barvách.

21.3.2024 v 8:00 | Karma článku: 18.10 | Přečteno: 289 | Diskuse
Počet článků 307 Celková karma 31.94 Průměrná čtenost 3139

Vystudoval chemii (SŠ), kybernetiku, řízení, ekonomii a teorii systémů (interdisciplinární studia - VŠ), je obecně uvažujícím člověkem někde na pomezí mezi přírodními vědami a filosofií. Roky vyučoval filosofii fyziky a virtuální reality na PřF a MFF UK v Praze. Od září 2021 Ph.D. se zaměřením na filosofii fyziky a matematiky. Pracoval jako evropský expert pro "Future Technologies", 7 let pak v jedné z nejvyšších evropských pozic v počítačové bezpečnosti. Momentálně finanční expert na evropské úrovni. V letech 1991-7 byl předsedou společnosti Mensa ČR. Je členem světové vědecké Společnosti pro filosofii času. Absolvent Oxfordského kurzu Filosofie vědy. Více informací zde.

Chcete-li sledovat diskuse v "jeho" skupině, připojte se do Vědecké filosofie & Fyziky (nejen). jfikacek@gmail.com
 
Upozornění: Toto je popularizační blog pro veřejnost, neberte ho tedy jako vědeckou dizertační práci. Někdy je to jen divoká fantazie. Na druhé straně se snaží udržovat jistou vědeckou kvalitu, takže "esoterické" komentáře nejsou vítány. P.S.: Osobně útočné a odborně velmi nekvalitní komentáře, zejména velmi dlouhé, budou mazány.

Smoljak nechtěl Sobotu v Jáchymovi. Zničil jsi nám film, řekl mu

Příběh naivního vesnického mladíka Františka, který získá v Praze díky kondiciogramu nejen pracovní místo, ale i...

Rejžo, jdu do naha! Balzerová vzpomínala na nahou scénu v Zlatých úhořích

Eliška Balzerová (74) v 7 pádech Honzy Dědka přiznala, že dodnes neví, ve který den se narodila. Kromě toho, že...

Pliveme vám do piva. Centrum Málagy zaplavily nenávistné vzkazy turistům

Mezi turisticky oblíbené destinace se dlouhá léta řadí i španělská Málaga. Přístavní město na jihu země láká na...

Kam pro filmy bez Ulož.to? Přinášíme další várku streamovacích služeb do TV

S vhodnou aplikací na vás mohou v televizoru na stisk tlačítka čekat tisíce filmů, seriálů nebo divadelních...

Stále víc hráčů dobrovolně opouští Survivor. Je znamením doby zhýčkanost?

Letošní ročník reality show Survivor je zatím nejkritizovanějším v celé historii soutěže. Může za to fakt, že už...