Neskutočne previazaný svet

New York Times 4. mája 1935 – Einstein útočí na kvantovú fyziku. Obrana nebola úplne presvedčivá a viedla k zmrazeniu konfliktu na niekoľko desaťročí…

Titulok do istej miery zavádzal a Albert Einstein vraj z toho nebol nadšený. Samotný vedecký článok vyšiel v časopise Physical Review 15. mája 1935 s názvom Môžeme považovať kvantovo-mechanický opis fyzikálnej skutočnosti za úplný? A. Einstein, B. Podolsky a N. Rosen v ňom popisujú fyzikálnu situáciu (známu ako EPR paradox), v ktorej sa kvantové objekty navzájom ovplyvňujú na diaľku bez toho, aby na seba akokoľvek silovo pôsobili. To je v rozpore s našou skúsenosťou. EPR hovoria o strašidelnom pôsobení na diaľku (spooky-action at a distance) a nelokálnosti kvantovej reality.

Predpoklad skutočnosti

Verejné spochybnenie kvantovej fyziky si vyžiadalo ráznu reakciu. O päť mesiacov neskôr Niels Bohr, v tom čase hlavný advokát komunity kvantových fyzikov, zareagoval vlastným vedeckým článkom s presne rovnakým názvom. Problém zredukoval na zdanlivo metafyzickú otázku o správnosti predpokladu o skutočnosti vlastností jednotlivých systémov: existujú bez ohľadu na to, či tieto vlastnosti zisťujeme, alebo nie?

Na EPR článok reagoval aj Erwin Schrödinger, ktorý vo svojej trilógii článkov Súčasný stav kvantovej mechaniky z novembra 1935 nespochybňuje argumenty EPR, ale identifikuje kvantové previazanie vlastností (výsledkov meraní) dvoch rôznych systémov ako podstatu kvantovosti vrátane EPR paradoxu. Schrödinger ukazuje, že kvantová fyzika konzistentne vysvetľuje všetko pozorované a jej rozpor s predstavou lokálnej skutočnosti je všeobecne platnou kvantovou realitou.

Neurčité skutočnosti

Sme zvyknutí, že vlastnosti systémov sú skutočné a nezávisia od toho, či ich experimentovaním zisťujeme, alebo nie. Ak vyberieme zo škatule guľôčku a zistíme, že je biela, tak je prirodzené predpokladať, že guľôčka bola biela, už keď bola v škatuli. Nie však v prípade, keby guľôčka bola kvantová.

Kvantová neurčitosť nás učí, že ak poznáme pravdepodobnosť nejakej vlastnosti systému, tak to ešte neznamená, že objekt túto vlastnosť skutočne má. Aby pravdepodobnosti akejkoľvek vlastnosti dostali skutočný obsah, potrebujeme o tejto skutočnosti získať informáciu – spraviť meranie. Súčasne s tým však zmeníme pravdepodobnosti ostatných vlastností systému vrátane samotnej zmeranej vlastnosti.

Pre kvantové systémy nemôžeme tvrdiť, že poloha a hybnosť sú skutočnými vlastnosťami jednotlivých kvantových systémov. Vieme hovoriť o pravdepodobnostiach tak polohy, ako aj hybnosti osobitne, ale kvantová neurčitosť vylučuje hovoriť konzistentným spôsobom o spoločnej pravdepodobnosti hodnôt polohy a hybnosti. Poloha a hybnosť sú navzájom nezlučiteľné vlastnosti kvantových systémov.

Nelokálne skutočnosti

Einstein, Podolsky a Rosen uvažovali o dvoch systémoch, ktoré sa z jedného bodu od seba navzájom vzďaľujú síce náhodnými, ale navzájom rovnakými rýchlosťami. Ich polohy sú tiež náhodné, ale od počiatočného bodu rovnako vzdialené. Obidve tieto tvrdenia sú predpoveďami toho, čo by sme pozorovali, keby sme merali ich rýchlosti alebo ich pozície. Musíme si však vybrať, ktoré merania spravíme, aby sa z predpovedí stali odpovede a zistili sme rýchlosť alebo polohu systémov.

Autor článku: Mário Ziman
Fyzikálny ústav SAV, v. v. i., v Bratislave
Ilustrácie: Diana Cencer Garafová
QUTE.sk – Národné centrum pre kvantové technológie
Zdroje obrázkov wikipédia, archív QUTE.sk