Ideálne identické dvojičky asi neexistujú, ale predstavme si, že áno. Nevieme ich rozlíšiť podľa ich vlastností, no vždy majú svoju dobre definovanú históriu a identitu. Má zmysel ich pomenovať. Kvantové častice toho istého typu, napríklad elektróny, sú tiež identické, ale ich individuálna identita nemá zmysel.
Kvantová neurčitosť nás naučila, že len čo má kvantový systém viacero možností, ako sa môže pohybovať, tak nevieme získať odpoveď na otázku, ktorú možnosť pohybu si vybral. Nič také ako skutočná trajektória pohybu neexistuje. Ak túto vlastnosť skombinujeme s tým, že kvantové systémy toho istého typu sú nerozlíšiteľné, tak nás čaká ďalšie dôležité kvantové prekvapenie.
Nerozlíšiteľnosť, resp. identickosť znamená, že ak v experimente s viacerými elektrónmi zaznamenáme jeden z nich, tak nevieme povedať, ktorý to bol. Systém viacerých identických častíc je symetrický pri ich zámene. V praxi to znamená, že častice v rámci popisu môžeme pomenovať, ale ak v popise zameníme ich mená, tak sa nič pozorovateľné nestane. Kvantový popis dáva vždy tie isté predpovede.
Amplitúdy pravdepodobnosti
Všadeprítomná náhodnosť pozorovateľných vlastností kvantových systémov nás núti používať pri popise kvantového sveta jazyk pravdepodobnosti. Kvantová neurčitosť však naviac implikuje, že tento jazyk nie je dostatočne bohatý. Používame niečo viac – kvantové vlny, ktoré prenášajú pravdepodobnosti, podobne ako vlny prenášajú energiu.
Pri šírení zvukových vĺn hovoríme o kolísaní hustoty, pri vlnách na jazere o kolísaní výšky hladiny, pri elektromagnetických vlnách o kolísaní intenzity elektromagnetického poľa a pod. Kolísanie popisuje, ako sa v čase a priestore mení hodnota fyzikálnej vlastnosti okolo akejsi nulovej hodnoty, čo vytvára pri popise vlnu, ktorá je raz vyššie a raz nižšie. O výchylkách hovoríme ako o amplitúdach hustoty, amplitúdach výšky hladiny alebo amplitúdach intenzity elektromagnetického poľa. Fyzika nám hovorí, že energia, ktorú vlna prenáša, je úmerná veľkosti (absolútnej hodnote, keďže môže byť aj záporná) týchto amplitúd, konkrétne druhej mocnine ich absolútnej hodnoty. Čím väčšia výchylka (amplitúda), tým viac energie vlna prenáša.
V prípade kvantových vĺn nehovoríme o prenášanej energii, ale o prenášanej pravdepodobnosti P. Amplitúdam kvantovej vlny hovoríme aj amplitúdy pravdepodobnosti, označujeme ich gréckym písmenom ψ. Tieto amplitúdy sú naším popisom kvantovej skutočnosti. Na rozdiel od vĺn na hladine však amplitúdy pravdepodobnosti nevieme priamo pozorovať. Kódujú však pravdepodobnosti všetkých vlastností, ktoré pozorovať vieme. Pravdepodobnosť P(x) nájsť časticu na konkrétnom mieste x je daná druhou mocninou absolútnej hodnoty aktuálnej amplitúdy polohy ψ(x) v tomto mieste, teda symbolmi P(x) = |ψ(x)|2 .
Symetria zámeny
Akákoľvek zmena vlastností systému znamená, že amplitúdy kvantovej vlny, a teda aj samotná kvantová vlna sa zmenili. Opačne to však neplatí. Keďže v prípade kvantových vĺn nepozorujeme priamo amplitúdy, ale ich absolútne hodnoty, tak nie každá zmena amplitúd znamená aj zmenu vlastností systému. Kvantová vlna je funkcia, ktorá priradí vlastnostiam (napríklad polohe) komplexné číslo x → ψ(x), kde x je ľubovoľná vlastnosť.
Celý článok nájdete v časopise Quark 7/2025.
Vďaka predplatnému si ho však môžete dočítať už teraz a získať aj prístup k exkluzívnemu obsahu!
Máte predplatné?
Prihlásiť saFyzikálny ústav SAV, v. v. i., v Bratislave
Ilustrácie Diana Cencer Garafová
QUTE.sk – Národné centrum pre kvantové technológie
