Kvantová mechanika: Môžeme sa dohodnúť?

Nedávno som si pozrela fascinujúci rozhovor medzi teoretickou fyzičkou Sabinou Hossenfelderovou a astrofyzikom Mattom O'Dowdom, ktorý sa zaoberal jednou z najväčších hádok v modernej fyzike: kvantovou mechanikou. Diskusia sa dotkla základných otázok o meraní, interpretácii kvantového sveta a možnostiach jeho prepojenia s gravitáciou. Hossenfelderová predstavila zaujímavú alternatívu k bežným interpretáciám – superdetermináciu – ktorá by mohla vyriešiť niektoré z najväčších problémov kvantovej teórie.

Kľúčové poznatky

• Problém merania: Kvantový systém existuje ako pravdepodobnostná distribúcia (vlhová funkcia) až kým nie je namerané, vtedy sa "kolabuje" do jedného stavu. Ako presne tento kolaps prebieha?
• Bellove testy: Ukázali, že vesmír nemôže byť súčasne lokálny (ovplyvňovanie iba v bezprostrednej blízkosti) a realistický (objekty majú vlastné vlastnosti nezávislé od merania).
• Teória skrytých premenných: Hossenfelderová navrhuje, že výsledky kvantových experimentov sú determinované skrytými premennými, ktoré existujú na úrovniach, ktoré zatiaľ nepoznáme. To by vylúčilo "strašidelnú akciu na diaľku" spojenú s prepojením (entanglement).
• Superdeterminácia: Táto myšlienka tvrdí, že vlastnosti častíc sú korelované s voľbami experimentátora, čo vytvára dojem nielokalitu, ale zachováva determinizmus.
• Kritika Kopenhanskej interpretácie: Hossenfelderová kritizuje "počítajte a nehovorte" (shut up and calculate) prístup Kopenhanskej interpretácie, pretože neposkytuje vysvetlenie ako meranie prebieha.

Meranie: Záhada kvantového sveta

Jedným z hlavných bodov diskusie bol problém merania v kvantovej mechanike. Predstavte si elektron, ktorý sa pohybuje ako vlna a zároveň ako častica. Kým ho nepozorujeme (nemerame), existuje v superpozícii – je to akoby súčasne na viacerých miestach naraz. Ale keď ho skúsime pozorovať, "kolabuje" do jedného konkrétneho stavu. Ako sa to stane? Čo spôsobí tento prechod z pravdepodobnostnej vlny do definovaného bodu?

Einstein mal s týmto problém a argumentoval, že kvantová mechanika naznačuje možnosť okamžitého pôsobenia na diaľku (tzv. "strašidelná akcia na diaľku"), čo je v rozpore s princípom lokality – myšlienkou, že žiadny vplyv nemôže cestovať rýchlejšie ako svetlo. Bellove testy však ukázali, že vesmír nemôže byť súčasne lokálny a realistický.

Skryté premenné a superdeterminácia: Alternatívne pohľady

Hossenfelderová predstavila zaujímavú alternatívu – teóriu skrytých premenných. Táto myšlienka naznačuje, že existujú neznáme faktory (skryté premenné), ktoré determinujú výsledky kvantových experimentov ešte pred samotným meraním. Tým by sa eliminovala potreba okamžitého pôsobenia na diaľku a vesmír by zostal lokálny a deterministický.

Superdeterminácia je ďalším krokom v tejto myšlienke. Predpokladá, že vlastnosti častíc sú korelované s voľbami experimentátora. To znamená, že nastavenie prístrojov na meranie nie je náhodné, ale je predurčené skrytými premennými, ktoré ovplyvňujú aj samotné častice. Hoci to môže pôsobiť zvláštne, superdeterminácia by mohla vysvetliť niektoré z najväčších kvantových záhad a zároveň zachovať deterministický pohľad na vesmír.

Prepojenie s gravitáciou: Kľúč k riešeniu?

Hossenfelderová tiež naznačuje, že riešenie problému merania môže byť prepojené s našimi problémami pri kvantizácii gravitácie – pokuse o zjednotenie kvantovej mechaniky a všeobecnej teórie relativity. Podľa nej by pochopenie toho, ako prebieha kolaps vlnovej funkcie, mohlo pomôcť prekonať bariéry, ktoré nám bránia v porozumení gravitácii na najmenšej úrovni.

Zaujímavejšie ako kedykoľvek predtým

Rozhovor s Hossenfelderovou a O'Dowdom ukazuje, že kvantová mechanika je stále plná záhad a otázok bez odpovede. Aj keď sa zdá, že sme dosiahli veľký pokrok v porozumení vesmíru, stále existuje mnoho vecí, ktoré nevieme. A práve táto neznáma robí kvantovú mechaniku tak fascinujúcou a vzrušujúcou oblasťou vedeckého výskumu.

Odporúčania a zamyslenia

Kvantová mechanika je komplexná téma, ktorá vyžaduje hlboké premýšľanie a otvorenosť novým myšlienkam. Je dôležité si uvedomiť, že existujú rôzne interpretácie kvantovej teórie a žiadna z nich nie je definitívna. Možno sa v budúcnosti dočkáme novej teórie, ktorá nám umožní lepšie porozumieť kvantovému svetu a jeho prepojeniu s naším každodenným životom.

Zdroje:

• The Institute of Art and Ideas: https://iai.tv/

Približne 117 gCO₂ bolo uvoľnených do atmosféry a na chladenie sa spotrebovalo 0.59 l vody za účelom vygenerovania tohoto článku.