Proč nikdo nevidí kvantové divy v běžném světě?

Pamatujete si tu chvíli, kdy jste někomu poprvé vysvětlovali kvantovou fyziku? Jeho oči se rozšířily, zamračil se a vy jste téměř slyšeli, jak si říká: „Ta jo, ten je ale divný."

Jo, tohle zažívám taky docela často.

Ale faktem zůstává — kvantová mechanika je opravdu podivná. A fakt, že žijeme ve světě, kde tyhle bizarní kvantové jevy prostě... mizí... patří mezi největší záhady celé fyziky.

Kočka, která to všechno odstartovala

Asi znáte Schrödingerovu kočku. Rakouský fyzik Erwin Schrödinger vymyslel myšlenkový experiment: kočka v uzavřené krabici je zároveň živá i mrtvá — dokud se nepodíváme dovnitř.

Je to trochu zjednodušení (Schrödinger tím vlastně kritizoval některé interpretace kvantové mechaniky), ale idea vystihuje něco skutečného. Částice mohou existovat v kombinacích stavů, kterým říkáme „superpozice" — představte si to jako minci, která je při rotaci ve vzduchu zároveň pannou i orlem, akorát je to ještě divnější.

Ale tady přichází ta zásadní otázka: když atomy a částice můžou být v těchhle podivných superpozičních stavech, proč kočky ne? Proč my ne? Proč ta kvantová podivnost mizí, když se přesuneme do běžného světa?

Když kvantové divy mizí

Fyzikové mají pro ten úkaz výraz: dekoherence. Je to proces, při kterém kvantové efekty postupně mizí, když systémy interagují s okolím. A tady přichází ta nepohodlná pravda — nikdo vlastně pořádně nechápe, proč a jak přesně se to děje.

Jedna myšlenka, která se táhne desítky let, se točí kolem gravitace. Možná Einsteinova obecná relativita — jeho teorie gravitace — vytváří malinkaté, nevyhnutelné vlnky v struktuře prostoročasu. Tyhle fluktuace by mohly postupně „protřepávat" kvantové superpozice, až by se rozpadly.

Docela intuitivní nápad, co? Gravitace je všude. Působí na všechno. Takže možná je to ona, kdo způsobuje, že kvantové divy v našem měřítku mizí.

Experiment

Výzkumný tým teď ale tenhle nápad otestoval. A kde? Pod zemí. Hodně hluboko pod zemí.

Laboratoř INFN Gran Sasso v Itálii leží zhruba 1,4 kilometru pod skálou. To je přibližně hloubka, kam musíte zajít, abyste se zbavili většiny radiace, která na nás neustále dopadá z vesmíru. Je to jedno z nejtišších míst na Zemi pro citlivé fyzikální experimenty.

Vědci použili detektor postavený kolem kousku germaniového krystalu — zhruba velikosti hrnku na kávu. Obklopili ho vrstvami mědi a olova. Vytvořili tak malý fyzikální azyl.

Nápad byl vychytralý: pokud prostoročas skutečně má ty drobné fluktuace, způsobily by elektricky nabitým částicím jemné kmitání a vyzařování slabého elektromagnetického záření. To záření by mělo být detekovatelné — jen velmi, velmi slabé.

Takže sledovali. A čekali. Sbírali data 62 dní v kuse a pečlivě počítali s každým zdrojem očekávaného pozadí.

Co našli?

Nic.

Nic může být něco

Teď si možná říkáte: „Nenašli nic? To je zklamání."

Počkejte — tohle je ve skutečnosti velký úspěch. Ve fundamentální fyzice je vylučování špatných myšlenek stejně důležité jako nacházení nových. Představte si to jako ladění kódu, jen s tím rozdílem, že ten kód je vesmír a my se snažíme zjistit, jaké matematické instrukce používá.

Tím, že žádný signál nenašli, tým efektivně vyloučil jeden z nejstarších a nejpřirozenějších modelů gravitací indukované dekoherence. Model Károlyházyho — navržený už v šedesátých letech — právě dostal výrazně přísnější hranice z experimentálních dat.

„Každý přístup ke kvantové gravitaci nakonec předpovídá existenci minimální délky spojené s nejistotou měření prostoročasu," vysvětlil Kristian Piscicchia, jeden z výzkumníků. Tento experiment pomáhá zužovat, které z těchto přístupů by mohly skutečně popsat realitu.

Co to znamená?

Tady je můj názor: fyzika je nejzajímavější, když eliminuje možnosti. Neflimtáme jen bezhlavě ve tmě — metodicky osekáváme špatné cesty. A to nás přibližuje ke správné odpovědi, i když jsme ji ještě nenašli.

Záhada, proč kvantové efekty v našem makroskopickém světě mizí, zůstává nevyřešená. Ale teď víme, že jeden konkrétní typ gravitací vysvětleného mechanismu to nevysvětluje. Hledání pokračuje, ale je teď užší.

Jak to shrnula Catalina Curceanu, jedna z hlavních výzkumnic: „Tato absence signálu je sama o sobě významným vědeckým výsledkem."

Nemohu než souhlasit. Věda není vždycky o nalézání nových věcí — někdy jde o sebevědomé „ne, tahle varianta to není." A přesně to se tady stalo.

Takže až vám příště někdo bude vyprávět o Schrödingerově kočce, můžete mu říct: pomalu, metodicky zjišťujeme, proč je ta kočka vždycky buď živá, nebo mrtvá — nikdy ne obojí. A děláme to tak, že vylučujeme špatná vysvětlení, jeden experiment za druhým.

Docela skvělé, ne?