Zvětšit obrázek

Na lovu kvantových podivností. Kredit: Stuart Hay, ANU.

Když se v roce 1905 Albert Einstein popral s fotoelektrickým jevem, tak přišel s dualitou částic a vlnění. Dneska už se běžně ví, že světlo, tedy fotony elektromagnetického záření, jsou vlastně vlny a zároveň částice, tedy dva v  jednom, skoro jako šampon s kondicionérem. Ne každý už ale asi ví, že podle kvantové teorie za určitých okolností vykazují vlnové vlastnosti všechny částice. Představuje to jeden z pilířů kvantové fyziky a zároveň jde o významný zdroj kvantových podivností, kvůli nimž je kvantová teorie mnohými stále považována za výstřednost.

Zvětšit obrázek

Dvouštěrbinový experiment. Kredit: Jordgette, Wikimedia Commons.

Dualitou částic a vlnění se zabývá série myšlenkových pokusů, známých jako Wheelerův experiment s odloženou volbou. Ty stěžejní navrhl americký teoretický fyzik John Archibald Wheeler mezi lety 1978 až 1984. Wheelerův experiment se snaží zjistit, jestli světlo při slavném dvojštěrbinovém experimentu Thomase Younga z roku 1801 nějakým způsobem předem „pozná“ uspořádání experimentu a „rozhodne se“ zaujmout podobu vlny nebo částice, když vyrazí do experimentu, anebo jestli světlo zůstává v nevyhraněném stavu „ani ryba ani rak“, tedy ani vlna ani částice a zareaguje až na měření během experimentu.

Logo Australian National University.

Wheelerův myšlenkový experiment si teď vzali do parády Andrew Truscott z Australské národní univerzity (ANU) a jeho kolegové a uskutečnili jeho variantu. V roce 1978, kdy Wheeler přišel se svým experimentem, se to považovalo za téměř nemožné, Přísně vzato, Truscott a spol. nebyli úplně první, v roce 2007 Wheelerův myšlenkový experiment prověřil tým Jeana-Françoise Rocha z francouzského CNRS s pulzy jednotlivých fotonů. Truscott a spol. si ale původní koncept s laserovými paprsky a zrcadly upgradovali a fotony změnili na ultrachladné atomy helia.

Zvětšit obrázek

Nesmrtelný fotoelektrický jev. Kredit: Wolfmankurd, Wikimedia Commons.

Zdá se, že to byl tvrdý oříšek. Podle badatelů jsou předpovědi kvantové fyziky pro světlo už tak dost divné a s atomy je to teprve komplikované. Mají hmotnost, působení na ně elektrická pole a tak podobně. Truscottův tým nejprve polapil soubor atomů helia ve stavu Bose-Einsteinova kondenzátu a pak jeden po druhém odpalovali pryč, až jim zbyl jen jediný atom helia. Poté vytvořili mřížky z protisměrných laserových paprsků a sledovali chování dotyčného atomu helia v těchto mřížkách. 

Truscott a spol. nakonec potvrdili Bohrův pohled na celou záležitost. Podle Nielse Bohra nemá smysl řešit vlnové či částicové chování hmotné částice předtím, než dojde k měření v rámci experimentu. Jinými slovy, atom helia se podle tohoto výkladu stal částicí anebo vlnou až v okamžiku měření. Do té doby nebyl ani rybou, ani rakem. Se špetkou sžíravé nadsázky lze říct, že realita neexistuje, dokud ji nezměříme. Filosofové se asi opět zapotí.




Quantum Mechanics - Double Slit Experiment. Is anything real? (Prof. Anton Zeilinger)




Literatura
Australian National University 27. 5. 2015, Nature Physics 25. 5. 2015, Wikipedia (Wheeler's delayed choice experiment).