Aaron O´Connell: Jak rozumět viditelným kvantovým objektům

Tohle je znázornění vašeho mozku. Můžeme ho rozdělit na dvě části. Tohle je levá polovina, ta logická, a potom pravá půlka, která je intuitivní. Kdyby existovalo měřítko schopností obou hemisfér, mohli bychom náš mozek zakreslit. Například takto by vypadal někdo, kdo je kompletně logický. Tohle bude někdo úplně intuitivní. Kam byste na této stupnici umístili svůj mozek vy? Někteří z nás by si možná zvolili jeden z těchto extrémů, ale myslím, že většina lidí v publiku, má mozek někde tady -- s vysokými schopnostmi obou hemisfér zároveň. Není to tedy tak, že by se tyto schopnosti vzájemně vylučovaly. Můžete být logičtí i intuitivní.

Sám sebe považuji za jednoho z těch lidí, kteří spolu s většinou dalších experimentálních kvantových fyziků, potřebují spoustu logického myšlení k pospojování těchto komplexních teorií. Zároveň ale potřebujeme značné množství intuice k vlastní experimentální práci. Jak si tuto intuici budujeme? Tím, že si rádi se vším hrajeme. Hrajeme si s věcmi a pozorujeme jak se chovají. Tím si vytváříme schopnost intuice. Vy děláte ve skutečnosti to samé.

Jeden z instinktů, který jste si nejspíše vyvinuli během let, vám říká, že věc může být pouze na jednom místě. Tím chci říct, že vám může připadat zvláštní přemýšlet o jedné věci na dvou různých místech zároveň, ale s tímto předpokladem jste se nenarodili, ten jste si vytvořili. Pamatuji si, že jsem sledoval chlapce, jak si hraje na zarážce pod kola. Ještě se učil chodit, moc mu to nešlo a tak stále padal. Ale vsadím se, že hraním na této zarážce získal hodnotnou zkušenost, totiž, že takhle velké věci vám neumožní projít skrz ně, a že zůstanou na jednom místě.

To je dobré obecné pravidlo pro život na tomto světe, tedy pokud nejste vědcem zabývajícím se částicemi. Pro částicového fyzika by to byl velmi špatný model, protože ti si nehrají se zarážkami pro auta, ti si hrají s těmito zvláštními malými částicemi. A když si hrají se svými částicemi, zjišťují, že se v mnohém chovají opravdu zvláštně -- jako například, že mohou prolétávat zdí nebo být na dvou různých místech najednou. Fyzici zaznamenali všechna tato pozorování a nazvali to teorií kvantové mechaniky.

Toto je stav fyziky před pár lety; potřebovali jste kvantovou mechaniku abyste charakterizovali malé, mrňavé částice. Ale nepotřebovali jste ji k popisu velkých, každodenních objektů kolem nás. Tohle opravdu neladilo s mojí intuicí, a možná je to jen proto, že si nehraji s částicemi moc často. No, někdy si s nimi hraji, ale ne moc často. Nikdy jsem je ale neviděl. Myslím tím, nikdo je nikdy neviděl. Nevyhovovalo mi to ale ani po logické stránce. Jestliže je vše tvořeno těmito malými částicemi a všechny tyto malé částice se chovají podle zákonů kvantové mechaniky, nemělo by potom podléhat zákonům kvantové mechaniky vše? Nevidím jediný důvod proč by nemělo. Bylo by mi daleko lépe, kdybychom nějak mohli ukázat, že každodenní objekty také podléhají zákonům kvantové fyziky. Právě na tom jsem začal před několika roky pracovat

a jeden takový objekt vyrobil. Bylo to první těleso, které jste mohli vidět, které bylo v kvantově mechanické superpozici. To, na co se zde díváme, je malinkatý počítačový čip. Uprostřed něho můžete vidět zelenou tečku. O tomto kousku kovu vám nyní budu povídat. Toto je fotografie celého tělesa. Nyní ho trochu přiblížím; díváme se rovnou do středu. Tady je hodně, hodně velké zvětšení toho malého kousku kovu. To, na co teď koukáme, je malý kousek kovu ve tvaru skokanského prkna, který přesahuje přes hranu. Tuhle věcičku jsem vyrobil skoro stejným způsobem jako se vyrábí počítačové čipy. Zamířil jsem do bezprašné místnosti s čistým silikonovým polovodičem a tam si asi 100 hodin hrál se všemi těmi velkými mašinami. Kvůli poslední úpravě jsem si musel postavit stroj vlastní -- to abych mohl vyrobit otvor ve tvaru bazénku pod zařízením. Toto zařízení má schopnost být v kvantové superpozici, ale musí se mu trochu pomoct.

Dám vám přirovnání. Znáte to, jak nepohodlné je být v plném výtahu? Myslím tím, že když jsem ve výtahu sám, dělám spoustu různých podivných věcí, ale potom přistoupí další lidé a já se vším přestanu, protože ty lidi nechci obtěžovat, nebo, upřimně, vystrašit je. Kvantová mechanika říká, že neživé těleso se chová stejným způsobem. Spolucestujícími pro neživá tělesa nejsou pouze lidé, ale je to také dopadající světlo, proudění vzduchu kolem, nebo teplo v místnosti. A tak jsme věděli, že jestli chceme vidět tento kousek kovu chovat se kvantově mechanicky, musíme vyloučit všechny ostatní pasažéry.

Tak jsme to udělali. Zhasli jsme světla, dali to do vakua a odsáli všechen vzduch, a potom jsme to zchladili jen na zlomek stupně nad absolutní nulu. Když je úplně sám ve výtahu, může ten malý kousek kovu dělat cokoliv chce. A tak jsme měřili jeho pohyb. Zjistili jsme, že se pohyboval opravdu podivným způsobem. Místo toho, aby zůstal v absolutním klidu, vibroval. Způsob jakým vibroval byl podobný dýchání -- byl podobný měchu, který se roztahuje a stahuje. Když jsme do něj trošku šťouchli, byli jsme schopni dosáhnout toho, že vibroval i nevibroval současně -- něčeho, co je dovoleno pouze v kvantové mechanice.

Co vám tady povídám je něco skutečně fantastického. Co to znamená, když těleso vibruje i nevibruje současně? Představte si atomy. Jedna z možností je, že všech trilión atomů tvořících kousek kovu je v klidu a zároveň ty samé atomy se pohybují nahoru a dolu. Jen v jeden okamžik jsou vyrovnané, po zbytek času jsou delokalizované. To znamená, že každý atom je na dvou různých místech současně, což vlastně znamená, že celý kus kovu je na dvou různých místech. Což si myslím, že je skvělé. (smích) Opravdu.

(potlesk)

Být zavřen v bezprašné místnosti po všechny ty roky stálo za to. Protože, podívejte se na takhle, rozdíl v rozměrech mezi jediným atomem a tímto kouskem kovu je zhruba stejný jako rozdíl mezi tímto kouskem kovu a vámi. Takže jestliže jediný atom může být na dvou místech zároveň, tento kousek kovu může být na dvou místech, tak proč ne vy? Myslím tím, tohle je jen má logická strana. Představte si, že byste byli na několika místech zároveň, jaké by to bylo? Jak by vaše vědomí zvládlo vaše tělo delokalizované v prostoru?

Příběh má však ještě pokračování. Když jsme to ohřáli, rozsvítili jsme a podívali se do krabice, viděli jsme, že ten kousek kovu tam stále je a v jednom kuse. Musel jsem si vytvořit novou intuici, vypadá to, že všechna tělesa ve výtahu jsou vlastně kvantovými tělesy jsou však vměstnány v malinkatém prostoru.

Často slyšíte o tom, že kvantová mechanika říká, že vše je vzájemně propojeno. To není tak docela pravda; je to víc než to, jde to hlouběji. Je to tak, že tato propojení, vaše propojení se vším kolem vás, doslova určují kdo jste. A to je ta hluboká zvláštnost kvantové mechaniky.

Děkuji.

(potlesk)