Svet iných pravidiel

Keby bol človek tvorený jedinou časticou, mohol by bez váhania striedať svoj tvar, byť na dvoch miestach súčasne a prechádzať stenou. V inom svete, kde neplatia tradičné fyzikálne zákony, je možné čokoľvek.

Na začiatku 20. storočia objavili šokovaní vedci svet, ktorý sa vzpieral všetkým dovtedy známym zákonom. Fotóny, elektróny a ďalšie subatomické častice žijú podľa svojich vlastných pravidiel, prekračujúcich ľudské chápanie i logiku. Občas v tomto svete tápal dokonca i jeden z otcov tohto odboru - Albert Einstein.

Fyzika, ktorej sa hovorí kvantová, je od nášho bežného vnímania sveta natoľko vzdialená, že občas pôsobí až magicky. Napríklad taký jav superpozície. V našom hmotnom svete je objekt vždy buď taký, alebo onaký: buď je malý, alebo veľký, zelený alebo červený, tu alebo tam... V subatomickom svete sa tieto možnosti rozširujú. Kvantový objekt môže byť veľký i malý, zelený i červený a môže byť na dvoch miestach zároveň. Že je to nezmysel? A predsa sú zákony kvantovej fyziky nesmierne precízne a prísne. Nikto ich doteraz nedokázal spochybniť. Dokonca sa ich vedci pokúšali zlúčiť v jednu veľkú „teóriu všetkého“ - teóriu, ktorá by jednoducho a jasne vysvetľovala všetky deje sveta. A ako by svet vyzeral, keby v ňom platili zákony častíc?

V našom logickom svete existujú dva druhy entity: hmota a vlny. Hmota je tvorená z malých čiastočiek. Jej hmotnosť a objem sú presne limitované. Vlny sú vibrácie, a to buď mechanické (zvuková vlna), alebo elektromagnetické (napríklad rádiová vlna). Šíria sa vzduchoprázdnom, vzduchom alebo hmotou, vždy charakteristickou rýchlosťou. Nemajú hmotnosť ani objem.

Vo svete častíc však žiadna pevná hranica medzi hmotou a vlnou neexistuje. Jedna sa môže stať druhou a naopak. Malý príklad: vo futbalovom zápase kvantového sveta sa obyčajná lopta môže dematerializovať, premeniť sa na vlnu a šíriť sa rýchlosťou svetla nedeterminovaným prostredím. Skúste takú loptu zastaviť!

Dve vlny sa pri stretnutí anulujú, pokiaľ sú v opačnej fáze: ak sa najvyšší bod jednej prekrýva s najnižším bodom druhej. Kvantový brankár teda potrebuje vytvoriť vlnu v opačnej fáze, než je vlna lopty. Alebo musí mať špeciálne okuliare, ktorými transformuje vlnu lopty v hmotu. Vnímanie sveta vĺn a častíc v kvantovej fyzike totiž závisí od toho, aký daný jav pozorujeme.

V kvantovom svete platí pomerne jasné pravidlo: všetky zmeny, všetky presuny energie sa dejú pomocou kvánt. Predstavte si elektrón obiehajúci v atóme okolo jadra. Každý má svoju hladinu energie. Hneď ako elektrón absorbuje kvantum dodatočnej energie - energiu fotónu napríklad - „preskočí“ na vyššiu energetickú rovinu. Prejde na vzdialenejšiu obežnú dráhu, pravda bez pomoci akéhokoľvek prostredníka. Pokiaľ elektrón prechádza z vyššej obežnej dráhy na nižšiu, musí zase rovnakým spôsobom energiu stratiť - vysiela fotón. Každý takýto presun je teda sprevádzaný emisiou alebo absorpciou energie.

A teraz uplatnime tieto pravidlá vo svete ľudskom. Štíhla žena je ovocie. Jednu marhuľu, druhú, desiatu. Stále sa nič nedeje. A potom zje ešte jedno jablko. Náhle prudko zvýši svoj objem. Ako je to možné? Absorpcia potravy znamená zvyšovanie osobnej energie. Potrebné kvantum na zväčšenie energie je práve celkové množstvo zjedeného ovocia.

Človek - častica sa rozhodne prejsť múrom, pochopiteľne kvantovým, ktorý je tvorený energetickou bariérou. Sústredí svoju energiu a uspeje. V klasickej fyzike by k tomu potreboval určitú rýchlosť, teda kinetickú energiu. Svet kvantovej fyziky je prístupnejší. Človek prechádza bez zbytočného vydávania vlastnej energie, pretože využíva efekt tunelu, ktorý sa vytvára v akejkoľvek bariére.

V kvantovom svete pozorujeme aj ďalší zvláštny jav. Nemôžeme v ňom nikdy s istotou určiť rýchlosť a zároveň polohu častice. Buď dokážeme čo najpresnejšie určiť, kde sa častica nachádza, ale potom nemôžeme povedať, ako rýchlo sa pohybuje, alebo naopak. V extrémnom prípade to znamená, že keď s istotou určíme rýchlosť, nemáme najmenšie tušenie, kde takáto rýchla častica je. Preto nemôžu vedci povedať, kde presne sa na „obežnej dráhe“ sa nachádza elektrón obiehajúci okolo jadra atómu. A preto ho zobrazujú ako viac či menej hustý oblak, podľa pravdepodobnosti jeho výskytu.

V ľudskom svete by táto možnosť našla nedozerné uplatnenie, predovšetkým na cestách. Policajti dokážu presne zmerať rýchlosť automobilu, ale previnilca nikdy nenájdu. Alebo naopak celkom jasne vidia automobil i vodiča, ale netušia, ako rýchlo sa pohybuje. To isté by platilo pre vodiča.

V roku 1927 zhrnul fyzik Werner Heisenberg spomínané javy do tvrdenia: pre častice platí, že jej energiu a čas, v ktorej sa vyskytuje, a na druhej strane jej pozíciu a rýchlosť nikdy nemôžeme určiť zároveň. Jeho tvrdenie sa stalo základom poznania atómu.

(mb)