K iracionálnímu zneužívání kvantové mechaniky

Příklady filozofického a pseudovědeckého zneužívání kvantové teorie se bude podrobněji zabývat ve své přednášce docent O. Jelínek. V této poznámce se chci zmínit jednak o základních pozorovaných jevech, které si vznik kvantové teorie vynutily, jednak o hlavních principech a především důsledcích kvantové teorie pro to, čemu často říkáme obraz světa nebo paradigma.

Při poznávání světa a vesmíru byl člověk mnohokrát nucen opustit představy, které si vytvářel a po tisíciletí udržoval zobecňováním své každodenní zkušenosti. Stálo často značnou námahu přijmout poznatky, které té denní zkušenosti či zdravému selskému rozumu aspoň na první pohled odporovaly nebo je nebylo možné získat z vlastního pozorování – ať už to byla kulatost Země, existence protinožců, přímočarý rovnoměrný pohyb udržující se bez působení síly, působení těles na dálku a také řada dalších drobnějších poznatků, které se při vyučování fyzice zpravidla nazývají paradoxy.

Jakkoli byla uvedená a podobná zjištění překvapující a mnohdy neuvěřitelná, vešla se nakonec vždycky do názorných představ člověka o vlastnostech přírody. Kulatou zemi nebo protinožce bylo dobře možné si představit stejně jako těleso pohybující se přímočaře rovnoměrně prostorem, i když se takový případ těžko realizuje v poli zemské tíže.

Jevy, které byly později nazvány kvantové, však představivost člověka krutě ponížily. Přirozená snaha přirovnat vlastnosti a chování atomů, elektronů a jiných velmi malých částic k chování velkých těles, jejichž vlastnosti známe dobře právě z denní zkušenosti, v prvních dvou desetiletích dvacátého století selhala: experimenty ukázaly nade vší pochybnost, že malá tělesa jako atomy, elektrony, atomová jádra jsou sice nepochybně částice, tedy pohromadě držící dobře definované kousky hmoty, ale při průchodu otvory nebo mřížkou se stejně nepochybně chovají i jako vlny. A k dovršení všeho se i světlo a vůbec elektromagnetické záření, jehož vlnovou povahu dokázaly pokusy s interferencí na štěrbinách a mřížkách již v minulých stoletích, ukázalo být i proudem částic, jakýchsi nedělitelných kvant energie, tím větších, čím kratší je vlnová délka.

Nejlépe je nemožnost využít k popisu kvantových jevů zkušeností s tělesy, která vidíme, demonstrována pokusem s průchodem elektronů dvěma štěrbinami v jinak neprostupném stínítku. Elektrony se posílají skrz dvojštěrbinu v dlouhých intervalech, takže v aparatuře je v každém okamžiku vždy nanejvýš jeden elektron. Za stínítkem dopadne každý jednotlivý elektron na fotografickou desku a zanechá na ní exponovanou “tečku”. Po průchodu velkého počtu elektronů aparaturou se na vyvolané desce najdou naprosto stejné interferenční pruhy, jaké vytvoří po průchodu dvojštěrbinou světlo. Světlo je ovšem elektromagnetická vlna a nikoho neudiví, že vlna projde současně oběma otvory a za nimi, když se obě části rozdělené vlny zase setkají, vytvoří interferenční pruhy. Jak by sám elektron mohl projít současně oběma otvory, si představit nedovedeme. Je to přece kompaktní částice, která se nemůže před vstupem do otvorů rozpůlit a za nimi znova spojit. Zakryje-li se jedna ze štěrbin, elektron projde jen jedním otvorem a interferenční obrazec nevytvoří.

Teprve tyto pokusy, v kterých elektron nebo jiná částice vytváří vlnovou interferenci “sama se sebou”, demonstrovaly principiální mez naší představivosti, představivosti, která je založena na pozorování viditelných a tudíž poměrně velkých těles. Ukázalo se tak, že jen část přírody se chová způsobem, jaký jsme poznali prostřednictvím našich smyslů. Neměli bychom se vlastně divit, že zákonitosti, které popisují chování částic, které nemůžeme očima vidět, mohou být jiné, než ty, které známe z pohybu velkých těles. I pro objevitele současného vlnového a korpuskulárního chování submikroskopických částic však bylo obtížné připustit, že pro nově objevené vlastnosti částic není možné vytvořit názorný makroskopický model.

Co nedokáže ani největší fantazie, dokázala brzy po objevení duálních vlastností částic matematická teorie. Tou je právě kvantová mechanika (ve svých začátcích se častěji a možná výstižněji nazývala vlnovou mechanikou). Jedním z výsledků popisu chování částic kvantovou teorií je to, co dostalo název princip neurčitosti: čím přesněji je známa poloha částice, tím méně přesně je určena její rychlost, a naopak. Stejný vztah – Heisenbergův princip neurčitosti – platí i mezi přesností určení energie kvanta záření a délkou trvání záření.

Matematický popis chování částic, který operuje s poměrně abstraktním pojmem vlnové funkce, se dokonale osvědčil. Elektronová struktura atomu, stavba krystalů, chemická vazba, makromolekuly významné pro živé organismy – to všechno popsaly rovnice kvantové teorie, aniž je bylo nutné za posledních šedesát nějak významně měnit.

Nahrazení názorné představy matematickým modelem není však pro mnoho lidí, počítaje v to filozofy a někdy (méně často) i odborné pracovníky, uspokojivé. Nespokojenost či neschopnost pochopit, že pro chování velmi malých částic neexistuje makroskopický model, je jednou z příčin odmítání kvantové teorie a někdy i zavržení současné vědy jako celku. Jakkoli je pro racionálně uvažujícího člověka nesmyslná třeba představa o morfickém poli “vysvětlujícím” vznik složitých struktur a jejich vývoj, je tato představa pro pochopení jednodušší než kvantová fyzika, protože pracuje s modelem, který odpovídá vlastnostem jevů, které známe z denní zkušenosti. A princip neurčitosti, objevený kvantovou mechanikou, slouží často buď k odmítání kvantové teorie, nebo jako argument k tvrzení, že kvantová mechanika vlastně vědecky podložila názor o nepoznatelnosti světa.

Druhý důsledek kvantové mechaniky či přesněji řečeno současné teorie kvantových jevů je ztráta deterministického popisu přírodních dějů. Dobu, kdy se rozpadne atomové jádro radioaktivního nuklidu nebo kdy a případně jakou cestou vyzáří vzbuzený atom světlo je možné určit jen s pravděpodobností, nikoli s jistotou. I tato vlastnost kvantové teorie posloužila k jejímu zneužití. Často se interpretuje jako omezenost poznání, jindy je snaha dokázat, že tato nejistota spočívá v nedokonalosti teorie a není vlastností samotné přírody. V každém případě jsou i tyto otázky a odpovědi na ně využívány k odmítání vědy a vědeckého poznání, přičemž se paradoxně právě vědeckého poznání k podpoře těchto tvrzení využívá.

Ve skutečnosti je ovšem objevení kvantových vlastností světla a vlnových vlastností částic spolu s vytvořením kvantové teorie, která tyto jevy s úchvatnou přesností popisuje, jedním z největších úspěchů vědy dvacátého století. I pouhý výčet jejích aplikací by dnes naplnil celé knihy. Spokojím se proto na závěr jen s jedním číslem: 1,001159652188. Toto bezrozměrné číslo je poměr mezi vlastním magnetickým momentem elektronu a jeho orbitálním momentem, který se ještě v roce 1948 pokládal za přesně rovný jedné. Uvedené číslo bylo určeno experimentálně na 12 desetinných míst, což je přesnost na experiment téměř nepředstavitelná. Teoretický výpočet, vycházející z kvantové teorie a používající jen základních fyzikálních konstant (těmto výpočtům se někdy říká výpočty “z prvních principů”), vedl k plnému souhlasu s experimentem. Je to jedno z nejpřesnějších měření a jeden z nejpřesnějších teoretických výpočtů, jaké byly ve fyzice provedeny – srovnání vedlo mimo jiné i ke zpřesnění hodnot některých elementárních konstant.

Je těžké si představit lepší důkaz racionality kvantové teorie.