Může slavná Schrödingerova kočka existovat ve skutečném životě? Vědci se to snaží dokázat

O Schrödingerově kočce jste jistě slyšeli, přestože si možná nejste jisti, co to přesně znamená. V poslední dekádě tento bezmála století starý myšlenkový experiment zpopularizoval seriál Teorie velkého třesku a samozřejmě také fakt, že využívání živých koček i v případě pouhých myšlenkových experimentů přiláká hodně pozornosti. Nyní se však zdá, že by nemuselo zůstat jen u myšlenky.

Slavná Schrödingerova kočka

Rakouský fyzik Erwin Schrödinger ve 30. letech minulého století upozornil na nedostatky tou dobou přijímané interpretace kvantové mechaniky, a to velmi atraktivní formou. Představil myšlenkový experiment, v němž umístil živou kočku do krabice. Tuto neprůhlednou krabici následně neprodyšně uzavřel. Kromě kočky se v ní nacházela i nádoba s jedovatým plynem. Přesně s 50% pravděpodobností se po jedné hodině plyn uvolní a kočku zabije.

Z hlediska kvantové mechaniky se kočka nachází v tzv. superpozici, tedy ve dvou (či více) kvantových stavech zároveň. To by v praxi znamenalo, že dokud nezjistíme stav kočky prostým otevřením krabice, je tato kočka zároveň živá i mrtvá. Jakkoli je taková situace v souladu s vlivnou Kodaňskou interpretací kvantové mechaniky, která je platná pro malé částice (jako atomy), v kontextu reálného života se ukazuje jako absurdní. Právě na tuto nedostatečnost se snažil Schrödinger svou hypotetickou kočkou upozornit.

Složité podmínky

V tomto přístupu je totiž klíčová postava experimentátora, vnějšího pozorovatele, jehož smyslové vnímání určí, jak na tom daná částice ve skutečnosti je; do té doby zůstává ve zmíněné superpozici, tedy všech možných stavech zároveň. Nakonec se podařilo dosáhnout vědeckého konsensu, že Kodaňská interpretace skutečně platí jen pro miniaturní částice. Pokud by se však podařilo vymyslet, jak by se tento výklad mohl vztahovat i na větší objekty, byli by vědci jen krůček od vynálezů jako teleportace!

Zde nastupuje tým Stefana Forstnera z australské University of Queensland, který navrhl reálný experiment pro zjištění, zdali mohou velké objekty zůstat v superpozici. Postup nejprve spočívá v maximálním možném zmrazení obsahu krabice, již chceme zkoumat, to znamená přiblížit se co nejvíce 0 stupňům Kelvina, tzv. absolutní nule odpovídající teplotě –273,15 °C, při níž se zastavuje veškerý pohyb částic.

Hypotéza o teple

Zde dále nastupuje termín vlnová funkce, který v kvantové mechanice popisuje stav daného systému a pravděpodobnost, s jakou se bude objekt nacházet v různých stavech. To se týká právě superpozice, tedy pravděpodobné existence více stavů zároveň; až když se vlnová funkce zhroutí, systém se ocitne v jediném definitivním stavu bez možnosti dosažení stavů jiných. Schrödingera kočka, existující ve více stavech zároveň, je tedy právě zástupcem vlnové funkce, zahrnující několik jejích stavů s určitou pravděpodobností.

Zhroucení vlnové funkce, a tedy odstranění potenciálu pro vytvoření superpozice, však vyžaduje vytvoření tepla – a právě to chce Forstnerův tým prostřednictvím několika známých kvantových jevů změřit. Pokud se totiž v takto uzavřeném systému objeví teplo, zničí vlnovou funkci a zabrání objektu zůstat v superpozici, nejspíš by to znamenalo, že u velkých objektů není možné tyto kvantové principy aplikovat.

Forstner a jeho tým upozorňuje, že se stále jedná pouze o návrh výzkumu – podmínky k jeho realizaci se zatím nepodařilo vytvořit. K tomu bude potřeba jednak čas, jednak štědré finanční zdroje. Pokud by se však projekt podařilo dotáhnout do konce, můžeme se dočkat odpovědi na otázku, jestli lze celou naši realitu chápat pomocí kvantové mechaniky. A to by mohlo znamenat skutečně zásadní průlom.