Ve Stockholmu byly na začátku října jako obvykle oznámeni nositelé Nobelových cen pro rok 2022.

Fyzika:

Alain Aspect, John Clauser a Anton Zeilinger

Rovnoměrně mezi tři vědce byla rozdělena letošní Nobelova cena za fyziku. Všichni tři postupně vylepšili a zdokonalili experimenty, které přesvědčivě dokazují, že kvantová fyzika skutečně vládne vesmíru kolem nás. I přes to, že se to Albertu Einsteinovi a dalším příliš nelíbilo.
Hned zkraje našeho popisu letošních Nobelových cen poprosíme čtenáře o shovívavost. Naše vysvětlení ceny udělené za fyziku bude plné analogií a nepřesností. Týká se totiž tématu, jehož pochopení se náš mozek „od přírody“ brání – kvantové mechaniky.
Letošní nobelisté přišli s důkazem, že tato nepřirozená teorie skutečně platí a že částice se mohou chovat způsobem, který se příčí zdravému rozumu. Všichni tři pracovali v laboratořích s jednou takovou fyzikální „monstrozitou“ – s kvantově provázanými částicemi.
Takové částice jsou (to je jen přirovnání, nikoliv popis reality) „propojeny“. Einstein tomu říkal „strašidelné působení na dálku“. Když totiž jednu z těchto částic změříte, automaticky už budete znát výsledek měření druhé částice. Nepřesnou, ale pochopitelnou metaforou by se dalo říci, že druhá částice se okamžitě změní tak, aby „doplnila“ naměřený stav první částice. Stane se to úplně okamžitě, bez ohledu na to, že je fyzicky mohou dělit ohromné vzdálenosti, třeba i tisíce kilometrů. Alespoň na takové vzdálenosti to máme změřeno (do značné míry díky letošním nobelistům). Teoreticky by ovšem provázání mělo fungovat na vzdálenost neomezeně velkou.
Jde jen o malou „zvláštnost“ kvantového světa založenou na jeho úplně základní vlastnosti: na faktu, že částice nemají své vlastnosti, dokud je nezměříte. Můžeme si představit „barevnou“ analogii: řekněme, že máme pytel, ve které jsou bílé a černé koule. V naší všední zkušenosti bychom řekli, že do váčku někdo nasypal černé a bílé koule v určitém poměru. V kvantovém světě by platilo, že koule by byly „šedé“ a zůstaly by takové, dokud byste je nevytáhli na světlo. Pak by se změnily na bílou či černou.
Kvantová mechanika počítá s tím, že je tento proces náhodný. Koule se s určitou pravděpodobností stane bílou a s určitou černou. Albert Einstein a další velcí fyzici 20. století takovou myšlenku považovali v určitém směru za „kacířskou“ a navrhli vlastní hypotézu. Podle ní mají všechny koule někde uvnitř napsáno, jak se po vytažení na světlo mají změnit. Jinak řečeno, pravda je někde skrytě zapsána přímo v realitě, my ji jen nedokážeme přečíst.
Letošní nobelisté byli oceněni za to, že tuto představu nabourali. Vycházeli přitom z práce teoretického fyzika Johna Stewarta Bella. Ten přišel s myšlenkou tzv. Bellovy nerovnosti, která říká, že vhodný experiment by mohl pomoci rozeznat, zda „skryté parametry“ (chtělo by se říci „skrytá pravda“) skutečně existují, či nikoliv. Matematika totiž říká, že dobře navržený experiment by ve světě se skrytými parametry měl poskytovat jiné výsledky než ve světě, který si obrazně řečeno neustále hází kostkami podle zákonů kvantové mechaniky.
John Clauser, jeden z letošních oceněných, dokázal v roce 1972 jako první navrhnout a postavit experiment, který Bellovy podmínky splňoval. Nebyl dokonalý, výsledek měl „mezery“ a při troše dobré (či špatné) vůle se dalo tvrdit, že existence skrytých parametrů nebyly úplně vyvráceny. Ovšem další vědci, především právě Alain Aspect a Anton Zeilinger, postupně dokázali tyto mezery zaplnit, a dnes je tedy ve fyzice myšlenka, že „pravda je tam někde venku“, v podstatě mrtvá.
Pro nás laiky je ještě zajímavější, že by postupně čím dál rafinovanější experimenty s kvantovým provázáním měly vést k praktickým aplikacím v kvantové komunikaci či konstrukci kvantových počítačů. Budeme si na to muset ještě nejspíše trochu počkat. A pokud/až přijdou, drtivá většina z nás se bude muset smířit s myšlenkou, že nikdy nepochopíme, jak tyto vymoženosti fungují. Historie ovšem jasně ukazuje, že nám to nebude bránit v jejich využívání.