Nobelova cena za fyziku v roku 2022 putovala trojici vedcov, ktorí dokázali, že svet kvantovej fyziky sa skutočne správa tak, ako ho popisujú naše súčasné teórie, teda veľmi čudne. Kvantová fyzika je plná neintuitívnych a mätúcich javov, ktoré popierajú akúkoľvek empirickú skúsenosť človeka s realitou.

Fakt, že túto teóriu sa podarilo veľmi solídnym dôkazom potvrdiť, vo vedeckej komunite vyvolal vlnu pozitívnych pocitov, ba až ovácií. Hneď na to si však vedci uvedomili, že svet naozaj funguje záhadnými spôsobmi, ktoré idú proti akejkoľvek prirodzenej ľudskej logike a intuícii.

Častica v krabici

Jeden zo základných konceptov, ktorý sa učí na prednáškach o kvantovej mechanike, je takzvaná abstrakcia častice v krabici alebo infinite square well. Ide o relatívne jednoduchý problém, no zo začiatku môže byť problematické si danú situáciu predstaviť.

V trojrozmernej konfigurácii – v ktorej vnímame náš vesmír – si tento problém vieme intuitívne preniesť na známu analógiu. Zober si krabicu s pevnými stenami, napríklad kovovými, v beztiažovom priestore. Daj do nej tenisovú loptičku a zatras s ňou. Elastická tenisová loptička sa začne odrážať od strán krabice a bude v nej (za určitých zjednodušení) lietať donekonečna.

Teraz celý problém zjednoduš, namiesto tenisovej loptičky je v krabici jediná častica (atóm, elektrón a podobne). Táto častica má nejakú svoju energiu, čo znamená, že sa nemôže prestať hýbať. Keby sa prestala hýbať, znamenalo by to, že jej energia je rovná nule, to sa nemôže stať, pretože v celej krabici je úplne sama, takže svoju energiu nemá komu odovzdať. Až na steny krabice.

Konečne, môžeme zabudnúť na kovovú krabicu. Predstav si, že namiesto krabice je častica uzavretá v špeciálnom poli, cez ktoré nedokáže prejsť. Oporná barlička fyzikov je v tomto prípade takzvaná potenciálová bariéra – ide o ďalšiu abstrakciu, aby sa cez túto bariéru častica dostala, musela by mať nekonečnú energiu.

Máme teda časticu uzavretú medzi šiestimi potenciálovými bariérami, ktoré tvoria akúsi pomyselnú krabicu.

Finálny krok príde teraz, keď z trojrozmernej konfigurácie preskočíme do jednorozmernej. Častica sa doteraz mohla hýbať hore a dole, dopredu a dozadu, doľava a doprava, no odteraz sa už môže hýbať len doprava a doľava. Zo šiestich bariér teda môžeme 4 vynechať a postačia nám dve – jedna napravo od častice a druhá naľavo. To celý problém výrazne zjednoduší.

Častica musí poslúchať Schrödingerovu rovnicu

Čítaj viac z kategórie: Vesmír a veda