Kvantový svet je plných bizarných aspektov, ktoré sa len ťažko dajú úplne objasniť. Zatiaľ čo klasická fyzika popisuje správanie hmoty a energie v makroskopických mierach, ktoré zodpovedajú každodenným ľudským skúsenostiam, kvantová mechanika popisuje hmotu a jej interakcie na úrovni elementárnych častíc, kde princípy klasickej fyziky jednoducho prestávajú platiť.

Zdanlivá nelogickosť mikrosveta

Niektoré aspekty kvantového sveta sú zdanlivo neintuitívne, nelogické a plné paradoxov. Správanie mikroskopických javov je totiž veľmi odlišné od toho, čo poznáme a toho, čo popisuje klasická fyzika.

Obrázok znázorňujúci kvantové zapletenie, známe aj ako kvantové previazanie. Zdroj: National Institute of Standards and Technology

Jedným z najzaujímavejších demonštrácií toho, že hmota a svetlo môžu vykazovať správanie klasicky definovaných vĺn aj častíc, je známy dvojštrbinový experiment. Na to, aby bolo možné pochopiť vlnovo-časticový dualizmus, ktorý vyjadruje, že hmota vykazuje vlnové aj časticové vlastnosti, je potrebné sa pozrieť na to, čo je častica a čo vlna.

Najjednoduchšou predstavou častíc sú drobné zrniečka piesku, respektíve miniatúrne guličky hmoty, ktoré sa nachádzajú v určitom bode priestoru. Ak tuto guličku niekam hodíme, alebo vystrelíme, udelíme jej energiu, ktorú si vezme so sebou. Ak teda vyhodíme množstvo guličiek do vzduchu a necháme ich padnúť, každá gulička dodá energiu na miesto kde dopadne.

Vlnenie na rozdiel od častíc spočíva v časovej a priestorovej periodickej zmene stavu prostredia, čiže energia je distribuovaná v priestore. Najjednoduchšou predstavou je v tomto prípade kamienok hodený do vody, ktorý vytvorí na vode vlny. Tieto vlny so sebou nesú energiu súvisiacu s ich pohybom.

V minulosti, desiatky rokov vedci diskutovali o tom, či svetlo pozostáva z prúdu častíc, alebo ide o vlnenie. V 19. storočí sa diskusia o týchto teóriách zdala navždy uzavretá v prospech vĺn, pretože sa tým objasňovali pozorované javy ako difrakcia, polarizácia či lom.

James Clerk Maxwell v podstate preukázal, že elektrina, magnetizmus i svetlo sú prejavom elektromagnetického poľa. Maxwellove rovnice potom popisujú svetlo ako vlnenie, respektíve kombináciu dvoch oscilujúcich polí.

Albert Einstein však navrhol, že energia svetelného lúča nie je len matematický trik, ale skutočne existuje v jednotlivých diskrétnych množstvách, ktoré poznáme ako fotóny. Hoci spočiatku boli Einsteinove tvrdenia podrobné ostrej kritike, misky váh sa napokon prevrátili na jeho stranu s tým, že vlnenie zostalo neoddeliteľnou časťou tohto modelu.

Ak sa svetlo, o ktorom sme si mysleli, že je podobné vlnám na vode, správa ako častica, je možné, že objekty ako atómy, či elektróny, ktoré sa považujú za častice môžu vykazovať správanie podobné vlneniu?

Louis de Broglie v roku 1924 predostrel prvotnú formuláciu princípu vlnovo-časticového dualizumu, a teda, že rovnako ako žiarenie, aj hmota podľa kvantovej teórie vykazuje vlastnosti častíc i vlnenia. Uvedená tvrdenia však nezostali len na papieri, ale podarilo sa ich reálne overiť v experimentoch.

O čom hovoria experimenty?

Tento článok je dostupný členom Startitup PREMIUM

Odomknúť článok

(Zrušiť môžeš kedykoľvek)

Som členom PREMIUM: Prihlásiť sa