Student World

O EPR paradoxu, Bellových nerovnostech a principu nelokálnosti jsme již na Science Worldu psali několikrát. Podíváme se nyní na poněkud sofistikovanější varianty tohoto (nejen) myšlenkového experimentu.

Nejprve jednoduchá varianta EPR. Dvě částice, rozletivší se po určitém fyzikální ději, musejí mít např. opačný spin (nebo jinou veličinu, pro kterou platí příslušné zákony zachování).
Z ničeho však nevyplývá, jaký spin bude mít jaká částice v páru. Spin je také prozatím kvantován, obě částice mají na 50 % obě hodnoty. Nyní samozřejmě změříme spin jedné z částic. Vlnová funkce zkolabuje, změříme konkrétní hodnotu. Spin druhé částice z páru musí v tu chvíli zkolabovat také, "musí se o našem měření nějak dozvědět". Ale jak? Vždyť by se informace o kolapsu první vlnové funkce musela šířit nekonečnou rychlostí…
Námitka na tuto variantu myšlenkového experimentu je ze strany "zdravého rozumu" ovšem jednoduchá. Spin obou částic byl ve skutečnosti dopředu jasný, daný (u obou samozřejmě opačný), byť jsme konkrétní hodnoty neznali, dokud nedošlo k měření. Nicméně kvantová neurčitost zde v pravém slova smyslu nikdy neexistovala.
Na to lze odpovědět "argumentem", že neurčitost samozřejmě existovala a kvantová fyzika se nemá potřebu řídit zásadami zdravého rozumu, tj. pravidly makrosvěta. Spor je však spíše filosofický a těžko mezi oběma pohledy rozhodnout.
Jenže existuje i sofistikovanější (nejprve) myšlenkový experiment, který vychází z toho, že spin částice je dán spinem ("rotací") vzhledem ke třem osám. Spin ve dvou osách bývá komplementární, tj. nemůžeme znát oba najednou. Pokud změříme spin v ose X, hodnota pro osu Y se nám opět vrátí do kvantové neurčitosti.
Může nastat tedy následující situace. Změříme spin částice v ose X, vyjde nám +. Pokračujeme v měřené v ose Y, opět máme třeba +. V tu chvíli se nám ovšem X-spin opět dostal do stavu neurčitosti. Jestliže nyní znovu změříme spin v ose X, dostaneme v 50 % + a v 50 % -.
Nyní se vrátíme k EPR paradoxu. Párová částice bude muset "skákat, jak pískáme", tj. pružně reagovat na naše měření částice první a přepínat své spiny. Nejde tedy o to, že spin byl dopředu dán a jen jsme o něm zatím nevěděli. Nyní bude muset částice v páru spin stále znovu měnit – a to už můžeme experimentálně změřit, čímž se původně spíše filosofický spor přenáší do exaktní roviny.
Příslušné experimenty jsou popsány tzv. Bellovými nerovnostmi. Kvantová fyzika ve zkoušce obstála, "nelokalita" byla potvrzena. Částice o sobě skutečně "vědí".

Na okraj:
V praxi se experimenty neprováděly s měřením spinu, ale zkoumala se polarizace "párových" fotonů. V některých případech musejí být oba fotony páru polarizovány stejně, jindy opačně. Polarizace fotonů se zjišťuje tak, že zkoumáme, zda projdou nějak geometricky orientovanou mřížkou. Přitom se opět "rozhodí", tj. znovu se kvantují z hlediska polarizace v dalších osách. Fotony pak dokáží projít i dvěma mřížkami k sobě kolmými, pokud mezi ně umístíme mřížku třetí, která způsobí kolaps vlnové funkce (omluva: bez nákresu možná výklad působí poněkud nesrozumitelně).

Další filosofické interpretace
Z EPR paradoxu vyplývá, že o sobě "vědí" částice vzniklé nějakou společnou událostí. Problém je v tom, že společnou událostí (velkým třeskem apod.) zřejmě vznikl celý vesmír. Všechny existující částice byly původně nahuštěny prakticky do jediného bodu. Zdálo by se tedy, že jsou stále svázány ("vše se vším"), to už je ale samozřejmě extrapolace poněkud svévolná.

(Zdroj: John Gribbin: Pátrání po Schroendingerově kočce, Columbus, Praha, 1998)

autor Pavel Houser