Záhadný kvantový jev: Einsteinovo zjevení je mnohotisíckrát rychlejší než světlo

Jak rychle je hned? Fyzikové tuto otázku nyní zkoumali v jednom experimentu. Výsledek: Záhadná výměna informací mezi provázanými fotony, kterou Einstein s nadsázkou nazýval „mysteriózní působení na dálku“, je desettisíckrát rychlejší než světlo. Přinejmenším.
Fyzik Nikolas Gisin je nekompromisně upřímný, když mluví o svých posledních experimentech: „Upřímně řečeno, celé to nedává smysl“. Uvádí, že nemá žádné konečné vysvětlení pro to, co on a jeho kolegové na univerzitě v Ženevě pozorovali.
Gisinsův tým zkoušel měřit rychlost takzvaného „mysteriózního působení na dálku“. Tak označil Albert Einstein fenomén kvantové provázanosti, který se jako záhadný nejevil pouze jemu. Naznačuje, že kvantové stavy dvou částic mohou být identické, i když jsou částice daleko od sebe jako kdyby byly neustále v kontaktu (viz Kasten).
Teorie provázanosti říká, že pokud jedna z částic změní svůj stav, stane se tak okamžitě i u druhé částice. Otázkou je, jak může být něco takového vůbec možné? Cestuje zpráva o změněném kvantovém stavu nekonečnou rychlostí od jedné částice k druhé? To by odporovalo Einsteinově teorii relativity, podle které se nic nemůže šířit nebo pohybovat rychleji než světlo.
Gisin a jeho kolegové se nyní pokusili experimentálně určit rychlost kvantové informace. Fyzikové vytvořili ve své ženevské laboratoři páry navzájem provázaných fotonů a posílali je do opačného směru přes 17,5 kilometru dlouhý optický kabel. Na jeho koncích, v obou švýcarských vesnicích Satigny a Jussy, dorazily fotony do měřícího přístroje, takzvaného interferometru. Výsledek měření, které probíhalo neustále po 24 hodin: Fotony vždy dorazily současně do svého cíle a vždy byly spolu provázané.
Komplikovaný výpočet, který byl ovlivněn mimo jiné spodní detekční hranicí zařízení, udával nakonec rychlost, která musí být minimálně 10 000krát větší než rychlost světla. Jedná se přitom o spodní hranici, píší výzkumníci ve vědeckém časopise „Nature“. „Domnívám se, že tato rychlost je ve skutečnosti nekonečná“, říká Cyril Branciard, jeden z autorů studie, v rozhovoru se SPIEGEL ONLINE.
Aby vůbec dospěli k nějakému výsledku, museli fyzikové přijmout předpoklad o rychlosti pohybu Země v abstraktní souřadnicové soustavě, neboť tento pohyb ovlivňuje výsledek. Pokud by existovala tzv. privilegovaná vztažná soustava – pojem z teorie relativity – a pokud by se v ní Země pohybovala rychlostí menší než tisícina rychlosti světla, potom by se kvantová informace šířila 10 000krát rychleji než světlo, píší výzkumníci. „Věříme, že tisícina rychlosti světla je rozumný předpoklad“, říká Branciard.
Vědci se domnívají, že kontinuálním měřením provázanosti po 24 hodin prozkoumali každou možnou orientaci experimentu vůči privilegované vztažné soustavě. Země se otáčí jednou za 24 hodin kolem své osy a obě vesnice leží téměř přesně ve východo-západním směru. Ať se měření konalo kdykoli během daných 24 hodin, výsledky byly stále stejné.
„To je velmi záhadné“
Co se svět nyní naučil o „mysteriózním působení na dálku“? Experiment ukázal spodní hranici rychlosti teoretického šíření kvantové informace. Fenomén provázanosti se tím však sotva stal srozumitelnějším, jak říkají sami výzkumníci. Branciard jej považuje i nadále za „velmi záhadný“.
Studie ukazuje, že kvantová mechanika odporuje každodennímu vnímání světa, říká Gisin na webových stránkách časopisu „Nature“. „Náš experiment se dotýká citlivého místa“.
Albert Einstein nebyl ostatně první, kdo měl problémy s tím, že dvě částice zřejmě okamžitě vědí, co se s tou druhou právě děje. Issac Newton již před více než 300 lety zpochybnil, že jedno těleso může ovlivňovat jiné těleso, bez toho, že by přitom mezi nimi existovalo nějaké zprostředkování, a sice nějakým médiem nebo zářením.
Pro Terence Rudolpha, fyzika na Imperial College v Londýně, však přinesl ženevský experiment přinejmenším jeden hmatatelný poznatek: „Každá teorie, která se snaží vysvětlit kvantovou provázanost zprostředkujícím mechanismem, musí být skutečně mysteriózní“, píše v jednom komentáři v časopise „Nature“. „Patrně více mysteriózní než samotná kvantová mechanika“.

autor: Holber Dambreck     překlad: Kateřina Vlčková