Kvantová mechanika už nemate vědce: Mění svět a slibuje revoluci v medicíně i energetice

Kvantová mechanika, která na počátku 20. století mátla i ty největší vědce jako Einsteina a Schrödingera, se stala základem mnoha nejpokročilejších technologií lidstva.

Kvantová mechanika, která na počátku 20. století mátla i ty největší vědce jako Einsteina a Schrödingera, se stala základem mnoha nejpokročilejších technologií lidstva. Dnes ovlivňuje náš každodenní život a vědci posouvají její hranice ještě dál, s potenciálem pro průlomy v energetice, medicíně, výpočetní technice a našem chápání vesmíru.

Tato teorie, která kdysi zpochybňovala konvenční myšlení, je nyní hnací silou technologií, jako jsou lasery, mikročipy, zabezpečená komunikace a vznikající kvantové počítače. Dr. Marlan Scully z Texas A&M University ve svém novém článku v časopise Science reflektuje pozoruhodný vývoj kvantové mechaniky z abstraktní teorie o drobných částicích v mocný rámec, který pomáhá výzkumníkům řešit některé z nejobtížnějších vědeckých otázek. Scully, který je také spojen s Princetonskou univerzitou, zdůrazňuje, že kvantová mechanika začala jako způsob vysvětlení chování malých částic, ale nyní pohání inovace, které byly ještě před generací nepředstavitelné. Sám sehrál významnou roli v rozvoji oboru, je spoluautorem vlivné učebnice Kvantová optika a jeho výzkum v koherentní nanorozměrové laserové spektroskopii umožnil studium molekul s atomovou přesností. Vyvinul také průkopnické koncepty kvantových tepelných motorů, které zpochybňují tradiční předpoklady o termodynamické účinnosti a jednoho dne mohou vést k novým energetickým technologiím.

Jedním z nejslavnějších příkladů kvantové mechaniky byl Schrödingerův kočičí paradox z roku 1935, myšlenkový experiment, který naznačoval, že kočka může existovat ve stavu zároveň živá i mrtvá, dokud není pozorována. Schrödinger tuto myšlenku představil, aby zdůraznil, jak podivná se kvantová teorie zdála. Dnes se tyto kdysi bizarní koncepty posunuly daleko za filozofické debaty. Jak říká Scully, tato „kvantová podivnost“ už není jen filozofickou hádankou, ale základem kvantových počítačů, kvantové kryptografie a dokonce i detekce gravitačních vln. Základy kvantové mechaniky položili průkopníci jako Schrödinger a Werner Heisenberg, kteří vyvinuli dva různé matematické přístupy – vlnovou mechaniku a maticovou mechaniku. Tyto přístupy byly časem sjednoceny a přispěly k rozvoji kvantové teorie pole, která vysvětluje, jak se částice vzájemně ovlivňují prostřednictvím elektromagnetických a jaderných sil. Jejich práce navázala na raný atomový model Nielse Bohra, který si představoval elektrony obíhající jádro podobně jako planety obíhají Slunce.

Mezi nejdůležitější koncepty v kvantové mechanice patří kvantová koherence. Tento jev umožňuje částicím, jako jsou atomy a fotony, zůstat propojeny v koordinovaném stavu, a to i na značné vzdálenosti. Kvantová koherence přímo vedla k vývoji laseru, technologie, o které mnozí kdysi věřili, že nikdy nebude fungovat. Dnes se lasery používají v celé moderní společnosti, od čteček čárových kódů v supermarketech po korekci zraku a pokročilé vědecké přístroje. Koherence je také úzce spjata s kvantovým provázáním, jevem, který Alberta Einsteina přiměl popsat jej jako „strašidelné působení na dálku“. Provázání umožňuje částicím sdílet informace prostřednictvím unikátních kvantových vlastností. Tyto efekty tvoří základ kvantových šifrovacích systémů a zlepšují citlivost sofistikovaných nástrojů, jako je Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), která detekuje drobné vlnky v časoprostoru. Vědci nyní posouvají hranice kvantové mechaniky ještě dál, s potenciálem pro zásadní objevy v energetice, medicíně, výpočetní technice a našem hlubším porozumění vesmíru.