Kapitola 3

Mikrosvět

3.2 Elektronové orbitaly a atomová jádra

V návaznosti na předchozí vysvětlení se nyní můžeme zamyslet nad tím, jak může naše pozorování vesmíru souviset s typickými projevy kvantového světa.

Snad každý může namítnout například to, že elektrony v atomech se zjevně nechovají jako planety obíhající kolem Slunce – vždyť tvar jejich pravděpodobnostních orbitalů je přece v závislosti na kvantových číslech, které jsou řešením příslušných vlnových rovnic, mnohem, mnohem složitější.

A tak je na místě poklonit se před genialitou pana Richarda Feynmana, který ve svých fyzikálních přednáškách na Cornellově universitě pronesl známý výrok o dvouštěrbinovém experimentu (publikovaný také v jeho knize [35]):

„Vezmu pouze tento experiment, který byl postaven tak, aby obsahoval všechny záhady kvantové mechaniky, abych vás na 100% postavil proti všem paradoxům, mystériím a zvláštnostem přírody. Ukazuje se, že jakákoliv jiná situace v kvantové mechanice může být vždy vysvětlena rčením: Pamatujete si na experiment se dvěma štěrbinami? Je to tatáž věc.“

Dvouštěrbinový experiment totiž dává odpověď i na tuto otázku (!). Pro pozorovatele z makrosvěta se atomové obaly projevují svým rezonančně vlnovým chováním, vykazujícím pravděpodobnostní maxima a minima, právě tak jako při pozorování dvouštěrbinového experimentu bez kvantového detektoru.

Víme však, že pokud ve dvouštěrbinovém experimentu použitím detektoru přesuneme pozorovatele do mikrosvěta, obraz na stínítku se změní a my vidíme rozptýlené částice, které můžeme popsat třeba i klasickou Newtonovskou mechanikou.

A doslova totéž platí i pro atomové obaly. Tam, kde pozorovatel z makrosvěta „vidí“ ve svém mikrosvětě složité orbitaly elektronů popsané odpovídající vlnovou funkcí (a to se všemi důsledky, silovými, geometrickými apod.), zaznamená pozorovatel z tohto mikrosvěta „Newtonovský“, krouživý pohyb zcela jasně definovaných těles, planet.

Horizont poznání si tedy můžeme představit třeba i jako jakýsi závoj, clonu, zakterou se skrývá svět podobný našemu. V tomto smyslu tak platí i kodaňská interpretace kvantové mechaniky. Z pohledu pozorovatele makrosvěta se pro kvantovou částici se všemi důsledky a projevy projevuje její chaoticko-rezonanční vlnový charakter, vznikající v důsledku kvantování časoprostoru. Pokud však tuto clonu poodhrneme přesunem do mikrosvěta (přímá detekce či interakce typu fotoelektrického jevu), vnímáme její skutečné, částicové chování.

A tak se na druhou mocninu absolutní hodnoty vlnové funkce, vyjadřující hustotu pravděpodobnosti výskytu částice při pohledu z makrosvěta můžeme dívat jako na popis odpovídajících rezonanční struktuře dané soustavy, projevené v důsledku pohybu dotyčné částice při jejím pozorování - vždyť i rezonance je pohybem. Tatáž částice se však pro pozorovatele z mikrosvěta může ve skutečnosti pohybovat či nacházet zcela jinde, než ukazují odpovídajících vibrační schémata makropohledu.

Můžeme si představit třeba lžičku ve sklenici vody, kdy její ponořená část se nám jeví „jinde“. Snad to může také trochu připomínat situaci, kdy zabrnkáme na naladěný strunový nástroj. Samotné „zabrnkání“ sice v makropohledu neuvidíme, ale zato vnímáme jím vzniklé tóny a vibrace.

Pokud se díváme na jádra atomů, je zapotřebí si uvědomit, že kvantování se při pozorování intervalů u horizontu poznání týká všech veličin (tedy nejen času a prostoru, ale také energie, hmotnosti atd.). I samotná hmota se tedy v našem pozorování nutně rozpadá na diskrétní množinu stavů, které z pohledu makrosvěta pozorujeme, měříme, a vyhodnocujeme jako „samostatné“ sub-částice, včetně jejich rezonančních stavů a projevů. Přitom jde o efekt horizontu poznání - pokud bychom přesouvali (zmenšovali) našeho pozorovatele až na rozměr atomu, v jeho jádru by takovýto pozorovatel obecně žádnou nehomogenní strukturu nezaznamenal.

V dalším si ještě povíme, jak je to u částic/kvant s nulovou klidovou hmotností. Předtím se ale můžeme podívat na další typické projevy kvantového světa.