Kapitola 3

Mikrosvět

3.3 Kvantování

Jak vyplývá z výše uvedených úvah, i Heisenbergova relace neurčitosti je ve své podstatě dána tím, že se pokoušíme o popis vlnově-rezonančního projevu částice vnímané v makrosvětě pomocí jejích vlastních charakteristik platných pro pozorování z pozice pozorovatele v mikrosvětě (poloha, hybnost, čas, energie). Zde tak nevyhnutelně narážíme na horizont poznání, který její vlnově-rezonanční projev způsobuje.

Pojďme se nyní podívat kvantování energetických stavů mikročástic. Víme, že pokoušíme-li se částici nějakým způsobem uchopit, uzavřít, její stacionární vibrační (energetický) stav začne být kvantován – rozpadá se na diskrétní hodnoty možných hodnot (viz schematické znázornění na obr. 3.3). Toto se projevuje například i u elektronů v atomu.

Obrázek 3.3: Kvantová částice v nekonečné potenciálové jámě. Z rovnic kvantové mechaniky vyplývá, že zatímco vibrační stav zcela volné částice (nijak neomezené, bez okrajových podmínek) může spojitě nabývat libovolných hodnot, vibrační stav mikročástice, která je nějakým způsobem omezena ve svém pohybu v prostoru (například elektron v atomu) je ve stacionárním stavu (odpovídající stojatému vlnění) kvantován. Pokud si namodelujeme případ nekonečné potenciálové jámy (potenciální energie v jámě je nulová a mimo jámu nekonečně vysoká) – viz a), dostáváme pro tuto částici řešením vlnové rovnice množinu stacionárních diskrétních energetických (vibračních) stavů. Částici pak můžeme popsat jako superpozici těchto stavů a namísto o částici pak mluvíme o „vlnovém balíku“. Toto nám může připomínat třeba i vibrace kytarové struny, složené ze základní a vyšších harmonických frekvencí - viz b).

Díváme-li se tak na částici pohledem pozorovatele makrosvěta, pozorujeme ve skutečnosti její energeticko-vibrační charakter, který se dle podmínek experimentu projevuje jako její rezonance.

Můžeme tak říci, že našem „vlnovém vjemu“ projekce časoprostorové neurčitosti dané částice „rezonuje“ s okrajovými podmínkami experimentu a pravděpodobnost jejího výskytu je nerovnoměrně rozložená. Víme však přitom, že tatáž částice se pro blízkého pozorovatele může nacházet se stejnou pravděpodobností v libovolném bodě a její energetické spektrum (kinetická či potenciální energie) mohou nabývat libovolných spojitých hodnot.

Kvantování energeticko-vibračního stavu částice je tedy důsledkem existence horizontu poznání. Dochází k němu v důsledku kvantování časoprostoru - rozkouskování na vzájemně propojené intervaly, mezi kterými nejsme schopni rozlišit.