Existují paralelní světy?Veritasium

Část tohoto videa sponzoruje Norton 360. Klasická mechanika je skvělá. Pokud znáte stav systému, např. polohu a rychlost nějaké částice, můžete pomocí rovnice Newtonova druhého zákona spočítat, jak se daná částice bude chovat. V kvantové mechanice, pokud znáte kvantový stav částice, tj. vlnovou funkci, můžete pomocí Schrödingerovy rovnice také spočítat, jak se částice bude chovat. Obvykle se rozptýlí, jako tady.

K vytvoření této animace jsme museli Schrödingerovu rovnici opravdu vyřešit. Je tu tedy krásná symetrie. Pokud znáte výchozí stav, můžete pomocí rovnice vytvořit postupnou modelaci stavu budoucího. Jenže v kvantové mechanice nikdy vlnovou funkci nevidíme celou. Když ji měříme, vidíme částici v jednom konkrétním bodě v prostoru. Jak tedy vyřešit postupný vývoj vlnové funkce podle Schrödingerovy rovnice, když detekujeme částici jen v určitém bodě?

Asi je pochopitelné, že když tohle řešili zakladatelé kvantové teorie, považovali měření částice za reálnější než vlnovou funkci. Měření totiž můžeme pozorovat a je v souladu s naším vnímáním světa částic hmoty. Bylo pro ně těžké říct, co vlnová funkce vlastně je. Schrödinger vytvořil vlnovou rovnici, protože vědci jako De Broglie se domnívali, že hmota má vlastnosti vlny.

Ale až třetí fyzik, Max Born, navrhl způsob interpretace vlnové funkce. V každém bodě v prostoru má vlnová funkce komplexní amplitudu. Je to reálné číslo plus imaginární číslo. Max Born řekl, že když amplitudu umocníme dvěma, získáme pravděpodobnost, s jakou se tam částice nachází. To, že musíme amplitudu umocnit dvěma, Born uvádí jen jako poznámku pod čarou. Přitom tím umožnil, aby se pravděpodobnost stala jádrem našeho vnímání reality.

To je velký filozofický pokrok. Vesmír tím pádem už není pevně daný. To se spoustě vědců nehodilo, zejména Einsteinovi. Ale Bornovo pravidlo zůstává nedílnou součástí kvantové mechaniky, protože dokáže neobyčejně přesně předpovědět výsledky experimentů. Kvantová mechanika, jak jsem se ji učil i já, tedy stojí na dvou pravidlech.

Když se nedíváte, vlnová funkce se vyvíjí podle Schrödingerovy rovnice. A když se díváte a provádíte měření, vlnová funkce se náhle a nevratně zhroutí. A pravděpodobnost změření jakéhokoliv výsledku je dána amplitudou jeho vlnové funkce na druhou. Sám Schrödinger tuto formulaci nesnášel. Přesně proto vytvořil známý myšlenkový experiment s kočkou. Dejte kočku do krabice s radioaktivním atomem, přidejte detektor radiace, který vypustí jedovatý kyanidový plyn.

I když šlo pouze o myšlenkový experiment, Schrödinger upozorňuje, že toto zařízení nesmí být v dosahu kočky. Smyslem celého experimentu je zvětšit stav atomu až do stavu něčeho makroskopického a hmatatelného. Mohl si vybrat cokoliv, nemuselo to být živé. Ale vybral si kočku. Pokud se atom rozpadne, detektor zaznamená radiaci, uvolní jed a kočka zemře.

Když se atom nerozpadne, detektor radiaci nezaznamená, jed se neuvolní a kočka zůstane naživu. Jelikož stav kočky a detektoru je přímo závislý na stavu atomu, jsou takzvaně provázané. Zvláštní je, že podle kvantové mechaniky stav atomu nemusí být buď rozpadlý, nebo nerozpadlý. Je v superpozici stavů rozpadlý a nerozpadlý zároveň, za předpokladu, že nedošlo k měření.

Tento stav superpozice atomu se prováže s detektorem a s kočkou. Po čase je vlnová funkce všeho v krabici v superpozici nerozpadlého atomu, nevypuštěného plynu a živé kočky a rozpadlého atomu, vypuštěného plynu a mrtvé kočky. Podle kvantové mechaniky je kočka opravdu zároveň mrtvá i živá. Až když krabici otevřeme a provedeme měření, se vlnová funkce zhroutí a kočka je buď mrtvá, nebo živá.

Dnes lidé Schrödingerovu kočku používají, aby ukázali, jak divná je kvantová mechanika. Ale o to Schrödingerovi nešlo. Chtěl tím ukázat, že kvantová mechanika byla tehdy špatně formulovaná. V tomto videu chci pomocí Schrödingerovy argumentace ukázat lepší interpretaci pokusu s kočkou a vlastně i celé kvantové mechaniky. Interpretaci, která je podle mě logičtější a ucelenější.

Nejdřív ale musíme prozkoumat tři základní složky Schrödingerovy kočky, superpozici, provázání a měření, a zjistit, jestli je některá chybná. Superpozice znamená, že kvantový objekt může být ve dvou různých stavech zároveň. Může to znít bláznivě, jako něco nepozorovatelného. Ale nepřímo to vidíme ve dvojštěrbinovém experimentu. Plátno bombardujeme elektrony skrz dvě štěrbiny. Vzniklý obrazec není pouhým součtem elektronů procházejících jednou a druhou štěrbinou.

Vznikne tzv. interference. To nás vede k závěru, že každý jednotlivý elektron prochází oběma štěrbinami zároveň. To je superpozice. Superpozice je zřejmá, pokud jde o vlny. Ty se rozprostírají prostorem. A je zřejmé, jak se vrchol vlny z jedné štěrbiny ruší s brázdou vlny z druhé štěrbiny, a vzniká tak interference.

Naštěstí víme, že když se nedíváme, elektrony se chovají jako vlny. Mají vlnovou funkci. Dvojštěrbinový experiment tedy dokazuje, že tato vlna umožňuje jednotlivým elektronům procházet oběma štěrbinami najednou. Takže superpozice je nevyvratitelná. Dalším pojmem je provázání.

Dva elektrony jsou vypáleny proti sobě se stejnou, ale opačnou rychlostí. Víme, že se od sebe odrazí, ale nevíme přesně jak. Jejich trajektorie vychází z vlnových funkcí, které určují pouze pravděpodobnost. Jakmile však změříme hybnost jednoho z elektronů, okamžitě známe hybnost druhého elektronu. Musí být rovna a opačná, jinak by nebyla zachována hybnost. To se může zdát zřejmé, ale před měřením byla hybnost obou elektronů v superpozici.

Měření jednoho okamžitě zhroutí vlnovou funkci druhého. A to i kdyby od sebe elektrony byly vzdálené několik světelných let. Tyto elektrony jsou provázané. Po vzájemné interakci elektrony vůbec nemají samostatné vlnové funkce. Popisuje je jediná vlnová funkce. Jsou totiž provázané. Proto měření jednoho okamžitě ovlivní stav druhého.

Protože jejich společná vlnová funkce se zhroutila. Pokud bychom měli být přesní, musíme říct, že existuje jediná vlnová funkce. Vlnová funkce celého vesmíru, která zahrnuje úplně všechno. Ale v případě izolovaných, neprovázaných kvantových částic lze mluvit o jejich individuálních vlnových funkcích. A jakmile s něčím interagují, vznikne provázání.

Takže superpozice je to stejné jako popis systémů pomocí vln. Provázání znamená, že po vzájemné interakci jsou částice popsány jedinou vlnovou funkcí. Jde o stavební kameny kvantové teorie. Popis systémů pomocí vlnových funkcí, které se vyvíjí podle Schrödingerovy rovnice. Takže už nám zbývá jen měření. Postulát o měření byl přidán, aby propojil matematiku kvantové mechaniky s tím, co ve skutečnosti pozorujeme.

Není zvláštní, že máme určitá pravidla, když se nedíváme, a jiná pravidla, když se díváme? Měření je v podstatě jen interakce jednoho kvantového systému, tedy elektronů a fotonů, s jiným kvantovým systémem. A víme přesně, jak s tím naložit. Prostě odvodíme jejich vlnovou funkci podle Schrödingerovy rovnice. Co kdybychom odhlédli od všech pravidel souvisejících s měřením?

Pak by radioaktivní atom ve Schrödingerově pokusu s kočkou, který je v superpozici rozpadlý a nerozpadlý, byl provázán s detektorem, a tedy i s kočkou. I my jsme tvořeni atomy, které se chovají podle kvantové mechaniky, tudíž i my jí podléháme. Takže když otevřeme krabici, nekoná se žádné měření ani zhroucení vln. Dojde k našemu provázání se vším uvnitř krabice.

Takže vidíme kočku živou a vidíme ji mrtvou. Jak je to možné? Asi jste nikdy dřív neviděli živou a zároveň mrtvou kočku. Je to tak, že vy, když vidíte kočku živou, a vy, když ji vidíte mrtvou, obýváte různé světy. Tyto dvě osoby žijí v různých realitách, které nikdy nebudou interagovat. Ale kde se tyhle oddělené světy vzaly? Ještě jsem nezmínil částice, které nás obklopují.

Molekuly vzduchu, fotony, všechno, co si ani neuvědomujeme. Když se kvantový objekt v superpozici prováže se svým okolím, prochází tzv. kvantovou dekoherencí. Ta rozvětvuje vlnovou funkci vesmíru. Vlastně ho rozděluje na dvě mírně odlišné kopie. Takže realističtější pojetí Schrödingerovy kočky zní takto: Radioaktivní atom se vyvíjí ze stavu 100% nerozpadlý do kvantové superpozice rozpadlý a nerozpadlý.

Detektor se prováže s tímto atomem v superpozici, je ale bombardován molekulami vzduchu a fotony v krabici. Ty se budou odrážet jinak, pokud je detekována radiace, než pokud není. Téměř okamžitě se detektor prováže se stavem svého okolí. Dekoheruje a rozvětví vlnovou funkci na dvě. V té chvíli se rozdvojíte do dvou identických kopií a každá se prováže s jiným výsledkem pokusu. Jsou identické, dokud neotevřete krabici.

Kočka je teď opravdu buď živá, nebo mrtvá, což zjistíte otevřením krabice. Neuvědomujeme si, že došlo i k opačnému výsledku pokusu, jen ho viděl někdo, kdo už nejsme my. Oba pozorovatelé vzešli z vás, ale už to nejste vy ani už nejsou vzájemně identičtí. Tuto interpretaci kvantové mechaniky zvanou teorie mnoha světů vytvořil Hugh Everett.

Pokud je to pravda, větvení vlnové funkce probíhá neustále, takže těchto rozvětvení může být nekonečně mnoho. Vytváření nekonečných a naprosto rozdílných světů může znít mírně řečeno nepravděpodobně. Ale zvažte, že kvantová mechanika se všemi těmito světy přirozeně počítá. Teorie mnoha světů je prostě bere vážně. Abychom je zrušili, je nutný např. rozpad vlnové funkce. Jde o to, že naše vnímání reality je v teorii mnoha světů stejné jako při zhroucení vlnové funkce.

Ale z formálního hlediska je tahle teorie elegantnější. Máme vlnové funkce, které se vyvíjejí podle Schrödingerovy rovnice. To znamená, že zakladatelé kvantové teorie na to šli z opačného konce. Vlnová funkce je úplným obrazem reality. A naše měření je jen jejím zlomkem, částí, se kterou se provážeme, když interagujeme s kvantovým objektem v superpozici.

Vesmír je tím pádem opět pevně daný. Každý výsledek se stane ve 100 % případů. Jenom se nám to tak nejeví, protože prožíváme jen maličký odštěpek multiverza. Je mi jasné, že spousta z vás má otázky a námitky, tak jsem šel za odborníkem. - Dobrý den. - Dobrý den. Pojďte dál. Chci udělat video o teorii mnoha světů, ale nechci to pokazit, tak jsem navštívil profesora Carrolla z Caltechu, který je autorem knihy o teorii mnoha světů.

Something Deeply Hidden. Koupíte ji všude, kde prodávají knihy. Položme si běžné otázky z YouTube. Argumenty proti této teorii. Kolik světů existuje? Zaprvé zachování energie. Jak je zachována energie, jasně vychází z matematiky.

Energie celé vlnové funkce je na 100 % zachována. Ale je rozdíl mezi energií celé vlnové funkce a energií, kterou lidé v jednotlivých rozvětveních vnímají. Neměli bychom to chápat jako rozdvojování vesmíru, spíš jde o rozdělení určité části vesmíru na dvě části. Ty části vypadají zevnitř identicky, akorát že jedna je například nahoře a druhá dole, ale každá z nich dodává do celku méně energie než původní celek.

Zeptejme se, kolik těch světů je. Jak často dochází k větvení? Nemáme tušení. To je krátká odpověď. Je hanba, že to nevíme. Děje se to často a světů je mnoho. Vesmír se větví pokaždé, když se kvantový systém v superpozici prováže s okolím. Vy máte v těle atomová jádra, která jsou radioaktivní. Rozpadají se 500krát za sekundu.

To je radioaktivní rozpad ve vašem těle. Každé z nich se buď rozpadne, nebo ne. Jsou v superpozici. Jakmile se rozpadne, interaguje s okolím, dojde k provázání a vlnová funkce vesmíru se rozvětví. Takže k větvení dochází mnohokrát za sekundu jen díky radioaktivnímu rozpadu v těle. Děje se to nekonečně často? To nevíme. Protože nevíme, zda je celkový počet možných rozvětvení nekonečný, nebo omezený.

Každopádně je to obrovské množství. Může existovat spousta různých větví. Možná je to množství omezené, ale závisí to na detailech, kterým zatím nerozumíme. Kvantová gravitace, kosmologie, teorie všeho a tak dál. Jde o velké číslo, jen nevíme, jak moc. A co mylná představa, že mnoho světů znamená, že vše, co se může stát, se stane?

Ano, tak to není. Mnoho světů znamená, že vlnová funkce se chová podle Schrödingerovy rovnice. Schrödingerova rovnice předpovídá spoustu možností, ale ne všechno. Například elektron se nikdy nepřemění na proton. To by odporovalo zachování hmotnosti, zachování náboje a tak dále. Takovým věcem dává Schrödingerova rovnice nulovou pravděpodobnost. - A co, že se stanete prezidentem?

- Ano. To je možné. - Existuje svět, kde jste prezident? - Ano. Aby bylo úplně jasno… nebyl bych to já, byla by to verze mne. Jakmile dojde k větvení, jde o dva odlišné lidi. Ale existuje verze vás, která je prezidentem. - A tweetuje. - Ve světě s malou amplitudou. Je to malá pravděpodobnost, ale je to možné. Proto se to může zdát složitější nebo možná spíš absurdnější než kodaňská interpretace, podle které existuje jeden svět.

- Ten, který vnímáme. - Podívejte. Vesmír, ten starý dobrý vesmír, žádná kvantová mechanika… Prostě vesmír s galaxiemi a tak. Nevidíme ho celý, jen omezenou část, protože světlo cestuje rychlostí světla, takže nevidíme vše. Vesmír by mohl být nekonečně velký. Nevíme to, ale zdá se velmi uvěřitelné, že je nekonečně velký. Je uvěřitelné, že vesmír vypadá víceméně všude tak, jak ho vidíme my.

S galaxiemi, hvězdami a tak. Pokud je to pravda… existuje nekonečné množství kopií lidí přesně jako vy. Někteří jsou prezidenti, jiní vrcholoví basketbalisté, manekýni, co já vím… Protože atomy se různě promíchávají. Žádná kvantová mechanika a jiné divnosti. Znepokojuje vás to? Máte z toho divný pocit? - Trochu jo.

- Možná by mělo. Ale souhlasím, že to zní míň divně než kvantová teorie. Myslím, že v obou případech je na vině lidské kognitivní zkreslení. Podle jedné teorie kognitivního zkreslení existuje pravděpodobnost čehokoliv pouze 0 %, 50 % nebo 100 %. Když vám řeknu, že se něco může stát, ale je to hodně malá pravděpodobnost, řeknete: „Ale možné to je. Pojďme se na to zaměřit.“ Ne, nedělejte to. Není to dost pravděpodobné, nemá to cenu. Když se svět rozvětví tady, rozvětví se okamžitě i někde daleko odsud?

To záleží na vás. Takovou odpověď asi nechcete. Můžu sestavit popis, ve kterém rozvětvení nastává okamžitě v celém vesmíru. Díky němu můžeme předpovědět různé věci. A všechny ty předpovědi budou 100% pravdivé. Ale můžu sestavit jiný popis, ve kterém se větvení bude šířit rychlostí světla.

Znovu můžeme vytvořit předpovědi, ale budou úplně stejné. Každý z těch pohledů předpovídá úplně stejné věci. To nám ukazuje, že Bůh nic o žádném větvení neví. Existuje jedna vlnová funkce vesmíru. Nic víc. Rozdělení této vlnové funkce na větve nebo světy, jak jim říkáme, se hodí nám lidem. Není to nic, co by bylo vetkané v samotné realitě. Je to jako se vzduchem v téhle místnosti.

Než abychom vyjmenovali polohu a rychlost každé molekuly vzduchu, budeme se bavit o teplotě, tlaku atd. Jde o pro nás praktický popis, ale nejde o úplný popis reality. S větvením je to stejné. Pokud vás štve, že existují dva různé popisy větvení, nezapomeňte, že celý koncept větvení vytvořili lidé. Překlad: Veru www.videacesky.cz Tuhle část videa sponzoruje Norton 360, přední specialista na kyberbezpečnost.

Norton 360 nabízí několik vrstev ochrany vašich zařízení. Nejen antivirus a antispyware, ale také monitoring temného webu od LifeLock. Tento software monitoruje použití vašich osobních údajů na temném webu. Nikdo nedokáže zabránit všemu kyberzločinu, ale měli bychom k ochraně přistupovat na více úrovních, protože kyberhrozby se vyvíjejí. Proto je součástí Norton 360 i virtuální soukromá síť neboli VPN.

VPN vytváří zašifrovaný síťový tunel. Ten zabraňuje, aby někdo z vaší Wi-Fi získal data, která posíláte a přijímáte. To se hodí, hlavně když používáte veřejnou Wi-Fi. Já VPN používám na cestách. Když se připojím k Wi-Fi v hotelu, na letišti nebo v kavárně, můžu být v klidu. Můžete získat až 60% slevu, když použijete kód Veritasium nebo když kliknete na odkaz pod videem.

Dostal jsem možnost si sám vyzkoušet Norton 360 Deluxe a jsem nadšený. Tímto děkuji Norton 360 za podporu a vám děkuji za sledování.