amber.zine -- http://amber.zine.cz

Alain Aspect a mystifikace o holografii

Luboš Motl

Začátek článku "Vesmír jako hologram" je mystifikace. Tým Alaina Aspecta vůbec neobjevil žádný nový jev, který by jakkoliv měnil fundamentální poznatky fyziky, nýbrž experimentálně potvrdil (přesně v souladu s očekáváním vědců) kvantovou mechaniku v pokusu, který do té doby existoval jen jako myšleny. Tento pokus ukázal, že se Einstein spolu se svými spolupracovníky Roseném a Podolským opravdu mýlil a kvantová mechanika je správně: jejich pokus ukázal, že Bellovy nerovnosti jsou v přírodě opravdu narušeny. Bellovy nerovnosti jsou vztahy, které říkají, že korelace mezi jistými veličinami ve světě ovládaném v podstatě klasickou fyzikou jsou vždycky menší než jistá mez. Jakýkoliv pokus oklamat kvantovou mechaniku a nahradit ji jistou formou klasické fyziky - snahy o teorii, o kterou v historii usiloval nejen Louis de Broglie (teorie řidicí vlny), David Bohm (teorie skrytých proměnných), ale nakonec i sám Erwin Schrodinger nebo v poslední době nositel Nobelovy ceny z roku 1999 Gérard 't Hooft a další - jsou tedy chybné, protože nemohou vysvětlit občas velmi vysokou míru korelace, kterou předpovídá kvantová mechanika a potvrzují i pokusy.

Kvantová mechanika předpovídá pro velké množství pokusů korelace, které převyšují maximální možné korelace, které by mohla vysvětlit teorie klasické povahy, a tyto předpovědi kvantové mechaniky byly potvrzeny experimenty, z nichž nejpůsobivější byly provedeny v týmu Alaina Aspecta.

Dnes chápeme kvantovou mechaniku, která pro svět má důležitost fatální, moderním způsobem, který se ovšem v důsledcích shoduje s tím, jak kvantovou mechaniku chápala již kodaňská škola (Niels Bohr a jeho přátelé) na konci 20.let. Byl to Einstein, který se mýlil, nikoliv kvantová mechanika. Předpovědi kvantové mechaniky - nebo ekvivalentně experimentální výsledky Alaina Aspecta - v žádném případě nenarušují Einsteinovu zásadu, že se informace šíří nejvýše světelnou rychlosti. Výsledky dvou pokusu mohou být korelovány, ale to v žádném případě neznamená, že výsledek jednoho z nich je důsledkem výsledků druhého, který byl na dálku zaručen nadsvětelnou rychlosti.

I v klasickém světě je zcela normální, že měření dvou události mohou být korelovaná, ačkoliv jde o události vzdálené (jejich aktéři působili na sebe navzájem v minulosti, ale měření probíhá v době, kdy již působení pominulo). Tak například pokud zabetonujeme náhodně dva manžely do dvou betonových bloků a pošleme je na opačné strany Galaxie, měření za miliony let ukáže, že objekty v obou blocích mají opačné pohlaví, aniž bychom byli nuceni tvrdit, že přítomnost mužského pohlaví v levém bloku nastala jako důsledek toho, že v druhém bloku objevili pohlaví ženské. Kvantová mechanika se liší v tom, že umožňuje korelaci i v různých fyzikálních veličinách, které podle klasické fyziky nemohou být korelovány současné.

Tak například v tradičním EPR pokusu jsou oba odlétající fotony levotočivé nebo oba pravotočivé, aby měly nulový celkový moment hybnosti a dodržovaly tak jeho zákon zachování, ale pokud měříme polarizaci lineární (polarizace x/y jsou lineární kombinaci pravotočivé nebo levotočivé kruhové polarizovaného světla), žádnou korelaci podle klasické fyziky nenaměříme, kombinace xx,xy,yx,yy všechny proběhnou s pravděpodobností 25%. Podle kvantové mechaniky je tomu jinak, mohou proběhnout jen výsledky xy a yx s pravděpodobnostmi 50%. Kvantová mechanika tak dovoluje větší korelace než klasická, korelace narušující Bellovy nerovnosti, a proto experimentální důkaz narušení Bellových nerovnosti (od Alaina Aspecta) znamenal více méně definitivní důkaz pravdivosti (pro naší intuici) podivných principu kvantové mechaniky a vyvrácení všech kliček, kterými se těmto paradigmatům lidé chtěli vyhnout.

Ještě jednou důležitý bod: jevů, které dokázal Alain Aspect a druzí, nelze v žádném případě užít k šíření jakékoliv reálné informace nadsvětelnou rychlosti - právě proto, že svět funguje pravděpodobnostně. Konkrétní výsledek pokusu je opravdu dílem náhody, kterou nelze přímo ovládat (Bůh hází v kostky, abychom tak řekli), a proto nelze na dálku ovlivnit výsledek vzdáleného pokusu (nadsvětelnou rychlosti), jelikož totiž nelze přesně ovládat ani výsledek našeho vlastního pokusu. Pravděpodobnosti různých výsledků pokusu na druhé straně Galaxie jsou předem jasně dané a nejsou vůbec ovlivněny ničím, co děláme se svým pokusem na naší straně Galaxie. Všimněte si, že pozorované jevy (vysoké korelace) jsou konzistentní s teorii relativity jen proto, že kvantová mechanika opravdu funguje pravděpodobnostně a náhodně výsledky pokusu opravdu nejsou (ani v principu) důsledkem nějakých složitých deterministických jevů: kdyby tomu tak bylo, relativita by byla opravdu narušena, protože by skutečně šlo šířit informace nadsvětelnou rychlosti. Člověk musí chvíli přemýšlet, aby sám pochopil, proč korelace ještě neimplikuje okamžitě působení na dálku.

Pokusy Alaina Aspecta ukazují, že se David Bohm mýlil a jeho teorie skrytých proměnných jsou špatně (pokud jsou alespoň trochu lokální, což je pro splnění požadavků teorie relativity nakonec také nezbytné). Proto je poněkud nelogické, když je pro autora nejcennějším komentářem právě ten od Bohma. Bohm, jehož ideje se zhroutily, se uchýlil k zoufalým výrokům o tom, že je vesmír jen přelud. Vesmír nefunguje tak, jak si Bohm myslel, Bohm v něj ztratil jakoukoliv důvěru a vesmír se pro něho stal pouhým přeludem. Bohm je ale tím, kdo prohrál, zvítězila kvantová mechanika.

Autorovy technické zmínky o hologramu jsou poměrně v pořádku, být jistě existují lepší úvody do holografie. Filosofické důsledky jsou ale špatně. Západní věda vždy analyzovala věci tak, že je krájela na části. Pokud je podstata něčeho holografická, krájení na části nemá doslovný geometrický smysl, ale pořád platí, že k pochopení toho, jak věci fungují, je třeba je rozdělit na jistě ideové části. V tom článku je jinak hodně výroku, které lze interpretovat jistým způsobem, aby byly pravdivé, ale jako celek je třeba říci, že je text falešný. Moderní kvantová gravitace či teorie strun opravdu projevuje mnoho nelokálního chování. Nic se ale nesmí změnit na experimentálním faktu, že běžné jevy při dostatečně nízkém gravitačním poli a nízkých energiích - například prozaické Aspectovy pokusy - musí mít stále interpretaci v řeči relativistické a lokální kvantové teorie pole.

Určitě jevy kvantové gravitace - například záhada informace v objektu, vyparujícího se z černé díry - mají nelokální podstatu, ale tento druh nelokality nezodpovídá za zdánlivou nelokalitu, kterou Bohm vidí v Aspectovych pokusech. Je třeba říci, že za posledních pár let udělala fyzika velké kroky k chápání počtu stupňů volnosti a podobných záhad, které přesně ukazují, v čem měl autor intuici dobrou a v čem se mýlil.

Tak například jeho analogie s akváriem. Pokud se dvě ryby pohybují jaksi korelovaným způsobem a musí tomu tak být vždycky, znamená to, že počet stupňů volnosti je menší, než se zdá na první pohled. Pokud si představíme svět - nebo počítač - jako krychlovou síť rozřezanou na buňky o velikosti krychlového nanometrů, víme zcela jistě, že každá kostička může být nezávislé na ostatních v jakémkoliv stavu. Při běžných jevech vypadá svět jako systém extenzívní v objemu, v němž jsou jednotlivé geometrický odděleně části nezávislé. Entropie - střední hodnota informace, kterou lze zakódovat - je pro daně těleso fakticky úměrná objemu.

V říši kvantové gravitace je tomu jinak. Ukazuje se, že pokud se snažíme někam nahustit příliš mnoho informace, musíme tam dát i příliš mnoho hmoty, díky čemuž vytvoříme černou díru. Ale entropie černé díry je úměrná jejímu povrchu (vydělenému čtyřnásobkem Newtonovy gravitační konstanty). Přesnější tvrzení tedy říká, že dána oblast prostoru se může nacházet jen v exp(S) stavech, kde S je povrch této oblasti vydělený čtyřnásobkem Newtonovy konstanty (v jednotkách c=škrtléH=1). Tohle je přesný smysl holografie, jediné holografické omezení na množství nezávislé informace ve vesmíru. Je nasnadě, jak posoudíme, zda je to či ono Bohmovo tvrzení správné či špatně. Pokud souhlasí s tím, co říkám já, je správné, pokud nesouhlasí (pokud třeba říká, že jsou věci více spojené, než požaduje kvantová gravitace), je špatně - protože protiřečí entropii černé díry. Není třeba psát složité filosofické eseje, stačí pochopit základy kvantové gravitace a teorie strun. Odpovědi na většinu kladených smysluplných otázek jsou již známý.

V článku se pak spekuluje nad tím, co se stane, když zkombinujeme (chybné) Bohmovy úvahy s (pomatenými) úvahami Pribramovymi: docházejí sice k třeskavé směsi (jak přiznávají) většinou vědců zavrhované, ale zato prý může obsahovat paranormální jevy. Všechno vrcholí holografickým zfetováním se do tvaru prehistorického plazů. :-) Asi bych k tomu raději už nic neříkal a ani už tyhle povídačky nečetl do konce. Koho opravdu zajímají podobně holografické otázky, ovšem na vědecké a racionální úrovni - nikoliv na úrovni náboženských spekulací - snad také leccos najde v bestselleru Elegantní vesmír, který bude vycházet i v češtině. az

http://www.kolej.mff.cuni.cz/~lmotm275/RUZE/index2.html
http://www.kolej.mff.cuni.cz/~lmotm275/RUZE/hologprn.htm


amber.zine -- http://amber.zine.cz