Erwin Schrödinger, rakouský fyzik, přišel ve 30. letech minulého století s nevídaným pokusem. V jeho nejznámějším experimentu umístil kočku do uzavřené krabice s náhodnou kvantovou událostí, která může kočku s 50% šancí zabít. Dokud ale výzkumníci krabici neotevřou, je kočka z hlediska kvantové mechaniky mrtvá a živá zároveň. Jinými slovy toto zvíře existuje ve formě vlnové funkce, jako více možností. Nicméně pouze do doby, než je vědci pozorována, v tu chvíli se z ní stane konečný objekt.

Tato myšlenka vyvolala ve vědecké obci rozsáhlé diskuze, které vyvrcholily usnesením tzv. Kodaňské interpretace, neboli že kvantová mechanika se vztahuje pouze na atomy a molekuly, ale nemůže popisovat větší objekty. Experimenty z posledních dvou dekád ale ukazují, že se tehdejší vědci zmýlili. Současným fyzikům se totiž podařilo, navodit kvantové stavy v objektech pozorovatelných pouhým okem a tvořených trilióny atomy.

Obecně jsou kvantové systémy řízeny, již výše zmíněnou, vlnovou funkcí. Tato matematická funkce popisuje pravděpodobnosti možných událostí. Tyto různé události mohou koexistovat ve vlnové funkci v tzv. superpozici. Například možnost, kdy částice existuje na více místech najednou, se nazývá prostorová superpozice. Teprve při provádění měření se funkce zhroutí a systém skončí v jednom definitivním stavu.

Vědci se dlouhá léta zabývají otázkou, jestli se do kvantových stavů mohou dostat také velké objekty. Pokud existuje mechanismus, který odstraňuje potenciál kvantové superpozice z velkých objektů, vyžadovalo by to nějaké narušení vlnové funkce, a tím by se vytvořilo teplo. Pokud se při experimentu toto teplo objeví, znamená to, že superpozice velkých objektů z nějakého důvodu není možná. Tím důvodem by podle fyziků mohlo být například neznámé kosmologické pole, gravitace, nebo také vědomí živých bytostí. Pokud se ale žádné přidané teplo nevytvoří, znamená to, že objekty mohou být kvantové v jakékoliv velikosti.

Výzkumný tým z Queenslandské univerzity proto navrhl unikátní experiment, aby dostal odpověď na tuto složitou otázku. Při pokusu využijí rezonátory o velmi vysoké frekvenci. Takto vysoká frekvence eliminuje teplo vznikající činností ochlazovače. Ochlazovač je nutný k vytvoření teploty blížící se absolutní nule. Kombinace velmi nízké teploty a vysoké frekvence umožní vibracím v rezonátoru projít procesem tzv. Boseho–Einsteinova kondenzátu. Vědci nakonec do rezonátoru pošlou částice světla, které, pokud by byla přítomna nějaká přebytečná energie, ji pohltí. Poté změří energii těchto částic při východu z rezonátoru. Pokud bude přítomna vyšší energie(teplo), znamená to, že neznámý zdroj narušil vlnovou funkci, a tudíž je superpozice větších objektů nemožná.

Ilustrace rezonátoru v kvantové superpozici, červená vlna představuje vlnovou funkci Zdroj: The Conversation

Tento experiment je velice náročný a vědci sami podotýkají, že na jeho výsledek si budeme muset pravděpodobně ještě několik let počkat. Nicméně už teď je jasné, že půjde o přelomový fyzikální objev.

Originální publikace: https://www.osapublishing.org/optica/fulltext.cfm?uri=optica-7-10-1427&id=441092

Zdroj: Science Alert, Zdroj titulní fotografie: Carolina Sanchez, Unsplash