Kvantový experiment
Fyzikové vyrobili hodiny ze dvou atomů

Dal by se kámen sebraný u cesty použít jako hodinky? Otázka vypadá nesmyslně. Z pohledu kvantové fyziky ale nesmyslná není.

Začátek minulého století bylo jedno z nejzajímavějších období historie poznávání hmoty. Kromě teorie relativity, která změnila naše chápání času a prostoru, se rodila ještě kvantová mechanika, jež se zabývá podivuhodným světem nejmenších rozměrů. Její závěry jsou pro běžného smrtelníka snad ještě nepochopitelnější. Patří mezi ně mimo jiné i předpoklad dvojí povahy hmoty.

Kvantová mechanika smazala rozdíl mezi hmotou a vlněním. Na fyzikální jevy, které měly v představách vědců dřív vlnovou povahu, jako třeba světlo, se dá pohlížet jako na proud částic. V případě světla se pro tyto částice po několika letech ustálilo označení fotony. Rozdíl mezi vlněním a hmotou neexistuje. Týká se to i velkých objektů, třeba židle, na níž zrovna sedíte. I ona má vlnovou povahu.

Vlnová délka předmětů ale klesá v závislosti na jejich hmotnosti. O malých věcech, dejme tomu fotonech nebo elektronech, má smysl přemýšlet jako o vlnách. U velkých věcí, například stolů a židlí, je to většinou k ničemu. To ale neznamená, že by se od menších věcí lišily.

Každá hmota má svoji frekvenci, počet kmitů za sekundu. Cokoliv pravidelně kmitá, dá se použít jako hodiny. Přesně to se v práci, zveřejněné nyní v časopise Science, podařilo skupině fyziků z univerzity v Berkeley vedené Holgerem Müllerem.

Kromě kvantové mechaniky využili i teorii relativity. Podle ní běží na pohybujících se tělesech čas pomaleji než na tělesech, která jsou v klidu. Pomalejší čas znamená pomalejší kmitání. Vědci uvedli laserovým paprskem do pohybu atom Cesia.

S pomocí drobného triku se jim podařilo porovnat jeho frekvenci s frekvencí jiného atomu, který byl v klidu. Změřili hmotnou vlnu. Jejich hodiny jsou zatím stomilionkrát méně přesné než běžně používané atomové hodiny, které pracují na odlišném principu. To se ale může časem změnit. Výzkum by mohl vyústit i v lepší definici kilogramu. Prototyp, přechovávaný ve francouzském Sèvres, by mohla nahradit obecnější definice, využívající vlnové povahy hmoty.