Tomáš Mančal: Bůh nehraje kostky, ale vidí všechny světy

Kvantová fyzika je ze své podstaty záhadná. Jako by měla současně jen krok k fatálním omylům i zázrakům. S TOMÁŠEM MANČALEM, jedním z odborníků, který stál u světového zrodu kvantové biologie, jsme poodhalili pár jejích tajemství a povídali si i o tom, jak blízko má kvantová fyzika k filozofii a filozofie k víře.

Na slovo „kvantový“ narážíme v současnosti všude. Vysvětlete proto, prosím, hned na začátku, jaký je rozdíl mezi kvantovou fyzikou a kvantovou mechanikou.

Kvantová fyzika je obecnější pojem než kvantová mechanika. Když myslím kvantovou mechaniku, mám na mysli otázky stavby atomu a předpokládám existenci nějakých částic, nejčastěji elektronů, které se chovají jako kvantové objekty. Oproti tomu kvantová fyzika je spíše obecný návod. Návod, jak se dívat na problémy. A jde o něco dál – už tak automaticky nepředpokládá ty částice, ale spíše se zajímá, kde se berou. Jsem teoretický fyzik, takže pro mě se věda odehrává na papíře, respektive simulací rovnic v počítači. Ale celá kvantová mechanika povstala na problémech s vysvětlením nějakých reálných experimentů. Na začátku 20. století to vypadalo, že všechno krásně funguje, avšak až na pár jednoduchých experimentů – a ze snahy vysvětlit je povstala kvantová mechanika. Hledaly se hranice klasické mechaniky a fyziky a zjistilo se, že směrem „dolů“, tedy k menším částicím, se nedá úplně zobecňovat. Zjistilo se, že kvantový svět není daný jako náš „velký“ makrosvět, ale je proměnný. Jde o svět eventualit a možností.

Může se z kvantového světa ztratit čas?

V mých rovnicích, v mé práci ano. Mohu s časem pracovat jako s fyzikální proměnnou, která buď je, nebo není. Pro nás lidi z něj není úniku. Stejně jako je pro nás platný druhý termodynamický zákon, růst, entropie a tak dále, je pro nás platný čas. Ale třeba pro vesmír jako celek to platit nemusí. Mohu vesmír matematicky popsat bez času, přičemž čas se v něm vynořuje jako nějaká odvozená veličina pro menší systémy, jakým může být náš svět. 

Takže pro nás čas běží, ale pro celý vesmír existovat nemusí?

Ano. Vesmír se dá namodelovat jako statický systém a v některých jeho částech teče čas. My jsme právě ta malá část, v níž v důsledku interakce s okolím čas teče.

Jak kvantovou fyziku chápou studenti? Je to tak, že se to člověk nejdříve naučí a teprve pak vše postupně pochopí? A pochopí to vůbec?

Záleží na tom, jak dlouho zůstanete v disciplíně. Já jsem to rozhodně nepochopil hned. Po několika letech to ale skutečně začnete „vidět“. Nejdřív se naučíte matematické postuláty. A to není postulát typu „dva body tvoří přímku“. Je to fakt hodně těžké. Konceptů, které musí člověk pochopit, je mnoho, ale nakonec se ostrůvky pochopení propojí. Matematicky není „kvantovka“ zase tak těžká, ale pojmout koncepty, co jsou za tím, je těžké. Nejhorší je, když musíte ve své práci „kvantovku“ začít interpretovat, začít s ní pracovat, vyvozovat další věci. Je tady obří rozdíl mezi praktickým výpočtem a interpretací. Na praktickém výpočtu se všichni shodli, a pak všichni tvrdili něco jiného o tom, co to znamená. Záleží, jakou posloucháte interpretaci. Najednou je to nebe a dudy, jen podle toho, co si za tím představuji.

Takže v rámci vědecké obce není shoda v interpretaci kvantové fyziky?

S nadsázkou řečeno, je tolik interpretací kvantové mechaniky, kolik je kvantových fyziků. Většinou zapadnou do několika z hlavních interpretačních skupin, ale i uvnitř nich je spousta lidí, kteří to nemají úplně domyšlené a nakonec to zinterpretují špatně. Není to jednoduchý svět. Například v roce 2018 vyšel článek, který tvrdil, že kvantová mechanika není v konzistenci sama se sebou. A já tehdy zjistil, že je to špatně. Jezdil jsem dlouhou dobu po konferencích a vysvětloval to, vlastně jsem si na tom tak trochu udělal jméno, ale to nebyl úplně můj cíl. Bohužel opravdu je možné publikovat i velké chyby, když má člověk nějaký konkrétní způsob, jak se na to chce dívat. A pokud s chybnou interpretací třeba příčin a následků pracujete několik let, nechce se vám najednou říct, že nějaký Mančal má pravdu. Je to těžké – i kvantovou fyziku dělají jenom lidé, pořád je to vlastně i sociální záležitost, otázka prestiže. A i přes svou matematickou rigoróznost je to velmi těžká disciplína. Na druhou stranu její základ je nezpochybnitelný a to, o čem tu mluvím, je vědecká marginálie.

Dává vám kvantová mechanika smysl?

U každého dávání smyslu záleží na tom, jak hluboko chci jít. Když přijmu, že elektron není částice ve smyslu nějaké malé hmotné kuličky, ale jsou to vlny, podobně jako světlo, poté mi dává smysl leccos. A dává mi smysl i dvouštěrbinový experiment, který prokazuje, že elektron je schopen projít dvěma štěrbinami najednou jako vlna, popřípadě projít levou nebo pravou štěrbinou v možnostech, které spolu interferují, což znamená, že se vzájemně se ovlivňují.

Když se první kvantoví fyzici snažili prokázat existenci něčeho jako dvouštěrbinový experiment, ostatní vědci se s nimi přeli. A rakouský teoretický fyzik Erwin Schrödinger přišel s myšlenkovým experimentem zvaným Schrödingerova kočka. Není to úplně přesné, ale zjednodušeně řečeno, snažil se dokázat nesmyslnost možnosti existence elektronu ve více různých stavech tím, že řekl: Když máme kočku v krabici a ona je mrtvá i živá zároveň, není to přece možné. Stejně jako elektron nemůže na jednom místě být a zároveň nebýt – to také není možné.

Schrödingerova kočka demonstruje poznatky z „kvantovky“ o elektronu na makroskopický objekt. Schrödinger chtěl ukázat, že nelze, aby kočka zavřená v krabici byla živá i mrtvá zároveň, stejně jako každá elementární částice podle něj nemůže existovat ve více stavech. Ale my víme, že může.

Jenže když otevřu krabici a najdu v ní živou kočku, kde je ta mrtvá?

Vlastně v druhé realitě, v druhém vesmíru. Pokud beru „kvantovku“ kompletně vážně a budu brát vážně fakt, že neumíme najít jevy mimo tento matematický rámec, tohle plyne v takzvanou mnohasvětovou či mnohavesmírovou interpretaci kvantové mechaniky, v níž tyhle dvě situace – kočka živá, kočka mrtvá – koexistují. Nebo chcete-li: elektron letí zrovna pravou nebo levou štěrbinou.

Jenže s nimi „letí“ měřicí přístroj, pozorující vědec, budova, planeta a celý vesmír.

Ano. Proti tomu bude hodně lidí tvrdit, že to není pravda. Ale důvody nebo oporu v jejich tvrzení nenajdete ve fyzice, ale ve filozofii.

Takže jde o interpretaci?

Přesně tak. Mnohasvětová interpretace je bezesporná – matematicky sedí úplně dokonale. I když zní divně, bláznivě. Pro mě spíš velká otázka je, co je ta moje kopie v těch druhých vesmírech – a mám to vůbec brát vážně? I když to sedí matematicky a z toho, co víme, i experimentálně, je to možné?

Takže matematicky to sedí dokonale, ale mozek to nebere. Dá se poslat štěrbinovým experimentem člověk?

V té mnohasvětové interpretaci jím procházíme neustále. Ano, je to paradox. A paradox znamená, že něco vypadá, že není možné, vzpírá se to našem intuitivnímu chápání světa, ale nakonec se ukáže, že to možné je, a dokonce to zapadá do zbytku vědění. Když kdysi člověk řešil, zda se Země otáčí kolem Slunce, nebo Slunce kolem Země, nebo vůbec že Země letí vesmírem, všichni říkali: Pokud se Země otáčí, cítili bychom, nějak by to „foukalo“, cítili bychom pohyb. Tomu všichni rozumíme. Ale ukázalo se, že Země se skutečně otáčí kolem své osy i kolem Slunce a letí vesmírem, i když to „nefouká“. Víme to, ale je nám to je jedno, klidně říkáme, že sluníčko vychází, i když nevychází – a náš svět a jeho uchopení to nijak nenarušuje. A i mnohasvětová interpretace pro výpočty v „kvantovce“ nehraje žádnou roli.

Takže je matematicky dokázáno, že naše vesmíry se zdvojují v neustálé škále pravděpodobností a my tady, jak si povídáme, letíme vždy jen jednou z nich?

Ano, máme extrémně složitý systém, který má obrovské množství stavů, jež může nabývat, a do těch stavů se vejde téměř nekonečně mnoho variant stavu našeho vesmíru. A když jsem v jediné z nich a budu tvrdit, že pokud s ostatními nemohu interagovat, mají zmizet? Že je nemohu pozorovat, neznamená, že je musím vědecky zabít.

Albert Einstein tváří v tvář kvantovým objevům zoufale zvolal: „Bůh ale nehraje s vesmírem v kostky!“ Co myslíte, hraje Bůh s vesmírem v kostky?

Podle jedné, takzvané kodaňské, interpretace hraje v kostky, tam hraje roli náhoda. Podle té mnohosvětové je z globálního hlediska všechno určené a v tom globálnu, a to se vracíme na začátek, možná vůbec neexistuje čas. Jak jsem říkal, vesmír se dá namodelovat jako čistě statický stav bez času. Takže žádné kostky. Bůh by viděl jeden stav.

V tom případě by pro něj bylo docela snadné být všudypřítomný a vševědoucí.

Dá se to matematicky namodelovat. Musím předeslat, že to, co teď řeknu, není věc, která by mě trápila za bezesných nocí a nemá nutně nic moc společného s kvantovou fyzikou. Ale pro mě osobně jako pro věřícího člověka vyvstává otázka, co v tom vesmíru bez času jsem já. Vědecky jsou si všechny reality mnohasvětové interpretace rovné, všechny ty větve s mrtvými a živými kočkami a elektrony a všechna moje já jsou si rovna. Mým druhým alternativním já nemohu upřít nic, ani lidská práva, ani naši společnou minulost – z hlediska vědy jsme si rovni. A pokud je tu celý vesmír rovnocenných možností, přichází otázka, kdo jsem já – já v téhle realitě, kterou žiji teď a tady vzhledem k Bohu. Kdyby Bůh neexistoval, je to asi jedno, ale jestli je a je to tak, tak která z těch mých kopií je ten jeho milovaný syn?

TOMÁŠ MANČAL

Narodil se 23. dubna 1974 ve Vlašimi. 

Na základní škole nosil afro a patřil mezi legendární třídní baviče, dnes je mezinárodně uznávaný odborník na kvantovou fyziku, přednáší na konferencích, je docentem na Matematicko-fyzikální fakultě UK v Praze.

Strávil například čtyři roky na Kalifornské univerzitě v Berkeley, kde stál u zrodu oboru kvantové a biologie.

Je členem pastorační rady Komunitního centra Matky Terezy, kde každý měsíc vede rozhovory se zajímavými osobnostmi.

S manželkou a dvěma dětmi žije v Praze.