Az atomoktól a csillagokig

A fizikus — ha kísérletezik — azt várja, hogy a kísérleteinek eredményeit meg tudja jósolni. A fizikában igazi áttörést hozott Newton, ezelőtt kb. 300 évvel, aki ezeket a jóslatokat matematikailag pontos formában adta meg. Az iskolában tanult fizika jelentős része a newtoni mechanikára épül. Ha valaki pontosan megadja például egy ágyúgolyó kezdeti helyét, irányát és sebességét, akkor néhány körülmény (gravitáció, levegő ellenállása, szél, stb.) figyelembe vételével pontosan ki lehet számolni, hogy hová érkezik, mikor, és milyen sebességgel a lövedék. A XIX. század végéig a fizika több területe is eljutott arra a szintre, hogy néhány alapegyenlettel kifejezze a releváns mennyiségek kezdeti és későbbi értékei között az összefüggést. Például az elektromágnesség fizikájában a Maxwell-féle egyenletek írják le a töltések, az áramok, a mágneses és elektromos mennyiségek, beleértve az elektromágneses hullámok, így a fény viselkedését is. Ezen sikerekre alapozva kezdett elterjedni egy determinisztikus világkép: ha valaki kezdetben ismeri egy fizikai rendszer legkisebb részleteit is, akkor ezek alapján elvileg pontosan ki tudja számítani a rendszer viselkedését a későbbiekben. A véletlen eszerint tehát csak azért lép fel, mert nem minden mennyiséget ismerünk pontosan, esetleg a számításaink pontossága hagy kívánnivalót maga után.
Néhány apró jel azonban már ebben a fizikai világképben is utalt arra, hogy a teljes determinizmus nehezen tartható. Például Poincaré eredményei ahhoz a felismeréshez vezettek, hogy bizonyos rendszerekben az idő növekedésével nagyon gyorsan nő a számítási igény, vagy más szóval a kiszámított mennyiségek pontossága az időtartam hosszával gyorsan csökken, vagyis a kezdeti értékeket elképesztően pontosan kellene ismerni az értelmes jósláshoz. Ez az ún. káosz jelensége. A XX. században az optika és a newtoni mechanika közötti analógiára építve de Broglie herceg javasolta, hogy a mechanika mögött is keressünk hullámegyenletet, ez vezetett végül a kvantummechanika kialakulásához.
A kvantummechanika azonban gyökeres szemléletváltásra kényszerítette a fizikusokat. A determinisztikus hullámegyenletet ugyanis egy beépített valószínűségi egyenlet, a Born-szabály egészíti ki. Ezzel a legpontosabb, mikroszkópikus fizikai elméletünkben megjelent a beépített véletlen.
A fényt a lézerek felfedezése óta használják egyszerre eszközként és kísérleti rendszerként is a kvantummechanika eme furcsa viselkedésének a tesztelésére, illetve a különleges viselkedés felhasználására alkalmas érdekes elrendezések, gépek, sőt kvantumszámítógép tervezésére. Az elgondolások közül kereskedelmi forgalomban van pl. a kvantumoptikán alapuló véletlenszám-generátor vagy a szuper-titkosítás. A médiában is sokat szereplő kvantumszámítógép azonban nagyobb falat: játékmodellként működik, értelmes méretű kvantumszámítógép azonban egyelőre nincs kilátásban. Előadásomban bemutatok érdekes, fénnyel végzett kísérleteket, amelyek tesztelték a kvantumos véletlent, ismertetek néhány működő felhasználást és egy-két jelenleg vizsgált ötletet is (például kvantumos bolyongás), ahol a kvantumos véletlen fontos szerepet játszik.

• az előadás fóliái:    [pdf] (3,0MB)
• az előadás videofelvétele:    [mpg] (1,8GB)
  
  avagy: https://www.youtube.com/watch?v=ED1yC_XSKOs