Když částice procházejí zdí
Kvantové tunelování, nebo též tunelový jev, je fenomén, při kterém částice (např. elektrony) mohou překonat energetickou bariéru, která by podle klasické fyziky byla nepřekonatelná. Tento fenomén vyplývá z kvantové povahy částic. Pravděpodobnost, že částice „tuneluje“ skrz bariéru, exponenciálně klesá s rostoucí šířkou bariéry, a proto je v praxi tento jev často zanedbatelný.
Pod pojmem šířka bariéry si můžeme například představit výšku cihlové zdi, přes kterou se snažíme přehodit balon, který nám v této analogii hraje roli nějaké částice. Pokud je zeď příliš vysoká, balón nemá dostatek energie, aby ji přeletěl. V klasickém světě to znamená, že jej nikdy nenalezneme na druhé straně zdi. V kvantovém případě však existuje šance, že jej přece jen na druhé straně najdeme, i když z klasického hlediska nemá balón dost energie, aby zeď přeletěl.
Experimenty ztěžuje dekoherence
Při běžných experimentech za pokojové teploty jsou tyto jevy zcela zanedbatelné, a proto se kvantové efekty většinou zkoumají za velmi nízkých teplot, aby se předešlo problémům s tzv. dekoherencí. Dekoherence je jev, při kterém kvantový systém, který má zvláštní, neintuitivní vlastnosti (například elektron, který může být nejasný, jakoby „rozmazaný“ přes více poloh najednou), začne při časté interakci se svým okolím tuto „nejasnost“ (tedy schopnost chovat se kvantově) ztrácet. Zjednodušeně řečeno, když kvantový objekt (jako elektron) často interaguje s prostředím, okolní částice „pozorují“ jeho stav. Kvůli tomu se jeho chování začne více podobat chování klasického objektu – například se začne chovat jako klasická nabitá částice s jasnou trajektorií.
V praxi to znamená, že dekoherence ztěžuje pozorování kvantových jevů, jako je superpozice nebo kvantová interference, protože kvantové vlastnosti systému jsou zdánlivě potlačeny právě kvůli vlivu prostředí. Ve skutečnosti však elektron nikdy své kvantové vlastnosti neztrácí, při dekoherenci se jen hůře projevují, protože elektron už nejedná samostatně, ale je ovlivňován svým okolím.
Tunelování to nebude
Odtud vidíme, že za běžných teplot a tlaků je vliv tunelového jevu prakticky zanedbatelný pro vysvětlení například chemických reakcí. Přesto však platí, že chemie je v jádru kvantová fyzika valenčních elektronů – kvantové vlastnosti jsou stále přítomné, ale v prostředí s častými interakcemi s okolím jsou výrazně potlačeny.
Váš problém bude spíše spočívat v nedostatečné kontrole experimentu, zejména v chemické čistotě roztoku, který používáte. Přítomnost dalších látek a bakterií ve vodě může vést k reakcím a následně ke změnám pH. Dalším jevem, který by mohl vaše pozorování ovlivnit, je absorpce CO₂ z atmosféry, která může vést ke vzniku kyseliny uhličité a tím i k poklesu pH.
Pro další studium bych doporučil si přečíst velmi přístupnou knihu „Úvod do kvantové mechaniky“ od Lubomíra Skály nebo Feynmanovy přednášky z fyziky III.
Dodatek: Tunelový jev nemá nic společného s cestováním částic do jiného vesmíru, i když některé teorie i s tímto zvláštním fenoménem počítají (strunová a zejména bránová teorie).
Pro Zeptej se vědce odpovídal Martin
Další čtení prověřené autorem:
Skála, Lubomír. Úvod do kvantové mechaniky. Academia, 2005.
Feynman, Richard; Sands, Matthew; Leighton, Robert B. Feynmanovy přednášky z fyziky 3. Fragment, 2013.
