Żywy kot, martwy kot

Stworzona sto lat temu teoria kwantów całkowicie odmieniła obraz świata. Skaziła klarowny determinizm fizyki klasycznej fundamentalną przypadkowością, naraziła na szwank zdrowy rozsądek fizyków. Przy całej swej dziwaczności mechanika kwantowa jest obecnie wiedzą jak najbardziej praktyczną – objaśnia działanie tranzystora, reaktora, lasera.

14 grudnia 1900 r. Max Planck, występując na posiedzeniu Niemieckiego Towarzystwa Fizycznego, przedstawił swoje wieloletnie dociekania nad promieniowaniem nagrzanego ciała. Planck znalazł formułę, która doskonale opisywała wyniki pomiarów, lecz u jej podstaw leżało przypuszczenie, że promieniowanie emitowane jest nie w sposób ciągły, lecz niewielkimi porcjami – kwantami. Zrazu nikt, łącznie z pomysłodawcą, nie zrozumiał doniosłości chwili, nie przeczuł nadciągającej rewolucji. Przyjęcie niczym nie uzasadnionego założenia nie było efektem chwilowej iluminacji, nagłego olśnienia. Było raczej swoistym aktem rozpaczy, wyrazem bezradności wobec zagadki banalnego, jak można by sądzić, zjawiska. Poszukiwanie absolutu zawsze mi się wydawało najpiękniejszym powołaniem uczonego – pisał w swej autobiografii Max Planck. Formułowanie dziwacznych hipotez, jak ta o porcjach energii, w oczywisty sposób kłóciło się z jego naukowym credo. Twórca rewolucyjnej koncepcji strawił przeto wiele następnych lat na bezowocnych próbach wyrugowania kwantów z fizyki.

Einstein jako jeden z pierwszych dostrzegł w idei Plancka coś więcej niż matematyczny trick i zaprzągł ją do objaśnienia tzw. efektu fotoelektrycznego. Zjawisko to polega na przepływie prądu elektrycznego między dwiema zamkniętymi w próżni i utrzymywanymi pod napięciem elektrodami, jeśli na ujemną skierować światło o dostatecznie wysokiej częstości. Einstein nadał kwantom światła status realnych fizycznych obiektów, przyjąwszy, że zderzając się z elektronami, które są nośnikami prądu, przekazują im swoją energię i umożliwiają przelot między elektrodami. Einsteinowi przeto zawdzięczamy koncepcję fotonu – cząstki światła. Fotony ujawniły całą paradoksalność kwantowej rzeczywistości – światło jest bowiem jednocześnie falą i rojem cząstek, chociaż atrybuty fal i cząstek zdają się nie mieć nic ze sobą wspólnego.