Jakou dráhou letí foton? Kredit: Pixabay, CC0.

Myšlenkové experimenty jsou jako třešnička na dortu kvantové mechaniky. Kdykoliv vykoukne Schrödingerova kočka, lidé mají hned pocit, že kvantové záhady jsou o něco méně nesrozumitelné.

Richard Feynman si liboval v myšlenkových experimentech a využíval na svých přednáškách. V roce 1948 navrhl nový myšlenkový experiment, který popisoval, jak se kvantová částice dostane z jednoho místa do druhého. Jeho koncept dráhového integrálu (path integral) předpokládá, že kvantová částice se mezi dvěma body pohybuje po všech myslitelných trajektoriích a všechny tyto příspěvky se nakonec sečtou a vytvoří výsledek, který pozorujeme.

Richard Feynman (1984). Kredit: Tamiko Thiel, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0.

Feynman rovněž tvrdil, že všechny tyto trajektorie mají stejnou pravděpodobnost a liší se pouze fází svých kvantových vlnových funkcí. Feynmanův dráhový integrál je vlastně kvantové zobecnění Hamiltonova variačního principu (nepřesně principu nejmenší akce), elegantního a univerzálního zákona, podle něhož se v klasické fyzice těleso mezi dvěma body pohybuje po nejvíce optimální dráze.

Shi-Liang Zhu. Kredit: S.-L. Zhu.

Fyzici se na tento myšlenkový experiment

spoléhají již téměř 80 let, ale experimentálně ho až doposud nikdo přímo nepotvrdil. Teď přichází s průlomem čínský tým, který vedl Shi-Liang Zhu ze South China Normal University v jihočínském Kantonu. Rozhodli se prověřit Feynmanův dráhový integrál pomocí jednotlivých fotonů.

Přímé sledování dráhy fotonu není možné, protože kvantové záležitosti jsou na měření háklivé. Vědci proto měřili jeho pravděpodobnostní amplitudu, která vyjadřuje, s jakou pravděpodobností může foton danou cestou projít.

Logo. Kredit: South China Normal University.

Badatelé nechali fotony procházet soustavou zrcadel, čoček a krystalů a pečlivě měřili, jak se při průchodu měnily jejich vlastnosti. Z naměřených údajů pak rekonstruovali amplitudy pro celkem 1 419 857 možných trajektorií fotonů.

Při tak obrovském počtu cest se i nepatrné chyby mohly postupně nasčítat a rozvrátit experiment. Tým proto zdokonalil téměř všechny části měřicího procesu, aby dosáhli dostatečně vysoké přesnosti.

Feynman to ustál. Výsledky experimentu se velmi dobře shodovaly s Feynmanovými předpověďmi. Dosažená přesnost představuje slibný pokrok v oblasti kvantového měření a experimentální potvrzení principů, o které se po desetiletí opíraly standardní kvantové výpočty, rozhodně potěšilo. Výzkum bude v tomto směru pokračovat.

Video: Explaining the Principle of Least Action: Physics Mini Lesson

Literatura

Phys.org 31. 8. 2026.

Science Advances online 26. 8. 2028.