Klávesové zkratky na tomto webu - základní
Přeskočit hlavičku portálu

Cestující metra jako kvantové vakuum

9. 05. 2017 9:07:04
Kvantová mechanika je pro většinu lidí nepochopitelná tajemná sféra. Přitom se dá pochopit celkem lehce. I v našem běžném životě můžeme pozorovat jevy, které snadno chápeme, a přesto jsou názornou metaforou kvantového chování.

Jako prostředek pochopení jednoho z efektů kvantové mechaniky nám poslouží cestující v metru. Musíme ale uvažovat metro v "bordelářských" státech, jako je třeba Belgie nebo Francie. Nepomůže nám pražské metro, které v podstatě dodržuje svůj pravidelný jízdní řád a udržuje tak vlaky ve zhruba stejných časových intervalech.

Ale v městech, kde se na nějakou tu minutu nehledí, zjistíte, že vlaky, které se ocitly blíže k sobě, než by podle jízdního řádu měly, jsou dále "přitahovány" jakousi zvláštní "silou", neboť mají tendenci se stále k sobě více blížit. Čím je to způsobeno? Představme si dva za sebou jedoucí vlaky metra. Když 2. vlak jede poměrně blízko 1. vlaku před ním, nastupuje do této 2. soupravy méně pasažérů, protože 1. metro jí cestující "vyžere".

Do 1. metra nastupuje více lidí, ale tím pádem z něj později i více lidí vystupuje, takže celkový pobyt 1. vlaku ve stanici je delší než u 2. vlaku, protože 1. souprava musí čekat na nástup a výstup více pasažérů. Na 2. vlak už mnoho pasažérů nezbude, nástup a výstup je tedy rychlejší, a proto 2. vlak odjíždí o něco dříve a přibližuje se k prvnímu.

A co to má společného s kvantovou mechanikou? Kupodivu hodně. V kvantovém vakuu, tedy v úplně prázdném prostoru, se dá pozorovat tzv. Casimirův jev. Ten spočívá v tom, že se ve vakuu začnou ještě více přibližovat dvě desky, které jsou blízko u sebe. Jsou přitahovány podobně jako ony dva vlaky v metru. Podívejte se na obrázek Casimirova efektu z Wikipedie:

article_photo

Vysvětlení? Vakuum není úplné prázdno, ale vznikají v něm tzv. virtuální částice, které existují tak kraťoučce, že snad ani neexistují. Nemají pořádné vlastnosti pořádné částice a hned zase zmizí. Nicméně protože jich je nutně mezi blízko položenými deskami méně než vně desek, neboť vakuum je plné těchto virtuálních částic, tlačí desky k sobě.

Tyto virtuální částice tedy "nastupují do existence" a "vystupují z existence" jako pasažéři do a z vlaku metra, a když jich nastupuje a vystupuje více než jinde, vytváří jejich větší množství tlak, který metro nebo desku někam tlačí. V případě metra tlačí taková "síla" proti pohybu 1. vlaku, tedy tento vlak vlastně brzdí. Anebo si můžeme představit malý počet nastupujících cestujících do 2. soupravy jako sílu, která 2. vlak urychluje. Čím blíže soupravy jsou, tím se tato síla zvětšuje. Nebýt bezpečnostních opatření v metru, vlaky by se nakonec srazily.

Rozdíl mezi metrem a kvantovým vakuem je ten, že v případě metra se celý systém pohybuje vůči cestujícím (na peróně), kdežto v případě vakua jsou desky v "klidu" (nebudeme si chápání komplikovat teorií relativity, která by tento klid zpochybnila). Ale jinak jde o stejný "podtlak" mezi dvěma objekty. Je to v obou případech efekt vakua, buď efekt vakua cestujících, tedy efekt jejich malého počtu, nebo efekt vakua, tedy malého počtu virtuálních částic (tedy jakéhosi vakua virtuálních částic ve vakuu reálných částic).

Ve fyzice nejednou existuje několik odlišných způsobů výkladu nějakého jevu, které jsou oba správné. Tady máme štěstí, že i další výklad je také velmi názorný. Tak si ho ukážeme. Je na videu níže.

Místo částic (nebo cestujících) je tato názorná analogie založena na vlnách. Prostě v "rozbouřené" kapalině je malý prostor mezi deskami a ten nedovoluje vznik velkých vln (vln dlouhých, tedy s velkou vlnovou délkou), což způsobuje, že vnější vlny jsou silnější. Krátkých vln vzniká všude stejně, jen ty dlouhé jsou vně desek jaksi navíc.

Snad se nám tedy jedna tajemnost kvantové mechaniky ozřejmila. Tímto názorným způsobem si postupně objasníme všechny tajemné efekty kvantové mechaniky. Teď se ještě jen dopustíme likvidace další kvantové tajemnosti. Virtuální částice jsou nejednou veřejností chápány jako jakési nereálné částice ze záhrobí. Všimněme si ale, že tyto "nereálné" částice mají v Casimirově jevu zcela reálný efekt (stejně jako mají reálný efekt virtuální částice při interakcích (reálných) elementárních částic podle Feynmanových diagramů). Má-li ale něco reálné důsledky, pak je to reálné. Jde tedy pořád o reálné částice, které ale mají podivné vlastnosti, třeba takové, že existují nepředstavitelně krátce.

(Díky za objevení úžasného video simulujícího Casimirův jev patří Angelovi Papadopoulosovi.)

Vyšlo také na OSLu: http://www.osel.cz/9383-cestujici-metra-jako-kvantove-vakuum.html

Autor: Jan Fikáček | úterý 9.5.2017 9:07 | karma článku: 34.63 | přečteno: 1251x

Další články blogera

Jan Fikáček

Jsme mrchožrouti nekonečna

Nekonečno znamená snad pro všechny lidi tajemno a ztělesnění vědy. Proto možná některé překvapí, že ty nejzásadnější vědecké objevy nemohou vznikat jinak, než že nějaké, do té doby samozřejmé nekonečno, zničí.

25.7.2017 v 9:07 | Karma článku: 28.89 | Přečteno: 569 | Diskuse

Jan Fikáček

Kvantová mechanika, nekonečno a bůh

Říkáte si, co mají tyto tři věci společného? Všechny v nás svou tajemností a nepochopitelností vzbuzují posvátnou úctu. Také nám ale zatemňují rozum. Fascinují nás jako světlo fascinuje můry a je na čase se z jejich vlivu vymanit.

13.7.2017 v 9:04 | Karma článku: 32.58 | Přečteno: 1047 | Diskuse

Jan Fikáček

Teorie Všeho jako filosofie mrtvá už při narození

Geniální fyzik na vozíčku, Stephen Hawking, se ve své knize Velkolepý plán snaží načrtnout obrysy tzv. teorie všeho. Otázkou ale je, je-li taková teorie vůbec možná, a jestli ano, co vlastně bude popisovat.

2.5.2017 v 9:07 | Karma článku: 35.05 | Přečteno: 1191 | Diskuse

Další články z rubriky Věda

Dana Tenzler

Židovská matka atomové bomby

Říkali jí „židovská matka atomové bomby“ – a to ji zlobilo. Shoda okolností ji připravila o Nobelovu cenu. Uhodnete její jméno? (délka blogu 6 min.)

17.8.2017 v 8:00 | Karma článku: 27.11 | Přečteno: 721 | Diskuse

Libor Čermák

Atomové výbuchy už v prehistorických dobách?

V srpnu si každoročně připomínáme svržení atomových bomb na Hirošimu a Nagasaki. Je ale možné, že podobné události se už na naší planetě staly někdy v dávnověku? Jsou záhady, které se tomu docela podobají.

17.8.2017 v 5:53 | Karma článku: 23.93 | Přečteno: 908 |

Irena Maura Aghová

Vzdělanost: O výuce dějin

Není mnoho lidí, kteří by se rádi učili dějiny. Jsou důležité? Co nám vlastně říkají a rozumíme jim opravdu? O tom tento článek.

17.8.2017 v 3:49 | Karma článku: 8.35 | Přečteno: 240 | Diskuse

Zdenek Slanina

U jurty seděla dívka - Richarda Feynmana cesta poslední

Richard Feynman, Nobelista za fyziku z r. 1965, i jeden z prvních, kdo uvažovali o nanotechnologiích, vtipný glosátor vztahů vědy a společnosti, měl jeden sen, který si už splnit nestihl.

14.8.2017 v 22:03 | Karma článku: 14.59 | Přečteno: 374 |

Dana Tenzler

Záhadný Sírius – bílá hvězda a bílý trpaslík

Řídí se podle ní i náš dnešní kalendář. Je naším nejbližším a nejlépe prozkoumaným bílým trpaslíkem. Psí hvězda fascinovala už starověké hvězdáře. Fascinovat bude i v budoucnu. (délka blogu 8 min.)

14.8.2017 v 8:00 | Karma článku: 23.40 | Přečteno: 466 | Diskuse
Počet článků 56 Celková karma 0.00 Průměrná čtenost 1833

Vystudoval chemii, kybernetiku a teorii systémů. Roky vyučoval filosofii fyziky a filosofii virtuální reality na PřF a MFF UK v Praze. Pracoval jako evropský expert pro "Future and Emerging Technologies". V letech 1991-7 byl předsedou společnosti Mensa ČR (lidé s IQ nad 148 (US norma)), zakladatelem a předsedou Einsteinovy společnosti (IQ nad 180). Více informací zde.

Seznam rubrik

Napište mi

Vzkaz autorovi


Zbývá 1000 znaků.


Toto opatření slouží jako ochrana proti webovým robotům.
Při zapnutém javaskriptu se pole vyplní automaticky.


více


Najdete na iDNES.cz

mobilní verze
© 1999–2017 MAFRA, a. s., a dodavatelé Profimedia, Reuters, ČTK, AP. Jakékoliv užití obsahu včetně převzetí, šíření či dalšího zpřístupňování článků a fotografií je bez souhlasu MAFRA, a. s., zakázáno. Provozovatelem serveru iDNES.cz je MAFRA, a. s., se sídlem
Karla Engliše 519/11, 150 00 Praha 5, IČ: 45313351, zapsaná v obchodním rejstříku vedeném Městským soudem v Praze, oddíl B, vložka 1328. Vydavatelství MAFRA, a. s., je členem koncernu AGROFERT.