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: 34.74 | přečteno: 1297x

Další články blogera

Jan Fikáček

Stvořil vesmír pro nás Bůh? (videoblog 3 min)

Tzv. antropický princip říká, ve své silné verzi, že se vesmír nutně vyvinul tak, aby v něm mohl vzniknout inteligentní život. Mnoho lidí v tom vidí boží záměr, nebo alespoň záměr mimozemšťanů.

17.10.2017 v 9:05 | Karma článku: 15.49 | Přečteno: 325 | Diskuse

Jan Fikáček

Dnešní fyzice chybí.... více fyziky, aneb proč je matematika někdy fyzikálně slepá

Matematika je náš nejlepší "smysl", kterým vidíme nejhlouběji do světa elementárních částic, či nejostřeji do minulosti vesmíru. Tento superiorní "smysl" má ale, bohužel, i své "optické klamy" a nedostatky.

16.10.2017 v 9:07 | Karma článku: 21.78 | Přečteno: 541 | Diskuse

Jan Fikáček

Mikrocestování v čase poprvé uskutečněno v Belgii

Cestování v čase je fascinující téma a jistě je daleko snažší tyto cesty začínat malými skoky v čase a to u malých objektů. Přesto se ale malý časový skok podařilo realizovat přímo u velkých objektů, konkrétně u člověka.

10.10.2017 v 9:15 | Karma článku: 27.30 | Přečteno: 565 | Diskuse

Jan Fikáček

Stvořil vesmír pro nás bůh?

Tzv. antropický princip říká, ve své silné verzi, že se vesmír nutně vyvinul tak, aby v něm mohl vzniknout inteligentní život. Mnoho lidí v tom vidí boží záměr, nebo alespoň záměr mimozemšťanů.

1.10.2017 v 17:21 | Karma článku: 35.81 | Přečteno: 1196 | Diskuse

Další články z rubriky Věda

Dana Tenzler

Tekoucí písek – dá se v něm utopit?

Původně pevná země se najednou otevře, aby spolkla dům. Fikce nebo realita? Tekoucí písek je skutečně schopný pohltit celé domy. Dá se v něm utopit? (délka blogu 3 min.)

19.10.2017 v 8:00 | Karma článku: 22.10 | Přečteno: 533 | Diskuse

Pavel Suk

Mochovce – jaderná elektrárna, nebo past na peníze

Dnešní článek bude věnován slovenské jaderné elektrárně Mochovce, která je ve výstavbě již od roku 1981. Podle plánů měly být v komplexu 4 jaderné reaktory VVER-440 ale během let došlo k událostem, které vedly ke zpoždění výstavby

18.10.2017 v 20:02 | Karma článku: 9.20 | Přečteno: 277 | Diskuse

Marián Kapolka

Polemiky o evolúcii-8.Bunkový genóm ako báseň. Posunieme „hranice“ života?

Ukázalo sa, že na procesy genetických zmien je možné, ba nutné, aplikovať princípy informatiky a kombinatoriky. Aké sú niektoré závery týchto empirických vied pre biológiu? - Je živá už molekula RNA? Kde vlastne začína život?

16.10.2017 v 17:08 | Karma článku: 6.14 | Přečteno: 94 | Diskuse

Jan Fikáček

Dnešní fyzice chybí.... více fyziky, aneb proč je matematika někdy fyzikálně slepá

Matematika je náš nejlepší "smysl", kterým vidíme nejhlouběji do světa elementárních částic, či nejostřeji do minulosti vesmíru. Tento superiorní "smysl" má ale, bohužel, i své "optické klamy" a nedostatky.

16.10.2017 v 9:07 | Karma článku: 21.78 | Přečteno: 541 | Diskuse

Dana Tenzler

Proč jsou stopy v mokrém písku nakrátko suché?

Když se procházíte po mokrém písku, můžete si všimnout zajímavého jevu. Písek, na kterém právě stojíte, se zdá být světlejší a sušší než zbytek pláže. Je to trik nebo optický klam? (délka blogu 5 min.)

16.10.2017 v 8:00 | Karma článku: 23.67 | Přečteno: 557 | Diskuse
Počet článků 65 Celková karma 30.93 Průměrná čtenost 1755

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.



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.