Cestující metra jako kvantové vakuum
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:
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 všechny 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
Jan Fikáček
Stojí pro fotony čas?
Ze speciální teorie relativity plyne, že čas se se vzrůstající rychlostí zpomaluje. Říkáme tomu dilatace času. Když dosadíme do vzorce pro dilataci času rychlost světla, dostaneme, že se čas zastavil. Fotonu tedy čas stojí, ne?
Jan Fikáček
Jak mravenci umí řešit kvantové záhady
Kvantová mechanika je stále záhada. Je třeba podivné, jak částice ve fotosyntéze najde vždy tu správnou cestu do cíle. Nicméně právě proto je efektivita jádra fotosyntézy nějakých 98%. Vysvětluje se to tím, že...
Jan Fikáček
Proč jsou dnešní mouchy geniální
Tak jo, už mám nějaký ten pátek. To mi ale dává na druhé straně příležitost k dlouhodobým "empirickým studiím". Ne zrovna, že bych mohl pozorovat pohyb kontinentů, ale něco pro mnoho lidí neviditelného jsem už zachytil.
Jan Fikáček
Proč perpetuum mobile není to, co říká Wikipedie, aneb nevěřte (všechno) fyzikům :)
Když otevřete na Wikipedii heslo perpetuum mobile, můžete číst, že: "Perpetuum mobile je stroj, který vykonává práci bez vnějšího zdroje energie." Ale je to opravdu tak? Má tuto definici člověk přijmout bez přemýšlení?
Jan Fikáček
Co odpověděla umělá inteligence na otázku "Proč je moje žena chytřejší než já?"
Všichni řeší umělou inteligenci a já na tu módu moc nedal, ale zaujaly mě různé zprávy, kde ve vědě AI už pomohla. Tak jsem si řek, že je nejlíp její schopnosti v tomto směru osobně vyzkoušet. Ovšem zajímavější byla jiná otázka.
Další články autora |
Studentky rozrušila přednáška psycholožky, tři dívky skončily v nemocnici
Na kutnohorské střední škole zasahovali záchranáři kvůli skupině rozrušených studentek. Dívky...
Stovky amerických obrněnců se v řádu dnů nepozorovaně přemístily do Česka
Několik set vozidel americké armády včetně obrněnců Bradley nebo transportérů M113 se objevilo ve...
Podvod století za 2,4 miliardy. Ortinskému hrozí osm let a peněžitý trest 25 milionů
Luxusní auta, zlaté cihly, diamanty a drahé nemovitosti. To vše si kupoval osmadvacetiletý Jakub...
Zemřel bývalý místopředseda ODS Miroslav Macek. Bylo mu 79 let
Ve věku 79 let zemřel bývalý místopředseda ODS a federální vlády Miroslav Macek, bylo mu 79 let. O...
Moskva se chlubí kořistí z Ukrajiny: Abramsy, Leopardy i českým BVP
V Moskvě ve středu začala výstava západní vojenské techniky, kterou používá ukrajinská armáda a...
iDNES Premium jen za 49 Kč na 3 měsíce. Získejte i vstupenky na MS v hokeji
Před blížícím se mistrovstvím světa v hokeji přichází iDNES Premium s mimořádnou akční nabídkou....
Poslanci omezí prodej půdy cizincům, změní zákon po havárii na Bečvě
Sněmovna má v pátek na programu vyšší ochranu nejlepší zemědělské půdy, novelu vodního zákona...
Nová odhalení z fakulty: studenti viděli vraha dřív, policie byla v budově víckrát
Premium Masový vrah David K., který v prosinci při střelbě na Filozofické fakultě Univerzity Karlovy v...
Na důchodce zaklekli, chalífát neřeší. Němce děsí mdlé reakce jejich politiků
Premium Snímky stovek radikálních islamistů demonstrujících v ulicích severoněmeckého Hamburku, kteří...
10 nejčastějších podvodů na internetu: Dokážete ochránit sebe i svou rodinu?
V digitální éře, kde technologie proniká do všech aspektů našich životů, se také zvyšuje riziko podvodů. Od falešných e-mailů a inzerátů až po...
- Počet článků 310
- Celková karma 30,45
- Průměrná čtenost 3149x
Chcete-li sledovat diskuse v "jeho" skupině, připojte se do Vědecké filosofie & Fyziky (nejen). jfikacek@gmail.com
Upozornění: Toto je popularizační blog pro veřejnost, neberte ho tedy jako vědeckou dizertační práci. Někdy je to jen divoká fantazie. Na druhé straně se snaží udržovat jistou vědeckou kvalitu, takže "esoterické" komentáře nejsou vítány. P.S.: Osobně útočné a odborně velmi nekvalitní komentáře, zejména velmi dlouhé, budou mazány.