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
Když jsem byl malý, žil jsem v kožešinách... aneb pes jako předložka
Tedy, mí prarodiče byli preparátoři a dávali mě přes poledne spát do pokoje, kde byly vycpané kůže zvířat, ovšem včetně lebek. Byl tam na zemi tygr, hnědý medvěd a lední medvěd a nějaká ta liška.
Jan Fikáček
Jak můj táta svým opilectvím ušetřil Československu těžké desítky miliónů
Tak ano, prorazil v Rusku, tam se přece opilectví přímo nosí, je tam typické. Ale musím poznamenat, s úctou k mýmu tátovi, že opilec nebyl, jen neuvěřitelně hodně vydržel. Třeba jednou ke konci párty, když už všichni byli opilí...
Jan Fikáček
Proč se Česká televize zajímala o rovnici E=mc2 v Ph.D. dizertaci
ČT1 uvedla 5.dubna reportáž obsahující kritiku mé dizertační práce. Jenomže věci se mají o dost jinak, než tam zaznělo.
Jan Fikáček
Je foton skutečně nehmotný?
V popularizačních médiích můžeme číst, že se při atomovém výbuchu mění část hmotnosti atomů na energii, ba dokonce na čistou energii. Touto čistou energií mají být především fotony. Pojďme toto tvrzení trochu prozkoumat.
Jan Fikáček
Jak mě v roce 1997 inaugurovali za českého prezidenta
před chvílí složil Petr Pavel prezidentský slib a stane se naším vytouženým prezidentem. Po 20 letech budeme mít zase českého a ne ruského prezidenta. Báječné! To mi ale připomnělo mojí vlastní prezidentskou inauguraci.
Další články autora |
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...
Nahá umělkyně za zvuků techna házela před dětmi hlínou. Už to řeší policie
Policie prošetřuje vystoupení, ke kterému došlo na Akademii výtvarných umění (AVU). Umělkyně a...
Auto vyjelo z vozovky a srazilo tři lidi. Žena zemřela, dvě vnučky jsou zraněné
Osobní auto srazilo dnes odpoledne v Čáslavicích na Třebíčsku ženu a dvě děti. Žena srážku...
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...
Tuleja vzdal nominaci na ministra, připustil selhání. Fiala rozhodnutí vítá
Pavel Tuleja se vzdal nominace na post ministra pro vědu, výzkum a inovace. Připustil selhání v...
Vagony po nehodě u Klínce odklidí dopravce. Policie zahájila úkony trestního řízení
Policie prověřuje čtvrteční vykolejení osobního vlaku bez strojvůdce poblíž Klínce u Prahy pro...
Tramvaj srazila chlapce, který přebíhal přes ulici. Skončil v nemocnici
Záchranáři převezli v pátek ráno do nemocnice šestiletého chlapce, kterého srazila v Plzni tramvaj....
Do školy v Litvínově vnikl muž. Policie ho zadržela poblíž kvůli jiné krádeži
Desítky policistů, hasiči i záchranáři se ráno sjeli k litvínovskému gymnáziu. Důvodem bylo...
- 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.