Je to, že se dotýkáme okolních předmětů, jen zdání?
Jako dítěti mi bylo jasné, že kontakt, dotyk, je taková pozice dvou hmotných těles, že mezi nimi už není žádný prázdný prostor. A řekl bych, že většina lidí si v běžném životě takto kontakt taky představuje. Ovšem když jsem kdysi v mládí začal chodit na přednášky o kvantové chemii, utrpěl jsem lehký šok. Bylo mi vysvětleno, že atomy, ze kterých se skládá jak moje ruka, tak pevné předměty, které do té ruky uchopím, nejsou něco jako pevné kuličky, které se drží háčky u sebe, jak si to kdysi představoval třeba Démokritos.
Atomy se skládají z atomových jader a "obíhajících" elektronů. Když si elektrony představíme jako obíhající kuličky, jak si je v roce 1913 představoval jeden ze zakladatelů kvantové mechaniky Niels Bohr, budeme mít jeden problém. Když bychom modelově určili velikost jádra atomu asi v rozměrech pomeranče, bude nejbližší elektron vzdálený několik kilometrů od jádra. Elektrony krouží kolem kladně nabitého jádro atomu, skládajícího se z protonů a neutronů. Mezi nimi elektronu a jádrem je obrovské prázdno, o kontaktu jádra s elektrony nemůže být řeč. Kdybychom elektrony vmáčkli do atomového jádra, dosáhli tedy u normální hmoty hustoty jádra, třeba tímto způsobem vlastně stlačili největší budovu na světě do hustoty neutronové hvězdy, dostali bychom jen velmi malou kuličku. Vypadá to, že jsou atomy spíše prázdno než kompaktní hmota.
A to jsme se ještě ani nedostali k dotyku atomů mezi sebou, které jsou pro makroskopický dotyk nejpodstatnější. Když se totiž jeden atom těsně přiblíží k druhému, třeba atom naší ruky k atomu naší boty, začnou se záporně nabité elektrony těchto atomů elektricky odpuzovat. Nedojde tedy k jejich přímému kontaktu, ale elektrony si začnou vyměňovat (virtuální) fotony, které odpudivou sílu zprostředkovávají. V tomto přes 100 let starém pojetí je tedy dotyk, zdá se, pouhá zdání.
Ale já bych to iluzí nenazýval. Někteří lidé dnes přehání a za účelem mediální přitažlivosti volí přehnané termíny (asi to sám dělám v nadpisech, ale pak snažím se v textu hned vysvětlit, jak je to doopravdy). On "kontakt" automobilu ve 200 kilometrové rychlosti s betonovou zdí na iluzi opravdu moc nevypadá. :-) Pod iluzí si opravdu představujeme něco hodně jiného. Přiměřeněji lze tedy vyjádřit, že fyzický dotek je jev, jehož podstatu, mechanismus, jsme právě (zjednodušeně) popsali.
Pojďme trochu dál a popišme si, jak dotyk chápe pokročilejší verze chápání světa než Bohrův planetární model atomu z roku 1913, který je na obrázku výše. Klasický Kodaňský výklad kvantové mechaniky předpokládá, že elektron, dokud není pozorován, nemá přesnou polohu, ale existuje všude v jakémsi mračnu kolem atomového jádra. Současně zaujímá všechny možné pozice popsané jeho tzv. vlnovou funkcí, která udává pravděpodobnost výskytu elektronu na různých místech. Na obrázku níže je zpodobněno, jak může vypadat orbit elektronu atomu vodíku, tedy oblast s největší pravděpodobností jeho výskytu.
Tyto znázorněné oblasti jsou ale jen oblasti s největší pravděpodobností výskytu elektronu. Vlnová funkce elektronu, jejíž tvary obrázek znázorňuje, ale jde až do nekonečna. Ve velké vzdálenosti od jádra atomu má sice tato funkce minimální hodnoty, stále však nenulové. Elektron jako by vlastně byl současně všude v celém vesmíru. Pak se tedy vlnové funkce elektronů ruky a vlnové funkce elektronů předmětu, kterého se právě dotýkáme, prolínají, což je určitě dost jiného, než jsme si představovali pod pojmem jednoznačného kontaktu.
Jdeme-li do atomu hlouběji, zjistíme, že když je těch elektronů v atomů více, kvantově se odpuzují, neboť jsou to fermiony, tedy částice s poločíselným spinem, pro které platí Pauliho vylučovací princip. Tímto odpuzováním se vyšší elektronové orbity "vzdalují více od jádra", přesněji jsou větší. A ten největší, vnější elektronový orbit pak způsobuje chemické vlastnosti daného atomu, a také se nejvíce podílí na "kontaktu" dvou atomů. Ale i nižší orbity se podílejí na pevnosti atomu, neboť "drží", "podpírají" ty vyšší, nebo alespoň vytlačují elektrony do těch vyšších. "Kontakt" dvou vedlejších orbitů je poněkud problém. Jejich vlnové funkce se totiž také pochopitelně prolínají. A je těžké si z volných funkcí, které se prolínají nějak přirozeně představit, jak a hlavně kde se odpuzují, a to jak v případě orbitů v jednom atomu, tak v případě orbitů vedlejších atomů, které jsou v kontaktu. Takže opět tu není žádné lícování dvou objektů s přesnými hranicemi.
Asi si můžeme interakce elektronových orbitalů atomů představit třeba jako kontakt s něčím měkkým s neurčitými hranicemi v našem přirozeném světě, třeba plyšákem nebo se známou gumovou antistresovou střapatou koulí, viz obrázky. Než je uchopíme do ruky, těžko přesně odhadneme hranici, kde se naše ruka zastaví. Navíc tuto hranici můžeme zvětšující se silou stisku posouvat. Jsou to totiž měkké poddajné předměty. Ideálně bychom si atom asi představili nějakou gelovou kouli, která by od středu měl stále klesající hustotu a hranice nezřetelné. Čím hlouběji bychom se do ní bořili, tím větší odpor by kladla, kvůli hustotě stoupající směrem ke středu.
Tedy ať už uvažujeme o atomech a jejich elektronech kvantově neurčitě nebo klasicky jako o planetárním modelu atomu z roku 1913, prostě tu není žádný klasicky pevný kontakt, na který je naše intuice zvyklá. Nicméně jsme si popsali mechanismus, který pro nás tento jev dotyku vytváří.
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 |
Studentky rozrušila přednáška psycholožky, tři dívky skončily v nemocnici
Na kutnohorské střední škole zasahovali záchranáři kvůli skupině rozrušených studentek. Dívky...
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...
Rusové hlásí průlom fronty. Ukrajinská minela jim přihrála klíčové město
Premium Jako „den průlomů“ oslavují ruští vojenští blogeři pondělní události na doněcké frontě, kde se...
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...
NATO by Rusy porazilo, Putin má jedinou naději, řekl polský ministr zahraničí
Rusko by se mělo bát Severoatlantické aliance, protože ho v případě střetu s ní čeká „nevyhnutelná...
Dvacet let dotací z EU. Přinesly zločiny, ale i vlaky, techniku a splavné řeky
Premium Lázně, které nevznikly a je z nich night club nebo zdvihací most, který se nikdy nezdvihl. Česko...
Rus má imperialistické myšlenky. Ukrajinou nekončí, říká velitel v Donbasu
Premium Doněcká oblast (od zpravodajů iDNES.cz) Vymlácená okna, ale i celé domy srovnané se zemí. Tak vypadá Doněck a celý průmyslový Donbas....
Zelenskyj odvolal šéfa kybernetické špionáže kvůli skandálu s bytem manželky
Ukrajinský prezident Volodymyr Zelenskyj odvolal šéfa kybernetického oddělení tajné služby SBU...
V Břeclavi na chlapce spadla branka, na následky zranění zemřel
V Břeclavi ve středu v podvečer po úrazu na hřišti zemřel dvanáctiletý chlapec. Policie okolnosti...
- 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.