Jak se loví kvantové příšerky a proč už jich více nebude 2
Drahý Time,
jak jsem slíbil, pokračujeme v historii honu na kvantové příšerky. Po tom, co vědci objevili elektron, proton a neutron byly na řadě kvarky. Ale to bych trochu předbíhal, protože v našem výčtu jsme zapomněli na foton. Fotonu konec konec konců vděčíme za to, že vznikla kvantová fyzika, právě při objasňování záření černého tělesa se poprvé použilo kvantování a které bylo potvrzeno při vysvětlení fotoelektrického jevu.
Foton
O tom, že světlo jsou částice, měli lidé představu už delší dobu. I když pro to neměli v ruce žádné důkazy a třeba věhlasný filozof René Descartes už v roce 1637 přišel s myšlenkou, že světlo je vlna, nebylo to akceptováno a vědci se drželi představy, že světlo jsou částice. Vědci jako Robert Hooke, Christian Huygens poukazovali už koncem 17. století, že částicová teorie nemůže vysvětlit jevy jako je lom světla a jeho difrakce, ale možná i vlivem Isaaca Newtona, který fandil částicové teorii trvalo až do roku 1850, než byla přijata teorie o vlnové podstatě sěvtla, hlavně díky pracím Roberta Younga a Augusta Fresnela. Když James Clerk Maswell předpověděl, že světlo je elektromagnetické vlnění a Heinrich Herz v roce 1888 objevil právě radiové vlny, zdála se teorie o částicové podobě světla definitivně překonána-
Jenomže zároveň s tím se fyzikové zabýval takovými věcmi, jako je teplotní záření černého tělesa. Možná se zeptáš, proč právě černého, ale v černé jsou obsaženy všechny barvy dohromady, jak viditelné, tak pro lidské oko neviditelné, třeba infračervená, ultrafialová, ale taky i gama paprsky, postě všechny vlnové délky. Je to koncept, který vystihuje paradox: Kdyby bylo možno vyzařovat energii opravdu na všech frekvencích od nula do nekonečna, takové těleso by potom logicky vyzařovalo nekonečné množství energie. A víš, Time, co jsem už dříve říkal o nekonečnech, jak se začnou plést do fyziky, je to znamení, že tomu zase až tak úplně nerozumíme.
Kvantování
Od roku 1860, kdy ho zformuloval německý fyzik Gustav R. Kirchhoff, mátl tento paradox fyzikům hlavy. Ultrafialovou katastrofu, jak nekončenému záření černého tělesa později fyzikové říkali, vysvětlil německý Max Planck až v roce 1900. Ten zavedl předpoklad, že energie nemůže být vyzařována neomezeně, ale poprvé použil výraz kvantově, po určitých kvantech, které odpovídají násobku frekvence záření (celé číslo, 1,2,3, až n) a po jím objevené a po něm pojmenované Planckovi konstanty. Tato konstanta se označuje jako a udává poměr mezi energií fotonu a jeho vlnovou délkou. Je tak nesmírně malá, že si to ani nedokážeš představit a časem se stala měřítkem pro vyjadřování takových věcí, jako je Planckova délka, nebo Planckův čas a podobně. To proto, že fyzikové se domnívají, že ani čas, ani prostor nemůžeš sekat pořád na menší a menší kousky, zarazíš se právě na Planckově velikosti.
Ale to jsem trochu odbočil, teprve teď se dostáváme k tomu nejzajímavějšímu, k fotoelektrickému jevu, respektive tomu, jak je objasnil Albert Einstein. Jde o to, že když posvítíš na určitou látku, způsobíš tím vznik elektrického proudu. Na tom fungují tře solární panely, co máme na střeše. Původně se vědci domnívali, že když je světlo vlnění, tak čím více světla, tím větší proud. Něco jako čím větší vlny, tím více písku moře z pláže odnese. Ale tak to nefungovalo. Na uvolnění elektronu působením světla je potřeba nějaká energie. Ale ta energie není spojitá. Je kvantovaná. Představ si to, že bys co nejvíce tenisáků přepinknout přes síť. Když do něj dáš malou ránu, nepřeskočí síť. Od určité síly přeletí na druhou stranu, ale ať přidáváš sílu sebevíce, pořád to jde tenisák po tenisáku. Když chceš více tenisáků, musíš dát více ran, ne více síly do jednotlivé rány. Tak nějak to funguje s kvantováním světla. Předtím si věci představovali, že existuje něco neznámého, co dovoluje hmotě přijímat pouze určitá kvanta energie, Einstein tvrdil, že toto kvantování je naopak právě vlastností elektrického vlnění. Představil si částici, bez rozměrný bod, kvantum světla.
Ale na experimentální potvrzení, že světlo je opravdu mimo jiné i částicové povahy jsme museli počkat do roku 1922. Americký fyzik Arthur H. Compton objevil, že dojde ke změně frekvence při srážce fotonu s elektronem. Pokud bereme foton jako částici s určitou hybností, při srážce s elektronem se část hybnosti přenese z fotonu na elektron a my tak můžeme pozorovat výslednou nižší frekvenci a tím i nižší energii fotonu.
Takže bylo vše připraveno a čekalo se, až někdo vymyslí pro kvantový elementární nosič elektromagnetického záření nějaké pěkné obchodní jméno. S tím přišel v roce 1926 fyzik Gilbert N. Lewis, dal mu jméno foton, z řeckého phos - světlo a klasickou příponu on už znáš.
Tak až jsem mne zavedla původně krátká odbočka na téma foton, příště už vážně budou kvarky a jejich generace a vše s tím spojené, ale na to si musíš týden počkat. Na závěr kontrolní otázka - když foton má spin 1, o jakou částici se jedná?
Martin Tuma
Proč potřebujeme kolonizovat vesmír a jak to máme udělat - Měsíc
Odpovědi na proč a jak funguje vesmír. Psáno pro Tima, mého syna, ale určitě si to rádi přečtou i jiní. Dneska to bude o tom, že Země je nám už malá a potřebujeme se stát meziplanetární civilizací.
Martin Tuma
F-35 jsou drahé, nespolehlivé a pro nás nevhodné
Generálové se chystají na minulou válku. Pro nás je F-35 jenom drahá hračka, symbol statusu, nikoliv užitečná zbraň. Jsou levnější a mnohem více vhodné kombinace letadel, PVO, raket, více v článku.
Martin Tuma
Zrušme koncesionářské poplatky a udělejme z ČT něco jako je HBO
„Nechci platit za něco, co nevyužívám, i když vybavení na to mám,“ pravil kamarád. „To chci rovnou přídavky na děti,“ pokračoval, „sice děti nemám, ale vybavení na ně ano.“
Martin Tuma
Proč potřebujeme kolonizovat vesmír a jak to máme udělat - oběžná dráha Země
Odpovědi na proč a jak funguje vesmír. Psáno pro Tima, mého syna, ale určitě si to rádi přečtou i jiní. Dneska to bude o tom, že Země je nám už malá a potřebujeme se stát meziplanetární civilizací.
Martin Tuma
Jak přispěl Jára Cimrman kvantové fyzice a proč dnes vědci komolí slovo kvark
Odpovědi na proč a jak funguje vesmír. Psáno pro Tima, mého syna, ale určitě si to rádi přečtou i jiní. Dneska to bude o přínosu Járy Cimrmana v oblasti kvantové fyziky.
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...
To nemyslíte vážně! Soudce ostře zpražil bývalého vrchního žalobce
Emotivní závěr měl úterní jednací den v kauze údajného „podvodu století“, v němž měly přijít tisíce...
Hasiči celou noc zasahovali v pralese Mionší, vodu nosili na zádech
Beskydský prales Mionší v noci zachvátil požár. Hasiči celou noc zasahovali v jeho nejvyšším...
Volby by jasně vyhrálo ANO, mimo Sněmovnu by zůstaly TOP 09 a KDU-ČSL
Sněmovní volby by v dubnu vyhrálo ANO s 32,5 procenta, ODS by měla 13 procent, SPD a Piráti shodně...
Protesty studentů eskalovaly i v Kalifornii, jeden člověk skončil v nemocnici
Na Kalifornské univerzitě v Los Angeles (UCLA) se v noci na středu střetli proizraelští a...
Amsterdam bojuje proti nerovnosti v močení. Vyčlení miliony na veřejné záchodky
Radnice v Amsterodamu po několikaletém nátlaku ze strany žen vyčlenila čtyři miliony eur (přes 100...
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 115
- Celková karma 13,17
- Průměrná čtenost 1519x
Právě nyní se chystám vydat knihu "Tim se ptá: Proč a jak funguje vesmír".
Seznam rubrik
- Kvantové kočkování
- Si vis pacem, para bellum
- Technologie
- Osobní
- Nezařazené
- 100x proč a jak funguje vesmír