Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 92 dotazů obsahujících »vakuu«
49) Virtuální částice kvantové fluktuace vakua
23. 01. 2006
Dotaz: Zajímalo by mne, zda mají virtuální částice kvantové fluktuace vakua nulovou
gravitační a setrvačnou hmotnost. pokud ano - jak se procentuelně projevuje na
celkové hmotnosti vesmíru pokud ne, co tlačí Casimirovy desky k sobě? (Pavel Ouběch)
Odpověď: Velmi obecně pro setrvačné a gravitační účinky je podstatná relativistická
hmotnost částice, tj. v podstatě energie. Tedy například foton, který má sice nulovou klidovou hmotnost, ale nenulovou energii a tedy relativistickou hmotnost
"padá" v gravitačním poli. Pokud takový foton vytvoří virtuální elektron-pozitronový pár, pak díky zachování energie gravitační efekty působící na pár budou stejné, jako na původní (a posléze pokračující) foton. Gravitační účinky na jednotlivé členy páru nelze jednoduše předpovědět, neboť přes vnitřní rozdělení energie (a hybnosti) virtuálních částic se integruje, tj. berou se v úvahu všechny možné realizovatelné situace, navíc s tím, že pro virtuální částice nemusí být splněna relace E2+p2=m02. V silném poli může docházet k zajímavým jevům, např. k produkci reálných částic (jak v elektromagnetickém poli, tak pravděpodobně v gravitačním - tzv. Hawkingovo záření z černých děr. Tyto jevy ale je třeba seriózně počítat v rámci kvantové teorie pole.
Kvantové efekty zpestřující život každé částice však přispívají k její
hmotě - k té, kterou měříme v experimentech. Tj. příspěvek virtuálních částic už je započten ve hmotě částic. S Casimirovým efektem tohle ale vůbec nesouvisí: Casimirův efekt je způsoben tím, že
kvantované pole ve vakuu má svou strukturu, není prostě nula
vakuová konfigurace elektromagnetického pole mezi dvěma vodivými deskami je
jiná, než prostě vakuum od nevidím do nevidím. Tento rozdíl vede k přitažlivé síle, aniž by bylo možné jednoduše odhadnout i třeba jen to, zda je přitažlivá nebo odpudivá.
Jasné vysvětlení Casimirova efektu je v mnohých článcích na webu, stačí do hledače napsat "Casimir effect". Za tento efekt neodpovídá hmotnost virtuálních
části mezi deskami ...
Obecná poznámka k tématu: Prakticky jedinou smysluplnou cestou k pochopení
efektu kvantové teorie pole je seriózní studium kvantové teorie pole.
Dotaz: Mám dotaz ohledně nakloněné roviny: Když máme nějakou nakloněnou rovinu v nějaké
výšce a z jejího vrcholu necháme kutálet kuličku, tak po dosažení kraje roviny
padá k zemi po dráze opisující parabolu. Když však to samé uděláme s papírem
slepeným do válce, tak po dosažení kraje vyletí mírně vpřed a poté jakoby zaletí
pod nakloněnou rovinu. Čím je to způsobené? Za odpověď předem děkuji. (Ondra)
Odpověď: Válec se na nakloněné rovině roztočí a i během svého pádu nadále rotuje. Svým povrchem se tak tře o vzduch (na různých stranách různě), což zakřivuje dráhu jeho pádu. U kuličky se tento jev prakticky neprojeví, neboť má výrazně menší povrch i moment setrvačnosti v poměru ke své hmotnosti. Pokud bychom tento pokus dělali ve vakuu, chovala by se obě tělesa stejně.
Dotaz: Mění se frekvence světla o určité vlnové délce v závislosti na indexu lomu
optického prostředí? (katka)
Odpověď: V různých prostředích se světlo šíří různou rychlostí. Poměr rychlosti ve vakuu ku rychlosti v daném prostředí je bezrozměrné číslo zvané index lomu. Při přechodu světla z jednoho prostředí do druhého se změní vlnová délka světla v závislosti na poměru indexů lomu těchto prostředí, frekvence zůstává stejná.
Žádný hmotný předmět nemůže nikdy překonat rychlost světla ve vakuu. Pokud byste například roztláčel automobil, pak čím více by se jeho rychlost blížila rychlosti světla, tím by se vám zdál těžší a bylo by tak stále těžší a těžší urychlit jej ještě více. V limitním případě byste pak potřeboval na roztlačení nekonečně těžkého automobilu nekonečnou sílu a energii. Disponovat nekonečnou energií ale nejde, přičemž důvodů je několik. Předně byste ji musel někde vzít a je otázka, zda vůbec ve vesmíru nekonečně energie je. Ale ikdyby bylo, bude problém s její kumulací - i energie má svou hmotnost (vzpomeňte na E=m·c2) a akumulace velikého množství energie (hmoty) na malém místě vede ke vzniku černé díry.
Dotaz: Když je elektrický náboj urychlovaný, tak vyzařuje elektromagnetické
vlny. Podle obecné teorie relativity je v laboratoři fyzikálně
nerozlišitelné, jestli je laboratoř urychlovaná se zrychlením "a", nebo
je v klidu v gravitačním poli, kde působí tíže g=a. To ale znamená, že
nabité těleso, které je v klidu v gravitačním poli by také mělo
vyzařovat(?). V tom případě by ale bylo v principu nevyčerpatelným
zdrojem energie (např. když by bylo umístěno v uzavřeném prostoru ve
vakuu, aby se jeho náboj nezmenšoval), takže perpetum mobile. Někde je v
úvaze chyba ....? (František Kříž)
Odpověď: Řešení vašeho "paradoxu", totiž že i těleso stojící v klidu v
homogenním gravitačním poli vyzařuje elektromagnetické a gravitační vlny, spočívá v tom, že "záření" je GLOBÁLNÍ pojem, který není definovatelný jen
pomoci čistě lokálních úvah a charakteristik. Proto nelze v tomto případě
použít argumentů opírajícího se o princip ekvivalence: ten totiž právě
platí POUZE LOKÁLNĚ.
Abychom mohli hovořit o záření, je nutno vyšetřovat asymptotické chování
polí (elektromagnetických nebo gravitačních) dostatečně daleko od
zdrojů. Musíme tedy především vědět, kde se nekonečno nachází (to není v
obecné relativitě vůbec triviální otázka), a pak zkoumat, jak rychle
klesá velikost příslušného pole, když se do takového nekonečna blížíme.
Prakticky většinou uvažujeme situaci, kdy zdroj je izolovaný (jedná se
například o elektrony pohybující se ve vysílací anténě, anebo o
dvojhvězdný systém, který periodicky deformuje prostoročas). Pak
"zářivé" složky pole jsou takové, které klesají jako 1/r, kde r je
vzdálenost od těžiště zdroje. Abychom tedy mohli hovořit o záření,
používáme speciálně zvolenou nerotující vztažnou soustavu, ve které se
dají příslušné složky pole dobře a snadno analyzovat. Konkrétně: pokud
jde o gravitační pole, platí, že každé těleso, které se pohybuje
zrychleně vůči této speciální soustavě, bude vyzařovat gravitační vlny,
jež budou odnášet část energie zdroje. Bude-li například těleso padat
volným pádem v gravitačním poli Země, bude se pohybovat ze zrychlením
VŮČI zemskému středu, který je totožný s počátkem výše zmíněné speciální
soustavy. Proto bude vyzařovat gravitační vlny, jejichž energie bude
úměrná hmotnosti tělesa, jeho zrychlení a gravitační konstantě, a
nepřímo úměrná páté mocnině rychlosti světla (což je nesmírně malé
číslo, a proto budou takové vlny velmi slabé). Podobně také družice
obíhající po kruhové dráze okolo Země bude vyzařovat (rovněž slabě)
gravitační vlny. Naproti tomu těleso, které bude vůči centru v klidu nebo
pohybu rovnoměrně přímočarém, zářit nebude.
Náboj stojící na jednom místě v gravitačním poli Země tedy nebude
vyzařovat elektromagnetické vlny (zanedbáme-li ovšem malé zrychlení
způsobené rotací Země či oběhem Země kolem Slunce), nelze ho tedy použít
coby "perpetum mobile".
