FyzWeb  odpovědna

Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!


nalezeno 26 dotazů obsahujících »vlnovou«

1) Kolaps vlnové funkce08.08.2008

Dotaz: Dobrý den, měl bych totaz týkající se vlnové funkce. Tím, že provedu pozorování, vlnová funkce pozorovaného objektu zkolabuje. Když přestanu pozorovat objekt, řekl bych, už nikdy nebude mít vlnový charakter, nebo ano? Když se podívám na strom a zjistím, že spadl a následně přestanu pozorovat, strom by měl být pořád na zemi. Kdyby byl druhý pozorovatel za horizontem, a spadlý strom neviděl, měl by pro něj pořád vlnový charakter. To znamená, že kolaps funkce je vázán na konkrétního pozorovatele? (Standa)

Odpověď: Nejprve si trochu ujasněme, co znamená kolaps vlnové funkce při pozorování.

V kvantové fyzice stav objektu i jeho vývoj popisujeme tzv. vlnovou funkcí, ze které lze o objektu všechno zjistit (nese kompletní informaci). Jedná se o komplexní funkci souřadnic a času. (Poznámka: Popis stavu může být i jiný, ale zůstaňme u tohoto přístupu).

Při pozorování, resp. měření nějaké vlastnosti našeho objektu, dojde ke změně vlnové funkce. Zopakujme předchozí větu ještě přesněji: Jakmile uvažujeme (popisujeme či dokonce propočítáváme) chování objektu v situaci, ve které došlo k nějakému měření a získání určité informace o popisovaném objektu (např. určíme polohu elektronu), musíme v okamžiku měření vlnovou funkci popisující vývoj objektu před měřením zaměnit za jinou vlnovou funkci, která bude popisovat jeho vývoj po měření. Navíc tato nová vlnová funkce závisí na tom, co jsme naměřili. Této "změně" vlnové funkce se obvykle říká kolaps nebo redukce vlnové funkce. Závěr tohoto odstavce je tedy, že i po pozorování je daný objekt popsán vlnovou funkcí. A tato funkce závisí na pozorovateli.

Co přesně tato změna vlnové funkce znamená a jaký je její význam, je velkým oříškem. Existuje mnoho konkurenčních teorii (interpretací kvantové mechaniky), které se to snaží vysvětlit. Z praktického hlediska je ale důležité, že máme jasný návod, jak počítat a předpovídat výsledky měření.

Další věcí, kterou by bylo ve vašem dotazu třeba upřesnit, je "vlnový charakter". Zda tím myslíte to, že se daný objekt může chovat podobně jako se chovají vlny např. na vodní hladině nebo zvuk. Podle příkladu se stromem bych ale usuzovala, že pod vlnovým charakterem spíše myslíte existenci smíšených stavů - tj. stavů, ve kterých není daná vlastnost "určena". V příkladu se stromem by to byl strom ve stavu, který by byl kombinací stojícího i ležícího stavu. Problém je, že takové stavy jsou typicky kvantovou záležitostí a ve světě přístupném našim smyslům se s nimi nesetkáváme.

A tím jsme se asi dostali k jádru problému. V kvantové fyzice popisujeme objekty, se kterými nemáme zkušenost. Tyto objekty se chovají diametrálně odlišně od nám známých věcí (kuliček, vozíků, vln, vody, ...) a nám chybějí vhodná slova pro popis jejich chování. Proto si vypomáháme běžnými slovy. To ale s sebou přináší velké riziko, že dojde k nedorozumění či nepochopení. Při slovním popisu je tedy třeba být neustále ve střehu a zvažovat každé slovo a jeho význam. Na druhou stranu máme přesný a propracovaný matematický aparát, pomocí něhož umíme předpovídat výsledky našich měření.

Základy kvantové fyziky včetně rozboru nastíněných problémů jsou velmi kvalitně a přístupně zpracovány např. v knize Tony Hey, Patrick Walters: Nový kvantový vesmír, Argo a Dokořán, Praha, 2005, i v několika dalších.

(Zdeňka Koupilová)   >>>  

2) Energie při anihilaci a interferenci06.05.2008

Dotaz: Dobrý den, nejdrív bych chtel pochválit tento web. Nasel jsem tu spoustu odpovedí. A ted otázka: Zajímalo by me co zbyde po interferenci dvou fotonu s opacnou fází. Je mozné ze se uplne vyrusí jako vlny na hladine vody? A jak je to s interferencí cástic? Napríklad elektronu. Myslím si, ze by po nich mela zustat alespon nejaká forma energie, ale to vlastne i po fotonech vzhledem k jejich duálnímu charakteru. A jeste jedna otázka: Jakto ze pri anihilaci cástice a anticástice se uvolní energie? Kdyz princip neurcitosti umoznuje vzniknout cásticím s kladnou energií a anticásticím se zápornou energií.Mozná jsem to jen spatne pochopil. Dekuji za vysvetlení. Rád si o tom neco prectu pokud mi doporucíte literaturu. (Tomáš)

Odpověď: Co se týče interference, jde o vlnovou záležitost a tak je potřeba se na věc dívat trochu jinak (ne jako na částice, ketré v daném místě zmizí). Správnější je tedy představa, že zatímco na jednom místě se v důsledku interference projev přítomnosti fotonů/částic vyruší, nutně se zase jinde, o kousek dál, v důsledku téže interference konstruktivně sečte a tedy zesílí. Nejde tedy o nějaké mizení energie, ale o její prostorové přeuspořádání.

Nyní k anihilaci - všechny částice i antičástice mají vždy kladnou hmotnost a tedy i energii, při anihilaci tedy dochází opět pouze ke změně formy hmoty/energie. Při řešení rovnic (Diracova, Kleinova-Gordonova) skutečně může vycházet, že některé částice mají zápornou energii, tuto skutečnost je však potřeba interpretovat poněkud jinak, t.j. že mají kladnou energii, ale opačný náboj - jedná se tedy o antičástice (s kladnou energií).

(Jakub Jermář)   >>>  

3) Lom světla, slyšitelná frekvence27.03.2008

Dotaz: Dobrý den, chtěla jsem se zeptat jaká barva se láme na spektrálním hranolu nejvíce.A která z frekvencí ttónu bude zdravým uchem vnímána jako nejvyšší. Děkuji mnohokrát za odpověď (petra)

Odpověď: Obecně se na hranolu více láme světlo s kratší vlnovou délkou (tedy fialové a modré více nž oranžové a červené).

Uvádí se, že průměrná hodnota nejvyšší slyšitelné frekvence u dvacetiletého až třicetiletého člověka se zdravým sluchem při 90 dB je 14-17 kHz.

(Jakub Jermář)   >>>  

4) Absorbční a emisní čáry12.03.2008

Dotaz: Atom z procházejícího záření absorbuje určitou vlnovou délku, tím se vybudí a po chvílí sám vyzáří odpovídající kvantum. Jaktože tedy v procházejícím světle pozorujeme tedy absorpční čáry? (Boris Rychta)

Odpověď: Správně jste poznamenal, že zatímco ostatní vlnové délky procházejí, některé atom pohlcuje, čímž přechází do bvyššího energetického stavu. Ten je méně stabilní, takže po nějakém čase (obvykle dosti krátkém) se atom zase "vybije" - přejde do svého původního stabilnějšího stavu tak, že se zbaví přebytečné energie vyzářením světla/fotonu dané vlnové délky (pomiňme nyní možnost, že by existoval metastabilní mezistav a bylo postupně vyzářeno více méněenergetických fotonů), ovšem ne nutně v původním směru. Ve směru prozařování vzorku (plynu, mlhoviny, ...) tedy prochází méně světla daných délek. V ostatních směrech pak můžeme na téže vlnové délce pozorovat naopak emisní čáry.

(Jakub Jermář)   >>>  

5) Změny světla v materálu a chromatická vada13.11.2007

Dotaz: Dobrý den, měl bych takový malý dotaz. Pokud se mluví o barvě světla, většinou se uvádí určitá vlnová délka jako její určující faktor. Jenže jelikož prostředí ovlivňuje rychlost světla a zároveň i jeho vlnovou délku, znamená to, že bych měl v opticky hustším prostředí, např. ve vodě, vidět barvy zkresleně. Proč tomu tak není? (Petr)

Odpověď: Především si ujasněme, že prostředí sice mění vlnovou délku světla, nemění však jeho frekvenci. A pravě frekvence (a s ní spojené množství energie připadající na jeden foton) je to, co vnímá neše oko i naprostá většina přístrojů detekujících světlo. Pokud mluvíme o vlnové délce, obvykle tím myslíme vlnovou délku daného světla ve vakuu (a tedy i ve vzduchu, neboť ve vzduchu se od vakua liší jen nepatrně).

Dále je třeba se zmínit o disperzi světla. Prostředí totiž ovlivní rychlost světla různých barev různě. To se projeví především při použítí některých optických prvků, například čoček. Různá rychlost světla různých barev uvnitř čočky totiž znamená i různý index lomu pro různé barvy. A jelikož na indexu lomu záleži, jak moc ke kolmici (resp. od kolmice) se bude světlo lámat, bude výsledným efektem to, že čočka bude lámat červené světlo jinak než modré. Opravdu tedy uvidíte obraz zkreslený. Tuto nepříjemnost nazýváme "chromatická vada" či "chromatická aberace" (z řeckého χρώμα [chróma] = barva a latinského aberrare = odchylovat se). Optická soustava (tedy obvykle několik vhodně volených a zkombinovaných čoček) odstraňující chromatickou vadu se pak nazývá "achromát".

(Jakub Jermář)   >>>