Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 1493 dotazů
819) Gravitační pole a gravitony
14. 01. 2004
Dotaz: Elektromagnetické pole se vždy vlní. Toto pole má navíc vždy duální charakter,
tzn. vlnění + fotony. Co víme o gravitačním poli? Vlní se také jako
elektromagnetické pole a má také duální charakter? Nakonec bych se ještě rád
zeptal, zda existují nějaké paralelní teorie elektromagnetického pole, které by
nepoužívaly slova "duální charakter"? (Tomáš Trojan)
Odpověď: Z Einsteinovy obecné teorie relativity plyne existence gravitačních vln.
Jejich povaha je ale hodně odlišná od elektromagnetických. Jeden ze
zásadních rozdílů je ten, že rovnice popisující gravitační pole jsou
nelineární.
Nicméně v jisté aproximaci fungující pro slabá pole lze gravitační vlny
považovat za poruchy na plochém (nezakřiveném) prostoru, které se chovají
lineárně. V této linearizované teorii skutečně existuje přímá analogie
fotonů, které se říká graviton. Kvantovat nelineární gravitační pole ale
zatím uspokojivě nikdo neumí, ostatně skloubení obecné relativity a
kvantové teorie pole je již delší dobu jednen z klíčových problémů
fundamentální fyziky vůbec (viz např. J. D. Barrow: Teorie všeho nebo
S. Weinberg: Snění o finální teorii).
Ke druhé části otázky. Klasická elektrodynamika o kvantování pole (tj.
ani o fotonech) nic neví. Proto s ní také nelze vysvětlit jevy, ve kterých
se tato vlastnost pole projevuje. Fotony se objevují až v kvantové
elektrodynamice a není mi známa žádná snaha tuto teorii přeformulovat tak,
aby v ní byla nějak přímo obsažena klasická teorie. Zmíněná dualita není ani
tak vlastnosti teorie, jako spíše naší interpretace související s tím,
kterou teorii k popisu konkrétních jevů používáme.
Dotaz: Proč je mokrá tabule tmavší, než suchá? (František Kříž)
Odpověď: Při pokrytí různých povrchů vrstvou vody může skutečně
docházet ktomu, že se zdají být tmavší či světlejší, nebo že mění
barvu. Příčiny mohou být různé. U hrubých povrchů, jako omítka nebo asi
také křídou pošpiněná tabule hraje zpravidla roli "vyhlazení" povrchu.
Dopadající světlo se vpřípadě hrubého povrchu odráží a rozptyluje na
částicích a nerovnostech (existují teorie popisující hrubost povrchu a
rozptyl/odraz světla na něm). Rozptyluje se více méně do všech směrů
(difúzní odraz) (za určitých podmínek, surčitým směrovým diagramem atd.).
Po namočení (pokrytí vrstvou vody) se světlo při dopadu setkává nejprve s
hladkým rozhraním vzduch-voda. Na hladkém povrchu se světlo odráží podle
zákona odrazu, tedy při osvětlení tabule pod větším úhlem (z boku) se
většina světla odráží také pod tímto úhlem, a v jiných směrech vychází
podstatně méně světla, které vzniká tak, že se zbytek propuštěného
světla rozptyluje na částicích a vychází opět ven rozhraním voda-vzduch.
Na tomto rozhraní dochází pro určité úhly k totálnímu odrazu (světlo
nevyjde ven). Navíc přítomnost vody mezi částicemi může ovlivnit
rozptyl světla částicemi (částice jsou v prostředí s jiným indexem lomu
než ve vzduchu), resp. průchod světla mezi částicemi.
Dotaz: Není mi zcela jasné, jak si představit atom a jeho vrstvy. Elektrony ve vrstvách
obíhají v několika orbitalech, které tvoří různé prostorové tvary. Jak je ale
možné zařadit elektron do určité slupky, když se např. valenční elektron může
vyskytovat i v blízkosti jádra při pohybu ve vyšších orbitalech? (Janicka)
Odpověď: Stručně: slupka = energetická hladina. Různé slupky v atomu nelze
chápat jako nějaké části prostoru, kde by se elektrony výlučně nacházely,
ale jako různé hladiny energie elektronů.
Slupky K, L, M, ... jsou synonymem pro hlavní kvantové číslo n = 0, 1, 2,
..., které určuje energii elektronu na dané slupce (alespoň u atomu vodíku
v nerelativistické kvantové mechanice, u složitějších atomů a v
relativistickém popisu závisí energie též na vedlejším kvantovém čísle l)
Elektrony neobíhají v žádných vrstvách, mohou se nacházet takřka kdekoli
kolem jádra. Orbital je vlastně funkce, která nám říká, jak často se
elektron v různých místech nachází. Elektron obíhat, ve smyslu jak to
známe třeba u planet, ani nemůže, neboť nemůžeme zároveň přesně říci, kde
je a jakou má rychlost.
Máte zcela pravdu v tom, že i elektron ve valenčním orbitalu se může
nacházet v blízkosti jádra. Je sice pravda, že s rostoucí energií se
zvětšuje vzdálenost, ve je možné elektron nalézt, ale ten se stále může
nacházet kdekoli.
Není na tom nic divného, neboť při ionizaci se
fyzicky "nesetře" nejvzdálenější elektron, ale dojde k vyražení elektronu,
kterému dodaná energie stačí na opuštění atomu. Protože mají valenční
elektrony nejvyšší energii nad základním stavem, tj. mají nejmenší
vazbovou energii v atomu, je nejsnazší vyrazit právě je.
Na druhou stranu je také pravda, že s rostoucí energií se zvětšuje
nejpravděpodobnější poloměr, kde je možné elektron nalézt.
Uzavřené (tj. plně obsazené) slupky mají navíc symetrické elektronové
hustoty, a tak o prostorovém rozložení elektronového oblaku kolem atomu
rozhodují právě elektrony z vnějších nezaplněných slupek.
Dotaz: Je známé, že za 2. sv. války byla zvládnuta výroba těžké vody. Zajímalo by mě,
jaký byl princip její výroby, bylo to asi něco spíš jako obohacování než výroba?
Nikde v mě dostupné literatuře se to nemohu dočíst, pouze snad zmínku o použití
elektrolýzy. Děkuji. (P.Štěpánek)
Odpověď: Ano, bylo to obohacování založené na tom, že těžká voda obsahuje
deuterium místo obyčejného vodíku a tak je její molekulová váha 20 místo
18. Tento rozdíl molekulových vah při jinak stejných chemických
vlastnostech umožňuje separaci resp. obohacování elektrolýzou či
destilací. Obohacení je však podstatně méně efektivní než např. pálení
slivovice, je potřeba mnohastupňový proces, což např. v případě
elektrolýzy znamená značnou spotřebu energie. Obecné poučení najdete
například na stránce http://en2.wikipedia.org/wiki/Heavy_water, o výrobě je pěkné čtení článek
http://www.cns-snc.ca/Bulletin/A_Miller_Heavy_Water.pdf
Výroba těžké vody v závodě Norsk Hydro za druhé světové války vešla do
literatury a filmu. Na heslo heavy water najdete na webu nespočet odkazů.
Dotaz: Zajímalo by mě, jak je možné že planety obíhají kolem svých hvězd
aniž by se od nich vzdalovaly nebo přibližovaly. Na planety působí dostředivá
gravitační síla a setrvačná síla. Je to tím, že se tyto síly se rovnají? To by
byla neskutečná náhoda, ne? Děkuji za odpověď. (Martin Worek)
Odpověď: Pokud Sluneční soustavu s planetou popisujeme zvenku ze soustavy,
která je spojena s jejím Sluncem, bude pohyb "planety" závislý na
velikosti a směru její rychlosti.
Na "planetu" působí jen gravitační síla jejího Slunce, žádná
setrvačná síla. !!!!!!!!!!!
Tato síla při !!! kruhovém pohybu !!! planety je stále kolmá na
směr její rychlosti, nekoná práci a jen rychlost planety stále stejně
stáčí do kruhu.
Při eliptickém pohybu gravitační síla také stáčí rychlost planety ale
navíc ji půl roku poněkud zychluje (při pohybu přibližovacím) a půl
roku trochu zpomaluje (při vzdalování od Slunce).
Když je ale rychlost "planety" při dané vzdálenosti od Slunce a
vhodném směru dostatečně velká, už "planeta" nebude oběžnicí ale
její dráha bude parabolická nebo hyperbolická. Přiblíží se ke Slunci
jen jednou a dost (asi bychom ji planetou nenazvali).
Všechny tyto situace ve vesmíru nastávají, kdyby byl pohyb planety
nachlup kruhový, byla by to opravdu velká náhoda.
P.S. O tom vyrovnávání gravitační síly se setrvačnou odstředivou se
často dočteme. Autoři takových tvrzení zapomínají, že setrvačně síly
jsou síly, které jsou spojeny s popisem ze soustavy (neinerciální)
spojené s družici, tj. ze soustavy v níž je družice nehybná a rotuje
kolem ní okolní vesmír, včetně jejího Slunce.
