PLANCKOVA KONSTANTA – DALŠÍ ČTENÍ
Pokud Vás tato úloha zaujala, můžete se seznámit s dalšími zajímavostmi týkajícími se kvantové teorie. Tato část je nepovinná a je určena jen hloubavějším studentům. Zvolte si téma, které Vás zajímá.
Minulost a současnost kvantové teorie
Superpozice stavů
Kde končí kvantový svět?
Absolutní nula a kvantové vakuum
Absolutní nula
Přemýšleli jste někdy o tom, co je to absolutní nula? Jde samozřejmě o nejnižší možnou teplotu, které nelze dosáhnout konečným počtem kroků, ale lze se jí libovolně přiblížit. Samotná teplota je mírou neuspořádaného pohybu atomů nebo molekul. Čím teplejší těleso, tím divočeji atomy a molekuly v látce kolotají. A naopak, čím chladnější těleso, tím méně je v něm chaotického pohybu. Logicky by se zdálo, že absolutní nula je stav božského klidu a míru, při kterém se atomy a molekuly nepohybují.
Jenže chyba lávky. Takový stav by odporoval zákonům kvantové teorie. Podle Heisenbergových relací neurčitosti nemůžeme nikdy poznat současně polohu a hybnost objektu mikrosvěta. Pokud budeme například ochlazovat krystalickou látku a ionty v krystalech by se přestaly pohybovat, znali bychom přesně jak jejich polohu (ve vrcholu krystalové mříže), tak jejich hybnost (nulovou). To ale není možné. Ionty, atomy a molekuly konají i při absolutní nule určitý pohyb, tzv. nulové kmity. Absolutní nula tedy není stav bez pohybu, ale stav látky s nejmenším možným množstvím pohybu, které nám dovolí zákony kvantové teorie. Tento stav má teplotu –273,15 °C neboli 0 K. Reliktní záření, které se ve vesmíru oddělilo od látky na konci plazmatické éry, má teplotu pouhé 2,73 K. Hluboké pustiny vesmíru vyplněné tímto zářením jsou tedy velmi chladné. Evropská sonda Planck, která toto záření pozoruje má ohnisko chlazené na pouhou desetinu stupně nad absolutní nulou, tj. 0,1 K. V blízkosti absolutní nuly má mnoho látek pro nás extravagantní vlastnosti, mohou být například supravodivé nebo supratekuté.
Za nízké teploty se některé látky chovají jako supratekutiny. Pro jednotlivé atomy s celočíselným spinem neplatí Pauliho vylučovací princip. Všechny atomy se nacházejí v jednom jediném stavu, což jim umožní současně protéct i tou nejjemnější kapilárou, byť by měla průměr jediného atomu.
Vakuum
Podobně, jako nelze u částice současně poznat její polohu a hybnost, není možné současně změřit hodnotu pole a jemu přidružené hybnosti (tzv. kanonicky sdružené hybnosti). Stejný princip (relace neurčitosti), který znemožnil, aby při absolutní nule ustal veškerý pohyb, neumožňuje, aby ve vakuu nebyla žádná pole. Ve vakuu nalezneme nenulové fluktuace elektromagnetických i dalších polí. Vakuum není stav s nulovou energií všech polí, ale s nejnižší možnou hodnotou energie, kterou dovolí zákony kvantové teorie. Přítomnost fluktuací polí ve vakuu způsobuje dočasný vznik a zánik párů částice-antičástice. Tyto virtuální páry způsobují polarizaci vakua, stínění elektrického náboje i další jevy. Světlo se nešíří prázdným prostorem, jak se předpokládalo před nástupem kvantové teorie. Kvantové vakuum je také jedním z možných kandidátů na temnou energii, entitu, která je zodpovědná za zrychlenou expanzi vesmíru objevenou v roce 1998. Vakuum není z pohledu kvantové fyziky prázdnota, ale netriviální dynamický systém.
Kvantové vakuum je plné fluktuací polí.