Thread by @Mitokochan

Zdravím všechny u dalšího vlákna a doufám, že vám alespoň na chvilku odvede myšlenky z týhle šílený reality do světa záhad a poznání, kam se osobně velice ráda utíkám, obviously. Slíbila jsem dodělat povídání o ničem, resp. o prázdném prostoru, a svůj slib dodržím.

Minule jsme si povídali jednak o kvantové teorii pole a jak se dívá na zdánlivě prázdný prostor, zmínili jsme i Diracovo moře částic se zápornou energií a nakonec zmínili i Heisenbergův princip. Link na minulé vlákno zde:

https://twitter.com/Mitokochan/status/1301940335426383873?s=20

Nebylo náhodou, že jsme si přiblížili zrovna tyhle pojmy. Teď se nám totiž při povídání o kvantových fluktuacích budou hodit. Co to vlastně vůbec je ta fluktuace? Proč je to zajímavé? A hlavně — jak to souvisí s prázdným prostorem?

Pár vláken zpátky jsme se dívali na to, že se pohled na vakuum v průběhu dějin měnil. Lidé se v nejdříve vakua báli a považovali prázdný prostor za něco, čemu se příroda snaží vyhnout a co je “nepřirozené”.

Tenhle pohled samozřejmě upadal s tím, jak se vyvíjelo poznání obecně a brzy lidé zjistili, že vakuum je nejen velice zajímavé, ale že je ve spoustě ohledech i praktické. Brzy se lidé začali předhánět v tom, kdo ho zvládne vytvořit čistější.

S tím samozřejmě přišla logická otázka: jak moc je vakuum doopravdy prázdné? Respektive, čeho všeho se musím zbavit, abych dostala opravdu prázdný prostor? Odpověď na tuhle otázku se stále vyvíjí s tím, jak se vyvíjí kvantová fyzika, hlavně kvantová teorie pole.

V závěru tohodle vlákna vám tedy nenabídnu nějakou konkrétní odpověď, spíš ukážu různé teorie a pohledy, které moderní fyzika nabízí. Vraťme se tedy o pár tweetů zpátky a zodpovězme otázku: co je to (kvantová) fluktuace?

Definice slova fluktuace ve fyzice je následující: stálá změna, pohyb či náhodné kolísání hodnoty nějaké veličiny kolem rovnovážné polohy. Fluktuace se tedy dá chápat jako neustálé komíhání něčeho kolem nějakého centra stability, hodně hodně obrazně řečeno.

No a kvantová fluktuace je přesně to, co byste tipli: fluktuace na úrovni kvantových objektů. Kde se bere? Bere se právě z Heisenbergova principu, který nám v jedné své variantě říká, že “rozptyl energie” násobený “rozptylem času” musí být větší, než nějaká konstanta.

Vysvětlím. Prvě se podíváme na příklad, který jsem uváděla minule, ve kterém vysvětluji, jak se dvě rozdílné frekvence blikání můžou zdát synchronní, ale po čase zjistíte, že nejsou, link tu:

https://twitter.com/Mitokochan/status/1301940367835701249?s=20

V daném případě máme dvě veličiny, frekvenci a čas. A co se vám touhle analogií snažim naznačit je, že potřebujete delší čas na to, abyste mohli přesněji naměřit frekvenci = snížili nejistotu v měření. A přesně tohle “snížení nejistoty” je to, oč tu běží.

Heisenbergův princip totiž přesně o takovýhle nejistotách mluví. Říká nám, jak přesně se dá určit jedna veličina na úkor toho, že paralelní měření jiné veličiny bude mnohem méně přesně. Dává do souvislosti jakousi “přesnost paralelních měření” dvou různých veličin.

V případě kvantových fluktuací máme jinou formu Heisenberga, místo hybnosti a polohy násobíme energii a čas. Díky téhle fyzikální rovnici víme, že existuje možnost, kdy zdánlivě z ničeho vzniknou částice, které po určitém čase v prázdnotě zaniknou!

Bohužel to však neznamená, že by zákony zachování přestaly platit a že začneme vyrábět zmrzlinu z ničeho, protože vzniklé částice jsou virtuální částice, nejsou tedy reálné v pravém slova smyslu. Podílejí se však na reálných fyzikálních procesech, např. na Casimirově jevu.

Koho by to zajímalo více, pro toho můžu udělat samostatné vlákno, jinak do toho nebudeme zabrušovat. Wiki má super článek: cs.wikipedia.org/wiki/Casimirův….

Fyzikálnímu stavu, který nastává, když prostor zbavíme všech reálných částic, říkáme vakuový stav a je to právě v tomto stavu, kdy virtuální částice občas přeskočí z neexistence do existence a zase zpět. A přesně těmto skokům říkáme kvantové fluktuace.

Takový stav má tzv, energii vakua, která má reálné projevy (právě třeba v podobě toho Casimirova jevu) a která by podle moderní kosmologie měla ovlivňovat chování celého vesmíru. Zajímavé však je, že se fyzikální teorie neshodnou v tom, kolik energie to přesně je.

Aby toho nebylo málo, tak se žádná s teorií neshoduje s moderními měřeními. Zahrajeme si takovou hru; tipněte si, o kolik řádů se neshoduje teoretická předpověď a experimentální výsledky. Máte hodinu. A žádný googlení!

Hezky, uhodli jste! Správná odpověď se zdá být neuvěřitelná: 120 řádů. 120 řádů! To je 120 nul, který jsou navíc. Odpověď, proč je rozdíl mezi teorií a experimentem takhle kritický, zatím nemáme. Ukazuje to však na jistotu toho, že kvantová teorie pole není konečná teorie všeho.

Ukazuje to, že někde čeká na objevení ještě “lepší” teorie, teorie, která bude brát kvantovou fyziku jen jako speciální podpřípad sama sebe, stejně jako my dnes bereme Newtonovu teorii jen jako podpřípad Obecné relativity.

Tak jo, tady dneska skončíme. Myslím taky, že jsme téma Nicota už probrali ze všech možných pohledů, takže zase nabízím prostor vám: máte nějaký nápad na téma, o kterém byste si rádi přečetli? Napište mi DM, nebo mi tu nechte komentář.

Přeju si, aby tohle období bylo brzo za námi. V mezičase každopádně doufám, že vám tyhle vlákna aspoň trochu pomůžou si odpočinout od nekonečnýho shitpostingu naší vlády. Držte se, myjte si ruce a noste roušky děti. Brzy čau u dalšího vlákna! ❤️

PS: nenapadá někoho nějakej trefnej hashtag? Já vim, působí to strašně líně, ale mě fakt nic nenapadá a faktem je, že by se to lidem do budoucna líp hledalo. Za jakýkoliv nápad budu vděčná