Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA, IČO: 26551772, ISSN: 1214-1674, Speciál G (vyšlo 31. prosince), ročník 2 (2004) (c) Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. Email: bulletin@aldebaran.cz

Speciál G/2004

Motto: I čtenář se má právo pobavit. Komentář k následujícímu textu je zbytečný. Příspěvek nebyl, s výjimkou ilustrací, redakčně upravován a neprošel recenzním řízením. Je publikován v podobě, v jaké ho redakce obdržela.

Jiří Muladi: Budiž světlo

Kdekdo ho zná. Přesněji řečeno, laická veřejnost i tituly ověnčení fyzikové jsou přesvědčeni, že vědí, co je světlo.

Objasnit laické veřejnosti, že lidské oko světlo nikdy nevidělo a neuvidí, nebude až takový problém. Mnohem horší bude vysvětlit fyzikům, že dosud mají o světle naprosto falešné představy.

K prvnímu bodu uvedu jednoduchý příklad. Jak víme, Měsíc na půlnoční obloze září proto, že se od něj odrážejí paprsky Slunce. Je přitom jasné, že paprsky slunce nejsou zaměřeny pouze na Měsíc, svítí i mimo něj. Ale vidíme tyto vedlejší paprsky? Ne. Z toho vyplývá, že lidské oko může vidět jen atomovou hmotu ozářenou světlem, což je něco zcela jiného, než samotné světlo. Jinými slovy, kdyby se paprskům Slunce nepostavil do cesty Měsíc, nic bychom neviděli, přestože paprsky světla by tam byly. Světlo prostě lidské oko vidět neumí. A proč třeba můžeme vidět zdroje světla? Protože jsou atomovou hmotou, ozářenou světlem.

Mimochodem, aby fyzikové vypadali vědečtěji, raději místo slova světlo používají elektromagnetické vlnění, nebo elektromagnetické záření.

Druh světla, jehož účinky je lidské oko schopno zpracovat („normální světlo“), má vlnovou délku řádově v nanometrech. Obrazy o vlnových délkách větších nebo menších neumí lidské oko zachytit a zpracovat. To je důležitá informace pro všechny, kteří „věří jenom tomu, co vidí na vlastní oči“. Zrak umožňuje vnímat pouze malou výseč z celé škály vlnění kolem nás (i v nás).

Zrak umožňuje vnímat pouze malou výseč
z celé škály vlnění kolem nás (i v nás).

Don Quijote - Éter

Nyní přichází na řadu mnohem tvrdší oříšek: vyvrátit fantazie erudovaných fyziků, týkající se zejména světla a kvantové mechaniky. Nebojte se toho termínu, slibuji, že všemu zásadnímu porozumíte. Ale budu po vás požadovat logiku, logiku a zase logiku.

Každé vlnění má vlnu a každá vlna je nějak dlouhá. Vlnovou délku má tedy vlna vody, vlna vzduchu (ta šíří zvuk) i vlna světla. Nosičem pro vlnu vody je voda – je logické, že bez vody by žádná vodní vlna nemohla vzniknout. Nosičem pro vlnu vzduchu je vzduch. A nosičem pro vlnu světla je…co? Ještě před sto dvaceti lety si fyzikové mysleli, že éter – všeprostupující médium celého vesmíru.

V roce 1887 přišli pánové Michelson a Morley se světoznámým pokusem na prokázání existence éteru. Podle jednoduché poučky klasické fyziky, že rychlosti se sčítají, chtěli zjistit, jak rychlost Země, obíhající kolem Slunce, ovlivní rychlost světelného paprsku v éteru.

Zjistili, že nijak, což byl všeobecný šok. Zjistili, že rychlost světla je vždy konstantní, bez ohledu na to, jestli se jeho zdroj pohybuje, nebo ne.

Fyzikové z tohoto faktu vyvodili neexistenci éteru a od těch dob je světlo jediné vlnění, které se nemusí (co nemusí, nesmí!) v něčem vlnit. Zdá se vám to logické?

Podobnou logikou vám teď dokážu neexistenci vzduchu.

Voda má vztlakovou (nadnášející) sílu a vzduch má také vztlakovou sílu.

Síly se sčítají.

Parník na vodě je nadnášen určitou vztlakovou silou, ale jeho podstatná část je na vzduchu. Proto na něj musí (možná nepatrně) působit i vztlaková síla vzduchu.

Nic takového se ovšem nezjistilo, z čehož vyplývá, že vzduch neexistuje.

To je logika, viďte.

Pokus pánů Michelsona a Morleye měl naprosto pravdivý výsledek, který však fyzikové naprosto falešně interpretovali. Jediný správný závěr z celého pokusu měl znít: Éter se aktivuje pouze světlem. Rychlost těles z hmoty atomové a rychlost těles z hmoty neatomové (světlo neobsahuje atomy) nelze sčítat. Obě hmoty mají naprosto rozdílný charakter.

Zdůrazňuji: v hodnotovém žebříčku hmoty stojí éter na nejvyšší, nejjemnější (a neatomové) příčce. Nelze ho porovnávat se samotnými atomy. Éter je surovina pro výrobu atomů, životní prostředí pro síly a energie, tedy i nosič světelného vlnění. Kdo nevěří slovům, snad uvěří rovnicím, které vám ukážu později.

Virtuální Golem

Každému normálnímu člověku je jasné, že když neexistuje médium pro vlny, nemohou existovat ani samotné vlny.

Předpokládám, že pro laickou veřejnost jsou tyto vývody logické a srozumitelné, zatímco erudovaným fyzikům se začínají ježit chlupy po těle. Mnozí z nich totiž věnovali spoustu energie a spoustu pýchy svých mozků tomu, aby jednoduchou logiku zvrátili ve prospěch svých fantazií, až fantasmagorií.

Zapření éteru lze symbolicky přirovnat ke stvoření virtuálního Golema. Pak přišel oživitel - Albert Einstein se svojí relativitou. Mimochodem, sám se nejednou zhrozil toho, jaké obludě na hliněných nohách vlastně vdechl život. Abychom si užili trochu legrace a zároveň omládli, zmíním se o tzv. paradoxu dvojčat, který vyplývá z jeho speciální teorie relativity.

Jedno z dvojčat je kosmonautem a odletí rychlostí blízké světlu (nebo i menší) ze Země. V ten moment začne oproti svému bratru na Zemi mládnout. Jenže ouha – relativita platí na obě strany. Když si tedy pozemský bratr uvědomí, že je to on, kdo se téměř světelnou rychlostí vzdaluje od kosmonauta, bude pomaleji stárnout on. A když se kosmonaut vrátí, budou oproti ostatním lidem mladší oba, akorát o tom nebudou vědět…

Kdo takovým hloupostem věří, pro toho mám připraven věčný elixír mládí. Stačí, když večer posvítíte baterkou do vesmíru a uvědomíte si, že jste to vy, kdo se od fotonů vzdaluje světelnou rychlostí. Ovšem nic není zadarmo – vy přitom riskujete, že prožijete kontrakci (smrštění) délky a že vaše hmotnost poroste nade všechny meze. Navíc, která část těla vám ztěžkne jako první, to teorie relativity neudává.

Jestli si myslíte, že větší pitomost už objevit nelze, neznáte kvantové fyziky.

Představte si následující pokus: mezi zdroj a desku s filmem je vložena clona se dvěma štěrbinami. Levou štěrbinu zavřete a skrze pravou střílíte částice na film, na němž se každý zásah ukáže jako světlý bod. Pak otevřete i levou štěrbinu – a světe zboř se, výsledek střílení je jiný. Všechny střely „uhnou“ a tam, kde jste se předtím běžně trefovali, se už nikdy netrefíte. Jak se částice dozví, kdy má trucovat a kdy ne? Jak zjistí, kdy je levá štěrbina zavřená a kdy ne?

Kdyby si fyzikové nevypreparovali ze svých hlav éter, měli by vysvětlení velmi jednoduché. Každá vystřelená částice rozvlní éter. Vlny, procházející rychlostí světla oběma štěrbinami, se místy spojují, místy ruší, podobně jako ve vodě (říká se tomu interference). Je jasné, že působení vln ve výsledném efektu „ohne“ dráhu střely, která letí stejnou rychlostí. Naproti tomu, když je otevřena pouze jedna štěrbina, interference se nekoná, takže částice opět dopadá do původního místa. Podotýkám, že i v tomto případě je dopad částice ovlivněn vlněním éteru, ale už ne v takové míře.

A jaké vysvětlení našli kvantoví fyzici? Když jsou otevřeny dvě štěrbiny, každá jedna částice prochází dvěma štěrbinami! A nejen to. Každá jedna částice ve skutečnosti prochází všemi možnými ohýbanými trajektoriemi, které vedou od zdroje k místu dopadu. Divíte se i ušima? Mlčte. Vy kvantové fyzice nerozumíte… Jinak byste věděli, že totéž platí i ve fyzice klasické, například u dráhy letadla. Tam se ale všechny trajektorie navzájem vyruší, takže zůstává právě jenom ta jedna skutečná dráha… Uf.

Na adresu zastánců podobných teorií mám jen jednu zásadní otázku. Proč takoví lidé nejsou v ústavech, do kterých opravdu patří a proč jim není věnována odborná pozornost statných ošetřovatelů?

Já ti zabrnkám

Nicméně pitomostem kvantových fyziků ještě zdaleka není konec. Je příznačné, že každá generace, která „obohatí“ tuto odnož vědy o nějakou kravinu, se zalekne kravin generace nastupující. Takže například Richard Feynman, otec zmíněných součtů trajektorií, docela tvrdě nesouhlasil s nastupujícími „strunisty“. Ti ovšem představují opravdové papáníčko.

Podle teorie strun, kdybyste věděli, v čem všem se pohybujete, možná byste měli strach se vůbec pohnout. Vesmír má totiž devět prostorových rozměrů a jeden časový. Ty tři velké (normální) rozměry asi celkem důvěrně znáte, ale pozor – číhá na vás ještě šest svinutých rozměrů, mikroskopických jako kapiláry. Vy je sice neznáte, jenže oni znají vás. Cestujete jimi při sebemenším pohybu, při každém mrknutí oka, navíc bez víza. Fyzickou újmu vám naštěstí způsobit nemohou, ale co se týče duševního zdraví, tam už je to na pováženou.

Jak „strunisté“ dospěli k oněm svinutým dimenzím? Při slučování obecné relativity s kvantovou mechanikou vycházely ve výpočtech nekonečně velké pravděpodobnosti, což se i kvantovým fyzikům zdálo být blbé. Až nová teorie strun odstranila nekonečna v pravděpodobnostech (výborně!), jenže za cenu občasných záporných pravděpodobností (ajajaj). Když se však trojrozměrný prostor povýší na devítirozměrný, záporné pravděpodobnosti zmizí… A kvantoví fyzikové mají vymalováno: nefunguje-li popis reality v rovnicích, je zapotřebí přizpůsobit realitu rovnicím. Šílenostem se přitom meze nekladou.

O času a prostoru si povíme jindy, zatím vás jen uklidním, že každá atomová hmota se nachází v trojrozměrném prostoru a žádném jiném.

Strunisté ...

Fotonová pravda

Z celé kvantové fyziky má nejspíš nezpochybnitelnou hodnotu akorát Planckova konstanta (h) a s ní související světoznámá rovnice E = mc² , což je totéž jako E = h.f.

Omlouvám se za místy nezáživný následující popis, ale ten je nutný k tomu, abych fyzikům objasnil existenci a fungování éteru.

Platí, že c = λ.f , takže Einsteinovu rovnici lze napsat do tvaru E = m λ f λ f.

Planckovu konstantu h, která vyjadřuje obsah fotonu (nikoli energii!), lze také rozepsat a to do tvaru h = m λ f λ = 6,626×10⁻³⁴ Js

Jak vzniká foton? Kmitem zdroje. Kvůli zjednodušení budeme brát pouze jeden kmit pro zrození jednoho fotonu. Takže kmitem vytvoří zdroj v éteru vlnovou délku, lambdu.

Fyzikové znají pojem „fluktuační částice“. Za jejich vznik má zodpovědnost „fluktuační faktor“, který má tvar λ/f a který na nově vytvořenou lambdu okamžitě reaguje. (Více informací o něm zatím záměrně nepodávám.)

Samotný éter má tvar f m f . Jeho „jednotku“ si lze (ilustračně) představit jako uzlíček neatomové hmoty se dvěmi, navzájem se rušícími, frekvencemi.

Éter vyplňuje celý vesmír (to je ta „temná hmota“, po které astrofyzikové pasou), je tedy i ve vakuu. Ale kromě jiného je přitahován chvěním povrchu každé atomové hmoty, kterou ve velkých vrstvách obaluje - podobně, jako vzduch Zemi.

A teď už máte všechny informace, potřebné ke správnému pochopení toho, jak se šíří světlo. Lambda, vytvořená kmitem zdroje v éteru, reaguje s fluktuačním faktorem podle rovnice: λ.f m f.λ/f = λf mf λ/f, což ve vykráceném tvaru dává Planckovu konstantu, čili obsah fotonu. Zdůrazňuji: každý foton se skládá ze tří součástí, a sice světelné vlny (λf), částice (mf) a nosiče této částice (λ/f). (Což objasňuje i tzv. dualitu světla.)

Rovnice platí pro jakékoli vlnové délky světla, frekvence i neatomovou hmotu. Když znáte jednu z těchto veličin, můžete ostatní dvě vypočítat. Planckova konstanta je totiž také součinem dvou konstant: λf ( = c) a mλ ( = 2,21×10⁻⁴² kg.m).

Každý foton představuje energii teprve tehdy, až ozáří atomovou hmotu – do té doby je pouze sbaleným potenciálem pro energii.

Samotná energie na povrchu atomu se rodí tak, že náraz fotonu naruší přitisknutý éter, který uvolní jednu svoji „prázdnou“ frekvenci. S tou se foton sloučí k vytvoření adekvátní energie, podle kvality své lambdy. (Proto například sluneční paprsek nehřeje při pouti vesmírem, ale až při dopadu na vaši kůži). Teprve potom platí rovnice h . f = E ( = mc²).

Zbytek narušeného éteru mf na povrchu hmoty představuje částici (náboj, elektron, jak je libo). Tento proces je zároveň tzv. fotoelektrickým jevem. A správně tušíte, že nabourává i vžité představy o modelu atomu, který si objasníme jindy.

Předpokládám, že pro kvantové fyziky bude celé toto vysvětlení těžko stravitelné. Aby ne, když od dob popření éteru se pro ně logika stala nejen zbytečnou, nýbrž i nechutnou zátěží.

Osobně mi lidská fantazie vůbec nevadí. Ale ať se jí říká fantazie a ne exaktní věda. A ať se její zastánci jdou raději učit k Harry Potterovi, budou aspoň trochu stravitelnější.

Na závěr si rozlouskneme jednu relativistickou hádanku: co se stane, jestliže raketa se světlometem na špici poletí rychlostí světla?

Logika říká, že co se pohybuje rychlostí světla, to je světlo. Když hmotné vlákno v žárovce kmitá rychlostí světla, září světlem. (Doufám, že si nemyslíte, že vám elektrárna posílá do žárovky světlo. Ona vám posílá pouze kmity vlákna.) Podobně by tomu bylo s raketou: sama by se v éteru stala zdrojem světla. Akorát její nerovný atomový povrch by začal rozechvívat éter lambdami světla už dříve, při nižších rychlostech. Ovšem žádné sčítání rychlostí hmoty a světla by se opravdu nekonalo.

A co vy, máte už světlo?

Energie sbalená na cesty.