Jít na vyhledávání

Fyzikální poradna

Máš nějaký dotaz?

Pokud se chceš na něco zeptat, napiš nám e-mail s předmětem „Fyzikální poradna“ na adresu:

poradna@svetenergie.cz / nebo využij kontaktní formulář
24. 11. 2020
Autor

Odpovídá: Jaroslav Koreš

Ilustrační fotografie (Zdroj: ©  agsandrew / stock.adobe.com)

Virtuální částice

Dobrý den,chci se zeptat, jestli vznikají virtuální částice pouze ve vakuu. S pozdravem, Dominik
Ahoj Dominiku,

děkuji za tvůj dotaz, budu se snažit na něj v rámci mých omezených znalostí odpovědět. Předesílám, že pochopení důvodu vzniku a chování virtuálních částic vyžaduje hluboké znalosti z kvantové teorie, teorie polí a také matematiky.
Už z názvu "virtuální" je zřejmé, že se bavíme o částicích, které "hmatatelně" neexistují, jsme ale schopni je jak předpovědět, tak i nepřímo potvrdit jejich existenci. Protože v kvantové fyzice platí Heisenbergův princip neurčitosti, chová se kvantový svět jinak (bez znalostí kvantové fyziky podivně). Princip neurčitosti mimo jiné popisuje, že existuje neurčitost hodnoty energie. Zjednodušeně lze říci, že energie není stále konstantní a je možné, aby systém (např. vakuum) získal energii z ničeho. Ale množství takto získané energie souvisí s časem - čím delší časový interval, tím méně energie si můžeme "půjčit z ničeho". Proto je pro nás tento poznatek divný - my přece nevidíme, že energie vzniká z ničeho. Jenže rozměry našeho světa a časové intervaly, které vnímáme a měříme jsou mnohem větší, než jsou rozměry kvantového světa (rozměr atomu je řádově 10^-10 m).

V mikrosvětě se může stát (a také se stane), že si vakuum "půjčí" energii, na čím kratší čas si ji půjčí, tím více energie má k dispozici. A protože platí E=mc2, je možné přeměnit takto půjčenou energii na hmotu (funguje to i obráceně) a vznikne tak pár částice a antičástice. Ty se velmi rychle spojí a opět zaniknou a tím vrátí vakuu energii zpět. Tento děj se ve vakuu stále opakuje, vakuum tedy doopravdy není prázdné, ale tzv. fluktuuje - jeho energie se přeměňuje na hmotu a naopak. My jsme schopni tento předpověděný děj pozorovat nepřímo např. zářením černých děr, nebo Casimirovým jevem.

Domnívám se, že s ohledem na velmi malý rozměr vznikajích částic a velmi krátkou dobu života lze považovat prostor, ve kterém vznikají virtuální částice za prázdný. Už jen samotný princip jejich vzniku je vázán na vakuum - protože vysvětlují to, jak prázdný prostor generuje pár částice a příslušné antičástice a tento pár opět v něm zaniká. Tudíž už z důvodu definice mohou vznikat virtuální částice jen ve vakuu a s ohledem na to, jaké jsou rozměry těchto částic a vzdálenost, jakou za dobu svého velmi krátkého života urazí můžeme považovat za vakuum jakékoliv prostředí.

Doufám, že se mi podařilo alespoň částečně zodpovědět tvůj dotaz a více znalým kvantové fyziky se omlouvám za případné nedostatky. Na závěr jen krátká poznámka - je důležité si uvědomit, že kvantový svět je popsán úplně jinak, než svět, který vnímáme my a tudíž jakékoliv přiblížení podivností mikrosvěta pomocí našich zkušeností je nepřesné.

Vrátit se nahoru
detail