Vakuum není prázdné

Jedním z nejzajímavějších faktů o atomech je to, že je to především prázdný prostor. Kdyby byl atom velký jako rozpažení rukou, tak by elektrony kroužily v prostoru v prostoru daném vašimi konečky prstů. Zatímco jádro by bylo ve středu a jeho průměr by byl menší, než šířka vlasu. Takže atomy, které tvoří vás, mě a vše hmotné ve vesmíru jsou z většiny prázdný prostor. Už to je úžasné, ale co je zajímavější, ten prázdný prostor není doopravdy prázdný.

Vím to, protože jsem to viděl. Toto je simulace profesora Dereka Leinwebera z Univerzity v Adelaide. Byla vytvořeny superpočítačem, který prováděl výpočty v oblasti kvantové chromodynamiky. To je teorie o elementárních částicích kvarcích, stavebních prvích protonů a neutronů. A jak spolu interagují pomocí gluonů.

To, na co se tu díváš, je hustota energie výkyvů gluonového pole. Na červených místech je hustota energie velmi vysoká a s dalšími barvami klesá. Nejnižší energie nejsou na těchto animacích vykreslené, takže do nich vidíme. Vidíme bublající polévku kvantových výkyvů pole, které se objevují a mizí neuvěřitelně rychle. Počet snímků této animace je milion miliard miliard snímků za sekundu. A to je opravdu velká rychlost.

Rozměry tohoto výřezu jsou malinké. Jsou to miliontiny miliardtiny metru. Je to dost místa pro dva protony, ale žádné tu nejsou. Tohle je simulace samotného vakua, které považujeme za prázdné. Prázdný prostor je plný těchto kvarkových nebo gluonových výkyvů. A kvarky se dají anihilovat z prázdného prostoru, který není prázdný. To zní jako ta nejšílenější myšlenka. Máš prázdný prostor a zbavuješ se věcí z něj.

Přesně tak. Takže není prázdný. Zdá se proti zdravému rozumu, aby vakuum na své nejnižší energii mohlo tohle vše obsahovat. Ale vyčištění tohoto prostoru a vytvoření opravdu prázdného vakua by vyžadovalo spoustu energie. Vytvořit úplně prázdný prostor by vyžadovalo ohromné množství energie. A kdyby se vám to povedlo, zjistili byste, že je nestabilní. Jakýkoliv zásah vnější energie by toto vakuum změnil ve vakuum plné výkyvů.

To není tak divné, jak se může zdát. Představte si permanentní magnet. Na nízké energii, při pokojové teplotě, má kolem sebe magnetické pole. To proto, že všechny jednotlivé magnetické momenty v magnetu jsou vyrovnané. Ale pokud byste ho zahřáli, tak předáte částicím tepelnou energii a v určitém momentu, zvaném Curieova teplota, budou tak náhodně poskládané, že kolem nebude žádné magnetické pole.

Takže vlastně k odstranění trvalého magnetického pole je třeba energie. To je jak kvantové vakuum. Porozumění tomu, jak výkyvy kvantového vakuu fungují, nám dává představu o tom, co dělají základní stavební částice. Jako kde třeba nejspíše najdeme kvark. Ukazuje se, že kvarky se rády zdržují na vrcholku těchto výkyvů. Tyto výkyvy přestávají existovat velice rychle, takže máme představu, že kvarky přeskakují z jednoho výkyvu na druhý a pak na další.

Je to jako se snažit překročit potok, který teče kolem, a ve kterém se objeví kámen. Voda teče kolem něj, tak si na něj stoupnete, hledáte další a pokud jdete dost rychle, přejdete suchou nohou. Myslím že kvarky, tak jak je známe, jsou tomu velice podobné. Pokud to tak je, tak vy, já a všechny ostatní atomy ve vesmíru jsme především prázdný prostor.

Ale také je pravdou, že prázdný prostor není doopravdy prázdný. A tyto výkyvy vakua jsou podstatné pro naši existenci. Překlad: Mithril www.videacesky.cz