Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 2/2017 vyšlo
tiskem 17. 2. 2017. V elektronické verzi na webu od 10. 3. 2017. 

Téma: Elektrické přístroje – spínací, jisticí, ochranné a signalizační; Přístroje pro inteligentní sítě

Hlavní článek
Atypický návrh výkonového stejnosměrného zdroje se středofrekvenčním transformátorovým filtrem rušivého napětí

Aktuality

V distribuční soustavě (DS) ČEZ Distribuce, a. s. je vyhlášen kalamitní stav Od 9 h dne 24.2.2017 je vyhlášen kalamitní stav v Karlovarském kraji - okres Karlovy Vary…

Veletrh Věda Výzkum Inovace 2017 zahájí místopředseda vlády Pavel Bělobrádek Letošní ročník Veletrhu Věda Výzkum Inovace zahájí na brněnském výstavišti 28. února 2017…

Chytré lampy PRE potvrdily zhoršenou smogovou situaci v Praze Chytré lampy PRE potvrdily v rámci svého pilotního provozu, že v Holešovicích a…

Jak se bydlí v pasivních domech, řeknou jejich majitelé na veletrhu FOR PASIV Další ročník veletrhu FOR PASIV, který je zaměřený na projektování a výstavbu…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze představí zájemcům o studium moderní techniku i její historii Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá v pátek 20. ledna od 8.30 hodin první…

Loňská výroba Temelína by stačila k pokrytí téměř roční spotřeby českých domácností Přesně 12,1 terawatthodin elektřiny (TWh) loni vyrobila Jaderná elektrárna Temelín. Je to…

Více aktualit

Od Aristotelova „horror vacui“ a éter … ke kvantové teorii a antihmotě

Horror vacui a éter

Od antiky (řecko-římské období starově­ku, velmi přibližně od 5. stol. př. n. l až do 5 stol. n. l.) až do 19. století byl systematic­ký rozvoj vědy svazován jedním z dlouho­době mylných předpokladů, do té doby do­konce po staletí považovaném za pravdivý a neměnný – a to pojmem a hypotézou éte­ru. Éter – podivuhodná, nevažitelná substan­ce vyplňující zemský i mezihvězdný prostor.
 
Dogmatický předpoklad existence éteru dokázal existovat mnoho staletí a byl jedním z nejstarších a nejodolnějších omylů vědy a výkladu světa vůbec.
 
Přibližně od konce 16. století, kdy se Ga­lileo Galiei (1564 –1642) zasloužil o novo­dobý rozvoj fyziky, trvalo ještě další tři sta­letí, než se nakonec ukázalo, že v případě éteru jde o jednu z nejpodivuhodnějších po­míjivostí vědy. A vlastně teprve až 20. sto­letí potvrdilo pravdu starých atomistů (Dé­mokrita, Leukippa), že namísto éteru existují pouze atomy a prázdno.
 
Na ustavení éteru jako nezlomného pra­vidla výkladu světa má zásluhu jeden z nej­významnějších filozofů starého Řecka, žák Platónův a vychovatel Alexandra Makedon­ského, filozof Aristoteles (obr. 1).
 
Aristoteles (384 –322 př. n. l.) se narodil ve městě Stagiera jako syn uznávaného léka­ře. Od mládí se zajímal spíše než o lékařskou praxi svého otce, jak mělo být obvyklé, o vše­možné přírodní, fyzikální, chemické a bio­logické jevy, vysvětlované v té době, pokud vůbec, pouhou vůlí bohů. To však zvídavému Aristotelovi nestačilo. Stal se žákem do ma­tematiky zahleděného Platóna, univerzálně se zabýval mechanikou, matematikou, zoologií a astronomií a sám sobě kladl otázky: Co je to duha a jak vzniká? Proč vítr vane a mění směr? Proč jsou mořské páry sladké? Z čeho pochází zemětřesení? Jak je veliká Země? Co je to zvuk?... a mnohé další.
 
Mnoho úsilí Aristoteles věnoval pohybu. Sledoval plavbu lodí, let ptáků, pohyb těles na zemi i ve vzduchu. Vyhazoval kameny do výšky a pozoroval jejich pád na zem. Proč kámen pokračuje v letu, když se oddělí od ruky? Proč se vozík na cestě zastaví? Podle Aristotelem vytvořené teorie letící těleso za sebou zanechává prázdný prostor a vzduch tlačící se okamžitě na uvolněné místo těleso dál postrkuje. Prostor nesmí zůstat prázdný! Příroda sama klade odpor vzniku prázdna – strach z prázdna, horror vacui!
 
Aby bylo toto pravidlo splněno vždy i ve vesmíru – protože i astronomii věnoval Aris­toteles mnoho času – musí podle Aristotela existovat nějaká látka – materie, která prázd­no vyplní – všudypřítomná materie, „éter“!
 
Sám materialista Aristoteles však převzal teorii éteru od idealisty Pýthagora. Éter pro­hlašuje za pátý element (čtyři živly oheň, vzduch, voda a země), z něhož je složeno nebe. Prostřednictvím pěti elementů a bož­ské prozřetelnosti (pohyb hvězd řídí prv­ní hybatel) vysvětloval Aristoteles všech­ny jevy okolního světa. Aristoteles byl jis­tě velký myslitel a pozorovatel, ale nebyl to v žádném případě fyzik-experimentátor. Ni­kdy neověřoval své závěry fyzikálními ex­perimenty, ale pouze z pozorování vyvozo­val myšlenkové závěry.
 
Přes nespornou Aristotelovu pozorovací schopnost je proto jeho svět spletitý, smyš­lený, nepřirozený a nesmyslný. Odpovídá však nízké úrovni doložitelného poznání své doby, síle náboženského dogmatu a nevědec­kému přístupu k poznatkům. Aristoteles vy­tvořil a zanechal myšlenkové dílo, jež další pokolení byla schopna pouze přebírat. Pro­to celá staletí existovalo Aristotelovo vidě­ní světa, včetně éteru, bez pochybností, spí­še pro pořádek a pro utvrzování nábožen­ských dogmat.
 
Na počátku novověku Aristotelovo učení za správné přijala církev a bránila tak další­mu rozvoji fyziky i přírodní filozofie. A tak není divu, že nové myšlenky si svou cestu razily jen s velkými obtížemi. A to zejména od okamžiku, kdy na scénu vědy a poznání vstoupil první skutečný fyzik – Galileo Ga­lilei, který se na rozdíl od Aristotela pečli­vě a systematickým uskutečňováním experi­mentů přesvědčoval o předpokladech svých pozorování. Galileovo „A přece se točí …“ je počátkem procesu vrcholícího nakonec kvantovou teorií.
 
Zejména jen o málo později, kdy Isaac Newton (1642 –1727) vytvořil svoji gravi­tační teorii (cca 1687) se objevila nutnost podrobně zjistit, jak je vlastně gravitační síla „přenášena“ prostředím. Do té doby ni­kdo z fyziků nad problémem přenosu sil „na dálku“ ani nebádal, ani nediskutoval. Nyní badatelé potřebovali konkrétní řešení, CO a JAK, jaká substance je za předávání při­tažlivých sil „zodpovědná“.
 
Éter se zcela jasně nabízel, ale sám o sobě nic nevysvětloval. A to již v Newtonově době nestačilo a problémy s jeho definicí měli již Holanďan Ch. Hugyens, Angličan R. Hooke, Ital Grimaldi a mnozí další. Sám Newton hy­potézu éteru sice používal, ale nevěřil jí. Když se již v průběhu 17. století pokoušeli badate­lé alespoň přibližně definovat charakteristiku toho univerzálního prostředí, získávali na­místo jasného určení této substance fyzikál­ní monstrum: éter má sice totéž složení jako vzduch, ale je mnohem řidší a lehčí, je jemný, pružný, přenáší světlo a vysvětluje další op­tické jevy, nebrzdí odvěké pohyby planet, ale přitom je přitahuje k sobě navzájem; nikdo ho nikdy neviděl ani nezvážil a teprve když pro­niká do jádra Země, kondenzuje na obyčejné kapaliny a plyny … a oplývá dalšími tak ne­polapitelnými vlastnostmi a příznaky, že se stává směsí protikladů, sloučením neslučitel­ného a spojením nespojitelného.
 
Od poloviny 17. století začne aristotelská fyzika při snaze vyložit tajemství přírody po­stupně selhávat. Přesto až do druhé poloviny 19. století bude éter přecházet z jedné teo­rie do druhé, bude plnit hned ten, hned onen úkol fyziků, bude napomáhat vlnové teo­rii světla (Fresnel, 1788 –1827), bude měnit a doplňovat stále jiné vlastnosti, bude udivo­vat, překážet i vysvětlovat.
 
Ještě v sedmdesátých letech 19. století D. I. Mendělejev (1834 –1907) uvažoval, co je éter z chemického hlediska. Umístil éter do nulové skupiny prvků své geniální tabul­ky prvků (1869 –70) a nazval jej newtonium.
 
Teprve v druhé polovině 19. století se začalo ukazovat, že tajemství přírody se ne­skrývá étericky mimo hmotu, ale přímo ve hmotě.
 

Bez éteru …

Až fyzikové, nejprve Michael Faraday (1791–1867) a poté zejména James Clerk Maxwell (1831–1879), svou předpovědí elek­tromagnetických vln (1872) se obešli bez éte­ru. Nejprve však bylo nutné, aby elektromagne­tické vlny a pole Heinrich Hertz (1857 –1894) v roce 1887 experimentálně doložil a H. A. Lorentz (1853 –1928) dokázal, že příčinou elek­tromagnetických jevů jsou elektrony (objev elektronu 1897, J. J. Thomson).
 
Maxwell tušil souvislost elektřiny a mag­netismu a snažil se proto nalézt a vyložit jed­notu fyzikálních, zejména elektromagne­tických jevů. Zní to jednoduše, ale ve sku­tečnosti to byl v polovině 19. století velký skok do neznáma a Maxwellovo tušení bylo výsledkem značného intelektuálního vypě­tí. V té době nebyl ještě zcela vžitý termín „energie“, natož pojmy jako „elektromag­netické vlny“ či „elektromagnetické pole“.
 
Maxwell intuitivně tušil a předpokládal, že elektrický proud se šíří nejen vodiči, ale též izolanty. To Maxwell vyvodil podle ne­velkého posuvu nábojů v dielektriku po při­ložení napětí, který ho na myšlenku proudu v izolantu přivedl.
Širší logika však vyžadovala, aby podob­ný proud existoval obecně i v prostoru, resp. dokonce i ve vakuu.
 
J. Maxwell se věnoval práci na matema­tickém zpracování Faradayových pozorová­ní a dospěl k teorii o existenci elektromag­netických vln.
 
Nejvýznamnějším Maxwellovým obje­vem je obecný matematický popis elektro­magnetického pole, v současnosti známý jako Maxwellovy rovnice (1872).
 

Kvantová teorie

Při snaze fyziků vyšetřit a popsat koncem 19. století vlastnosti nových fenoménů mik­rosvěta, jakým elektromagnetické pole ne­sporně bylo, bylo zapotřebí stanovit zcela nové pojmy a nalézt pro ně nová pravidla je­jich chování. Zde však začala klasická new­tonovská fyzika selhávat.
 
Od objevu elektronu (1897) a posléze od stanovení Bohrova modelu atomu (Niels Hen­rick David Bohr, 1885 –1962, dánský fy­zik; v roce 1913 vyvinul na základě před­stav Ernesta Rutherforda a kvantové hypo­tézy Maxe Plancka Alberta Einsteina první kvantový model atomu) postupně vznikl uce­lený systém teoretických disciplín – kvan­tová teorie (1925 –26), kvantová mechani­ka, elektrodynamika atd.) popisující chová­ní a vlastnosti mikročástic, jejich struktur a fyzikálních polí, a to i v makroskopických měřítkách.
 
Roku 1927 N. Bohr ve spolupráci s Wer­nerem Heisenbergem Erwinem Schrödin­gerem dali vzniknout tzv. kodaňské škole kvantové teorie. Dospěli k názoru, že atomo­vé jevy jsou jak částicového, tak i vlnového charakteru, tzn., že jevy v mikrosvětě jsou ne­určité a není možné je popsat jako analogii klasické fyziky. Tento „princip komplemen­tarity“ byl později úspěšně aplikován nejen ve fyzice, ale též i ve filozofii a v biologii.
 

Antihmota

Existenci antihmoty předpověděl v roce 1928 britský teoretický fyzik Paul Adrien Maurice Dirac (1902 –1984), který se zabý­val kvantovou teorií, obecnou teorií relativi­ty a kosmologií.
 
Antihmota je druh hmoty, který je složen z antičástic k běžným částicím, tzn. například elektronů a pozitronů („kladný“ elektron). Jestliže tedy existují atomy vodíku, měly by existovat i atomy antivodíku atd.
 
Brzy poté (v roce 1932) Američan Carl David Anderson antihmotu skutečně objevil, a to ve srážkách vysokoenergetických částic kosmického záření.
 
Za svoji základní práci v kvantové fyzice získal P. Dirac společně s Erwinem Schrö­dingerem v roce 1933 Nobelovu cenu. Paul Dirac je dále znám jako autor kontroverzní kosmologické teorie, tzv. hypotézy velkých čísel, a jako jeden z prvních fyziků pokouše­jících se o skloubení kvantové teorie s teorií gravitace (tzv. unitární teorie, A. Einstein).
 
Ve vědeckém světě nastalo po předpovědi a objevu antihmoty všeobecné vzrušení a mno­zí fyzikové nechali běžné bádání a pustili se do hledání antičástic (obr. 2). Dosud je nalezeno několik desítek antičástic a hledání „světa na­ruby, antisvěta za zrcadlem“ stále pokračuje.
 
Projevy antihmoty však lze studovat pouze ve vesmíru nebo při úzce specializovaných expe­rimentech (v ČR s úspěchem Fyzikální ústav AV, skupina Dr. J. Grygara).
 
Pokud víme, žádná volná antihmota v současnosti ve vesmíru neexistuje. Domníváme se však, že těsně po Velkém třesku, kdy ves­mír vznikl (údajně před 13,7 mld. let!), hmo­ta a antihmota existovaly v rovnováze, tedy že bylo stejně antihmoty jako hmoty. Co se s antihmotou stalo, je však hádankou, která také čeká na konečné vyřešení.
 
Současný popis částic hmoty jako nosičů energie - tzv. standardní model – není bez slabin. Ačkoliv už po více než 20 let úspěš­ně prochází všemi experimentálními testy, víme, že ani tento standardní model není úpl­ným popisem přírody a velmi pravděpodob­ně stejně jako aristotelská i newtonovská fy­zika jednou ve světle nových poznatků selže.
(jk; redakce Elektro)
 
Obr. 1. Aristotelův pomník a park v obci Nová Stagiera na Chalkidiki, Řecko. Aristotelovo dílo je obrovské. Čítá na 400 knih s téměř půl milionem řádků. Nyní známe jen 143 titulů a ještě méně se jich dochovalo. Fyziky se tý­kají spisy Physica (Fyzika) – 8 knih, De caelo (O nebi) – 4 knihy, O meteorech, O vzniku a zániku. Některý jeho žák napsal Questiones mechanicae (Otázky mechaniky), kde Aris­toteles prezentuje své myšlenky, ale shrnuje i poznatky svých předchůdců.
Obr. 2. Prohlédněte si důkaz existence an­tihmoty viditelný prostým okem – anihilaci protonu a antiprotonu na fotografii skutečného případu z bublinové komory: Antiproton (jenž přilétá ze spodní strany obrázku – p) se srazil s protonem (jenž byl v klidu) a došlo k anihilaci. Při anihilaci vzniklo osm pionů. Jeden z nich se rozpadl na μ+ a ν. Dráhy kladně nabitých pionů se v magnetickém poli stáčejí na opač­nou stranu než záporně nabitých. Bublinová komora je mnohem dokonalejší detektor než mlžná komora, ale neposkytuje zdaleka takové možnosti jako moderní elektronické detektory.