Neviditelný čert

V tomto článku se budu věnovat hmotě. Na portálu Popular Science jsem narazil na článek, který se tímto pojmem zevrubně zaobírá. V následujícím textu jsem z něho udělal stylisticky poupravený výňatek. Hned v prvním odstavci je poněkud nepřesná formulace o tom, co je hmota, k níž se vyjádřím v mém komentáři.

Lucifer

O něco méně než třetinu vesmíru tvoří hmota. Nový výpočet toto číslo potvrzuje; astrofyzici se již dlouho domnívají, že většinu naší reality tvoří něco jiného než hmotné věci. Co je tedy přesně hmota?

Jedním z charakteristických znaků speciální teorie relativity Alberta Einsteina je, že hmota a energie jsou neoddělitelné. Veškerá hmota má vlastní energii; to je význam Einsteinovy slavné rovnice E=mc². Když kosmologové váží vesmír, měří současně hmotnost i energii. A 31 procent z tohoto množství tvoří hmota, ať už viditelná, nebo neviditelná. Ne všechna hmota je stejná. Jen velmi málo z ní totiž tvoří objekty, které můžeme vidět nebo se jich dotknout. Vesmír je plný příkladů hmoty, která je mnohem podivnější.

Když si představíme "hmotu", můžeme si představit objekty, které vidíme, nebo jejich základní stavební prvek: atom. Naše představa o atomu se v průběhu let vyvíjela. Myslitelé v historii měli mlhavé představy o tom, že existenci lze rozdělit na základní složky. Něco, co se podobá moderní představě atomu, se však obecně připisuje britskému chemikovi Johnu Daltonovi. V roce 1808 navrhl, že hmotu tvoří nedělitelné částice. Různé základní látky – prvky – vznikají z atomů s různou velikostí, hmotností a vlastnostmi.

Ale kdyby to bylo tak jednoduché. Fyzikové už od počátku 20. století vědí, že v atomech se skrývají drobnější stavební kameny: vířící záporně nabité elektrony a zahalená jádra, která se skládají z kladně nabitých protonů a neutrálních neutronů. Nyní také víme, že každý prvek odpovídá atomům s určitým počtem protonů.

A stále to není tak jednoduché. V polovině století si fyzikové uvědomili, že protony a neutrony jsou ve skutečnosti kombinací ještě drobnějších částic, tzv. kvarků. Přesněji řečeno, protony i neutrony obsahují po třech kvarcích: typ konfigurace, který fyzikové nazývají baryony. Z tohoto důvodu se protony, neutrony a hmota, kterou tvoří, tedy věci našeho každodenního života, často nazývají "baryonová hmota".

Opět to není tak jednoduché. Za extrémních podmínek může nabývat různých exotických forem. Při dostatečně vysokých tlacích se materiály mohou stát superkritickými kapalinami, tedy kapalinami a plyny zároveň. Při dostatečně nízkých teplotách se několik atomů spojí dohromady a vytvoří Boseho-Einsteinův kondenzát. Tyto atomy se chovají jako jeden celek a působí nejrůznějšími zvláštními kvantovými způsoby.

Během posledních několika desetiletí astronomové vyvinuli několik způsobů, jak pochopit základní parametry vesmíru. Mohou zkoumat jeho velkorozměrovou strukturu a identifikovat jemné fluktuace v hustotě pozorované hmoty. Mohou sledovat, jak gravitace objektů ohýbá procházející světlo. Viditelná je jen malá část hmoty – předpokládá se, že tvoří asi 15 procent hmoty, tedy 3 procenta vesmíru. Zbytek je podle většiny vědců temná hmota. Můžeme detekovat vlnění, které temná hmota zanechává v gravitaci. Nemůžeme ji však pozorovat přímo.

Zdroj: Popular Science, What is matter? It’s not as basic as you’d think

Můj komentář:

V článku se rozebírá, co je hmota, a přitom je řečeno, že existuje něco, co hmota není. Tahle myšlenka je velmi zavádějící. Hmota je univerzální pojem, kterým označujeme vše, co ve vesmíru existuje. Hmota se vyskytuje v nejrůznějších formách, strukturách, variacích. Některé z nich fyzika zatím nedokáže patřičně zahrnout do svých teorií, popřípadě nemá o nich žádnou potuchu.

Ústy Hamleta, prince dánského, William Shakespeare pravil: „Jsou věci mezi nebem a zemí, milý Horácio, které není člověku souzeno poznat.“ Někdy se také píše, že o těch věcech naši filosofové netuší atp. Podstata je však stejná.

Na Wikipedii se v článku Hmota píše: „V širším významu je hmota výrazem pro veškeré fyzikálně zachytitelné formy objektivní reality, tedy toho, co existuje nezávisle na našem vědomí a jehož projevy lze objektivně zaznamenat či změřit.“ Stručně řečeno: Nic nehmotného neexistuje.

Hmotnost je už specifický fyzikální pojem. Jeden ze dvou hlavních aspektů hmoty. Tím druhým je energie. Oba tyto aspekty sloučil Albert Einstein ve Speciální teorii relativity.

Zde je třeba si všimnout takzvané klidové hmotnosti. Ve fyzice existují dva různé pojmy vztažné soustavy: inerciální a neinerciální soustava. Jako inerciální vztažná soustava se ve fyzice označuje taková vztažná soustava, v níž platí 1. Newtonův pohybový zákon, tj. těleso, na které nepůsobí žádná síla nebo výslednice sil je nulová, je v klidu nebo se pohybuje rovnoměrně přímočaře. Platí zde zákon setrvačnosti a každá vztažná soustava, je-li vzhledem k dané inerciální soustavě v klidu nebo pohybu rovnoměrném přímočarém, je rovněž inerciální.

Pokud se nacházíme v inerciální soustavě, tak všechna tělesa či elementární částice, které se vůči nám nepohybují, můžeme v rovnicích charakterizovat klidovou hmotností. Je to však pouhá aproximace. Ve skutečnosti nemá žádný objekt ve vesmíru absolutní klidový stav. Vše je v pohybu – Panta rhei.

V souvislosti s klidovou hmotností se občas praví, že foton má nulovou klidovou hmotnost. Ve fyzikálních rovnicích se v případě fotonu, na rozdíl od ostatních částic či těles, používá pouze pohybová hmotnost. Funguje to. Je třeba však opět zdůraznit, že nic není v klidu. I foton je neustále hmotný, má energii a vykazuje gravitační interakci.

09.12.2023, 10:38:22   Publikoval Luciferkomentářů: 1