Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 1493 dotazů
130) Kolaps vlnové funkce
08. 08. 2008
Dotaz: Dobrý den, měl bych totaz týkající se vlnové funkce. Tím, že provedu pozorování, vlnová funkce pozorovaného objektu zkolabuje. Když přestanu pozorovat objekt, řekl bych, už nikdy nebude mít vlnový charakter, nebo ano? Když se podívám na strom a zjistím, že spadl a následně přestanu pozorovat, strom by měl být pořád na zemi. Kdyby byl druhý pozorovatel za horizontem, a spadlý strom neviděl, měl by pro něj pořád vlnový charakter. To znamená, že kolaps funkce je vázán na konkrétního
pozorovatele? (Standa)
Odpověď: Nejprve si trochu ujasněme, co znamená kolaps vlnové funkce při pozorování.
V kvantové fyzice stav objektu i jeho vývoj popisujeme tzv. vlnovou funkcí, ze které lze o objektu všechno zjistit (nese kompletní informaci). Jedná se o komplexní funkci souřadnic a času. (Poznámka: Popis stavu může být i jiný, ale zůstaňme u tohoto přístupu).
Při pozorování, resp. měření nějaké vlastnosti našeho objektu, dojde ke změně vlnové funkce. Zopakujme předchozí větu ještě přesněji: Jakmile uvažujeme (popisujeme či dokonce propočítáváme) chování objektu v situaci, ve které došlo k nějakému měření a získání určité informace o popisovaném objektu (např. určíme polohu elektronu), musíme v okamžiku měření vlnovou funkci popisující vývoj objektu před měřením zaměnit za jinou vlnovou funkci, která bude popisovat jeho vývoj po měření. Navíc tato nová vlnová funkce závisí na tom, co jsme naměřili. Této "změně" vlnové funkce se obvykle říká kolaps nebo redukce vlnové funkce. Závěr tohoto odstavce je tedy, že i po pozorování je daný objekt popsán vlnovou funkcí. A tato funkce závisí na pozorovateli.
Co přesně tato změna vlnové funkce znamená a jaký je její význam, je velkým oříškem. Existuje mnoho konkurenčních teorii (interpretací kvantové mechaniky), které se to snaží vysvětlit. Z praktického hlediska je ale důležité, že máme jasný návod, jak počítat a předpovídat výsledky měření.
Další věcí, kterou by bylo ve vašem dotazu třeba upřesnit, je "vlnový charakter". Zda tím myslíte to, že se daný objekt může chovat podobně jako se chovají vlny např. na vodní hladině nebo zvuk. Podle příkladu se stromem bych ale usuzovala, že pod vlnovým charakterem spíše myslíte existenci smíšených stavů - tj. stavů, ve kterých není daná vlastnost "určena". V příkladu se stromem by to byl strom ve stavu, který by byl kombinací stojícího i ležícího stavu. Problém je, že takové stavy jsou typicky kvantovou záležitostí a ve světě přístupném našim smyslům se s nimi nesetkáváme.
A tím jsme se asi dostali k jádru problému. V kvantové fyzice popisujeme objekty, se kterými nemáme zkušenost. Tyto objekty se chovají diametrálně odlišně od nám známých věcí (kuliček, vozíků, vln, vody, ...) a nám chybějí vhodná slova pro popis jejich chování. Proto si vypomáháme běžnými slovy. To ale s sebou přináší velké riziko, že dojde k nedorozumění či nepochopení. Při slovním popisu je tedy třeba být neustále ve střehu a zvažovat každé slovo a jeho význam. Na druhou stranu máme přesný a propracovaný matematický aparát, pomocí něhož umíme předpovídat výsledky našich měření.
Základy kvantové fyziky včetně rozboru nastíněných problémů jsou velmi kvalitně a přístupně zpracovány např. v knize Tony Hey, Patrick Walters: Nový kvantový vesmír, Argo a Dokořán, Praha, 2005, i v několika dalších.
Dotaz: Dobry den, rád bych se zeptal jakym způsobem (jak přesně) se meří vysoké
teploty. Třeba teploty na Slunci. (Jiří Orsava)
Odpověď: Vysoké teploty se pravidelně měří tím, že se zkoumá emitované záření.
Každé těleso o libovolné teplotě T > 0 K je - pokud je v rovnováze - obklopeno elektromagnetickým zářením s intenzitou a frekvenční strukturou odpovídající příslušné teplotě. Speciálním případem je tzv. černé těleso, které neselektivně pohlcuje veškeré záření, které na něj
dopadne, a rovněž neselektivně vyzařuje; frekvenční rozklad jeho záření byl jeden z důvodů k objevu a zavedení kvantové fyziky, jak asi víte z historie. Frekvenční hustota záření černého tělesa je dána Planckovým
vyzařovacím zákonem. V něj je teplota tělesa jako parametr, a je tedy v principu snadné určit tuto teplotu porovnáním se známým rozložením.
Reálná situace je komplikovanější tím, že nemusí jít o černé těleso, a taky nemusí být v rovnováze. Na druhou stranu je vždy nutno také uvážit, do jaké míry je reálné vyžadovat existenci a znalost "přesné teploty", a to zejména nejde-li o rovnovážný stav. Striktně vzato, je teplota stejně definována jen pro těleso v rovnováze. (Máma měřící teplotu nemocného děcka musí taky počkat, až kulička teploměru bude v rovnovážném stavu s tělem pacienta, jinak - bez rovnováhy - nemá údaj
smysl.)
Dotaz: Dobrý den, chtěl jsem se Vás zeptat proč když přiblížim ke starému
monitoru magnet tak ztmavne? (Petr Lepič)
Odpověď: Starší monitory (resp. monitory typu CRT = Cathode Ray Tube) fungují tak, že "vystřelují" elektrony zezadu/zevnitř na obrazovku. Na její vnitřní straně je nanesena vrstva luminoforu - sloučeniny, která při dopadu elektronu zasvítí. Kam na obrazovku se takto "vystřelené" elektrony trefí a jaké body následně budou na obrazovce svítit, to je určováno pomocí cívek (elektromagnetů) uvnitř monitoru. Letící elektron je pohybující se elektrický náboj a je tedy v magnetickém poli vychylován ze své dráhy tzv. Lorentzovou silou. Vykreslení obrazu je tedy prováděno změnou napětí přiváděného na cívky uvnitř monitoru.
Jestliže k takovémo monitoru přiblížíme libovolný další magnet, dojde k narušení (pozměnění) magnetického pole a v důsledku toho bude vykreslovaný obraz různě deformován. Mohou tak vznikat i místa, kam se žádné elektrony v důsledku deformace magnetického pole nedostanou - a ta budou tmavá.
Další informace o fungování monitoru typu CRT najdete na
Dotaz: Jde mi o děje, které jsou podstatou vodíkového článku. Troskotám na tom,
že nechápu, proč elektron uvolněný chemicky z atomu vodíku na
příslušné eletrodě nevytvoří z elektrody zápornou elektrodu, nýbrž
anodu (jak se všude píše). Přitom proton projde speciální membránou na
druhou stranu a údajně tam vzniká katoda, přestože protony jsou kladné?
Jak budou vypadat póly takové "baterky", kde je + a kde -, když to dostanu do
rukou. (Boris Rychta)
Odpověď: Problém je jenom ve špatném pochopení terminologie. Označení anoda, resp.
katoda, se nevztahuje k náboji elektrody, ale k druhu redoxního děje, který
na ní probíhá. Anoda je elektroda, na níž probíhá oxidace. Katoda je
elektroda, na níž probíhá redukce. Ale s jejím nábojem to může být všelijak:
Vezmeme-li případ katody, může redukce probíhat tak, že elektroda je od
začátku záporně nabitá (je to záporný pól baterky) a silou "cpe" elektrony
například vodíkovým kationtům v roztoku, které se pak redukují na atomy
vodíku. Anebo může redukce probíhat tak, že na platinovém drátku se "sám od
sebe" redukuje atom kyslíku na oxidový nebo hydroxidový anion, přičemž
spotřebovává elektrony z původně neutrální elektrody (drátku) a tak ji
nabíjí kladně (a vytváří z ní kladný pól baterky). V obou případech
elektrodu nazýváme katoda (= elektroda s redukcí), ovšem v prvním případě je
nabitá záporně, v druhém kladně. V prvním případě se jedná o elektrolýzu,
děj, kdy připojením napětí (baterky) vyvoláme v roztoku chemickou reakci a,
velmi hrubě řečeno, "náboje putují od elektrod do roztoku". V druhém případě
se jedná o galvanický článek, při němž chemická reakce vyvolá napětí na
původně nenabitých elektrodách (vzniká baterka) a, velmi hrubě řečeno,
"náboje putují z roztoku na elektrody". Protože jde o děje protichůdné,
opačného směru, i náboj katody (= elektrody s redukcí) bude v obou případech
opačný.
Vrátíme-li se k otázce: skutečně, pokud ve vodíkovém článku odevzdává atom
vodíku elektrony a tak se oxiduje, říkáme příslušné elektrodě bez ohledu na
její náboj (který, jak správně usuzujete, je v tomto případě záporný) anoda.
Ovšem dokonce i etymologický slovník mylně tvrdí, že "katoda = záporná
elektroda". Pokud už to chceme takto používat, musíme nutně dodat "při
elektrolýze".
Dotaz: Čím je možné vysvetliť rozdielne dĺžky väzieb v molekule tuhého jódu (271 pm) a parách jódu (267 pm)? dakujem, Barbora (Barbora)
Odpověď: V pevném, krystalickém jódu jsou molekuly drženy v pravidelném uspořádání
vzájemnými mezimolekulovými interakcemi. V parách jódu se mezimolekulové
interakce prakticky nevyskytují, každá molekula je osamocená. Dosažení co
nejsilnějších mezimolekulových interakcí v krystalu by mohlo být důvodem
částečného oslabení (prodloužení) vazeb v jednotlivých molekulách oproti
"osamocenému" stavu. Určité energetické znevýhodnění, které odpovídá
oslabení vazby v každé z molekul, by pak bylo vynahrazeno energetickým
zvýhodněním, které odpovídá výhodnějšímu vzájemnému uspořádání (a tedy
silnějším interakcím) takto prodloužených molekul.
Upozorňuji, že toto je má úvaha nad Vaší otázkou, nikoli citace literatury.
Takové vysvětlení mi ovšem připadá velmi pravděpodobné.
