Hrášek na Strahově: Jak prázdná je ve skutečnosti hmota?

Abychom pochopili tu absurditu, musíme se podívat na základní stavební kámen všeho – atom. Ve škole nás učili, že má jádro a obal. Ale málokdo si uvědomuje ty propastné rozdíly v měřítku.

V našem článku o Vnitřním vesmíru a cestě do nitra atomu jsme si atom rozebírali podrobně, ale pro dnešek nám stačí jedna vizualizace, která vám zamotá hlavu.

Představte si atom zvětšený na velikost fotbalového stadionu (třeba Strahov nebo Eden).

• Jádro atomu (protony a neutrony), kde je soustředěna téměř veškerá hmotnost, by bylo malé jako hrášek položený přesně ve středovém kruhu na trávníku.
• Elektrony by byly jen nepatrné mušky, které poletují někde u střechy nejvyšších tribun.

A co je mezi tím? Co je mezi hráškem a tribunami? Nic. Prázdno. Vakuum. Když se podíváte na svou ruku, na stůl nebo na podlahu, díváte se z 99 % na prázdný prostor, ve kterém jen sem tam poletuje energetická "muška". Z hlediska objemu my lidé v podstatě neexistujeme. Jsme jen velmi řídká mlha.

(Hrášek na stadionu ilustrující jádro atomu)

Efekt roztočeného ventilátoru: Iluze pevnosti

Pokud jsme tedy "děraví" jako řešeto, jak je možné, že nepropadneme skrz podlahu, která je stejně děravá? Proč jeden "stadion" neprojde skrz druhý "stadion", když se tam ty dva hrášky nemají šanci potkat?

Odpověď není v hustotě hmoty, ale v rychlosti a pohybu. Představte si klasický stolní ventilátor.

• Když je vypnutý, vidíte mezi lopatkami spoustu místa. Můžete skrz něj prostrčit ruku (prosím, nedělejte to). Hmota je "prostupná".
• Ale co se stane, když ho zapnete na plný výkon? Lopatky se roztočí tak rychle, že pro lidské oko zmizí a vytvoří rozmazaný kruh. Zkuste do něj teď strčit tužku. Neprojde. Narazí na "pevný" disk.

S atomy je to podobné. Elektrony kolem jádra kmitají tak nepředstavitelně rychle, že jsou v podstatě "všude a nikde" zároveň (což souvisí s kvantovou superpozicí). Vytvářejí kolem jádra neprostupný obal, silové pole, které se tváří jako pevná skořápka. Pevnost hmoty je tedy jen dokonalá iluze vytvořená extrémně rychlým pohybem v prázdnotě.

(Ventilátor se statickými a rotujícími lopatkami se proměňuje v abstraktní zobrazení atomu s rychle se pohybujícími elektrony.)

Tajemství levitace: Proč se ve skutečnosti ničeho nedotýkáte

Teď se dostáváme k jádru věci a k myšlence profesora Petra Kulhánka, která mě k tomuto článku inspirovala. Co se stane, když se váš zadek (vaše atomy) přiblíží k židli (její atomy)?

Vzpomeňte si na hru s magnety. Když se snažíte přitlačit k sobě dva silné magnety stejným pólem (plus na plus nebo mínus na mínus), cítíte ten zvláštní odpor. Mezi magnety vznikne neviditelný, pružný polštář, který vám nedovolí je spojit, ať tlačíte sebevíc.

Přesně to se děje, když sedíte, stojíte nebo něco držíte:

1. Na povrchu atomů vaší kůže jsou elektrony (záporný náboj).
2. Na povrchu židle jsou také elektrony (záporný náboj).
3. Zafunguje elektromagnetická síla. Stejné náboje se odpuzují.

Takže vy ve skutečnosti nesedíte na židli. Vy se jí vůbec nedotýkáte! Vy levitujete nepředstavitelně malý kousek (v řádu nanometrů) nad ní, neseni silovým polem vzájemně se odpuzujících elektronů. Nikdy jste se nedotkli svých dětí, jídla, ani klávesnice. Jen jste se k nim hodně přiblížili a ucítili jste odpor jejich silového pole, který váš mozek interpretuje jako "dotyk".

(Mikroskopický pohled ukazuje nepatrnou mezeru mezi prstem a povrchem, symbolizující odpuzování atomů.)

Pravidlo "Obsazené židle" (Pauliho princip)

Pro úplnost musíme zmínit, že v tom má prsty ještě jeden zákon kvantové mechaniky, tzv. Pauliho vylučovací princip. Zjednodušeně řečeno: elektrony jsou "asociálové". Nesnesou, aby byly dva ve stejném stavu na stejném místě.

Když se snažíte stlačit hmotu (třeba bouchnete do stolu), atomy se brání nejen proto, že se odpuzují jejich náboje, ale také proto, že "všechny židle jsou už obsazené". Elektrony podlahy křičí na elektrony vaší boty: "Tady už není místo, běžte pryč!" To je ten finální důvod, proč se hmota nezhroutí do sebe a proč nepropadnete až do zemského jádra.

Sci-fi koutek: Proč ještě neumíme procházet zdí?

Když teď víme, že neprostupnost hmoty není dána tím, že by byla "plná", ale je to jen výsledek elektromagnetického odpuzování, nabízí se fascinující spekulativní otázka: Proč jsme ještě nevynalezli technologii, která by to obešla?

Představte si to. Kdybychom dokázali na chvíli "vypnout" nebo odstínit elektromagnetickou interakci mezi našimi atomy a atomy zdi, teoreticky bychom jí mohli projít stejně snadno, jako prochází neutrina celou planetou Zemí, aniž by do čehokoliv narazila. Nebo bychom mohli mít lékařské nástroje, které proniknou tělem bez jediného řezu přímo k nemocnému orgánu.

Problém je, že elektromagnetismus je také to jediné, co drží pohromadě nás samotné. Kdybychom tuto sílu vypnuli, abychom prošli zdí, naše vlastní tělo by se okamžitě rozpadlo na oblak atomů, protože by přestaly fungovat chemické vazby mezi našimi molekulami. A i kdybychom to vyřešili, zřejmě bychom okamžitě začali padat směrem do středu Země, protože gravitace by fungovala dál, ale podlaha by nás už "nepodržela".

Zatímco ve filmech typu X-Men nebo Star Trek je "fázování" běžná věc, v naší realitě narážíme na to, že ona bariéra, která nám brání projít zdí, je ta samá síla, která nám umožňuje vůbec existovat.

Závěr: Svět je jen hra silových polí

Až si po přečtení tohoto článku položíte telefon na stůl (nebo spíše ho necháte levitovat nanometr nad stolem), zkuste se na svět podívat novýma očima. To, co vnímáme jako pevnou realitu, je ve skutečnosti jen tanec energie v prázdnotě. Nežijeme ve světě pevných těles, ale ve světě silových polí, která náš mozek jen velmi přesvědčivě převádí na pocity tvrdosti, hladkosti nebo tepla.