Vakuum jako zdroj hmoty nebo energie
Václav Dostál
Ve svém textu budu postupovat v pořadí, jak jsem na jednotlivé rozebírané články „narazil.“ Jeví se, že většinový pohled na vakuum zůstává dlouhodobě stejný a proto je celkem jedno, že ty články jsou časově neuspořádané.
Důvodem napsání tohoto textu je přítelův dotaz, kdy narazil“ na tvrzení, že z vakua je možné vyzískat hmotu. Protože ví, že se tématem zabývám, tak se ptá, zda je to možné.
Na počátku
Gn 1:1: „Na počátku stvořil Bůh nebe a zemi. Země byly pustá a prázdná a nad propastnou tůní byla tma. Ale nad vodami vznášel se duch Boží.“
Překladatelé k tomu poznamenávají: „Verš je možno chápat jako nadpisek k celé kapitole. Nebe stvořil Bůh pro sebe, zemi pro člověka (sr. Ž 115:16).“
Stvoření nebe jako oblasti, vyhrazené Tvůrci, podle mého soudu nemůžeme klást do stejného času se stvořením země jako oblasti pro člověka. Oblast, vymykající se našim časovým měřítkům, nemá tentýž počátek jako oblast s tokem našeho času. Jsem přesvědčen, že výraz „nebe a země“ zde – podobně jako i jinde – znamená náš vesmír.
Druhá věta ovšem mluví o zemi jako o pustotě a prázdnotě a dokonce jako o „propastné tůni.“ Myslím, že tyto charakteristiky se týkají jak vesmírných oblastí, tak naší planety. Dokonce si dovolím tvrdit, že planetu Zemi nelze ani v době jejího stvoření považovat za prázdnotu – prázdný prostor. Také řeč o „propastné tůni“, neboli o velmi hluboké potenciálové jámě (což je moderní alegorie, stejného významu jako ona historická alegorie „propastná tůně“) se netýká planety Země, ale spíše toho vesmírného prostoru.
Takže, podle mého přesvědčení, je zde řeč o tvorbě pusté Země a „prázdného prostoru“, tj. vakua. Jedině o vakuu lze tvrdit, že jeho potenciálová jáma neboli „tůně“ je „propastná“ čili moderně řečeno „téměř nekonečně hluboká.“
Částice z vakua „vylétající“ (jež se nazývají „virtuální“) nemohou překonat obrovskou hloubku potenciálové jámy a tak vzápětí „padají“ zpět. Získání částic z vakua by bylo možné spíše tunelovým jevem než dodáním obrovské energie, potřebné pro překonání oné hloubky.
O tom, zda je možné uměle vůbec nějak z vakua „něco“ získat, je celý tento článek. Přesto se potvrzuje, že „vakuum“ je vlastně základní fyzikální entita, z níž se i reálně „vynořuje“ látka a pole, hmota i energie. A to nám přímo před očima: přece vidíme, jak z vesmírné „prázdnoty“ „vyčnívá“ nespočetné množství hvězd a všudypřítomné elektromagnetické záření různých vlnových délek! Tvrzení, že tato hmota a energie nijak s onou „prázdnotou“ nesouvisí, by bylo dnes už směšné!
Hmota z vakua
Josef Kučera v článku z roku 2009 píše, že ve vakuu nelze zanedbat „virtuální páry kvarků a antikvarků, stejně jako gluony a ostatní virtuální částice, ustavičně vynořují z kvantového vakua, aby vzápětí opět mizely v nicotě.“ Vzápětí pokračuje: „Proton (a neutron samozřejmě také) už vůbec není tou jednoduchou částicí složenou ze tří kvarků jako na začátku našich úvah, ale složitý propletenec všech možných stavů,“
O něco níže: „Jak se ukázalo, do výpočtů hmotností nukleonů je třeba zahrnout i virtuální částice, a to nejen gluony, ale i virtuální kvarky.“
Toto odvážné tvrzení potom opravňuje další výpověď: „Poukazuje přitom na významný fakt, že „i kdyby hmotnosti kvarků z výpočtů úplně zmizely, hmotnosti nukleonů by se příliš nezměnily.” [Cituje Andrease Kronfelda z amerického Fermilabu]. To je podle něj „jasný důkaz toho, že za existenci hmoty vděčíme především kvantovým fluktuacím vakua.“
Michal
Švanda ve svém
článku z r. 2014 pod hustotou vesmíru rozumí (shodně s většinovým
pojetím) hustotu látky, danou např.
počtem atomů (nejčastěji vodíku) v objemové jednotce. Takže tvrzení „Absolutní prázdno však nikde ve vesmíru nenajdeme“ by podle toho znamenalo,
že ve vesmíru se nachází velmi řídký prach a plyn. Jenže následující věty mají
jiný smysl: „v naprostém
prázdnu neustále vznikají páry částice–antičástice, které téměř okamžitě
anihilují. Odborníci mluví o fluktuacích vakua nebo o energii vakua.“
Podobný zmatek je v článku VAKUUM: „NIC“ NEBO „NĚCO“? - Czech Press Group : „Vesmír je skoro celistvé vakuum, v němž je hmota výjimkou. Ale i ona se skládá v podstatě z prázdnoty. V měřítku atomu je vzdálenost mezi jádrem a elektrony obrovská. Často slýcháme, že se látka skládá z vakua, ale hmota, kter á je vytváří, je soustředěna v nicotných částech prostoru.“
Věty
v podobném duchu jsem napsal už dost dávno ve svém textu „Vakuum jako základ
všeho hmotného“, v první kapitolce – o složení atomu. Ale v závěru jsem napsal,
že hmota se nemůže skládat převážně z ničeho a jen zcela nepatrně, naprosto
zanedbatelně, z hmoty.
Po větách z předminulého odstavce ale hned následuje: „Proti této koncepci, „všudypřítomnost“ vakua a krajní zředěnost látky, existuje jiná, která nechápe vakuum jako prázdnotu. John Wheeler o tom napsal: Žádné jiné tvrzení mi nepřipadá tak fundamentální jako toto: vakuum není prázdnota, je to oblast projevu nejmocnějších fyzikálních procesů.“ Tak vysvětluje problém kvantová teorie, oblast vědění, která popisuje strukturu a procesy probíhající v mikrosvětě. Ale jak je to možné?“
Výklad je „klasický.“. „Setkáváme se s tím, čemuž fyzikové říkají „energie absolutní nuly“. Vakuum v tomto stavu neustále kmitá, podobně jako vlny na povrchu. … K pochopení … [slouží] Heisenbergův princip neurčitosti. Jeho podstata tkví v tom, že není možné současně změřit rychlost částice a určit její polohu. … Virtuální částice, vzniklé z „ničeho“ a nezbytně tamtéž mizející, jsou po dobu své kratinké existence stejně reálné jako ostatní “
Avšak o něco níže je: „Kmitání polí vzniká ze všech částic počínaje nejlehčími (elektrony) a konče nejtěžšími ve fyzice vysokými energiemi. Ve vakuu přitom existují také dosud neznámé částice. Proto nemůžeme vakuum definovat jako „prázdný prostor“, inertní a oproštěný od všeho, nýbrž jako prostor s hojností energie.“
Výše uvedené texty obsahují určité náznaky „poněkud“ odlišného chápání vakua jako aspoň potenciálního zdroje hmoty (částic) či energie.
Mnohem
určitější je článek Something
from Nothing? A Vacuum Can Yield Flashes of Light ...: (z r. 2013): „Vakuum
se může jevit jako prázdný prostor, ale vědci objevili získání něčeho, např. světla,
ze zdánlivé nicoty.…Badatelé
také předpověděli dynamický Casimirův jev, kdy se zrcadla pohybují nebo
podstupují nějakou změnu, Nyní kvantový fyzik Pasi Lähteenmäki z Aalto
University ve Finsku a jeho kolegové odhalili, že při změně rychlosti [spíše při změně tloušťky prostoru mezi
Casimirovými deskami], jíž může letět
světlo, se může objevit světlo z ničeho.“
„Badatelé
detekovali fotony, odpovídající předpovědím dynamického Casimirova jevu.
Například takové fotony by zobrazovaly silnou vlastnost kvantového propletení,“
[kdy z vlastností zachycené částice stanovíme vlastnosti velmi
vzdálené částice, což se podle Einsteina jeví jako „tajemné působení na dálku
nekonečně velkou rychlostí.“]
„Willson, nyní
z University of Waterloo in Ontario říká: „zcela nedávno jsme
získali technologii, rozvinutou do technického režimu experimentů, kde jsme
mohli vidět velmi rychlé změny, které mohou mít dramatické účinky na elektromagnetická pole,““
Moore ve svém článku píše o
vzniku částic, ale má na mysli fotony: „A srdcem této práce je myšlenka, že vakuu není přesně
prázdnota. „Je lepší říkat,
následuje fyzika Paula Diraca, že vakuum, nic, je kombinací hmoty a
antihmoty,“, částic a antičástic. Jejich hustota je děsivá, ale nemůžeme vidět žádnou z nich, protože jejich pozorované účinky
ničí jedna druhou,“ řekl Sokolov.“
„Hmota a antihmota se vzájemně ničí za normálních podmínek když se dostávají do kontaktu. „Ale silné elektromagnetické pole, tuto
anihilaci, což je typicky ukrývající mechanismus, může být zdrojem nových částic,“ řekl Nees. „Při anihilaci vznikají gama paprsky, což může produkovat nové elektrony a pozitrony.“ Foton gama je
vysokoenergetická částice světla. Pozitron je antielektron, zrcadlová částice týchž vlastností jako
elektron, ale opačného- kladného náboje.“
Musím
zdůraznit, že řeč je pořád o fyzikální neboli kvantovém vakuu a ne o technickém
vakuu – nacházejícím se ve vakuových zařízeních: v žárovkách, zářivkách,
obrazovkách, kalorimetrech a v termoskách. V technice opravdu z určitého
prostoru vysáváme vzduch (a prach), takže můžeme mluvit o
„vzduchoprázdnu“. Ale v těchto zařízeních je zbývající hustota ještě pořád
mnohem vyšší než v mezihvězdném vakuu nebo ve fyzikálním vakuu.
Dále
si jistě každý povšimnul, že ačkoli se píše o „hmotě nebo o „částicích“, jde
vlastně o vznik záření či energie. Jestliže si ovšem vzpomeneme na
proslulý Einsteinův vztah, který říká, že hmota má energii a že energie má
hmotnost, pak nám taková záměna mezi „hmotou“ a „energií“ nebude vadit.
Jestliže v této Einsteinově rovnici pro rychlost světla místo kilometrů za
sekundu použijeme světelných let lomených roky, dostaneme jednodušší formu, E = m. Zde nejde jen o matematickou
rovnost, ale jde o stejnou fyzikální podstatu. Rovnice nám říká, že mezi
energií a hmotou není fyzikální rozdíl v jejich podstatě. To také Einstein
zdůrazňuje, když tvrdí, že tento rozdíl je pouze kvantitativní.
Už
jenom z takové úvahy vyplývá, že z vakua můžeme také získat energii – v pojetí,
že jde o schopnost práce. Zařízením, které by mělo větší výstupní výkon, než
vstupní, nemusí tedy znamenat perpetuum mobile – stroj získávající energii z
nicoty.
Energie z vakua
Zde uvedu své dávné poznámky:
Až do poloviny února 2010 jsem neměl tušení, že existují elektrické stroje, které nějak „čerpají“ energii z vakua a že také existují teorie, prosazující éter.
Aspoň některá praktická zařízení vykazují navenek účinnost vyšší než 100%, což lze vysvětlit vnikem energie vakua do daného zařízení, takže měřitelný výstupní výkon je větší než vstupní výkon. Konstruktéři, soustředění na praktické využití, si tento fakt nedovedou vysvětlit a hovoří o „nad-jednotkových“ („overunity“) zařízeních či strojích. Vědí, že musí použít permanentní magnety. O nich soudí, že svými vnitřními souhlasně orientovanými vířivými proudy nějak harmonizují s vakuem, které nějak chybějící energii dodá. Někteří ovšem prohlašují, že u těchto zařízení dochází k porušení zákona zachování energie. Naměřené hodnoty vstupních a výstupních veličin, z nichž lze jednoduchým způsobem vypočítat účinnost, jim poskytují dostatečný důvod pro takováto prohlášení. Skutečně, jestliže budeme považovat vakuum za prázdnotu s nulovou vnitřní energií, odkud se bere vyšší výstupní výkon než vstupní? Zejména, když i oni započtou ztráty v železe popř. třením? Jsou-li zjištěné velikosti fyzikálních veličin správné, pak musíme buď předpokládat, že „chybějící“ energie je dodávána odnikud, neboli že zákon zachování energie neplatí, nebo musíme předpokládat, že je dodávána z vakua. Tento druhý předpoklad je mnohem přijatelnější, zejména když si uvědomíme strukturu jednotlivých atomů – daného zařízení. Víme totiž, že každý atom se skládá z nepatrného procenta látky či „hmoty“ (protonů, neutronů a elektronů) a také, a to hlavně, z vakua. Zbývá doplnit, že ono vakuum není žádná prázdnota, že má jistou energii. Má-li energii, má také hmotnost. Energie „vnitřního“ vakua atomu bude sice v objemové jednotce několikanásobně menší než energie částice v téže objemové jednotce, ale zato bude převažovat svou celkovou rozlohou! To vyplývá už jenom z faktu, že vakuum v atomu zaujímá mnohonásobně větší část celkového objemu atomu než jednotlivé částice.
Takovéto vysvětlení je zcela originální, zatím není, pokud je mi známo, nikde uváděno. Je ovšem nutné dodat, že bychom měli ono „vnitřní“ vakuum chápat jako jednu z forem fyzikální reality, nebo, chceme-li, energie – hmotnosti. Atom by pak byl tvořen v celém svém objemu jedinou fyzikální podstatou v různých formách: ve formě částic, ve formě jaderného a atomového pole a ve formě základní fyzikální reality, základní energie. Zatímco prvé dvě formy jsou měřitelné neboli explicitní, ta poslední je skrytá, neměřitelná neboli implicitní. Vakuum takto pojaté je tedy vlastně základní energií, těsně svázanou s jinými formami hmoty. Jinak řečeno: v přírodě existují různé formy energie/hmotnosti, některé jsou explicitní, a ta základní je implicitní. Energie se může přeměňovat z jedné formy do druhé, např. z „neviditelné“ do měřitelné, ale nemůže se vynořit odnikud nebo naopak do ničeho mizet. Ještě jinak, zákon zachování energie/hmotnosti platí dokonale, byť se část energie měnila na formu námi neměřitelnou nebo naopak. Toto tvrzení je plně fyzikální – na rozdíl od tvrzení, že zákon zachování energie je v případech „nad-jednotkových“ strojů porušen.
Prokázaný úspěch jednoho studenta, předvádějícího na soutěži „České hlavičky“ jedno „nad-jednotkové“ zařízení a uváděné jiné konkrétní principy jiných strojů či zařízení ze stejného „soudku“ aspoň částečně smazávají podezření ze šarlatánství.
Nad vysvětlením jak, jakým způsobem, se energie „prázdnoty“ „přelévá“ do výstupní energie nějakého stroje, musíme ovšem pokrčit rameny nebo dokonce o něm hlasitě prohlásit, že to nevíme. To není žádná hanba, to jenom konstatujeme, že množství dosud neobjevených jevů a zákonů je mnohem větší než to, které už umíme aspoň nějak vysvětlit.
Teď si povšimněme existujících vysvětlení. V tom panuje značný zmatek. Někdo píše o tzv. volné energii, jiný o energii z vakua, další o éteru či fyzice éteru nebo jiný zase propaguje tzv. éterometrii.
Pokud jsem dobře pochopil, Fyzika éteru nebo Éterometrie či podobné teorie uvažují, že existuje éter jakožto prostředí, přenášející světlo. Uvádí, že nemůže existovat nehybný nebo dokonale strhávaný éter, avšak že existuje částečně strhávaný éter. Éter je považován za nehmotnou substanci, nemající žádnou setrvačnost. Přitom je gravitačním polem Země částečně strháván – nejvíce u jejího povrchu. Zde je rozpor: jak může být něco nehmotného gravitačně přitahováno hmotnou Zemí? Autoři nijak nezpochybňují gravitaci jako vzájemnou přitažlivost „hmot“, právě naopak, uvažují, že tato „síla“ působí na částice éteru (u každého jinak nazvané) a že je tedy částečně strhává. To však jaksi zapomínají na své úvodní definice éteru. Nedává to smysl!
Moderní
zastánci éteru vytýkají Einsteinovi postulát nezávislosti rychlosti světla na
zdroji. Tvrdí, že tato rychlost konstantní není a že tedy také neplatí všude
stejné fyzikální zákonitosti. Ovšem už nepíší o tom, na čem rychlost
světla závisí a už vůbec ne jak. Ani se nezmiňují, jak by se měly
fyzikální zákony místo od místa měnit, nebo co vlastně místo nich platí. V tom
se podobají profesoru M. Simhonymu. Na rozdíl od něj neuvádějí konkrétní
strukturu vakua, jen jaksi uznávají existenci prostorové mřížky. Jestliže ovšem
tato mřížka existuje, potom je struktura „prázdného prostoru“ kvantovaná. Odpor
vůči kvantové teorii jim však toto nedovoluje tvrdit.
Závěr našeho rozboru je jednoznačný. Žádný „prázdný prostor“ ve fyzikálním smyslu neexistuje. Název „vakuum“ je silně nevhodný, jde ve skutečnosti o základní fyzikální realitu, jejímiž variantami jsou námi pozorované formy této reality. Jednou z nich je světlo, jinou je elektron nebo jiná částice. Základní pole reprodukuje věrně své modulace, ovšem jenom ty, které jsou s ním v rezonanci. Světlo ke své reprodukci, tj. svému pohybu, nepotřebuje žádné prostředí, žádný éter. Přesně z téhož důvodu ke své existenci protony nepotřebují nějaký éter. Ani průvodní pole v blízkosti tělesa, tj. přibližně tzv. gravitační pole. Jednotlivé formy téže fyzikální reality spolu vzájemně interagují, zjednodušeně řečeno interferují. Samozřejmě – vždyť jde pořád o tutéž podstatu! Řečeno hodně drasticky, „prázdný prostor“ nejen, že prázdný není, ale je dokonce tvůrčí.
Je tedy možné získat hmotu či energii z vakua?
Mé o něco pozdější poznatky (než výše uvedené) jsou ze zpráv o experimentech laboratoří NASA, kde se experimentátoři vlastně nezabývají teorií vakua, ale prakticky zkoumají, zda je možné použít energii, „ukrytou“ ve vakuu, k pohonu kosmických lodí a sond. Ve svých pokusech dosáhli dost značného pokroku, když zjistili, že tato energie měřitelná a tedy použitelná je! Jenže výkon, který na svých pokusných zařízeních dosáhli, je velmi „slabý“, takže by pro zamýšlený účel nestačil. To však badatelům nevadí, aby kreslili kosmické koráby, putující z naší sluneční soustavy k nejbližším hvězdám.
Sen o mezihvězdných cestách je tak silný, že tyto experimentátory jaksi nezajímají tvrzení o vědecké zhoubnosti myšlenek získávání energie z vakua.
Odpověď na otázku, zda je možné uměle získat hmotu či energii z vakua tedy zní: ano, možné to je, ale praktické využití je ještě daleko. Dost pravděpodobně: naštěstí! Hustota energie vakua je obrovská a její uvolnění by mohlo mít nepředstavitelně katastrofální důsledky.