V tomto příspěvku se pokusím popsat trochu nekonvenční způsob výkladu chování atomu a dalších skutečností s tím souvisejících pomocí hodně zjednodušeného názorného modelu, který nemá ukázat, jak atom ve skutečnosti vypadá (kdo to ví?), ale lze na něm demonstrovat na úrovni školy II. stupně různé známé výsledky pozorování, podobně jako chování elektrických obvodů pomocí náhradních schémat. Byl vymyšlen (ten výklad) už před čtyřiceti lety, když jsem učil a chtěl mít i sám pro sebe jasno o čem učím a byl pochopitelně s dalšími poznatky upravován. Je mi také známa jeho největší slabina a to, že předpokládá působení elektrického i magnetického pole uvnitř atomu jako v našich běžných podmínkách, což zdaleka nemusí být pravda. Netvrdím, že to je model dokonale vystihující známé experimentální zkušenosti, ale i kdyby jen posloužil ke snazšímu pochopení fyzikálních zákonitostí, nebo přiměl matematicky uvažující fyziky k pokusu ověřit tento způsob výkladu příslušným matematickým vyjádřením, byl bych rád. Nekamenujte mě tedy prosím za nedokonalosti, kterých se jistě dopustím, ale diskutujte o nich a zkuste nalézt lepší řešení. Za konstruktivní kritiku předem děkuji.
Jak známo, Ernest Rutherford vycházel z domněnky, že příroda ráda opakuje své osvědčené principy a že by atom vzhledem ke zjištěné „prázdnotě“ mohl tedy vypadat jako planetární soustava. Buď on, nebo někdo jiný, pravděpodobně Sommerfeld ale namítl, že elektron na kruhové dráze koná zrychlený pohyb, při kterém ztrácí vyzařováním energii a musel by spadnout po čase do jádra. Niels Bohr tuto nesnáz vyřešil postulátem, že obíhá-li elektron po kruhové dráze, energii nevyzařuje a tato dráha je tedy stabilní. Vyzařování energie přisoudil přeskokům elektronu z jedné kruhové dráhy na jinou bez výkladu, jak k tomu dochází. V tom jsou dvě velké nepřesnosti. V této práci je atom uvažován jako energeticky uzavřená soustava a elektron vůči jádru zrychlený pohyb nekoná (koná jej ale vůči pozorovateli mimo střed této soustavy). A uvážíme-li na základě podobnosti s mechanikou pohybu družic, že se nemohou dostat na vyšší kruhovou dráhu jedním impulsem, ale musí nejprve zrychlit, čímž se dostane na eliptickou dráhu a v jejím nejvzdálenějším bodě znovu zrychlit tak, aby zůstala na vyšší dráze. Nemůže tedy „přeskočit“, ale potřebuje dva impulsy, nebo asi spojité působení (přidávání kinetické i potenciální energie) po dobu přechodu na novou kruhovou dráhu.
Naopak lze zdůvodnit (nejen postulovat), proč na kruhové dráze elektron nevyzařuje energii. Představíme-li si v nejjednodušším vodíkovém atomu kruhový orbit, probíhaný elektronem, můžeme si jej představit jako závit cívky, protékaný stejnosměrným proudem. Ten podle zkušeností z makrofyziky vytváří ve směru své osy stálé magnetické pole. Současně na elektron musí působit přitažlivá síla elektrického pole, kolmá k poli magnetickému. Jejich hodnota je ale také stálá a atom tedy nevyzařuje stejně, jako permanentní magnet (vlastní podstatu obou polí, případně působení či projev uvnitř atomu ovšem se zatím nikomu nepodařilo. Na internetu se vyskytl názor, že jsou to změny v étéru a étér je velmi zředěná hmota. To je zajímavý, ale těžko dokazatelný názor). Je však zřejmé, že soustava atomu s elektronem na kruhové dráze obsahuje také energii, ale tu neumíme nijak využít, ačkoli se o tom intenzívně spekuluje jako o „nekonečném zdroji energie“.
Jiná situace nastane, excitujeme-li nějak elektron na eliptickou dráhu. Pak podle Keplerových zákonů mění rychlost i vzdálenost od jádra, velikost elektrického a na něj kolmého magnetického pole se mění. Atom jako dipól vyzařuje elektromagnetickou energii kterou hradí ze svého energetického obsahu a elektron se vrátí na původní (kruhovou) dráhu. Tím, že atom může vyzařovat a tedy i přijímat energii a to na kmitočtu daném periodicitou obíhání, pak během jednoho oběhu může vyzářit jen určité a přesně definované množství energie kterou excitací získal. Každá oběžná dráha má ovšem jinou dobu oběhu a atom může proto na odpovídajícím kmitočtu vyzářit pouze jeden kmit. Tím se ochudí a další oběh tak musí být na nižší dráze a tím na jiném kmitočtu.
Tak je zřejmě dán i důvod ke kvantování energie a vyzařování na různých kmitočtech (spektrální čáry). Atom se snaží vyzářit všechnu získanou energii a elektron se snaží vrátit na kruhovou dráhu. Tomu odpovídá nejspíše stav, kdy hmota opravdu nevyzařuje energii a to je teplota absolutní nuly – ve spektru pak asi hrana série. Tohoto stavu není jak známo možno dosáhnout, neboť atom není prakticky nikdy sám. Nachází-li se v určité, energeticky uzavřené soustavě více atomů, pak například při vyšší teplotě si vzájemně předávají energii systémem „já na bráchu, brácha na mě“ a vnitřní volná energie celé soustavy není nulová. Statisticky náhodným společným působením několika kvant současně mohou asi nastat ve hmotě různě vyšší excitované stavy, jak dokazuje spektrální analýza. Je-li to ovšem pravda.
To ale není všem „výmyslům“ konec, neboť excitovaný atom má zřejmě osu nově vzniklé excitované eliptické dráhy ve směru ve kterém byl excitován a v tomto směru ji také vyzařuje, což by mohlo zdůvodňovat přímočaré šíření světla jako elektromagnetické vlny. A aby to nebylo málo, celý atom při excitaci na eliptickou dráhu bude vykonávat reakční pohyby v poměru hmotností jádra a elektronu, které umožnily pozorovat panu Brownovi pod mikroskopem pohyb pylových zrníček, unášených molekulami, jehož velikost je závislá na teplotě, tedy vybuzení a zvětšení velikosti eliptických drah.
Zbývá už jenom vyslovit největší kacířství této myšlenky to, že přenos elektromagnetické energie je zprostředkován alespoň v jisté části hmotou. Tím i na rychlosti přijetí a vyzáření energie, tedy na době oběhu elektronu. Nastalé zdržení by mohlo i vysvětlit i stálou a konečnou rychlost světla. Ovšem za předpokladu, že bychom věděli, jak a čím se šíří elektromagnetická energie v prostoru mezi atomy, neboť se předpokládá, že u vzduchu a vakua je rychlost šíření téměř stejná. A tím vzniklou další nezodpovězenou otázkou, jak se šíří mimo atomy hmoty. Je to étér, přenášející vzruchy způsobené atomem nekonečnou rychlostí, jak se předpokládá i o gravitaci?
Onu myšlenku na účasti hmoty na přenosu elektromagnetické energie u mne evokoval neúspěch Morley-Michelsonova pokusu. U toho bylo vynaloženo spousta úsilí na eliminaci vlivů na měření, až na jeden – pokud vím, měření se vždy prováděla v uzavřené místnosti a tedy ve stojícím vzduchu. Zúčastnil-li se vzduch na vedení světla, jsou neúspěchy vysvětleny, protože se nepohyboval. Učinil jsem proto pokus s jednoduchým interferometrem, měřícím vliv prostředí na rychlost světla při průchodu rozdělených částí paprsku komorami s různým prostředím (Zeissův interferometr). Pro jednoduchost jsem spojil obě měrné komůrky za sebou a sáním, nebo foukáním způsobil v nich protisměrný pohyb vzduchu. Interferenční čáry poslušně sledovaly rychlost a směr pohybu vzduchu, což bylo dobře patrné i při monochromatickém světle. Je to jednoduchý a výmluvný pokus. Bohužel neznám podobný pokus, při němž by byla porovnávána rychlost šíření světla ve stejném, ale různě hustém prostředí. Pan Fizeau měl při jeho pokusu s měřením rychlosti světla stejné prostředí v obou směrech.
Byl-li M-M pokus
podnětem k vyslovení zákona o stálé rychlosti světla, pak se musím
vyjádřit také jeho důsledku a to speciální teorii relativity. Konkrétně ke
kontrakci délek a dilataci času. Používám k tomu analogii s jinou
limitní rychlostí – rychlostí zvuku. Zde je příklad: Proletí-li nad zvonicí, kde bije zvon každou vteřinu dostatečně
nízko letadlo v okamžiku úderu zvonu, uslyší pilot úder při míjení zvonice
prakticky ve stejném čase. Další úder však uslyší za dobu jedné vteřiny, plus
dobu potřebnou k šíření zvuku na vzdálenosti, kterou zatím uletěl od zvonu. Pro
pilota jsou doby mezi slyšenými údery tedy delší a může to hodnotit i tak, že
se jeho čas zpomalil. A to v závislosti na jeho rychlosti vzdalování se od
zvonu. Kdyby letěl rychlostí zvuku, nebo větší, neměl by zvuk zvonu šanci jej
dohonit a pilot by to mohl interpretovat i tak, že se jeho čas, měřený podle
úderů zvonu, zastavil. Podobně při přibližování ke zvonu by se čas slyšených
úderů ze zkracováním vzdálenosti zkracoval a do průletu nad zvonem by uslyšel
všechny údery, které se mezi průlety ozvaly. Což je v podstatě Dopplerův
princip.
Protože zvuk je evidentně přenášen hmotou a
to podélným zhušťováním a zřeďováním prostředí ve směru pohybu, způsobuje
pohybující se zdroj před sebou „městnání“ prostředí, které známe jako zvukovou
bariéru. K jejímu překonání je třeba velkého výkonu, ale prorazíme-li ji,
pak zvuk se nemůže šířit před zdroj a pilot už neslyší vnější cestou své
motory. Při šíření zvuku se ovšem jevy, jako je dilatace času a kontrakce délek
nezaznamenávají, protože tyto veličiny měříme pomocí světla. Patrné by ale
mohly být například u námořního Sonaru.
Pro rychlost světla se dilatace času
vykládá na paradoxu dvojčat, který jistě není nutné vykládat. Přidám ale ještě
jednu otázku, kterou používám již řadu let: Rozšiřme problém na trojčata ABC, z
nichž A zůstane na Zemi, B a C usednou do raket, které ve stejném okamžiku
odstartují protichůdným směrem
rychlostí třeba poloviční rychlosti světla. Vůči bratrovi A na Zemi se
tedy budou B a C pohybovat poloviční rychlostí světla, vůči sobě však teoreticky
rychlostí světla, po přepočtu však o něco menší. Po roce oba letící bratři
otočí a poletí proti sobě zpět. Jaké
bude vzájemné stáří letících bratrů po návratu a jaké vůči bratru na Zemi?
Nelze říci, že pro výpočet podle speciální teorie relativity po změně směru
letu se odchylky kompenzují, protože se přepočítává v kvadrátech rychlostí. Já
tvrdím, že budou všichni stejně staří. Ovšem, kdyby se třeba v místě obratu
vzájemně ptali na své stáří pomocí radiových vln, byly by údaje vlivem
rychlosti sdělování různé. Dilatace a zdánlivé zastavení času je jistě
pozorovatelná, ale je důsledkem rychlosti sdělování. Na to stačí známá
zkušenost s pozorováním blesku a hromu, kde je rozdíl, daný rychlostí
sdělování světlem a zvukem zvlášť dobře patrný.
I kontrakci délek se pokusím jednoduše
vysvětlit. Chceme-li totiž zjistit délku předmětu, musíme pochopitelně vidět
současně oba jeho konce. Pohybuje-li se ale předmět vůči nám rychlostí
srovnatelnou s rychlostí světla, pak na jeho vzdálenější konec dohlédneme
až v době, kdy už jeho bližší konec urazil další část cesty a tím se
k němu přiblížil. Takže celý předmět se nám zdá kratší. I tady máme
k dispozici známý jev, při kterém pozorujeme tyč, ponořenou do vody.
Vlivem nižší rychlosti šíření světla ve vodě nastává stejný jev a : „hůl do vody
ponořená, zdá se býti zlomená. Bohužel nelze asi tímto způsobem změřit „dlouhý
jazyk“, kterým nás na známé fotografii Albert Einstein počastoval. Doufám, že
to neznamenalo: „to jsem Vás pěkně podfoukl!“. Tím, že si „relativně“
přizpůsobil i tu rychlost sdělování.
Je
ovšem ještě mnoho dalších chyb v uznávaných zákonech fyziky. Jedním
z nich je i Coulombův zákon o přitažlivosti nábojů, vztažený na „bodový“
náboj, což se vzájemně vylučuje s velikostí náboje. Vyrobil jsem si torzní
váhy v metrové velikosti s pingpongovými míčky potaženými hliníkovou
fólií, které vychylovalo i sluneční záření, ale odpudivost míčků byla poněkud
jiná. Záleželo hlavně na druhém pólu zdroje, ze kterého byl odebírán „náboj“
(vysoké napětí z televizoru). Dokonce se kuličky při velkém přiblížení
přitahovaly! Rozborem Coulombova pokusu jsem zjistil, že udělal chybu
v měřící metodě, protože měřil odpudivou sílu podle torzní síly, potřebné
pro návrat kuličky po zvětšení náboje do původní polohy jako před zvětšením náboje. Přidával tak do soustavy další
energii pro natočení vlákna a sloučil dvě měření za různých energetických
podmínek (vliv velikostí nábojů na
odpudivou sílu a velikost odpudivé síly v závislosti na vzdálenosti
nábojů) do jednoho vztahu.
Z mých měření však vyplynula další
kacířská myšlenka, že náboj jedné polarity od druhého nelze oddělit, stejně
jako póly magnetu! Vždy tvoří spolu kondenzátor, byť jeden pól tvoří země.
Z toho plyne poznatek, že sídlem náboje je dielektrikum, nikoli elektrody
kondenzátoru, což se nezdůrazňuje. Mnoho výpočtů i pokusů je pak zdůvodňováno
na mylném předpokladu.
Myslím, že už toho kacířství bylo příliš,
další si nechám na jindy, nebudu-li mezitím rozcupován na nanovlákna. Těším se
na věcnou diskusi a případné lepší názory. Neokřikujte mě ale prosím běžnými
poučkami, které vzhledem ke svému vzdělání znám. Už i zainteresovaný Albert
Einstein prohlašoval, že největší brzdou pokroku je bezmezná víra
v autority. Vyvedete-li mě ale poukazem na průkazný experiment
z omylu, budu rád.
Ing. Vladimír Veselý
P.S. stránka je upravována, obrázky budou později.