Přenos energie nebo hmoty patří k nejzákladnějším jevům fyziky. Elektrický proud v drátu, teplo v kovu nebo proudění kapaliny v potrubí mají společné jedno. Dříve nebo později narazí na odpor. Část energie se ztratí, proud slábne a systém se uklidní do rovnováhy. Právě tohle chování bereme jako samozřejmé.

Experiment fyziků z TU Wien ale ukazuje, že v kvantovém světě to tak být nemusí. V laboratoři připravili plyn z ultrachladných atomů rubidia, které pomocí magnetických a optických polí uzavřeli do extrémně úzkého prostoru. Atomy se v něm mohou pohybovat pouze jedním směrem, jako by byly navlečené na neviditelném vlákně. Vznikl tak jakýsi kvantový drát, ve kterém se odehrává fyzika zcela odlišná od běžné zkušenosti.

Při měření se ukázalo, že hmota i energie proudí tímto systémem bez jakýchkoli ztrát. A to navzdory tomu, že mezi atomy dochází k obrovskému množství srážek. Proud se nezpomaluje, nerozpadá a neztrácí energii. Z pohledu klasické fyziky by něco takového nemělo být možné.

Zdroj: Shutterstock

Newtonovo kyvadlo v atomovém měřítku

Klíčem k pochopení je samotná jednorozměrná povaha systému. Když se atomy mohou pohybovat pouze jedním směrem, srážky mezi nimi nevypadají jako chaotické nárazy v prostoru. Spíše připomínají Newtonovo kyvadlo, známou pomůcku z kancelářských stolů. Impuls se při nárazu nepohltí ani nerozptýlí, ale jednoduše se předá dál.

V kvantovém plynu se při srážkách nevzniká chaos, ale dochází k výměně hybnosti. Každý atom si svou energii zachová, jen ji předá dalšímu. Díky tomu se systém nechová difuzně, tedy stylem postupného rozlévání energie, ale balisticky. Energie i hmota putují plynem přímočaře a bez útlumu.

Právě to vysvětluje, proč se tento kvantový plyn netepelně vyrovnává jako běžné látky. Nedochází zde k rozdělení energie podle klasických termodynamických zákonů. Systém zůstává dlouhodobě v neobvyklém, ale stabilním stavu.

Význam experimentu nespočívá jen v samotném efektu. Umožňuje fyzikům studovat, kde přesně vzniká odpor a kdy naopak může zmizet. V dokonale kontrolovaném prostředí je možné sledovat hranici mezi světem bez ztrát a světem, na který jsme zvyklí. To je důležité nejen pro základní výzkum, ale i pro budoucí technologie, které by jednou mohly pracovat s minimálními energetickými ztrátami.