Vesmír 2013

Co se děje kolem nás od nepaměti a my to nevíme.

Hebrejský výraz "tohuwa-bohu", v bibli překládaný jako pusto a prázdno, se stal synonymem pro chaos a zmatek. Náš vesmír vznikl z nicoty chaotickým inflačním nakynutím ca před 13700000000 lety. Zvykněme si, že to, co označujeme za nicotu, tedy vakuum, představuje nejvyšší stav energie v univerzu. Tato nicota je k prasknutí naplněna napětím, které se odvozuje od tzv. Higgsova pole.
V roce 1609 se Galileo Galilei poprvé podíval na Mléčnou dráhu a zjistil, že slabý svit sestává z tisíců hvězd. Nyní víme, že naše galaxie je gigantické spirálové kolo složené z hvězd a plynných mlhovin. Celkem je v Mléčné dráze nebo jiných typických spirálových galaxiích asi sto miliard hvězd. Ještě v dobách A. Einsteina se věřilo, že vesmír sestává pouze a jedině z pásu Mléčné dráhy, existuje věčně a je nepomíjivý. Slunce je poměrně přesně ve středu tohoto kosmu, který nemá začátek ani konec, nicméně je omezený prostorem. Někteří významní fyzici dokonce prohlašovali, že "většina nejdůležitějších principů fyziky byla zcela odhalena." V roce 1900 lord Kelvin řekl, že na obzoru se vznášejí pouze "dva mraky", čímž myslel pohyb světla a vlastnosti záření zahřátých těles, což bylo tehdy považováno za detaily, které budou brzy vyřešeny. Během desetiletí se ovšem vše změnilo - přávě díky oněm mrakům. Při konstrukci teorie relativity Einstein zjistil, že Newtonovy představy času a prostoru jsou scestné. Newtonovský čas a prostor nejsou na sobě nezávislé a absolutní veličiny, ale že jsou relativní a vzájemně propletené způsobem zcela cizím všední realitě. O pár let později pak ukázal, že čas a prostor jsou součástí jednoho celku a upozornil, že se svým kroucením a zakřivováním účastní vývoje vesmíru. Rozdíl mezi oběma popisy je patrný až v extrémních podmínkách (velká rychlost či silná gravitační pole), takže v mnoha případech je klasický pohled dobře fungující. Jenže funkčnost a skutečnost jsou dvě odlišné věci. Kelvinovské potíže s "mrakem" záření zahřátých těles vedly pak ke vzniku kvantové teorie. Došlo k obrovskému otřesu v lidském nahlížení na realitu. Než ohně zažehnuté teorií relativity dohořely a dým odvál pryč, zbytky klasické fyzicky byly spáleny na prach rodící se kvantovou teorií.
Jádrem klasické fyziky je, že pokud znáte pozice a rychlosti všech objektů v určitém čase, Newtonovy a Maxwellovy rovnice přesně určí jejich polohy jak v minulosti, tak v budoucnosti. Klasická fyzika tvrdí, že minulost a budoucnost jsou vryty do přítomnosti. A mlčky to předpokládá i speciální a obecná teorie relativity. Zatímco lidská intuice a její vtělení do klasické fyziky chápe realitu, ve které jsou věci buď na tomto, nebo na jiném místě, kvantová mechanika s sebou přináší úplně jiný pohled, v němž polohy částice nejsou pevně dány. Věci se stanou jednoznačnými v tom případě, když je vhodné pozorování přinutí zbavit se kvantové nejistoty a usadí je na určitém výsledku. Uskutečněný výsledek však nemůže být předpověděn - můžeme pouze předpovídat pravděpodobnosti, jak se věci budou vyvíjet. Už tohle je nám divné. Nejme zvyklí na nejasnou realitu. Ale zde podivnost zdaleka nekončí. Mj. z kvantové mechaniky, když ji chápeme nejpřirozenějším možným způsobem, vyplývá, že pokud děláte něco teď a tady, může to být okamžitě provázáno s děním někde jinde a to bez ohledu na vzdálenost. To bylo Einsteinovi k smíchu - jenže tohle vše se ve skutečnosti odehrává. Člověk se těžko smiřuje s vědomím, že něco existuje třeba poblíž jádra atomu a zároveň i na oběžné dráze kolem Marsu. Pro nás je důležité, že ač teorie relativity a kvantová mechanika spolehlivě ve svých oblastech fungují, nemají se rády.
Několik století fyzici hledají způsob, jak sjednotit naše chápání přírody. Einsteinovou celoživotní vášní bylo sjednocení co nejširšího spektra přírodních jevů co nejméně fyzikálními zákony. Toužil nalézt všezahrnující rámec pro veškeré fyzikální zákony: jednotnou teorii. A největším problémem se právě jeví neslučitelnost obecné teorie relativity a kvantové mechaniky. Obecná relativita funguje v říši hvězd a galaxií, kvantová mechanika zase u molekul a atomů. Jejich skloubením se ovšem objevují nesmyslné výsledky, zpravidla nekonečna. Jen pár oddaných se tvrdě potýká s potížemi, ale díky jejich úsilí bylo nalezeno životaschopné skloubení - teorie superstrun. Tato teorie nepopírá roli elektronů a kvarků, jež charakterizujeme jako bodové, dále nedělitelné, bez velikosti a vnitřní struktury, ale pohlíží na ně ne jako na body. Každá částice je podle této teorie vyrobena z tenoučké nitky energie sto miliard miliardkrát menší než jádro atomu mající tvar strunky. Náhrada bodových částic za strunky umožňuje snoubit kvantovou mechaniku s obecnou relativitou v jednu konzistentní teorii, která nás zbavuje pravděpodobnostních nekonečen a je dostatečně mocná, aby vetkala všechny síly v přírodě a veškerou hmotu do jediného teoretického koberce. Aby ovšem fungovala, musíme nechat naši představu o časoprostoru projít radikální proměnou. Namísto tří prostorových rozměrů, které jsou zcela jasné (v x š x h), si jich teorie superstrun žádá devět a k tomu jeden rozměr časový. M-teorie (vlastně jde o soubor 5 různých teorií), která stojí ještě o stupínek výš, vyžaduje ke sjednocení deset rozměrů prostorových a jeden časový. Protože však dodatečné dimenze úspěšně unikají našim zrakům, jsou stočeny do sebe a nepatrné, musíme konstatovat, že před našimi zraky tančí jen chatrný kousíček úplné reality!
Stále se setkáváme se slovem sjednocení - něco o něm. Vznikl-li náš vesmír velkým třeskem, pak to tedy bylo z bodu menšího než tečka za větou, ale o neuveřitelné hmotnosti. Uvědomme si, že v tom malinkatém místě byla shromážděna veškerá hmota i energie našeho současného vesmíru! A to znamená, že v něm byly v souladu uchovány i současné známé přírodní síly, tj: gravitace, působící na vše přitažlivě, elektromagnetismus, dalekodosahová síla působící na objekty nesoucí elektromangnetický náboj, slabá jaderná interakce způsobující radioaktivitu a podílející se na tvorbě prvků ve hvězdách a nakonec silná jaderná interakce, která udržuje protony i neutrony uvnitř atomových jader a drží je pohromadě. Dostat tyto síly pod jeden čepec je pak zlatým grálem fyziky.
Higgsovo pole (Higgsův oceán) - něco trochu tajemného. Krátce po velkém třesku fluktuovalo prudce nahoru a dolů, jakmile však teplota kosmu klesla pod jistou mez, hodnota pole zamrzla na nenulové hodnotě a to napříč celým vesmírem. Došlo k významným změnám - zprvu nehmotné částice náhle "ztloustly" - nabyly nenulových hmotností, které umíme změřit a poklesla symetrie, částice získaly nenulové a nestejné hodnoty. Symetrie mezi hmotnostmi se vytratila. Jsme nyní neustále ponořeni v Higgsově oceánu, který interaguje s kvarky a elektrony a brání jejich zrychlením. A tento odpor, brzda částic, přispívá k tomu, co považujeme za hmotnost. Higgsův oceán cítíme. Síly, které tisíckrát za den aktivujeme, abychom třeba zvedli ruku, pohnuli nějakým předmětem,..., jsou síly, zápolící s odporem Higgsova oceánu. Před dávnými časy, když hustota vesmíru byla závratná, obsahovalo Higgsovo pole veškerou energii kosmu. Pro odlišení tohoto druhu Higgsova pole je obvykle nazýváno inflatonovým polem. Inflatonové pole v důsledku záporného tlaku zplodilo gigantické gravitační odpuzování, díky němuž nesmírně rychle expandovaly všechny oblasti vesmíru. - vesmír prošel inflací, což je velice prudké rozfouknutí, které trvalo velice krátce, zhruba 10-35 sekundy. Vzdálenosti v kosmu se i během tak krátké doby znásobily obrovským koeficientem. Zhruba 10-35 sekundy po začátku výbuchu sestoupilo inflatonové pole na nižší úroveň, přičemž stoupal odpudivý tlak. Při klesání inflatonového pole se v něm stlačená energie uvolnila a upotřebila se ke zrodu částic a záření, které rovnoměrně zaplnily rozpínající se prostor. Ten pokračoval v expanzi, ochlazoval se, částice se shlukovaly do struktur (galaxie, hvězdy, planety) a ty se pak uspořádaly do vesmíru, který pozorujeme.
Astronomové zkoumající supernovy uvádějí, že jak svítivá, tak i skrytá hmota tvoří 30% kritické hustoty. Aby vysvětlili současné zrychlení expanze kosmu, potřebují kosmologickou konstantu, jejíž skrytá energie přispívá ke kritické hodnotě 70%! To znamená, že obyčejná hmota (protony, neutrony, elektrony) představuje chabých 5% hmoty/energie univerza a nejenže dodnes neidentifikovaná forma skryté hmoty tvoří přinejmenším pětinásobek, ale většinu hmoty/energie tvoří zcela jiná záhadná skrytá energie, jež je rozprostřena v prostoru. Hmota, z níž jsme povstali, je tedy vlastně jen takovým smetím v kosmickém oceánu.
Již asi před 2500 lety se Řekové ptali, co je nejmenší stavební kámen hmoty. Mě ve škole učili, že je to atom, jenže i ten lze nyní štěpit. Skládá se z elektronů, které se hemží kolem jádra, a to sestává z protonů a neutronů, a ty zase z částic zvaných kvarky. V konvenční teorii vystupují elektrony a kvarky jako body bez objemu. A zde se objevuje strunová teorie, která tvrdí, že elektrony a kvarky nejsou bodové částice, ale jsou drobounkým vibrujícím vláknem energie zvaným struna. Struny nemají žádnou tloušťku, mají pouze délku - jsou jednorozměrnými objekty (asi 10-35 m) a díky své malosti se jeví jako body. Hmotnost částice není nic jiného, než energie vibrující struny. Struna tvořící těžší částici kmitá rychleji než struna lehčí částice. Nehmotné částice (foton, graviton) odpovídají struně, která kmitá tím nejpoklidnějším způsobem. Ostatní vlastnosti částice (el. náboj nebo spin) jsou zakodovány v jemnějších rysech vibrací struny. Strunová teorie je prvním přístupen ke sjednocení obecné relativity a kvantové mechaniky, navíc má sílu sjednotit chápání veškeré hmoty a sil. Jenže aby fungovaly kvantověmechanické rovnice strun je potřeba devět rozměrů a čas. Rovnice teorie strun mimo dimenzí navíc vymezují i typy tvarů dodatečných rozměrů (Calabiho-Yauovy variety). Vlastnosti částic jsou určeny velikostí a tvarem dodatečných rozměrů. Druhou strunovou revoluci


spustil Edward Witten v roce 1995, který ukázal, že všech 5 strunových teorií je vlastně pět způsobů popisu jediné torie. Světlo světa spatřila M-teorie, která propojuje a pojímá rovnocenně všech 5 strunových teorií tím, že ukazuje, že každá je součástí vyššího teoretického sjednocení. Zároveň tvrdí, že vesmír musí mít deset prostorových dimenzí + čas. M-teorie navíc obsahuje nejen struny, ale i dvojrozměrné objekty zvané membrány, tříbrány se třemi prostorovými dimenzemi a vlastně p-rozměrné p-brány, kde p může být jakékoli celé číslo menší než 10.
Nejčastěji si struny představujeme jako ultramalinkaté objekty. Jejich délka je ovšem určena jejich energií. Teoreticky je možné dodáním patřičného obrovského množství energie je natáhnout do jakékoli velikosti. I vícerozměrné brány mohou být velké. Například ohromně velká tříbrána by vyplnila prostor, který obýváme. Takovou tříbránu můžeme pak považovat nikoli za objekt, ale za substrát prostoru samotného. Prostor by se stal věcí, objektem či entitou - tříbránou. A jsme rázem ve scénáři bránových světů. Struny mají tvar úseček nebo smyček. V bránovém světě je tvar podstatný. Smyčky mohou z brány ulétnout, úsečky ne. Brány jsou jedinými místy v prostoru, na nichž se mohou usadit koncové body úseček. Matematicky je nemožné utrhnout konec struny od brány a bránu tedy nikdy nemohou opustit. V bráně můžete dělat vše, ale vzdálit se od ní nelze. Koncové body strun ve vašem těle vás vždy připoutají k bráně. Stejné platí i pro tři druhy částic, jimiž se přenášejí negravitační síly. Gravitony se ovšem liší - spin 2, nehmotný, elektricky neutrální Jedna z možných vibrací struny má vlastnosti zcela shodné s gravitonem. Mohou bránový svět opustit a zase se do něj vrátit. Je to tedy jen gravitace, která poskytuje jediný způsob, jak se podívat mimo náš prostor. Teoretici se zabývají mnoha variantami multivesmíru, např. sešívaným, inflačním, bránovým, cyklickým, krajinným, holografickým a dalšími. A tím směrem se bude vyvíjet další bádání, i když zatím je ověřený pouze a jedině vesmír náš. Teprve budoucí poznatky určí další směr.
Hlavním úkolem současného výzkumu je komplementace strunových teorií do současné kosmologie. Na tomto kolbišti je kosmologie ještě v plenkách. Výzkum směřuje především do dvou směrů: konvenčního, tj. pomocí strunových teorií se dopídit informací o událostech, které se odehrály v nejranějších okamžicích kosmu (inflace) a bránového světa, tj. teorie, podle které žijeme na trojbráně, která se každých několik bilionů let sráží se sousední, paralelní trojbránou. "Třeskem" z kolize začíní každý nový kosmologický cyklus.
Žijeme-li uvnitř trojbrány, staletí stará otázka hmotné existence trojrozměrného prostoru by dostala nejjednoznačnější odpověď: prostor by byl bránou, takže by určitě něčím byl. Nemusel by být ani výjimečným, kolem něj by existovaly další brány rozličných rozměrů, vznášející se uvnitř vícedimenzionálních končin, kde vládnou zákony strun.

Pro potvrzení skoro všech těchto teorií se postavil ve Švýcarsku speciální podzemní kruhový tunel dlouhý 27km a v něm urychlovač LHC (Large Hadron Collider). Již pomohl najít Higgsovy částice, snad najde i důkazy pro supersymetrii, což je objevení zatím neznámých částic jako skvarky, sneutrina, gluina, fotina, wina a zina. Odpovídá-li scénář bránových světů realitě, budou mít nové urychlovače potenciál strunovou teorii potvrdit.
V roce 1997 provedla skupina fyziků pod Antonem Zeilingerem a A. Francesce, De Martinim první úspěšnou teleportaci jediného fotonu - a to napříč laboratoří. Podobný postup by ovšem měl fungovat na jakýchkoli vzdálenostech. Jenže teleportace makroskopických těles touto metodou bude ale funkčí za mnoho let, jestli vůbec. Vliv teleportu by ovšem byl nepatrný v porovnání s otřesem, jejž by přinesly cesty časem. Již Einstein napsal úvod k manuálu k rychlejší cestě do budoucnosti. Postavte vozidlo, jehož rychlost může dosáhnout řekněme 99,9999999996% rychlosti světla. Při plném plynu odleťte do vesmíru, tam počkejte 10 dnů podle palubních hodin, pak se otočte a vraťte se zpět. Na Zemi ovšem uplynulo 10000 let! Takhle to skutečně funguje. Cesty do minulosti jsou mnohem komplikovanější - jsou-li vůbec možné. První návrhy cest do minulosti předložili v roce 1937 Skot W.J. van Stockum a v roce 1949 Kurt Gödel. První pracoval s nekonečně velkým rotujícím kuželem a druhý zase s otáčejícím se prostorem. Další oživení na tomto poli přinesla poslední desetiletí, ale zatím nejjednodušší řešení navrhl Kip Thorne z Caltechu. Červí díra je hypotetickým tunelem do prostoru. V praxi nikdo ovšem ani neví, zda červí díry existují, snad v mikroskopickém uspořádání prostoru. I kdyby se podařilo nějak sesmolit makroskopickou červí díru, Wheeler a Fuller spočítali, že by byla nestabilní, kolabující ve zlomku vteřiny. Nedávno však byla nalezena cesta - využití tzv. exotické hmoty, která vytváří odpudivou gravitaci. Je ale spočítáno, že množství záporné energie potřebné k udržení červí díry široké 1m je zhruba rovno množství celkové energie, kterou Slunce vyrobí za více než 10 mld let. Dalším velkým problémem jsou fluktuace vakua, které by zničily červí díru právě v tu chvíli, kdy by se z ní stával stroj času. Důležitou úvahou pak je, že stroje času, které jsme do této doby navrhovali, neumožňují cesty v čase do doby před zkonstruováním prvního stroje času!
Špičkový odborník John Wheeler odpověděl na otázku, co bude ve fyzice dominantním tématem příštích desetiletí jedním slovem: Informace. Tvrdil, že objekty - hmota a záření - by se měly považovat jen za druhotné nosiče něčeho abstraktnějšího a podstatnějšího - právě informace. Informace, kde částice je, zda rotuje v jednom směru, či opačném, zda má náboj kladný či záporný,... je tím nedělitelným jádrem v srdci reality. Z tohoto pohledu je možné vesmír považovat za informační procesor. Tento směr bádání ženou vpřed především fyzici Gerard ´t Hooft a Leonard Susskind, kteří učinili průlom v otázce informací v černé díře.
Časová osa vesmíru


Vše brutálně zdrcnuto. Pokračování příště....

Pár zajímavostí:
Kávová lžička plná hmoty z neutronové hvězdy by vážila 100 milionů tun.
Padající dešťová kapka nemá tvar slzy, ale koule!
Země se otáčí rychlostí 1674km/h (na rovníku) a kolem Slunce rychlostí 108000km/h. Slunce obíhá střed Galaxie rychlostí 903600km/h.
Planckova délka: 1,61 . 10-35m, Planckova hmotnost: 2,18 . 10-8kg, Planckův čas: 5,39 . 10-44s, Planckova teplota: 1.42 . 1032K.
Naše sousední galaxie, mlhovina v Andromedě, míří ke srážce s Mléčnou dráhou rychlostí 150km/s.
PSR J1719-1438b je hooodně hustá planeta objevená v roce 2009. Je tvořena převážně diamantem!


Speciální teorie relativity (1905)
Své jméno dostala tato teorie proto, že z ní plyne, že důležitý je jen relativní pohyb. Einstein tím svrhl dvě absolutna 19. století: absolutní klid, jak jej představoval éter, a absolutní neboli univerzální čas, který by měřily všechny hodiny. Základem Einsteinovy teorie je požadavek, aby zákony vědy byly stejné pro všechny volně se pohybující pozorovatele, ať se pohybují jakoukoli rychlostí. To splňovala již teorie Newtonova, avšak nyní došlo k rozšíření i na teorii Maxwelovu pro jevy elektromagnetické povahy včetně tvrzení o neměnné rychlosti světla: všichni pozorovatelé naměří ve vzduchoprázdnu stejnou rychlost světla, nezávisle na svém vlastním pohybu. Z této myšlenky lze matematickou cestou odvodit pozoruhodné důsledky. Nejproslulejším z nich je slavná Einsteinova rovnice E=mc2 (E = množství energie, m = hmotnost tělesa, c = rychlost světla), a tvrzení, že se žádný fyzikální objekt nemůže pohybovat rychleji než světlo. Dále můžeme odvodit, že pohybová energie tělesa, související s jeho přemístěním, mu přidává na hmotnosti = čím vyšší je rychlost objektu, tím obtížnější je jeho urychlování. Při 90% rychlosti světla se už hmotnost zdvojnásobí. S dalším urychlování narůstá pak stále rychleji, takže zvyšování rychlosti stojí více a více energie. Světelné rychlosti tedy nemůže nabýt žádný objekt, poněvadž v tom okamžiku by se jeho hmotnost stala nekonečně velkou a museli bychom mu dodat nekonečně velké množství energie. Pouze světlo samo, které nemá svou vnitřní hmotnost, se šíří světelnou rychlostí. Speciální teorie relativity změnila naše představy o prostoru a času. Vyšleme-li světelný záblesk z jednoho místa na jiné, pak podle Newtona se všichni pozorovatelé shodnou na době, kterou světlo ke své cestě potřebovalo, ale nemusejí se vždy shodnout na vzdálenosti, již světlo urazilo. Poněvadž rychlost světla je rovna vzdálenosti, kterou světelný signál proletěl, dělené potřebným časovým intervalem, různí pozorovatelé by měli naměřit různé hodnoty světelné rychlosti. Naproti tomu podle teorie relativity pozorovatelé musí přistoupit na jednu hodnotu rychlosti světla. Ovšem vzdálenost, kterou světlo urazilo a čas, jehož k tomu bylo třeba, souhlasit nemusí. Teorie relativity tedy nepřipouští myšlenku absolutního času. Každý pozorovatel si musí nést s sebou vlastní hodiny.

Obecná teorie relativity (1915)
Speciální teorie relativity není slučitelná s Newtonovým pojetím gravitace a s jeho gravitačním zákonem. Podle Newtonova zákona závisí přitažlivá síla mezi tělesy na jejich okamžité poloze a gravitační efekty by se měly šířit nekonečnou rychlostí namísto rychlosti světelné či podsvětelné. Einstein dlouho hledal takovou teorii gravitace, která by byla slučitelná se speciální relativitou. Až v roce 1915 navrhl Obecnou teorii relativity, která, mj., říká, že gravitaci lze chápat jako důsledek toho, že prostoročas není takzvaně plochý, ale je zakřivený účinkem hmotnosti a energie, kterou obsahuje. V řeči obecné relativity se tělesa, jako např. Země, nepohybují po svých zakřivených drahách proto, že by k tomu byla nucena přitažlivou silou ostatních vesmírných objektů. Namísto toho se pohybují po křivkách, které v zakřiveném prostoročasu představují nejtěsnější obdobu přímých čas, po geodetikách. Hmota Slunce tedy zakřivuje prostoročas tak, že se nám prostoročasová geodetika Země jeví jako eliptická dráha v třírozměrném prostoru. Rovněž světelné paprsky se prostoročasem pohybují podél geodetik, budou se vlivem gravitace ohýbat. V další předpovědi obecná teorie relativity tvrdí, že čas v blízkosti hmotných těles probíhá pomaleji. V roce 1962 tento fakt potvrdily testy. Hodiny položené dole šly pomaleji, než stejné hodiny ve výšce.
S příchodem obecné teorie relativity se prostor a čas staly dynamickými veličinami: pohybující se objekt či působící síla ovlivňují křivost prostoru a času - a naopak struktura prostoročasu působí na pohyb těles a na silové efekty. Prostor a čas určují veškeré dění ve vesmíru a samy jsou tímto děním proměňovány.
Obecná teorie relativity však selhává v okamžiku velkého třesku, protože je v rozporu s kvantovou teorií - další velkou koncepční revolucí počátku 20. století.

Kvantová mechanika
Počátkem 19. Století došel P. S. Laplace k názoru, že všechny události jsou jednou provždy plně předurčeny - determinovány. Domníval se, že existuje soubor vědeckých zákonů, jejichž znalost nám umožní předpovědět prakticky všechno, co se v budoucnosti ve vesmíru, ba i ve všem ostatním, odehraje - stačí poznat stav vesmíru v určitém časovém okamžiku. Jenže v myšlence determinismu se začaly objevovat trhliny. Podle tehdy přijímaných fyzikálních zákonů mělo horké těleso vysílat elektromagnetické vlny rovnoměrně na všech frekvencích. Jelikož na počet vln za sekundu nebylo žádné omezení, znamenalo to, že celkový vyzařovaný výkon je nekonečně velký. Max Planck tedy navrhl, že světlo a další vlny nemohou být vysílány libovolným způsobem, nýbrž pouze v určitých dávkách: nazval je kvanta. Kvantová hypotéza umožnila velmi dobře stanovit množství záření, které vystupuje z horkých těles. V roce 1926 formuloval Werner Heisenberg svůj slavný princip neurčitosti. Zjednodušeně řečeno: oč přesněji se pokoušíme zjistit polohu částice, o to nepřesněji můžeme určit její rychlost. Součin nepřesnosti v poloze a nepřesnosti v rychlosti částice nemůže být nikdy menší, než Planckova konstanta. Tato mezní přesnost nezávisí na způsobu, kterým polohu a rychlost měříme, ani na druhu částice. Heisenbergův princip popisuje základní vlastnost světa, již nelze obejít. Ve dvacátých letech došlo díky práci Heisenberga, Schrödingera a Diraca k přeměně klasické mechaniky v novou teorii - kvantovou mechaniku, založenou na principu neurčitosti. V této teorii nemají částice přesně definované, ve skutečnosti však nezměřitelné polohy ani neurčitelné rychlosti. Namísto nich jsou popsány kvantovým stavem, jenž je jakousi kombinací polohy a rychlosti. Kvantová mechanika nepředpovídá jednoznačné výsledky všech pokusů. Dává však řadu možností a říká nám, s jakou pravděpodobností zjistíme ten či onen výsledek. Zavádí do vědy nevyhnutelný prvek neurčitosti či náhodnosti. Kvantová teorie, ač ji Einstein vždy jaksi odmítal, se stala neobvykle úspěšnou a dnes se o ni opírá celá moderní věda i technika. Jedinou oblastí, kam ještě definitivně nevstoupila, je gravitace a struktura vesmíru ve velkých rozměrech.

Elementární částice
Aristotelés se domníval, že všechna hmota ve vesmíru je stvořena ze 4 základních prvků: země, vzduchu, ohně a vody. Ty byly podrobeny dvěma silám: přitažlivosti, náchylnosti země a vody padat směrem dolů, a vznášivosti, tendenci vzduchu a ohně stoupat vzhůru. Dělení vesmíru na hmotu a síly se užívá dodnes.
Aristotelova teorie pokládala hmotu za spojitou - bylo ji možné bez omezení dělit na menší a menší části. Démokritos naopak tvrdil, že hmota je ve svém základu zrnitá a vše se skládá z velkého počtu rozličných atomů; (atom = řecky "nedělitelný"). Po staletí obhajovali přívrženci obou přístupů své hypotézy, aniž by pro ně měli důkazy. Nový přístup znamenaly až práce chemika a fyzika J. Daltona z roku 1803, který si uvědomil, že základními jednotkami sloučenin by mohly být molekuly, vznikající spojením několika atomů. Ale až počátkem 20. století přišla jistota pro atomistickou teorii. Vydatně k tomu přispěl i A. Einstein svojí prací o Brownově pohybu (poskakování prachu rozptýleného v tekutině). Trhavý pohyb prachových zrnek způsobují jejich srážky s částicemi tekutiny.
Už tehdy vzniklo podezření, že ani atomy nejsou nedělitelné. J. J. Thomson dokázal existenci částice zvané elektron, tisíckrát lehčí než nejlehčí atom. Roku 1911 se E. Rutherfordovi podařilo odhalit strukturu atomů: jsou tvořeny nesmírně malým, ale velmi hutným jádrem s kladným elektrickým nábojem, kolem něhož obíhají záporně nabité elektrony. V roce 1932 zjistil J. Chadwick, že jádra obsahují ještě další druh částic o téměř stejné hmotnosti jako proton, ale nejsou elektricky nabité - neutrony.
Ještě v 70. letech 20. století byly protony a elektrony považovány za "elementární" částice. Avšak další a další pokusy v urychlovačích ukazovaly, že protony jsou složeny z ještě menších částic. Murray Gell-Mann z Caltechu je nazval kvarky; pojmenování má svůj původ v románu J. Joyce: Three quarks for Muster Mark.
Domníváme se, že existují kvarky alespoň 6 "vůní" - označují se u -up, d -down, s -strange, c -charmed, b -bottom, t -top. Každá "vůně" se přitom vyskytuje ve třech "barvách" - "červené, zelené a modré". Tyto termíny nejsou ničím více než pouhým označením. Jsou toto již ty základní stavební kameny vesmíru? Již víme, že dříve "elementární" částice jsou ve skutečnosti složené z ještě menších složek. Ukáží se i ty jako složené z ještě menších částí, když se použijí ještě vyšší energie při pokusech? (Čeká se stále na 100% využití již postaveného LHC ve Švýcarsku.) Možné to je, ale existují určité teoretické podklady pro víru, že jsme došli k základním kamenům přírody, nebo že jsme alespoň velmi blízko k jejich poznání.
Vlnově částicová dualita umožňuje popsat vše ve vesmíru řečí částic. Jednou z jejich základních vlastností je tzv. spin, který nás informuje o tom, jak částice vypadá z různých směrů. Částice s nulovým spinem je jako tečka - ze všech směrů stejná. Částici se spinem 1 je možno připodobnit k šipce - při otáčení se jeví různě. Abychom dosáhli původního vzhledu, je třeba ji otočit o plných 360°. Částice se spinem 2 se podobá obousměrné šipce - ztotožnění nastane již při otočení o 180°. Existují i částice, které nevyhlížejí stejně ani po celém jednom obratu - je třeba je otočit 2x. Ty mají spin 1/2.
Částice se spinem 1/2 tvoří látku vesmíru - hvězdy, planety i nás samotné. Silové působení mezi částicemi látky zprostředkují částice se spinem 0, 1 a 2.

Celá problematika nelze snadno vysvětlit, proto je zde vše pojato poměrně jednoduše a zkratkovitě. Hodně pomohou obrázky, kdo má zájem, snadno najde vydatné a mnohdy i superpodrobné informace na internetu nebo v odborné literatuře. Myslím si, že výzkum na tomto poli je pro člověka daleko podstatnější, než třeba neustálé tlachání o globálním oteplování, nebo plané filozofování nad vším. Zemi vládne zemské jádro naprosto bez ohledu na věci odehrávající se na povrchu planety.
Odkud jsme přišli, co jsme zač, proč tu jsme - to jsou základní otázky, které člověka provázejí celým životem. Nad nimi bychom se měli zahloubávat a diskutovat. Tak jako tak jsou dny lidstva na Zemi sečteny, časem se musí hledat a najít náhradní místo pro život. Jak jinak toho lze dosáhnout, než dokonalou znalostí vesmíru a jeho zákonů?


Čas vyhrazený životu a korigovaná Drakeova rovnice, která dává odhad počtu inteligentních civilizací v Mléčné dráze
Země bude existovat celkem 12 miliard let. Pak ji zničí nebo nelítostně sežehne rozpínající se Slunce v posledních chvílích své existence, kdy bude hvězdou ve stadiu červeného obra. Dějiny Země lze vyjádřit hodinami, kde každá číslice představuje miliardu let. Existence živočichů a rostlin je pozoruhodně krátká, začíná ve čtyři hodiny a končí zhruba v pět.
Drakeova rovnice:  N* x fp x ne x fi x fc x fl = N
N* = počet hvězd v galaxii Mléčné dráhy
fp  = podíl hvězd s planetami
ne  = počet planet v obyvatelné zoně
fi  = počet obyvatelných planet, kde skutečně vzniká život
fc  = podíl planet se životem, na nichž vznikají mnohobuněčné živočišné organismy
fl  = procento délky života planety, po které jsou přítomny mnohobuněčné organismy

Zpět