Neděle 6. prosince 2020, svátek má Mikuláš
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet
  • Neděle 6. prosince 2020 Mikuláš

Nobelovu cenu za fyziku získali odborníci na exotickou hmotu

  12:05aktualizováno  15:39
Letošní Nobelovu cenu za fyziku dostali tři muži, kteří se zabývají tzv. fyzikou kondenzovaných stavů. Tento pro laiky poněkud těžko uchopitelný obor se zajímá o vlastnosti hmoty. Letošní nositelé přišli s objevy, které popisují některé velmi zvláštní stavy.

Nositelé Nobelovy ceny za fyziku pro rok 2016. Zleva David Thouless, Duncan Haldane, Michael Kosterlitz | foto: Nobel comittee

Ve vyhlašování úterní ceny za fyziku na sebe pozornost strhlo pečivo. Švédský fyzik Thors Hans Hansson, člen Nobelovy komise, se totiž pokusil vysvětlit letošní ceny s pomocí jednoho sladkého šneku, toroidální koblihy a preclíku. Jedlé pomůcky ne úplně pomohly, vysvětlit zaskočeným novinářům v sále (a všem nám ostatním laikům) práci letošních držitelů ceny totiž není vůbec jednoduché.

Takže začněme u těch jednodušších faktů, které zvládneme vstřebat všichni: Nobelova cena za fyziku letos zůstane za Atlantickým oceánem. Jejími nositeli jsou David Thouless (polovina ceny), Duncan Haldane a J. Michael Kosterlitz (každý po čtvrtině). Všichni tři jsou narozeni ve Velké Británii (Thouless a Kosterlitz ve Skotsku) a všichni pracovali na rovnicích popisu chování exotických stavů hmoty a změn jejich vlastností.

Bohužel tady už začínají potíže. Všichni tři vědci jsou totiž specialisté na pokročilou matematiku a její aplikaci na fyzikální problémy. Specializovali se především na tzv. topologii, tedy obor, který se zjednodušeně řečeno snaží popisovat plynulé změny v prostoru. A tady je vhodná chvíle pomoci si Hanssonovým pečivem: topologie se snaží například popsat, co se stane, když preclík ohnete, zmáčknete či jinak zdeformujete. Ale pozor, bez toho, abyste ho silou roztrhli: topologie sleduje jen tzv. spojité deformace. Třeba to, jak můžeme preclík stlačit tak, abyste z něj udělali kouli, ale už ne, jak to vypadá, když ho roztrháte a naházíte kachnám na rybníce.

Nám se to nemusí zdát, ale topologové mají spoustu zajímavé práce. Celou řadu problémů lze redukovat na topologické otázky - a letošní laureáti dokázali některé z nich vyřešit.

Ploché překvapení

V tomto ohledu se jako první do dějin fyziky zapsala dvojice David Thouless a Michael Kosterlitz. V 70. letech přišli s objevem, který možná nevypadá jako něco příliš zajímavého, ale ve skutečnosti otevřel nové dveře ke zkoumání pevných látek. Zaměřili se na tenké placičky, které lze kvůli rozměrům v podstatě považovat za dvojrozměrné.

Podmínky v takových materiálech mohou být velmi výrazně odlišné od toho, na co jsme zvyklí z běžného života. Důvod je na pohled prozaický: atomy se prostě chovají různě, když je jich pohromadě hodně, či naopak málo. Mnohem silněji se pak projevují třeba jevy, které známe jinak jen z kvantového světa a dochází k existenci zcela nečekaných jevů: v tenké vrstvě supravodivé kapaliny například může vzniknout vír, který se bez zásahu zvenčí mohl točit donekonečna.

Thouless a Kosterlitz se zaměřili na to, co se stane, když se výrazně změní teplota takové tenké „placky“ (některých) krystalických materiálů. Předchozí teorie předpokládaly, že v takových materiálech panuje ohromný chaos, ale Thouless a Kosterlitz spočítali, že by to tak být nemělo. I v „plochých“ materiálech dochází k dramatickým přechodům látek z jednoho stavu do druhého - tedy dějům, jejichž příkladem může být tání ledu (z pevné látky je tekutá s úplně jinými vlastnostmi). Oba fyzikové se ovšem nezabývali přechodem z pevné fáze do tekuté, ale supravodivostí, což je schopnost vodit elektrický proud beze ztrát. Jejich výpočty odpověděly na otázku, jak takové dramatické změny v tenkých materiálech probíhají a proč.

Stavěli samozřejmě na práci mnoha fyziků před nimi, ale jejich práce především inspirovala celou řadu odborníků po nich. A dnes se jejich poznatek považuje za jeden z nejdůležitějších ve fyzice pevných látek ve 20. století. Ale David Thouless zdaleka nekončil.

Trik jako od kouzelníka

V 80. letech dokázal spolu s Duncanem Haldanem vysvětlit jeden velmi záhadný jev, který fyzikům zamotal hlavu. Jde o tzv. kvantový Hallův jev, který na pohled vypadá jako kouzelný trik. Dochází k němu v tenkých vrstvách vodivých materiálů za nízkých teplot. Takový materiál se pak chová trochu pomateně, protože jeho vodivost nabývá jen některých určitých hodnot a žádných jiných (a navíc nezávisí na jiných vlastnostech materiálu). Je to jako by se vám rychlost auta měnila třeba jen v násobcích čísla deset - jeli byste 10, 20, 30... atd. a nikdy žádnou rychlostí mezi tím.

Jak se ukázalo, k vysvětlení tohoto jevu se skvěle hodí topologie, protože je to výsledek postupných změn, které vedou ke skokové změně vlastností materiálu. Můžete si to představit tak, že materiál je vlastně preclíkové těsto, ve kterém vznikne jedna díra, pak dvě díry, tři atp. Nikdy to nebude 2¹/2 díry.

Náš krátký popis nedělá práci oceněných tak úplně čest, situace byla v mnoha ohledech složitější a jejich práce mnohostrannější (Haldane třeba předpověděl ještě další, zcela nečekané jevy), ale shrnout jejich význam je poněkud jednodušší: velmi výrazně totiž pomohla nastartovat teoretický, experimentální a nakonec i aplikovaný výzkum materiálů se zcela nezvyklými a nečekanými vlastnostmi. Materiálů, které mnohdy zaslouží jinak hodně devalvovanou předponu „super“. Vždyť třeba nejpevnější známý materiál vůbec, grafen, je vlastně příklad takové dvourozměrné „placky“, v daném případě tvořené atomy uhlíku. Existuje proto zcela reálná naděje, že by oceněné předpovědi mohly vést k celé řadě praktických aplikací například v elektronice či materiálových vědách.

Nobel 2016

Neoficiálními favority letošního udílení byli vedoucí projektu LIGO, který zachytil gravitační vlny, jejichž existenci před sto lety předpověděl Albert Einstein. Tento objev podle expertů otevírá nové možnosti výzkumu kosmu, zejména při studiu černých děr a neutronových hvězd. Může rovněž přinést víc informací o vzniku vesmíru.

Laureáti Nobelovy ceny za fyziku kromě prestižní medaile a diplomu si rozdělí i osm milionů švédských korun (22,5 milionu Kč). Slavnostní předání ocenění se uskuteční v den výročí úmrtí Alfreda Nobela 10. prosince.

Loni Nobelovu cenu za fyziku získali Japonec Takaaki Kadžita a kanadský vědec Arthur McDonald, kteří potvrdili proměnlivost neutrin a dokázali tím, že tyto elementární částice mají hmotnost.

Fyzika přišla na řadu jako druhý obor, v pondělí 3. října už totiž byla udělena cena za medicínu, kterou získal japonský biolog Jošinori Ósumi za vysvětlení toho, jak se naše tělo v případě potřeby „požírá“. Ve středu 5.října bude oznámen vítěz ceny za chemii, v pátek Nobelova cena za mír a příští pondělí za ekonomii. Datum ohlášení ceny za literaturu zatím nebylo oficiálně stanoveno, nicméně tiskové agentury s odvoláním na člena Švédské akademie Pera Wästberga uvedly, že její držitel bude vyhlášen až ve čtvrtek 13. října.

Informace: Do článku jsme doplnili více podrobností o práci letošních laureátů.

Autor:
  • Nejčtenější

Jaká je smrtnost? Kde hrozí nákaza covidem? Nové důkazy vědců nepotěší

Jaké jsou vědecké důkazy o účinnosti roušek a respirátorů? V jaké situaci je největší riziko nákazy? Kolik procent...

U nás je zeleno, zašpiní se jinde. Pařížská dohoda ignoruje obří problém

Jedním z nejvýraznějších nedostatků Pařížské dohody o klimatu je fakt, že neřeší přesun emisí mezi státy. To, že si...

Stíhačky na silnicích. České silnice a dálnice měly sloužit letectvu

Socialistické Československo má pro případ války málo letišť, zjistilo v 70. letech tehdejší ministerstvo obrany. A...

Česko má v roce 2020 rekordní počet úmrtí, ukázala nová data. Kvůli covidu

Nová data Českého statistického úřadu potvrzují, že covid-19 významně zasáhl do statistik celkového počtu úmrtí....

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

{POPISEK reklamního článku, také dlouhý přes dva a možná dokonce až tři řádky, končící na tři tečky...}

10 tipů pro Gmail. Zkuste nastavit čas odeslání či sebedestrukční mail

Webový poštovní klient od Googlu má řadu zajímavých funkcí, které mohou uživatelům výrazně usnadnit život. Připravili...

Jaro jsme zpackali, řídila to parta ambiciózních analytiků, bilancuje Balík

Premium Česko jarní vlnu epidemie koronaviru nezvládlo, lockdown byl zbytečně tvrdý a jeho následky pocítí lidé teprve v...

Drsná svědectví z českých „callcentráků“: trestání baseballkou, celý den bez WC

Premium Ponižování, výsměch i fyzické tresty. To vše zažili lidé v některých call centrech. Jedni vzpomínají na minimální čas...

TEST televizorů: Nevyznáte se v široké nabídce? Pomůže vám náš velký přehled

Premium Od 3 190 do 62 990 korun. Všechny zobrazovací technologie, všechny televizní operační systémy a jedenáct vybraných...

  • Další z rubriky

Při těžbě uranu měli političtí vězni pocítit diktaturu proletariátu

K těžbě uranu před 70 lety stát výraznou měrou využíval i politické vězně. Represivní komunistické orgány však...

NÁZOR: Jak bez vakcíny zabránit třetí vlně? Hlavně sledovat jedno číslo

Uvolňování opatření přichází v době, kdy nákaza neustupuje nijak rychle, myslí si statistik Karel Helman. Třetí vlna je...

Promoření? Odvážný sen, tragické následky. Stádní imunita funguje jinak

Jak se nejlépe zbavit covidu-19? Už od jara mluvili někteří odborníci o kontroverzní strategii známé jako „promořování“...

Jak se „první vlna“ epidemie porovnává s druhou. A zaděláme si na třetí?

V souvislosti s šířením onemocnění covid-19 v České republice se běžně hovoří o „první, jarní vlně epidemie“ a o...

Akční letáky
Akční letáky

Prohlédněte si akční letáky všech obchodů hezky na jednom místě!

Jaká je smrtnost? Kde hrozí nákaza covidem? Nové důkazy vědců nepotěší

Jaké jsou vědecké důkazy o účinnosti roušek a respirátorů? V jaké situaci je největší riziko nákazy? Kolik procent...

Bahamské úřady zveřejnily příčinu smrti Seana Conneryho

Bahamské úřady zveřejnily oficiální pitevní zprávu k úmrtí herce Seana Conneryho. První a nejdéle sloužící James Bond...

Fronty u kadeřníků, obchody počítají zákazníky. Velké rozvolnění začalo

Sledujeme online Po více než měsíci se ve čtvrtek opět otevřely obchody, restaurace a provozovny služeb. Obchodníci se na něj dlouhodobě...

Prožil jsem jedno z nejkrásnějších období s milovanou ženou, říká Langmajer

Jiří Langmajer (54) už je přes rok ženáč. Po boku manželky Adély Gondíkové (47) je herec spokojený, pochvaluje si život...

Před 40 lety měla nehodu Marika Gombitová, papaláš ji nazval mrzákem

Noc z 30. listopadu na 1. prosince 1980 byla na jihu Moravy nevlídná. Foukal silný vítr a hustě sněžilo. Po posledním...