Pondělí 8. března 2021, svátek má Gabriela
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet
  • Pondělí 8. března 2021 Gabriela

Věda v Big Bang Theory: když jsou černé díry jako voda

  13:47
V posledním dílu našeho seriálu se podíváme, co bude Leonard přes léto studovat pod dohledem slavného Stephena Hawkinga. Někteří fyzici používají rovnice popisující chování vody z 19. století pro popis prostoru kolem černých děr. A věří, že pohybující se teploměr naměří vyšší teplotu než stojící.

Kdy se dívat?

Ve spolupráci s televizí Prima COOL vám přinášíme upoutávky na nejnovější řadu populárního amerického sitcomu The Big Bang Theory (Teorie velkého třesku).

Díl 24 můžete sledovat 3. července ve 21:20 (český dabing), nebo 30 minut po půlnoci v originálním znění.

Šestá série seriálu Big Bang Theory končí a jak se můžete přesvědčit v naší ukázce, hlavní událostí je tentokrát odjezd Leonarda na čtyřměsíční expedici na loď v Severním moři. Scénáristé ho tam posílají s "Hawkingovým týmem experimentátorů", aby pracovali na detekci tzv. Unruhova záření.

Některé okolnosti výpravy vypadají trochu podezřele, například účast "Hawkingova týmu". Laiky by to mohlo svádět k domněnce, že si slavní teoretičtí fyzici budují stálý tým experimentátorů, který by byl připravený vyzkoušet každou jeho teorii. V praxi je však schvalování a shánění financí na experimenty v podstatě věda sama o sobě, která vyžaduje nutnou dávku šikovnosti, kontaktů, času a také jistou dávku štěstí. Skutečnost je tedy složitější, než by se mohlo zdát z televize. Ale to asi nikoho nepřekvapí.

Nepokojné záření

Pokud vám úkol, za kterým Leonard vyráží, zní nepravděpodobně, nejste sami. I někteří námi oslovení fyzikové nevidí žádnou souvislost mezi hydrodynamickými rovnicemi a rovnicemi obecné teorie relativity. Ale někteří ano.

V řešeních popisujících chování tekutin, konkrétně ve známé Navier-Stokesově rovnici, hledají totiž někteří odborníci část receptu na vytvoření teorie, která by umožnila propojení různých fyzikálních teorií. I když mnohé problémy se už podařilo překonat, pořád například nedokážeme vysvětlit gravitaci v termínech fyziky jednotlivých částic, tedy kvantové fyziky. Máme tedy teorie, které dobře fungují "na svém písečku" (v rozměrech jednotlivých částic, či naopak černých děr), ale nepodařilo se je sjednotit. Fyzika musí nespojitě přeskakovat od jedné rovnice ke druhé podle toho, v jakém měřítku se právě pohybuje.

Navier-Stokesovy rovnice popisují vliv rychlosti, tlaku, teploty a hustoty na...

Navier-Stokesovy rovnice popisují vliv rychlosti, tlaku, teploty a hustoty na pohybující se kapalinu (ve třech rozměrech).

Problémů, které se musí vyřešit, je celá řada. A někteří fyzici skutečně doufají, že inspiraci pro ně by mohla poskytnout stará dobrá Navier-Stokesova rovnice, která popisuje proudění nestlačitelné tekutiny a byla odvozena už v první polovině 19. století. Podle nich by mohla pomoci při matematickém popisu geometrie prostoru například v blízkosti černých děr.

Za touto snahou stojí především příznivci tzv. strunové teorie, podle které je přínosnější vnímat částice nikoliv jako body, ale jakési do sebe svinuté objekty. O využití hydrodynamických rovnic v relativistické fyzice mluví například známý "strunař" Andrew Strominger. Jeho práce na toto téma najdete zde nebo zde (nejde o stejnou práci, ani přes hodně podobný název).

Strunová teorie je samozřejmě specialitou Sheldona Coopera, takže nemůže překvapit, že se v Big Bang Theory objeví právě fyzikální hypotéza založená na ní. Musíme ovšem také poznamenat, že jde o myšlenku velmi kontroverzní. Spory mezi zastánci jednotlivých možných řešení současného fyzikálního patu jsou (ve vědeckém smyslu) velmi ostré, a řada fyziků matematické řešení strunových teoretiků považuje od základu za pomýlené, včetně tohoto hydrodynamického intermezza.

Na moře ne

Na druhou stranu, i když spojení hydrodynamiky a relativistické fyziky není samo o sobě absurdní, výprava na Severní moře příliš smyslu nedává. Abychom byli přesní: Unruhovo záření, za kterým Leonard vyráží, není fyzikální chimérou, ale jeho existence není úplně jistá nebo prokázaná.

Má jít o záření, které "samovolně" vzniká, pokud se pohybujeme vysokými rychlostmi. Abychom to řekli zcela polopaticky: podle tohoto principu by měl zrychlující teploměr naměřit ve stejném prostředí vyšší teplotu než teploměr, který stojí.

Pozorovat ho s jistotou by ovšem mělo být možné pouze v extrémních podmínkách. A tím nemyslíme loď v Severním moři, ale například při velmi vysokých rychlostech ve smyslu rychlostí přesahujících rychlosti běžné tady na Zemi. (V rychlostech tedy řekněme vyšších než polovina rychlosti světla.)

Pro nás poněkud absurdní představa je pevně spjata s tím, že vakuum vlastně není prázdné. Obsahuje ve skutečností částice, které ovšem jsou ve stavu s nejnižší energií, což pro ně znamená, že neexistují. Označují se jako virtuální. Ale pokud se jim energie dostane, mohou náhle začít existovat jakoby "z ničeho". To se děje například v okolí černých děr, kde silné gravitační pole může virtuální částice "vykopnout" do reálných podob. Tento jev se označuje jako tzv. Hawkingovo záření. Ano, po Stevenu Hawkingovi, s jehož týmem má Leonard odjet.

Nebuďte jako Penny

Když se v seriálu Teorie velkého třesku mluví o vědě, s námi víte, která bije.

Ve spolupráci s televizi Prima COOL vám přinášíme upoutávky na nejnovější řadu populárního amerického sitcomu The Big Bang Theory (Teorie velkého třesku). V každé epizodě jsme pro vás vybrali jednu zajímavost z vědy nebo techniky a rozebrali ji jako skoro jako Sheldon Cooper...

Bazinga! Přece jen, neomylnému géniovi samozřejmě konkurovat nemůžeme. Zatím došlo na:

  • antropický princip
  • homeostaze
  • Higgsův boson
  • dekomprese páteře ve vesmíru
  • holografický princip
  • Sheldonův testosteron
  • placebo efekt
  • Bohrův model atomu
  • může laser propálit zeď
  • proč papričky pálí dvakrát
  • ženy ve vědě
  • nesmrtelná medúza
  • vědečtí popularizátoři
  • Unruhovo záření je Hawkingovu velmi podobné (někdy se dokonce mluví o Unruhově-Hawkingově záření). V teorii relativity totiž platí, že zrychlení působí stejně jako gravitace, a tak zrychlující se předmět také probouzí neexistují částice k životu podobně jako gravitace černé díry (více v našem předchozím článku o holografickém principu).

    Například jedna práce z roku 2007 (zde) navrhovala, že Unruhovo záření (a další jevy spojené se vznikem virtuálních částic ve vakuu) je nepřímo odpovědné za podivné a nečekané změny v rychlosti kosmických sond. Třeba sondy Gallileo, která na pohled z neznámého důvodu zrychlila o několik milimetrů za sekundu. I další podobná pozorování, označována jako tzv. anomálie Pioneer byly podobně malé.

    Jak se ovšem ukazuje po důkladnějších analýzách, nakonec v tomto konkrétním případě žádné záhadné kosmické vlivy roli nehrály a v podstatě šlo spíše jen o chybu ve výpočtech tady na Zemi, protože jsme zřejmě podcenili vliv vyzařování tepla z povrchu sondy. To je sice za běžných podmínek zcela zanedbatelná síla, ale u sond přece jen slabě měřitelná (dotyčná práce je dostupná odsud).

    Abychom se Unruhova záření skutečně mohli dočkat, budeme muset zřejmě sáhnout po jiných pomůckách. Například se uvažuje, že by bylo možné ho naměřit za vhodných podmínek při ozáření mraku elektronů silným laserovým pulsem. Elektromagnetické pole laseru by mohlo urychlit elektrony natolik, že bude možné pozorovat přebytek záření, které se pak bude možné přičíst na vrub tomuto záhadnému záření.

    Ale kvůli tomu není třeba jezdit na moře. Zapotřebí je naopak jen velmi dobrá laboratoř. Ale to by se zřejmě nehodilo do scénáře. Stejně jako na konci druhé série, i nyní je potřeba Leonarda a Penny rozdělit, aby se diváci měli přes léto na co těšit.

    • Nejčtenější

    MiG-29 byl nejvýkonnější stíhačkou čs. letectva, Češi ho ale brzy zavrhli

    Služba letounů MiG-29 u letectva československé armády byla krátká, a to z důvodu rozdělení republiky na dva samostatné...

    Z boeingu v jedenácti kilometrech nic nevyhodíte, směje se pilot konspiraci

    Pravda bývá nudnější než konspirační teorie, zejména proto, že v ní platí fyzikální zákony. Jak moc je děravé tvrzení o...

    První výlet Perseverance po Marsu. Šest a půl metru urazil za 33 minut

    Robotický průzkumník Perseverance se dal poprvé od svého únorového přistání na Marsu do pohybu, oznámil americký...

    Prototyp velké lodi SpaceX konečně úspěšně přistál, pak však vybuchl

    Společnost SpaceX provedla další test prototypu, z nějž vznikne budoucí velkokapacitní loď Starship. Ten současný měl...

    {NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

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

    Nejzajímavější československý letoun k obraně vlasti vznikal v Pragovce

    Výzbroj letectva ČSR byla před druhou světovou válkou tristní. Moderně řešené letouny domácí konstrukce vznikly příliš...

    Exploze viru: v domově důchodců ve Vrchlabí zabil polovinu seniorů

    Premium Tragédie v domově seniorů varuje, jak rychle se šíří nákaza koronavirem a jak smrtelná může být. Celorepublikově pak...

    Randění pod rouškou. Reportérka absolvovala sedm pokusů o seznámení

    Premium „Jestli si někoho nenajdeš, než ti bude třicet, nainstaluju ti seznamku,“ oznámila mi moje nejlepší kamarádka. Patřím...

    Zavřené nezavřené restaurace. Jak vypadá zapovězený společenský život?

    Premium Zaplněné stoly, skupinky lidí se sklenicemi vína a smích nesoucí se až na ulici. Nejde o výjev starý víc než rok, ale o...

    • Další z rubriky

    STO OBJEVŮ: Utržené sluchátko navždy změnilo lidskou komunikaci

    Seriál Činí nás šťastnými i nešťastnými, jsme na něm závislí. Mobilní telefon použijeme v průměru stopadesátkrát denně. Vůbec...

    Jde to i bezpečně? Jaký vliv má otevření škol na šíření covidu

    Školy rozhodně k přenosu viru SARS-CoV-2 přispívají, jejich přínos nemusí být však zásadní. Ukazují to data z jarního...

    ANALÝZA: Lidé nejsou méně ukáznění. Proč rostou počty případů a co dál

    Ze současné situace neexistuje žádné jednoduché a levné východisko. Ale jedna cesta nabízí naději na relativně rychlé...

    STO OBJEVŮ: Virtuální svět internetu pomáhal armádě, pak pohltil Zemi

    Seriál Původně ho používala armáda, pak univerzity, dnes každý z nás. Přes internet si brzy budeme vařit kafe i krmit psa....

    Nepravda a účelovka, říká Koukal o tvrzení exmanželky Soukalové

    Po obviněních bývalé biatlonistky Gabriely Soukalové (31), že ji exmanžel Petr Koukal (35) podváděl a utrácel její...

    Zemřel rockový bubeník kapely Citron a podnikatel Radim Pařízek

    Zemřel rockový bubeník spjatý zejména s heavymetalovou kapelou Citron Radim Pařízek. Hudebníkovi, který se uplatnil i v...

    Jeden partner byl sadista, druhý asexuál, říká autorka erotické trilogie

    Blanka Lipinska (35) se proslavila svou erotickou trilogií s názvem 365 dní. Polská spisovatelka si momentálně užívá na...

    České lvy vyhrál Šarlatán, z herců Trojan, Borová, Mádl a Špalková

    Filmové ceny Český lev za rok 2020 vyhrál životopis léčitele Šarlatán, vyslaný rovněž za Oscary. Cenu pro herce v...

    Těžká z dokumentu V síti má kromě manžela a přítelkyně i další milostné vztahy

    Tereza Těžká (25) je divákům známá jako jedna z představitelek náctiletých dívek v dokumentu o sexuálních predátorech V...