Malý třesk v podzemí

Transkript

1 Příloha č 3d) Návrh scénáře audiovizuálního pořadu pro planetárium určený pro celooblohovou projekci (tzv fulldome) v kruhovém sále planetária s průměrem kopule asi 13 metrů Registrační číslo projektu: Název projektu: Autorské dílo: Vypracoval: CZ107/1124/ Kosmické souvislosti aneb astronomie pro školy Malý třesk v podzemí Ivana Marková

2 2 Po obloze lítají barevná světla, začátek velkolepé show titulky Tma hvězdná obloha, digitální planetárium Dynamická hudba, sympatická uším osmnáctiletých, prostě show! zvuky chroupání popcornu, otevírání plechovek a usrkávání Ticho vrzání řad, lidi odcházejí Malý třesk v podzemí (pauza 10 s) P: Milí diváci, právě začíná jedinečná, unikátní show Za chvíli se před námi zrodí cizí vesmír! Bude to další velký třesk - a tentokrát v přímém přenosu!! Upřete své oči do temného prostoru před vámi Začíná odpočítávání posledních sekund před okamžikem nového zrození! Pět čtyři tři dva jedna teď!! (pauza 4 s ticho) (spíše šeptá, žasne) Co tomu říkáte, není to úžasné? Před námi se právě probudil k životu zárodek cizího vesmíru Rozpíná se, vytváří si svůj vlastní prostor, plyne v něm čas vlastní jen a pouze jemu, s námi nemá nic společného Bude nám jednou podobný? Jednou, až se rozepne do naší současné velikosti? (už hlasitě, baví se s diváky) Copak? Co říkáte tady vpředu? Ale ne, velký třesk nemůže být slyšet Že jste ani nic neviděli? No, samozřejmě, že ne Kdybychom něco viděli, tak už by to nebyl cizí vesmír, ale zas jenom ten náš (výkřik vyděšený) Cože?! Druhá řada odchází? A chce vrátit vstupné??!! Ne, ne po počkejte, prosím!! (hodně nejistě) Chápu, čekali jste něco jiného, (šibalsky potichu, spíše k sobě) ale jinak to bylo do dobré, ne?

3 3 let vesmírem digitální planetárium blízké hvězdy Galaxie celek, vzdalujeme se od ní otočka a znovu vlétáváme do Galaxie úvodní titulky objevuje se zeměkoule Uniview, rychle se otáčí hudba (podkreslení) zvuky, ruchy otáčející se zeměkoule vrže, asi rezavá osa Přiznávám, byl to jenom žert Copak můžeme my tady z našeho vesmíru pozorovat nějaký jiný? Až se to vědcům povede, řekněte mi to, prosím (pauza 4 s) Ale konec žertů, necháme cizí vesmíry stranou a zaměříme se na ten náš V něm jsme schopni pozorovat miliony hvězd a planet, mezihvězdný plyn a prach, dokážeme zkoumat cizí galaxie, tedy cizí hvězdné soustavy, objevili jsme existenci i něčeho tak tajuplného jako je temná hmota a temná energie - i když rozlousknutí podstaty temné energie bude pro vědce ještě pořádně tvrdý oříšek! Ale pořád mám pocit, že to všechno tak nějak jde, že zkoumáme vesmír v jeho dospělosti, v jeho dosti nafouklé podobě Co mi však nejde do hlavy, je zkoumání samotného počátku vesmíru Jak je možné, že vědci se vší vážností popisují stav vesmíru v prvních pár sekundách po jeho zrodu, kdy byla všechna dnes známá hmota stlačena do jakéhosi nepředstavitelně hustého a horkého stavu? Jak mohou zkoumat minulost téměř 14 miliard let starou? Jde to bez stroje času a warpových pohonů? Hmmm vypadá to, že ano Zkusím trochu napravit ten nepodařený začátek a pozvu vás na výlet! Zavedu vás na místo, kde už se dlouho chystám Tam se prý vědcům podařilo vyrobit něco, co připomíná horký začátek našeho vesmíru Nenazval bych to přímo velkým třeskem, i když ve světě vědy to rozhodně velká událost je, ale při troše dobré vůle bychom tomu mohli říkat třeba malý velký třesk (pauza na titulky, asi 45 s) Podobně jako krtek podrývá zahradu spletí chodeb a chodbiček, podařilo se lidem vyrýt tunely v oblasti pod pohořím Jura na hranicích mezi Francii a Švýcarskem

4 4 zpomalí se, zastaví se nad Evropou zoom na oblast CERNu animace: Vlétáváme do podzemí Jsme uvnitř urychlovače a po obvodu kolem nás se nachází tunel, v němž se pohybují a srážejí částice LHC se může otáčet, mohou se v něm objevovat dynamické změny naznačující srážky částic Budou na něm 4 detektory Video: Objeví se skutečná postava, která bude představovat vědce z CERNu); asi na chodbě, nebo kde bude chtít (po obvodu projekčního sálu planetária je pořád tunel urychlovače, videosnímek s W vyjede kousek nad něj nahoru animace: dole pod W frčí částice srážejí se animace jaderných reakcí pomalejší vrzy svist, let do podzemí tiché hučení, prostě zvuky v urychlovači Prosím, zpomalte trochu, nebo to nenajdu Díky (pauza 7 s) Tady se nachází největší tunel, který je až sto metrů pod zemí a jeho obvod je 27 kilometrů Právě zde jsou vědci schopni na okamžik vytvořit hmotu podobnou vesmírnému embryu Tohle gigantické zařízení se nazývá Velký hadronový srážeč, což je typ urychlovače, který sráží dva proti sobě urychlené svazky částic Anglicky se mu řekne Large Hadron collider - pro nás jednoduše LHC (pauza 15 s) Rád bych vám řekl o LHC něco víc, ale tady se určitě najde někdo, kdo to zvládne líp než já Ostatně jsou tu stovky vědců, inženýrů a programátorů, takže by v tom byl čert, kdybychom na někoho nenarazili (pauza 7 s) P: Výborně! Můžeme se vás, prosím, na něco zeptat? W: Prosím P: Kde to vlastně jsme? Vím, že tohle zařízení patří Evropské radě pro jaderný výzkum, který je známý pod zkratkou CERN, ale co se všechno děje v tom tunelu kolem nás? W: Tenhle tunel je jedním ze zařízení Evropského střediska jaderného výzkumu V něm se elektrickým polem urychlují nabité částice a jádra, jako například protony nebo ionty olova Částice obíhají tak dlouho, dokud nezískají potřebnou kinetickou energii, pak jsou namířeny na cíl a vědci mohou zkoumat výsledky srážek Cílem může být pevný terč nebo svazek částic urychlených v opačném směru Při srážce se kinetická energie částic mění na energii spojenou s hmotností částic nově vzniklých; vztah mezi potřebnou energií a hmotností nové

5 5 animace srážek čtyři detektory cibulová struktura detektorů dráhový detektor ionizační plynová komora kalorimetr slupkovitá struktura se uzavře detektory se označí názvy experimentů: CMS Compact Muon Solenoid ATLAS A Toroidal LHC Apparatus ALICE A Large Ion Collider Experiment LHCb LHC beauty částice popisuje známá Einsteinova rovnice E = mc 2 (pauza 5 s) Pomocí urychlovače LHC se snažíme dosáhnout co největších energií srážek, a to hned ze dvou důvodů Za prvé chceme produkovat co nejtěžší částice, a za druhé chceme proniknout do co nejmenších struktur hmoty Čím větších energií dosáhneme, tím větší detaily můžeme zkoumat Dnes jsme pod hranicí tisíciny průměru protonu Při srážkách vzniká velké množství částic, které mají extrémně velkou energii a některé i velmi krátkou dobu života K jejich zachycení a proměření je třeba velmi složitého systému různých a také extrémně velkých detektorů Tady jsou celkem čtyři sestavy detektorů, které obklopují místa, kde ke srážkám dochází Každá z nich má několik vrstev - slupek, takže mají vlastně takovou cibulovou strukturu V první vrstvě obepíná místo srážky několik vrstev dráhových detektorů, které dokáží určit místo, kde se nabitá částice nacházela, s přesností na desítky mikrometrů a z přesně získané dráhy sekundárních částic také průběh rozpadu krátce žijící částice, která se na ně přeměnila V další vrstvě jsou velké ionizační plynové komory umístěné v magnetickém poli, které dokážou určit dráhu dlouhožijících nabitých částic a tím i jejich náboj a hybnost A dále se pak nacházejí obrovské kalorimetry, které dokážou zastavit i částice s nejextrémnějšími energiemi a určit jejich energii (pauza 5s) P: Dobře, ale co to má společného s výzkumem vesmíru?

6 6 detektor ALICE video: W zmizí animace: okolní tunel LHC se roztočí, zablýskne a změní v prstenec (ještě nevím, jakou podobu přesně bude mít), ale v něm by měly být boxy (krabice, kontejnery, nevím co, ale pokud možno krychle, které se pak poskládají Rubikovu kostku částicového zvěřince) Krychle ponesou názvy: atom, jádro, leptony, nukleony, antičástice, kvarky zvuky detektoru se mění ve svist, doprovázejí změnu LHC na krabice, vyplní pauzu, pak ticho W: Docela hodně Čtyři sestavy detektorů tvoří čtveřici zcela zásadních experimentů Cílem dvou největších ATLAS a CMS je například nalezení a podrobné studium Higgsova bosonu nebo hledání částic, které by mohly tvořit vesmírnou temnou hmotu Třetí LHCb by měl odpovědět na otázku, proč je vesmír složen výhradně z hmoty a ne z antihmoty A zvláště zajímavý je experiment nazvaný ALICE P: Po nějaké holce, jo? W: Ne tak úplně Alice je anglické jméno Alenky, která se dostala do říše divů Zároveň je však ALICE také zkratka: A Large Ion Collider Experiment - velký experiment na srážeči iontů Při něm se během srážek těžkých iontů olova vyváří kvark-gluonové plazma, tedy hmota, která existovala na počátku vesmíru asi 10 mikrosekund po začátku velkého třesku P: Tak to je teda něco!!! (pauza 5 s) (lehce zazmatkuje) Tak mě napadlo, nedáme si menší pauzu? Vrátíme se k vám za chvilku, jenom jsem si vzpomněl, že bychom měli ještě něco důležitého zařídit! W: Jak chcete Přijďte, až si to vyřídíte, pak můžeme klidně pokračovat! (pauza 10 s) P: Uf právě jste byli svědky něčeho, co se nazývá zbabělý útěk! Nevím jak vy, ale já jsem se trochu zapletl do pojmů a dojmů Máte úplně jasno v tom, co je to hmota, atom, iont, kvark a kvark-gluonové plazma? Já v tom mám trochu hokej! Navrhuji něco málo si našprtat předem, ať to povídání o velkém třesku vůbec k něčemu je Oukej? Tak jo Začneme atomem, tady se chytám celkem dobře (pauza 7 s)

7 7 animace: Otevře se krychle atom, a několik různých atomů vyletí ven Elektrony se vysypou zpátky do krabice, jádro se rozpadne (možná by jednotlivé čásice mohly mít podobu koulí s nohama a rukama a ksichtíkem; mohly by vylézat, přehazovat si zprostředkovatele vazby, sranda při anihilaci zamilovanost antičástic a následná zkáza) ionty, atomy bez elektronů jednotlivé atomy, soustava prvků kvarky animace: kvarky hrají pingpong animace: skladiště s krabicemi zmizí hvězdná obloha vrzavé zvuky při otevírání krabic, jiné zvuky při vysypávání obsahu krabic a pohybu jednotlivých entit po projekční ploše, mělo by to působit srandovně zvuky pingpongu podkladová hudba: Atomy jsou složené z atomových jader a elektronových obalů Elektrony nás teď nezajímají Ponecháme je stranou a podíváme se na jádro Jádro je tvořeno protony a neutrony, a protože jádro se řekne nukleus, mají protony a neutrony také společný název nukleony (pauza 5 s) Atomy jsou navenek neutrální, to znamená, že mají tolik kladně nabitých protonů jako záporně nabitých elektronů Pokud ovšem elektrony někde chybí nebo přebývají, atom už není neutrální a stává se iontem - samozřejmě kladným nebo záporným Atomy jednotlivých prvků se liší počtem protonů a tím i počtem elektronů v neutrálním stavu Nejjednodušší prvek vodík má v jádře jeden proton, hélium dva a tak dále a tak dále ostatně podívejte se do periodické tabulky prvků, tam je máte všechny Vlastně všechny ne Na výrobě stále těžších prvků se pořád intenzivně pracuje Také nukleony mají svou strukturu Každý proton i neutron se skládá z trojice kvarků Existuje celkem 6 druhů kvarků, ale v nukleonech najdeme jen dva: kvarky d a u Neutron se skládá z kvarků u+d+d, proton z u+u+d Kvarky jsou drženy pohromadě velmi silnou interakcí, která je zprostředkována částicemi označovanými jako gluony Můžete si vzájemnou vazbu mezi kvarky v protonu představit třeba tak, že si mezi sebou gluony pinkají Tím jsou drženy pohromadě Takže pozor! Proton definitivě ztrácí podobu malé, nudné kuličky Představa, že proton je sportovní halou, v níž hrají pingpong tihle tři mrňaví šílenci, se mi docela zamlouvá Co vy na to? Nic? Tak dobře, jdeme dál

8 8 zoom, letím k emisním mlhovinám (není požadavek nějakou konkrétní) animace: mechanismus ionizace ionzace vlnová délka 656 nm letíme k Velké mlhovině v Orionu vesmír Teď mě napadlo: víte, na které prvky ve vesmíru narazíte nejčastěji? Tedy pokud vůbec narazíte, protože vesmír je pro nás pozemšťany dost pustý a prázdný Nejspíš to bude vodík nebo helium Z chemického hlediska je totiž většina vesmíru dost primitivní V žádném případě však nejsou primitivní objekty, které tyto dva prvky vytvářejí Docela mě překvapilo, když jsem viděl, jak úžasně rozmanité mohou být třeba mlhoviny v prostoru mezi hvězdami (pauza 15 s) Každá z mlhovinek vypadá trochu jinak, ale v podstatě každá je jen velmi řídký vodíkový plyn Červené mlhoviny září díky ionizovanému vodíku Hned vám vysvětlím, co to znamená: Atom vodíku totiž obsahuje jeden elektron v obalu a jeden proton v jádru Neutron tam není, takže proton je zároveň jádrem vodíku Záření mladých hvězd v mlhovině dodává atomům vodíku energii Znamená to, že když elektron zachytí foton, získá energii a opustí jádro Tento jev se nazývá ionizace Časem ale osamocené jádro vodíku zachytí jiný elektron a energie se ve formě fotonu opět uvolní Vyzářený foton má vlnovou délku 656 nanometrů, a to je právě to červené světlo mlhovin (pauza 10 s) Nejsou úžasné? Nad námi je Velká mlhovina, jedna z mnoha v oblasti Orionova komplexu mlhovin Zdá se hustá, ale to je jen proto, že zabírá ohromně velký prostor Světlu trvá celých 33 let, než jím prolétne napříč, a snad nemusím připomínat, že světlo se pohybuje tou nejvyšší možnou rychlostí ve vesmíru: urazí kilometrů za každou sekundu

9 9 vynořujeme se z mlhoviny v Orionu vylétáváme ven a letíme spirálním ramenem kolem nás jsou hvězdy letíme kolem hvězd blížíme se ke Slunci Slunce fotosféra nitro Slunce zářící v rtg a gama oblasti Už jsem říkal, že hvězdy uvnitř Velké mlhoviny jsou velmi mladé Schválně zkuste hádat, kolik jim je (pauza 4 s) Kdo tipoval něco málo pod milion let, měl pravdu Jsou to prostě holky mlaďounké! Ale popojeďme dál (pauza 10 s) Všude kolem nás jsou teď hvězdy I ty se skládají téměř výhradně z vodíku a helia; ostatní těžší prvky tvoří jen pár procent hmotnosti hvězd Vodík je uvnitř hvězd vystaven velmi extrémním podmínkám: vysokým tlakům a teplotám řádově miliony stupňů Celsia Z těchto důvodů tam nemůže existovat v neutrální formě Atom vodíku je zbaven elektronu a zbude z něj vlastně jen proton Látka ve hvězdách je tedy tvořena převážně protony a volnými elektrony, které jsou zodpovědné za vznik elektrických a magnetických polí Takový stav látky nazýváme plazma (pauza 10 s) Před námi se objevila žlutě zářící hvězda Máme ji prostudovanou ze všech nejlépe, protože je to koneckonců hvězda nejbližší Je to naše Slunce Vrstva, kterou vidíme, se nazývá fotosféra, a je to jakási hranice mezi vlastním tělesem a začínající atmosférou U hvězd se něco jako povrch jen těžko definuje, protože každá hvězda je velmi horká a vlastně se neustále rozpíná do prostoru Z fotosféry Slunce unikají do meziplanetárního prostoru fotony s vlnovou

10 10 animace: jaderná syntéza (pp cyklus) sluneční plazma sluneční atmosféra, erupce, protuberance let do nitra Slunce let z nitra Slunce do vesmírné temnoty délkou, na kterou jsou naše oči citlivé, tedy fotony viditelného světla Kdybychom měli oči stavěné na rentgenové a gama záření, viděli bychom do mnohem větších hloubek - vlastně bychom přímo viděli sluneční jádro V něm totiž dochází ke zcela zásadním jaderným reakcím: jádra vodíku se slučují, vytvářejí helium a přitom se uvolňuje energie ve formě gama a rentgenových fotonů Tohle je zdroj energie našeho Slunce (pauza 7 s) Sluneční plazma je elektricky nabité, proto se pohybuje podél magnetických siločar Právě sledujete jedno z nejhezčích představení, které hvězdný svět pořádá: výtrysky erupcí a protuberancí Prosím, vy v těch prvních řadách, uhněte hlavou, kdyby něco letělo přímo na vás Děkuji (pauza 20 s) V plazmovém nitru hvězdy je záření vázáno na látku Foton - připomínám, že je to částice elektromagnetického záření - uletí sotva pár centimetrů a je zachycen a pak znovu vyzářen ve zcela náhodném směru V případě našeho Slunce to znamená, že každý foton, který vznikne v jeho nitru při jaderné reakci, putuje na sluneční povrch klidně i milion let Kdyby měl stejnou vzdálenost urazit v prázdném mezihvězdném prostou, zvládl by to asi za 2 sekundy! (pauza 10 s) V principu podobná situace byla na počátku našeho vesmíru I tenkrát bylo záření uvězněno v plazmatu, ale pak se oddělilo od látky a dodnes je ho plný

11 11 vesmír letíme k Zemi a opět zoom do CERNU animace: jsme znovu v tunelu LHC video: vědec z Cernu animace: uvnitř urychlovače, srážky jader olova kvarky, gluony rychlý zoom,let k Zemi, odpovídající dynamické hudba tiché hučení, prostě zvuky v urychlovači zvuky: srážky vesmír Celkem bez problémů ho pozorujeme radioteleskopy jako takzvané reliktní záření (pauza 5 s) Hmotu vesmírného zárodku v tom nejranějším období nazývají vědci kvarkgluonovým plazmatem A podle názvu soudím, že nešlo o volné protony a elektrony jako ve hvězdách, ale prostě o volné kvarky a gluony A to je tak všechno, co k tomu můžu říct Končím, zcela jsem se vyčerpal Na druhé straně si myslím, že bychom klidně mohli pokračovat v prohlídce velkého urychlovače Potřebnými znalostmi jsme teď už docela slušně vybaveni (pauza 25 s) P: Tak jsme tady zas Omlouváme se, že vás okrádáme o čas W: V pohodě, rád vám trochu svého času věnuji P: Mohl byste nám tedy vysvětlit, jak vyrábíte kvark-gluonové plazma a co jste z něj zjistili o velkém třesku? W: Samozřejmě Důkazy o tom, že se daří při srážkách těžkých iontů urychlených na rychlosti blízké rychlosti světla vytvářet kvark-gluonové plazma, se rodily pomalu Ale počátkem tohoto století byla jeho existence nakonec prokázána Princip přípravy tohoto plazmatu je asi takový: na začátku je velmi energetická srážka těžkých jáder - třeba jader olova Jejich látka se velmi prudce stlačí a zahřeje na teplotu stotisícinásobně vyšší než je teplota v nitru Slunce A jen podotýkám, že v nitru Slunce je teplota kolem 15 milionů stupňů Celsia, tak si to, prosím, spočítejte Na krátký okamžik dojde k tomu, že se vnitřky neutronů a protonů obrazně řečeno vysypou Při této hustotě energie už nemohou existovat vázané stavy kvarků, takže se najednou objeví nový typ hmoty složené z volných kvarků a gluonů

12 12 detektory srážek stále video: vědec z Cernu P: (tišeji, jako by se narážkou obracel k divákům) Jasně Mrňaví šílenci a pingpong s gluony W: Právě v takovém stavu byla látka na počátku našeho vesmíru; přesněji řečeno v čase kratším než deset mikrosekund po okamžiku zrodu P: Tak tomu říkám přesné datování W: Tahle část experimentu zaznamenaná detektorem ALICE trvala jen okamžik Kvark-gluonová koule se vzápětí znovu změnila na protony, neutrony a také na další částice, označované jako hadrony - třeba mezony Máme dost dobrých důvodů si myslet, že průběh experimentu u nás odpovídal dosti přesně procesům, které probíhaly i ve skutečnosti krátce po zrodu vesmíru I když existence kvark-gluonového plazmatu při srážce těžkých jader na urychlovači LHC trvá o mnoho řádů kratší dobu než jeho existence v raném vesmíru Mimochodem, víte o tom, že tady v CERNu se nachází nejteplejší a současně i nejchladnější místo ve vesmíru? P: No, nejteplejší vlastně ano, když jste vyrobili hmotu tak žhavou jako na počátku velkého třesku Ale nejchladnější? W: Aby urychlovač pracoval, jak má, musí využívat supravodivé magnety, a ty musí být chlazeny tekutým heliem Jeho teplota je mínus 271 stupňů Celsia Tak chladno není ani v mezihvězdném prostoru P: Tak tohle by mě nikdy nenapadalo Vás snad jo? P: Ale chtěl bych se ještě vrátit k velkému třesku Tenkrát vznikla hmota i antihmota - tedy částice i antičástice W: Ano, tak to teorie velkého třesku předpokládá Vzniklo stejné množství hmoty a antihmoty P: Tak proč nedošlo k anihilaci a ke zmizení celého vesmíru?

13 13 video: objevují se další videa v oknech (kromě člověka z Cernu) černé díry, neutronové hvězdy kosmické záření dole stále tunel urychlovače konec videa konec animace tunel urychlovače animace hudba film W: No, protože v průběhu raného vývoje vesmíru vznikl přebytek, i když velmi malý, hmoty nad antihmotou To, proč hmota převážila a proč je nakonec náš vesmír vystavěn z hmoty a ne z antihmoty (případně není po totální anihilaci složen jen z reliktního záření), není ještě zcela uspokojivě vysvětleno P: Takže dneska se už antihmota nikde nevyskytuje W: Vyskytuje P: A kde? W: Vzniká třeba při vysoce energetických procesech v blízkosti černých děr nebo neutronových hvězd P: To jsou konečná stadia vývoje hvězd W: Velmi hmotných hvězd P: Jistě Černé díry a neutronové hvězdy jsou zmáčknutá jádra obřích hvězd, které explodovaly jako supernovy W: Antičástice k nám přicházejí také jako součást kosmického záření Mám teď na mysli především pozitrony a antiprotony Vznikají také při srážkách částic zmíněného kosmického záření s jádry atomů v atmosféře No a ještě abych nezapomněl, antičástice vznikají i tady v našem urychlovači při srážkách částic a jader Je to výborné, protože je tím pádem můžeme celkem pohodlně studovat Sledujeme jejich vlastnosti, chování a z toho se dá odvodit, co se asi dělo při velkém třesku (pauza 5 s) P: Takže, o velkém třesku víme už skoro všechno, když máme hmotu vesmírného zárodku v pozemské laboratoři? W: Kéž by Víte co? Pojďte, něco vám promítnu! P: Hurá, budou pohádky!

14 14 procesů v ranném vesmíru (pauza 15 s) Nový hlas, film: Dějiny našeho vesmíru se začaly psát před mnoha miliardami let Předpokládáme, že na úplném počátku byl vesmír extrémně horký a hustý V té době byly všechny čtyři interakce, které známe z dnešního světa: slabá, silná, elektromagnetická a gravitační, spojeny v jednu a možná právě jejich oddělení způsobilo vznik takzvané inflační fáze, kdy se vesmír najednou prudce rozepnul o mnoho řádů Ale zatím jsme u hypotetických představ, které nejsou dostatečně prokázány (pauza 5 s) Rozpínání vesmíru i po skončení inflační fáze pokračovalo a šlo ruku v ruce s jeho ochlazováním A teď se dostáváme k hmotě, kterou již dokážeme připravit a zkoumat Vesmírný zárodek z kvark-gluonového plazmatu tenkrát vypadal jako svítící, neprůhledná, nesmírně hustá a žhavá tekutinateplota dále klesala a v čase deset mikrosekund po začátku rozpínání se kvarky začaly spojovat do elementárních částic, označovaných jako hadrony Postupně zbyly jen ty nejlehčí z nich, mezi které patří protony a neutrony a z nich brzy vznikly i chemické prvky Chemické složení vesmíru bylo dáno již pár minut po jeho zrodu: zhruba tři čtvrtiny tvořil vodík a jednu čtvrtinu helium První dva jednoduché prvky existovaly dlouhou dobu bez svých elektronových obalů, ale jakmile přibraly elektrony a staly se neutrálními, znamenalo to ve vývoji vesmíru obrovský zlom Z horkého plazmatu se vytvořil neutrální plyn a elektromagnetické záření, vázané do té doby na látku, se mohlo oddělit Tato významná změna nastala asi let po vzniku vesmíru, a tím skončilo první období nazývané velký třesk Vesmír upadl do temnoty, která trvala dlouhých 400 milionů let Teprve pak se v něm rozzářily první hvězdy (pauza 10 s)

15 15 konec, tma lehce se přisvítí, modrá světla : let vesmírem velkoškálová struktura vesmíru konec, ticho hudba, let vesmírem Záření oddělené od látky bylo v době svého vzniku zářením světelným, v průběhu rozpínání vesmíru se však jeho vlnová délka prodlužovala a v dnešní době je už toto reliktní záření mikrovlnné Jeho teplota je 2,73 Kelvinu a přichází k nám ze všech směrů oblohy V mikrovlnném neboli reliktním záření se zrcadlí období konce velkého třesku: vidíme v něm drobné nepravidelnosti nazývané fluktuace Jsou to vůbec první struktury, které se ve vesmíru objevily a ze kterých se vytvořily pozdější galaxie a galaktické kupy Sonda WMAP, která startovala v roce 2001, vytvořila podrobnou mapu fluktuací reliktního záření, z níž bylo možné udělat závěr, který posunul lidské poznání o pořádný kus dopředu Dnes už víme, že vesmír je starý 13,7 miliard let, skládá se ze 4 procent atomární látky, 23 procent temné hmoty a 73 procent temné energie (pauza 5 s) P: Konec filmu Dobrý, ale krátký Prosím, rozsviťte někdo Dobře Zkusím to sám Vypadá to že na nás pan doktor zapomněl No, co se dá dělat Vezmu to chvilku za něj Možná bychom se mohli podívat na to, jak vypadá vesmír dnes Co říkáte na jeden rychlý poznávací zájezd do vesmíru? (pauza 20 s) P: Takovýto pohled na vesmír se nikdy žádnému smrtelníkovi nenaskytne Vesmír je na škále miliard světelných let tvořen obřími strukturami, které

16 16 galaktické kupy místní skupina galaxií galaxie v Andromedě Magellanova mračna naše Galaxie vypadají jako stěny a vlákna Jejich kostrou je pro nás stále ještě tajemná, neviditelná temná hmota, kterou můžeme studovat jen z jejich gravitačních účinků na hmotu svítící Do míst, kde je temná hmota hustá, se stahují obří galaktické kupy, v nichž každá z galaxií může obsahovat stovky miliard hvězd Vlákna jsou v místech velké koncentrace hmoty výrazná a září (pauza 30 s) Kolem sebe začínáme rozpoznávat jednotlivé galaxie a za chvíli se přiblížíme k takzvané místní skupině galaxií, k níž patří - samozřejmě - i ta naše (pauza 20 s) Místní skupina galaxií obsahuje více než třicet členů a najdeme tu skutečné obry, jako například velkou galaxii ve směru souhvězdí Andromedy nebo trpaslíky jako jsou Malé a Velké Magellanovo mračno, které provázejí náš galaktický systém (pauza 10 s) Před námi se teď v plné kráse objevila spirální struktura naší Galaxie Spirálních ramen je několik a vybíhají z oblasti galaktického středu Jsou tvořena hotovými hvězdami a mezihvězdným plynem, který je stavební hmotou pro hvězdy nově vznikající Mnoho hvězd ve spirálních ramenech patří

17 17 poloha Slunce v Galaxii Galaxie se otáčí hlavní rovina, vrstva mezihvězdného prachu let spirálními rameny směrem ke Slunci Oortův oblak komet k těm mladým, velmi zářivým, proto jsou spirální ramena tak výrazná (pauza 5 s) Jednotlivé hvězdy se ve spirálních ramenech nezdržují po celou dobu své existence Ramena jsou jen jakési hustotní vlny, v nichž hvězdy setrvávají na své cestě kolem jádra Galaxie jen o trochu déle Slunce se nachází na okraji jednoho spirálního ramene a spolu se svým planetárním systémem oběhne jádro jednou za 225 až 250 milionů let Přitom může procházet oblastmi, kde je vyšší koncentrace mezihvězdné hmoty, a to může ovlivňovat dráhy menších těles, která se nacházejí na hranicích Sluneční soustavy (pauza 7 s) Průměr naší Galaxie je asi světelných let; let to trvá světlu, nebo chcete-li fotonu, než jí proletí napříč Když si vezmeme, že jeden světelný rok představuje vzdálenost 9 a půl bilionů kilometrů, tak jde opravdu o úctyhodné rozměry (pauza 4 s) Při pohledu z boku vidíme vrstvu galaktického prachu, která vyznačuje hlavní rovinu Galaxie Mezihvězdný prach se skládá ze zrníček o velikostech v řádech mikrometrů, ale když je rozprostřen na obrovské ploše, může docela dobře stínit ve výhledu Koneckonců proto není na naší obloze vidět oblast galaktického jádra, která by měla jasně svítit na letní obloze ve směru souhvězdí Střelce Noříme se do spirálních ramen a míříme ke Slunci

18 18 Kuiperův pás let vnitří částí Sluneční soustavy Země zoom Cern konec animace: prostředí Cernu video: vědec z Cernu konec hudby (pauza 30 s) Dostali jsme se do prostoru, kde je dominantním tělesem Slunce Obklopuje ho oblak kometárních jáder, která obsahují hodně ledu Pokud se některé z nich dostane do vnitřních částí Sluneční soustavy, zahřeje se, led se uvolní a vznikne tak kometa (pauza 5 s) Další oblast malých těles se nazývá Kuiperův pás Je to prstenec těles, který máme přímo před sebou Tady, za dráhu poslední velké planety, byla vypuzena tělesa, která se nespotřebovala na stavbu velkých planet v období, kdy se naše Sluneční soustava formovala z prachoplynného mračna Součástí Kuiperova pásu je i Pluto, které řadíme spolu s několika poměrně nedávno objevenými tělesy do skupiny takzvaných trpasličích planet (pauza 5 s) Míjíme dráhy planet a blížíme se opět k Zemi (pauza 45 s) W: Jste tady ještě? Neutekli jste mi? P: No na chvíli utekli, ale už jsme zase zpátky W: Omlouvám se, ale musel jsem na chvíli odejít P: Nic se nestalo Máme problém

19 19 video: vědec z Cernu zmizí objeví se animované částice (shodná podoba s prvními animace mi typu, atom, ionty apod na straně 5 jednotlivé čásice mohou mít podobu kuliček s nohama a rukama a ksichtíkem; budou se skládat do kostky ( Rubikova kostka ) zvuky vhodné k animacím W: Jaký? P: Spoustu nových věcí jsme se dozvěděli, ale máme další otázky, na které neznáme odpověď W: To je v pořádku Tak to má být P: Zajímalo by nás, co tvoří temnou hmotu, co je to temná energie, jak dlouho bude vesmír existovat a jak vlastně skončí? W: Jo, myslím, že to už stačí Na žádnou z nich nejde odpovědět v krátkosti, tak doufám, že budu mít na vysvětlení dost času W: Možná bychom si na začátku měli udělat takovou malou inventuru v elementárních částicích Bude se nám to za chvilku hodit Hmota je složena z částic, mezi kterými působí síly P: (šeptem k divákům) Tohle je v každé učebnici Do skupiny částic, u kterých nepozorujeme žádnou strukturu a jeví se nám jako bodové, patří už zmiňované kvarky (které interagují silně) a leptony (které silně neinteragují) Mezi ty patří elektron a jeho dva těžší bratránci: mion a tauon Na počátku vesmíru byly tyto 3 typy částic zastoupeny rovnoměrně, ale dnes se běžně vyskytuje jen elektron Miony a tauony se objevují pouze při interakci kosmického záření s horní vrstvou atmosféry a vytváříme je také na urychlovačích Kromě popsaných tři nabitých leptonů známe také neutrální leptony - neutrina Existují 3 druhy neutrin a jsou to docela zajímavé částice Bez problému proletí napříč třeba zeměkoulí, která je pro ně téměř dokonale průhledná (pauza 4 s) Kvarky, kterých je šest, se váží do hadronů Existují dvě podskupiny hadronů Jsou to takzvané mezony složené z kvarku a antikvarku a baryony, které jsou tvořené vždy trojicí kvarků Tahle skupina je pro nás

20 20 konec Animace, které budou kombinací, videí, statických snímků rotace Galaxie hudební podbarvení: let Galaxií zvláště důležitá, protože nejlehčími a nejznámějšími baryony jsou proton a neutron, a to je vlastně atomární látka, která je nám velmi blízká (pauza 4 s) Kromě částic hmoty, jimiž jsou popsané kvarky a leptony, máme ještě polní částice, které zprostředkovávají interakce mezi částicemi hmoty Například foton je zprostředkovatelem elektromagnetické interakce, gluon zprostředkovává silnou interakci, která drží pohromadě kvarky v nukleonech, a polní částice označené jako Z a W zprostředkovávají slabou interakci, No a chybí nám ještě částice gravitačního pole, ale ta zatím nebyla objevena Jen název pro ni máme, bude to graviton P: Tak do toho se zamotám Z hadronů a leptonů mám v hlavě vždycky guláš W: Tak si aspoň zapamatujte, že látce složené z protonů a neutronů se říká baryonová látka Na tenhle název můžete narazit častěji P: Teď to vypadá jako Rubikova kostka Jenom v rohu něco chybí W: Tam bychom mohli posadit Higgsův boson Je to částice, kterou potřebují teorie popisující stavbu hmoty a na kterou jsou v současné době zaměřeny experimenty ATLAS a CMS P: A temná hmota je složena z čeho? W: To zatím netušíme, ale nejsou to žádné částice z téhle stavebnice Jaké částice tvoří temnou hmotu, ještě nevíme, máme jen některé hypotetické kandidáty P: Tak jak jsme na ni přišli? W: Třeba z pozorování pohybů hvězd Hvězdy na okraji naší Galaxie se totiž pohybují rychleji, než by podle fyzikálních zákonů měly To proč ještě neunikly z Galaxie se snažíme vysvětlit existencí takzvané temné hmoty Ale důvodů pro existenci temné hmoty je samozřejmě mnohem více

21 21 zrychlená expanze vesmíru tepelná smrt vesmíru video: vědec z Cernu ticho P: A temná energie? Té je snad ve vesmíru úplně nejvíc W: O temné energii se mluví třeba v souvislosti s tím, co se děje se současným vesmírem jako s celkem P: Ono se něco děje? Přece se jen rozpíná a možná se bude rozpínat až do nekonečna Nebo je to jinak? W: Ne, je to v podstatě tak Vesmír se rozpíná Všechny ale překvapilo zjištění, že místo toho, aby se rozpínání zpomalovalo protože ve vesmíru přece působí gravitace tak se naopak zrychluje P: A nezměřilo se to nějak špatně? W: Zřejmě ne, zrychlená expanze totiž vychází z více pozorování: třeba z reliktního záření nebo z pozorování velkorozměrových struktur ve vesmíru Gravitace to na svědomí nemá, protože ta objekty k sobě jen přitahuje Vypadá to, že zhruba 5 miliard let po vzniku vesmíru začala nad gravitací převažovat temná energie, která způsobila zrychlené rozpínání Její podstatu už zřejmě tušíme P: Co to bude pro vesmír znamenat? Rozfoukne se do nicoty? W: Jestli to takhle bude pokračovat dál, tak vesmír čeká tepelná smrt P: To nezní dobře Co to znamená? W: Nějaký čas se ještě budou tvořit nové hvězdy, ale pak nastane období, kdy už nebude z čeho, a ve vesmíru budou jen závěrečná stadia hvězd: bílí trpaslíci, neutronové hvězdy a černé díry Pokud protony nejsou stabilní částice, tak se časem rozpadnou na leptony a fotony, a to bude prakticky znamenat rozpad zbytků starých hvězd Zůstanou jen černé díry, které se časem také také výpaří a změní na leptony a záření Takže nakonec tu zůstane jen velmi chladný vesmír, kterým čas od času prolétne třeba elektron, neutrino nebo foton P: No, to je teda konec (pauza 15 s)

22 22 Je to docela zvláštní představa, že vesmír nějak začal a že může takhle skončit Člověka hned napadají další otázky třeba co jiné vesmíry? Mohou existovat? Jak to v nich vypadá, jakými zákony se řídí? Je to k zbláznění, že toho pořád tolik nevíme W: Ale to je dobře, ne? Aspoň máme pořád o čem přemýšlet V posledních letech jsme udělali dost velký skok v poznávání vesmíru Hvězdáři, kteří pozorovali oblohu před sto lety, by se dneska pořádaně divili P: To určitě Škoda, že už budeme muset končit Ukradli jsme vám pořádný kus času W: Já myslím, že to byl docela dobře strávený čas P: Taky si myslím V každém případě budu rád, když se tady budu moci ještě někdy vrátit Třeba až toho budete vědět zase o kousek víc video: vědec z Cernu loučí se, zmizí W: Samozřejmě, přijďte a do té doby se mějte hezky, ať se vám všechno daří P: Díky Vám taky závěrečná hudba P: A co vy? Přijdete taky? Tak zase někdy příště nashledanou! Ahoj! (závěrečná hudba k titulkům 45 s) konec

23 Malý třesk v podzemí Pořad Malý třesk v podzemí je určen pro studenty 4 ročníků čtyřletých gymnázií Bude promítán v kruhovém sále planetária (průměr kopule asi 13 metrů) Obrazová stránka pořadu se bude skládat z pěti různých prostředí: První prostředí: Let vesmírem Lze využít například software Uniview, který má HaP VŠB-TUO k dispozici Tuto část je třeba po odborné stránce konzultovat s autorem scénáře 1 Let ve spirálním rameni naší Galaxie, průlet kolem blízkých hvězd, pohled na Galaxii, návrat zpět Sluneční soustavou k Zemi (trajektorie letu není blíže určena) Rotující zeměkoule, zpomalí se nad Evropou zoom CERN 2 Let mezihvězdným prostorem, setkání s libovolnou mlhovinou, pak let k mlhovině v Orionu, znovu let mezihvězdným prostorem, vlétáváme do Sluneční soustavy, let ke Slunci 3 Let z nitra Slunce do mezihvězdného prostoru, pak návrat k Zemi a do CERNu 4 Galaktické kupy, let k místní skupině galaxií, průlet kolem galaxie v Andromědě a kolem Magellanových mračen, prohlídka naší Galaxie, let Sluneční soustavou se zastávkou u Oortova oblaku a Kuiperova pásu, let k Zemi do CERNu Druhé prostředí: Vesmír (animace, videa) 1 Průlet mlhovinou v Orionu 2 Děje uvnitř a na povrchu Slunce (jaderná syntéza, erupce, protuberance) 3: Černá díra, neutronová hvězda, kosmické záření 4 Vznik vesmíru (lze v kombinaci s Uniview) 5 Rotace Galaxie 6 Zrychlená expanze, tepelná smrt vesmíru Některá z těchto videí lze pro vzdělávací účely získat a použít za určitých podmínek z internetu Třetí prostředí: Urychlovač LHC v CERNu Kolem diváků se objeví tunel urychlovače LHC (bude dodána předloha, podle které se může zjednodušený model tunelu vytvořit) Je obklopen 4

24 detektory Tunel se může otáčet, a tím se do preferovaného směru před diváky dostává ta část tunelu, o které se zrovna hovoří Tunel se může také naklopit v okamžiku, kdy vylétáváme z podzemních prostor ven a kdy navazuje některá z animací z prostředí jedna: Let vesmírem Dále mohou v tunelu probíhat srážky elementárních částic a s tím spojené efekty Další efekty může navrhnout animátor Čtvrté prostředí: Vědec z CERNu (video) V obraze se objeví vědec z CERNu, který hovoří s průvodcem diváků Možnosti natočení tohoto videa se skutečným českým vědcem z CERNu (kontakt zařídí autor scénáře) nebo s hercem, který bude hrát roli vědce, probere zadavatel s konkrétní firmou Průvodce diváků (P) se v obraze neobjevuje Páté prostředí: Elementární částice (animace) Elementární částice (protony, elektrony atd) mohou mít podobu kuliček s nohama, rukama, legračně mohou být znázorněné jevy, které mezi nimi probíhají anihilace částic, ionizace atd Tady bude velmi záležet na fantazii animátora Po odborné stránce bude třeba konzultovat s autorem scénáře Zvuková stránka pořadu: V pořadu zazní celkem 3 hlasy: 1 mladší mužský (P), 1 mužský vědec z CERNu (W), ženský níže položený hlas (film, str 14) K pořadu je třeba vytvořit původní hudební doprovod Měly by se objevovat zvuky a ruchy, které působí legračně (u animací elementární částice, při rotaci Země - vrzavé zvuky apod)