Vesmír Paleontologie Jazykověda

Transkript

1 Vesmír Paleontologie Jazykověda

2

3 VESMÍR PALEONTOLOGIE JAZYKOVĚDA Martin Dokoupil Vrbátky u Olomouce 2009

4 Zdroje obrázků na obálce: wikipedia.com, archiv autora Vlastním nákladem v roce 2009 vydal Ing. Martin Dokoupil Kontakt: Ing. Martin Dokoupil, Vrbátky 173, Vrbátky M.Dokoupil@ .cz Martin Dokoupil, 2009

5 OBSAH Vesmír My všichni jsme Vesmířané Přežít a šířit život dál do vesmíru, tj. poslání lidstva Slunce dárce i vrah života na Zemi Mikrokosmos hledání nepoznaného Využití výzkumů i v běžném životě Využití výzkumů ve vědě Nové projekty Prastaré lidské objevy Keplerovy zákony Gravitační teorie Issaca Newtona Dnešní teorie Obecná teorie relativity Alberta Einsteina Modely vesmíru Velký třesk Teorie stacionárního vesmíru Teorém Rogera Penrose předpoklad černé díry Vznik černé díry Entropie míra neuspořádanosti vesmíru Zákon zachování energie Výbuch černých děr Teorie všeho Teorie relativity Obecná teorie relativity Speciální teorie relativity Teorie strun Vesmír (kosmos) Velký třesk a stáří vesmíru Kvantová teorie gravitace Složení reliktního záření a velikost vesmíru Teorie superstrun (M-teorie) Co vysvětluje Teorie superstrun (TS)? Teorie chaosu Vznik galaxií, hvězd a slunečních soustav Vznik naší Sluneční soustavy a planet Vznik a zánik superkontinentů na Zemi Geologický čas. Relativní a absolutní čas Časová škála Člověk Člověk začíná měřit čas a určuje si i dnes používaný kalendář Literatura

6 paleontologie Vývoj života na Zemi evoluce Prekambrium první život Vendská fauna Ediakarská biota Seznam rodů fosilií ediakarské oblasti Burgesská fauna další experiment? Lokalita Cheng-ťiang v Číně Vendozoa versus prvnička jediná ( Primusima uniata ) Vendozoa a produkce kyslíku Útvary geologické časové škály Kambrium Kambrická exploze Ordovik Silur Devon Karbon Perm Trias Jura Křída Terciér Kvartér Rozdělení živých organismů do říší Evoluce Lidé začínají domestikovat organismy Domestikace zvířat a jiných živočichů Domestikace rostlin Houby a jiné domestikované organismy Naši prapředci a existence slavné Evy a Adama Úvod do paleontologie Česká republika úvod Paleontologie úvod Historie paleontologie Česká paleontologie Paleontologie a bludy Fosilie (zkameněliny) Bakterie, sinice, řasy Říše Fungi (houby) Říše Plantae (rostliny) Podříše Cormobionta (embryonta) Rostliny vyšší Říše Animalia živočichové (zvířata)

7 Podříše Protozoa prvoci Podříše Metazoa (vícebuněční, mnohobuněční) Arthropoda (členovci) Kmen Chordata (strunatci) Paryby a ryby Skupina Primates (primáti) Rod Homo (člověk) Literatura JAZYKOVĚDA Úvod do jazykovědy (lingvistiky) Teorie vzniku jazyka Nostracký prajazyk Je člověk dílem náhody? Historická lingvistika Prehistorické období (Sumer, Mezopotámie, Egypt, Čína ) Indie, starověké Řecko a Řím Středověk (Scholastika) Renesance Začátek 19. století Jazykovědné školy Zajímavosti vývoj jazykovědy ve zkratce (ad Historická lingvistika) Co je to jazyk Členění jazyků Imena abeceda logického řazení písmen Imena pro jednotlivé jazyky V čem budou tyto systémy abeced lepší než stávající? Pořadí indoevropských pádů V čem bude toto pořadí pádů lepší než stávající? Dá se tento princip aplikovat i jinde? Umělé jazyky Jiné systémy zápisů Zápis čísel Prvotní jazyk (Ursprache) Zápis not notový zápis Hudební paleografie Literatura PřílohY Indoevropština Biologické názvosloví v praindoevropském jazyce Slovníček praindoevropštiny

8

9 VESMÍR Je-li v tomto vesmíru jediná forma života na naší Zemi, či jak jest v něm častý život, je nedořešená otázka. Jestli jsme nebo nejsme sami, obě odpovědi jsou jaksi děsivé. Podle některých teorií je život přirozeným projevem hmoty neživé. Ing. Martin Dokoupil (1999)

10 My všichni jsme Vesmířané Položíme-li si otázku: Co když pocházíme z vesmíru? Odpověď, i když to většinu z nás překvapí, bude: Ano! My všichni jsme z kosmu, každá molekula, každý atom je z vesmíru. Lidé žijí v malém koutku vesmíru, ve středu naší Sluneční soustavy je naše Slunce, Země je od něj vzdálena 150 mil. km, dýcháme vzduch. Moře, pevniny a vzduch jsou plné organismů. Život na Zemi by však neměl existovat. Po Velkém třesku (byl-li nějaký) se atomy vodíku pohybovaly v mračnu obrovskou rychlostí, vznikaly víry a další a další atomy vodíku, tím pádem stoupla teplota a vše vzplanulo vznikly první hvězdy. Tuto situaci si dovedeme trochu představit, srovnáme-li ji s výbuchem atomové bomby uvolnivší zničující energii z trošky plynu (vešel by se do dětského balónku). Tímto výbuchem vznikly všechny prvky, které ve vesmíru dál existovaly a existují, zrod prvků postupoval směrem od vodíku (H), přes helium (He) dále dle periodické soustavy prvků. Hvězdy vytvořily tedy všechny prvky, které máme k dispozici. Smrt hvězdy (to jest slunce) nastane, dochází-li ji palivo vodík (H), vyhasíná, chladne a hroutí se do sebe, až nakonec vybuchne a stane se z ní supernova, vydá více světla než celá galaxie. Toto se dá udělat a vyzkoušet laboratorně, na prostoru menším, než je hrot špendlíku. Umírající slunce má několik vrstev: horní s vodíkem (H), střední s vápníkem, sírou a uhlíkem (Ca, S, C) a uvnitř je železo (Fe). Když je laboratorní výbuch milionkrát zpomalen, výsledkem jsou úchvatné obrazy, stavební kameny života. Hvězda vyvrhne prvky, ty se spojí a vytvoří opět solární systém (sluneční soustavu). Smrt hvězdy nastává v několika vteřinách a to, co vznikne, trvá několik mil. let. Supernovu je možno spatřit jednou za 100 let. Explodující supernova byla vidět a byla zaznamenána v roce Tehdy se směs vyvrženého materiálu smíchá s plynem okolo, vše se spojuje, víří. Zrodí se slunce a zárodky planet. Okolo vzniklé hvězd (to jest slunce) obíhají planety, kolem nich měsíce atd. Před 5 7 mld. let zde byl výbuch hvězdy a při něm vznikly dnešní horniny. Někteří vědci se domnívají, že život se na zeměkouli objevil příliš rychle, proto byla znovu oživena možnost donesení života na Zemi z vesmíru, a to v ledu komety. Vlasatice (tj. kometa) se pohybuje rychlostí 1 mil. km/hod., dnešní sondy jsou schopny zachytit prach možná v něm najdou důkaz, že naši předkové byli mimozemšťané. Nebo jsme sami už 13 mld. let? Zeměkouli obýváme s 10 mil. jiných druhů, od jednoduchých forem až po obrovské či bizarní. A co ostatní planety? Kolem naší hvězdy (Slunce) kolotají planety. Merkur, Venuše, Země, Mars, Jupiter plný hustých plynů, Saturn, Uran, Neptun. Otázkou, jsme-li ve vesmíru sami, se zabývá projekt SETI (tj. pátrání po mimozemšťanech). Jsou-li někde mimozemské civilizace určitě používají ke komunikaci též rádiové vlny. V roce 1977 byl zaznamenán silný radiový signál: 6EQUJ5 6 možná to jsou hvězdné souřadnice a směr? Signál však poté zmizel. Dnes používáme observatoře, kde je čistý vzduch a velká nadmořská výška, např. na Havajských ostrovech. Dnes jsme se vydali jiným směrem hledání planet podobných Zemi. Sledujeme hvězdu, jestli neosciluje v prostoru díky planetě, která kolem ní krouží. Tento projekt byl zahájen 10

11 v roce 1986, devět let jsme nemohli nic najít, v roce 1995 jsme objevili jednu planetu, poté co jsme věděli, co hledat, nacházíme 2 3 planety měsíčně. Mléčná dráha (tj. naše Galaxie), má miliardy planet. Jsou na něm živé organismy? V roce 2025 je naplánováno vyslání hvězdné flotily, bude sledovat hvězdy, planety a jejich složení. Co když je ale mimozemský život na jiném principu nepotřebuje světlo ani kyslík? Na Zemi byla objeveny zřídla, teplota se zde pohybuje přes bod varu, existuji zde však i vyšší formy života. To by se dalo teoreticky použít i k osídlení měsíce Europy těmito formami života. Život na Zemi je totiž i tam, kde by neměl existovat. Co však najdeme na Marsu? K tomu, abychom to zjistili, se tam musíme podívat. Pravděpodobně tam není žádná voda (v tekutém stavu), ani vzduch, jen skály a kamení. Otázka zní: Je zde život? Kdyby se na 2 3 vesmírných tělesech (Země, Mars, Europa) nacházel život, znamenalo by to, že život ve vesmíru je běžnou věcí. Europa je také zhruba stejně veliká jako Země a Mars, je měsícem Jupiteru. Na dně je oceán s podmořskými vřídly, nebude-li tam život, bude zde možno i vysadit formy ze vřídel ze Země? Jsme jediní ve vesmíru? Proč nás ještě nikdo z kosmu nekontaktoval? Vždyť televizní a radiové vlny se šíří všemi směry do okolí a jsou již dost daleko. Jednou snad někdo tyto signály pochopí a odpoví nám! Přežít a šířit život dál do vesmíru, tj. poslání lidstva Život na Zemi může zmizet, a to navždy. Nebezpečí může přijít z vesmíru. Naším hlavním úkolem je zůstat naživu. Naší planetě může hrozit smrtelné nebezpečí nasnadě je přežití lidstva. Země má průměr km a žije na ní 6 miliard lidí. Před několika miliardami let byla Země bombardována asteroidy. Došlo i k srážce s obrovským asteroidem, kterým vyvrhla množství hmoty. Lidé zamířili do naší Sluneční soustavy. V roce 1969 jsme stanuli na Měsíci. Měsíc je bez atmosféry, poset krátery vzniknuvšími po dopadech asteroidů z minula. Tenkráte to byla úplná kosmická kanonáda. Na Zemi vznikly též krátery. Např. kráter vzniknuvší před lety, o průměru 200 m, který vyhloubil asteroid velikosti 40 m, pohybující se rychlostí 25 km/s. Vše se v několika kilometrech odtud vypařilo či bylo smeteno tlakovou vlnou. Některé krátery jsou viditelné z vesmíru, mají km v průměru. V roce 1908 dopadl velký asteroid na Sibiř, roku 1933 na Saúdskou Arábii, v roce 1972 nás naštěstí minul nad Kanadou. Nezasáhne-li nás asteroid přímo na pevninu Země, může se stát něco horšího dopad do moře, to vyvolá mohutné přílivové vlny tsunami ničící města. V příštích stoletích bychom mohli mít problémy, mohla by být zničena celá města. To však není jediné nebezpečí z vesmíru. Dalším nebezpečím jsou hvězdy vyvrhující žhavý plyn. Černé díry mající výtrysky rychlosti světla, u nás lidí by toto bylo bez šance. Budeme mít štěstí? Budeme-li mít smůlu, zanikne veškerý vyšší život. Zatím žádný takový objekt v naší blízkosti není. Celá naše Sluneční soustava se pohybuje rychlostí 230 km/s. Je zde možné nebezpečí? Zatím naštěstí nebylo zjištěno. Let vesmírem bude také riskantní, jsou totiž určitě rizikové 11

12 oblasti naší Galaxie. Slunce, planety, objekty vše se pohybuje rychle nahoru a dolů a dokola kolotá, vše oběhne za 250 milionů let, za každých cca 30 milionů let se přiblížíme do oblastí s velkou hustotou hvězd. Na naši Sluneční soustavu působí též gravitace objektů a opačně na ně naše Sluneční soustava. Nachází se tu miliardy tun kusů ledu a materiálu, ty mohou být katapultovány na Zem. Hovoříme o tzv. kometách vlasaticích. Ohon komety směřuje vždy ke Slunci. Dopadla-li by, byla by to katastrofa, jako např. před 65 miliony let spolu-způsobila tato dopadnuvší vlasatice zánik dinosaurů a byl nastartován vývoj savců. Před pár miliony let se objevili lidé, respektive hominidi. V roce 1994 přitáhl Jupiter kometu, byla obrovská, kometa vyvolala výbuch jako 200 vodíkových pum, o rozloze větší než naše Země. Jupiter odchytává vlastně vlasatice a jiná tělesa. Jupiter je největší planeta naší Sluneční soustavy a de facto nás chrání, stahuje a zachytává totiž asteroidy. Měl-li by dopadnout asteroid? Co s tím uděláme? Řítil by se 40 km/s k Zemi. V USA a jiných zemích mají obranné síly ve střehu. Provádí, jako v jiných zemích, monitoring možných nebezpečí. Bereme to vážně. Malé asteroidy k nám dopadají, proniknou atmosférou četností 4 ks za měsíc. Co by se však stalo, kdyby měl dopadnout asteroid větší? Máme 3 možnosti: 1) Vyslat raketu s jadernou náloží, která předmět rozdrtí. Nebo na něj umístíme rakety a předmět odkloníme od Země. 2) Uděláme velké bunkry, kde přežije alespoň část lidstva a pozemských organismů. Takové archy, které se po určité době od katastrofy otevřou a znovuosídlí Zemi. 3) Život a lidi ze Země přestěhovat na více planet a těles (život by byl nejen na Zemi, ale i na Marsu, měsíci Jupiteru Europa atd.), tak by nevyhynulo celé lidstvo. Musíme být a jsme stále připraveni. Můžou však přijít i jiní nepřátelé monstra. Černé díry jsou naštěstí daleko nad dodekalionů světelných let. Ničitelem u nich je gravitace. Je-li něco hmotné ( těžké ), má gravitaci přitažlivost. Lidé jsou poutáni k Zemi, Země k Slunci atd. Některá slunce (planety) mají nepředstavitelnou velikost. Černé díry jsou velmi malé a hmotné. V Austrálie Brian Boyl při pozorování černých děr objevil dokonce paprsky gama. Ty mají obrovskou energii, každou noc způsobují ohňostroj energie, dříve jsme desetiletí spekulovali, odkud jsou. Dnes víme, že pocházejí z černých děr. Detekce provádíme z čidel na družicích, ty zaznamenávají obrovské výboje energie, místo jednoho tohoto výboje našel dalekohled na Zemi, bylo to světlo ze supernovy. Na snímcích je patrný největší výbuch, jaký jsme kdy zaznamenali hvězda zaniká, rodí se monstrum černá díra. Místo, aby se rozletěla do okolí, zkolabovala dovnitř. Explodovala a jádro se smrštilo, dále a dále, dokud z ní nebyl pouhý mikroskopický bod zrodila se černá díra. Černé díry jsou velmi malé, zanechávají ale stopy v podobě točícího se víru okolního materiálu, jako u tornáda na Zemi. Dnes jsou povolání jako lovci černých děr atd. Pátrají po točícím se materiálu okolo černých děr. Černé díry lapají vše, co je velmi blízko. Dříve měřily kilometrů a umíraly miliony let, zrodily se v několika vteřinách. Co v dnešní podobě nespolknou, vychrlí ven v podobě giga-gejzírů. Černá díra je vlastně malý bod uprostřed disku. Jakmile jsme věděli, co hledat, byly objeveny další a další černé díry. Jsou naštěstí miliardy a miliardy světelných let daleko od nás. 12

13 Mají takovou hmotnost, že dokonce deformují světlo procházející kolem nich, díky tomu se dají též objevit. Hovoříme o tzv. mikročočkovém efektu, to jest prochází-li velký objekt okolo černé díry, dochází k zakřivení světla. Tim Axcelrot objevil teprve po 8 letech hledání jako první černou díru. V naší Galaxii Mléčné dráze jsou také stovky černých děr, jsou ale velice daleko. Mléčná dráha (naše Galaxie) má jednu černou díru, jejíž váha je 2 miliony sluncí, je ve středu naší Galaxie, ale hodně daleko, říká Andrea Ghezová. Kdyby byla bývala blíž, zhltnula by nejdříve asteroidy, pak hmotný Jupiter, naše Země by se třásla, poté by zamířila ke Slunci a roztrhala ho na kusy, nakonec by se točila k naší Zemi, ale veškerý život by už byl dávno zaniklý, následoval by rozpad Země a její pohlcení. Máme neuvěřitelné štěstí. Jinak bychom museli odletět z rodné Země. Slunce dárce i vrah života na Zemi Je nádherné a mocné, Slunce, které nám darovalo život. Jednou se však stane naším nepřítelem, planetu Zemi budeme muset opustit. Začneme žít v kosmu, který se stane naším novým domovem. Jednoho dne se ze Slunce stane netvor, spalující vše i na Zemi, a zničí celou sluneční soustavu. Slunce je 5 miliard let životodárnou silou. Rostlinám dodává energii k růstu. Ovlivňuje počasí a naši obživu. Bez Slunce život není možný. Teplota Slunce však neodvratně roste, to co bylo životodárné, způsobí jednou smrt na zeměkouli. Budoucnost najdou lidé a organismy ze Země ve vesmíru, na jiných tělesech, jen tak mohou uniknout. Dnes je Slunce pro naši Sluneční soustavu ideálně naštelováno, za několik miliard let však Sluneční soustavu zničí. Slunci začne docházet palivo a poroste. Zvýší-li se teplota o 5 %, začnou vymírat rostliny a houby. Zvýší-li se o 10 %, vymřou i zvířata. Jestliže se zvýší o 15 %, voda začne vřít a unikající páry budou v ovzduší skleníkovým efektem zvětšovat už tak velkou teplotu na Zemi. Síle Slunce neodoláme. Na plánech k přežití lidstva se pracuje už nyní. Buď budeme expandovat, nebo zanikneme. Proto bude náš první nový domov na Marsu, který je dále od Slunce. Rozdíl teplot je zde přes 20 C, bez skafandru bychom na Marsu žili jen pár vteřin, jednou to však bude náš domov. Je tu v atmosféře kysličník uhličitý (CO2) i dusík (N). Nemůžeme počítat s tím, že přežijeme, budeme-li na jednom místě. Nevznikli jsme v Severní Americe, Evropě, ale v Africe Keni. Naši předkové z tropů se přizpůsobili odlišnému životu, přežili jsme dobu ledovou. V Kanadě je lokalita, kde panují podmínky jako na Marsu, zde se právě tato kolonizace pozemštění Marsu testuje. Dnes v roce 2010 budeme připravenější na let na Mars než kdysi na Měsíc. Zanedlouho budeme schopni na Marsu přežít. Před 15 lety proběhl na Zemi projekt Biosphere II, kde se měla ověřit v hermeticky uzavřeném systému obrovitých skleníků soběstačnost uzavřené biosféry, kde bylo vybudováno umělé pozemské prostředí. Tento model jsme poté chtěli přesunout na jinou planetu, třeba na Mars. Zvenčí však musel být následně vháněn vzduch, potrava pro lidi došla. Něco budeme muset pozměnit. Na samotném Marsu bude nutná tzv. terraformace, tj. pozemštění rudé planety tak, aby zde panovaly podobné podmínky jako na Zemi a abychom zde mohli žít jako na Zemi. 13

14 Prvními Marťany se stanou organismy, poutající kysličník uhličitý (CO2) a produkující kyslík (O2). To by mohly být řasy. V současnosti jsou podmínky Marsu nedostačující i pro řasy. Mars bude nutné oteplit. Bude nutné znečistit ovzduší Marsu, zaneřáděná atmosféra vyvolá větší a větší skleníkový efekt a Mars se oteplí. Kosmické lodě budou muset tedy na rudou planetu dopravit přístroje znečišťující atmosféru. Ty nasají marťanský prach a atmosféru a zpět do atmosféry vypustí černé saze. Dojde k zahřívání, bude možné vysazení pozemských řas. První organismy možné přežít toto prostředí jsou již nyní vyhledávány v Údolí smrti, jejich úkolem bude produkce kyslíku (O2). Poté budou vysazeny stromy a květiny (rostliny), ty udělají obyvatelnější prostor na Marsu, zvýší obsah kyslíku (O2) v atmosféře tak, že bude moct přežít hmyz a dále větší a větší živočichové, až nakonec i člověk. Za 50 let by mohly odlétat od Země flotily k Marsu, za dalších 10 let vysadit řasy, za 30 let rostliny a jiné organismy, pak, v pozměněném prostředí, bude moct přežít i člověk. V tuto dobu budeme žít na dvou planetách, my i ostatní organismy. Kdyby se to podařilo, budeme mít druhý domov. Při zvýšení teploty přežijeme na Marsu, teplota Slunce poté bude stoupat a my se budeme muset stěhovat pryč z naší Sluneční soustavy najdeme si nové domovy. Změnami budeme však muset projít i my, budeme-li chtít expandovat po galaxiích, jsme zvyklí měnit prostředí kolem nás, toto však nebude ve vesmíru zcela možné. Jednou budeme schopni žít i na Jupiterově měsíci Europě, který má také cca velikost Země i Marsu, jsou zde oceány pod ledem, to bude třetí domov lidí. Naši potomci si zbudují města v hloubce oceánů. Stěhování na jiné planety s sebou přinese i nutnost přizpůsobit se tamním podmínkám pro život. Na Zemi mají např. ptáci propojeny plíce a mohou dýchat řidší atmosféru, byli-li bychom schopni spát zimním spánkem jako medvědi, mohli bychom lépe létat ke hvězdám. Dolní končetiny jsou 1/3 naší váhy. Ve vesmíru bychom ocenili místo nohou spíše další dvě ruce, tj. celkem dva páry rukou. To by mohlo zajistit v budoucnu genové inženýrství. Budoucnost bude v různorodosti. Naše planeta přestane jednou existovat a my budeme kolonizovat galaxie a vesmír. Slunce zničí jednou celou naši Sluneční soustavu. Bude to v pořadí Merkur, Venuše, až bude 160 větší a 2000 teplejší, zničí Zemi, dále Mars, Jupiter, Saturn, Neptun, Uran. V té době však žár již sežehl vše na Zemi a zbytek se vypaří. Za 7 miliard let naše Země zmizí. Před 100 lety jsme si nepředstavovali dnešní mrakodrapy, za 100 let budeme na Marsu. Nejsme na konci historie lidstva, teď teprve budeme expandovat, vznikne nový druh/druhy člověka. Neměli bychom totiž uhasnout, a to o to více, jsme-li jedinou formou života ve vesmíru. Slunce je dárcem, ale stane se i ničitelem života zhroutí se do sebe. Zanikne-li jednou celý vesmír, nebo co se stane, to se můžeme dnes pouze domnívat. Musíme dobýt vesmír, obrovské vzdálenosti. Za krátko poletíme k jiným sluncím a planetám. Kosmos bude skýtat hrůzy i krásy. Od prvního vzletu družice do vesmíru, od prvního vzletu člověka kosmonauta Jurije Gagarina do vesmíru, od prvních krůčků po Měsíci již 50 let dobýváme vesmír, vzlétají tisíce raket a stovky astronautů Pomalu ale jistě jsou z nás vesmírní poutníci. Příkladem může být i orbitální stanice Alfa, spolupráce lidí. Krouží 460 km nad námi. 14

15 Je to malý krok pro člověka, ale obrovský skok pro lidstvo, to je známá věta při dobytí Měsíce. Naše automatické sondy už letí ke hvězdám. Sonda Voyager v roce 1966 opustila Sluneční soustavu, k první hvězdě doletí až za let. K pohonu ve vesmíru může být však použito DeepSpace 1, je to nápad Marca Raymana jedná se vlastně o iontový motor. V roce 1998 byl jím testován iontový pohon. Raketové palivo je totiž intenzivně spalováno a díky tomu reaktivní silou letí nahoru. Motor Marca Raymana potřebuje jen pár gramů plynu, plyn nabije elektrickým nábojem a vystřelí ven, tento pohon vydrží velice dlouho. Raketový motor má obrovskou akceleraci, ale za pár minut se vyprázdní. Iontový pohon má slabou akceleraci z 0 na 100 km/hod., bude zrychlovat 4 dny. Výsledný pohyb však bude tak rychlý, že dostihne i kometu-vlasatici či obletí velmi rychle Sluneční soustavu. Ani jeden tento pohon však nevydrží stále, proto vědci přišli s nový pohonem: sluneční plachetnicí. Kdykoli na nás dopadnou fotony ze Slunce, posunou nás, ale velice nepatrně, není to vůbec cítit, ve vzduchoprázdnu bychom však letěli. Proto byl vyvinut model slunce a vše vyzkoušeno fungovalo to, těleso sebou třepalo, z tohoto materiálu budou jednou sluneční plachty na solárních plachetnicích. Musí být nastartovány co největší silou proto se přiblíží co nejvíce Slunci a dosáhnou rychlosti 3,25 milionů km/hod. Procestovat Mléčnou dráhu (naši Galaxii) i to s takovou plachetnicí dlouho trvá. Proto by bylo dobré ovládnout základní struktury vesmíru. Dříve jsme museli hory přelézat či obejít, dnes máme ale tunely. Proto můžeme překážkou projít, je to jen teoretická možnost. A to sice skulinkou ve vesmíru tzv. červí dírou. Je to tunel, zkratka časoprostorem, který sami vytvoříme. Obrovská síla hmoty otevře prostor. Budeme potřebovat však i nějakou energii, která zajistí, aby se neuzavřela. Vesmír je ohromný. I proto vzniká Mapa vesmíru. Dříve byly ploché mapy Země, ze kterých není patrné, jde-li o hory, či rokle. Tato Mapa vesmíru je proto také trojrozměrná jako dnešní mapy Země. Stroj, který ji vytváří, byl konstruován Brianem Boylem 10 let a má 600 kamer. Každou noc mapuje novou část oblohy, má již zaznamenáno hvězd. Okolo nás je věcí i dějů, kterým nerozumíme a které bychom měli prozkoumat. Naši potomci poletí ke hvězdám. Tam je naše budoucnost. Člověk se bude dále evolučně vyvíjet, a to třeba i více směry. Mikrokosmos hledání nepoznaného Zamyslíme-li se nad tím, čím je tvořena kapka rosy, uvědomíme si, že je z mnoha molekul vody kysličníku vodného (je jich přibližně 1027 neboli miliarda triliónu). Každá z těchto molekul je tvořena atomem kyslíku a dvěma atomy vodíku (chemický vzorec vody je H2O). Na začátku 20. století byly atomy ještě považovány za nejmenší částice tvořící hmotu, tzv. dále nedělitelné. Ukázalo se však, že každý atom je tvořen jádrem z protonů a neutronů a jádro je obklopeno elektrony. Elektrony jsou leptony a k jádru jsou vázány fotony bosony. Vodík (Hydrogenium H) má ze všech chemických prvku nejjednodušší stavbu a jeho jádro je tvořeno pouze jedním protonem. Proton má také svou strukturu a je tvořen třemi kvarky. 15

16 Tyto kvarky jsou uvnitř protonu vázány gluony, stejně tak jako jsou elektrony vázány k jádru fotony. V současnosti se má zato, že hmotu tvoří tři základní typy částic: kvarky, leptony a bosony. Kvarky a leptony tvoří hmotu kolem nás, bosony váží kvarky a leptony dohromady. Každý boson je nositelem jednoho druhu interakce. Např. foton, nositel elektromagnetické síly, váže elektrony k jádru. Různé možnosti, jak mohou být nakombinovány kvarky a leptony, určují různou strukturu a vlastnosti hmoty. První částicoví fyzikové zkoumali kosmické záření, přirozeně vznikající proud vysokoenergetických částic, které na Zemi dopadá z okolního vesmíru. Kosmické záření bylo prvním zdrojem nestabilních částic s krátkou dobou života, který měli lidé možnost pozorovat a zkoumat. Později bylo zjištěno, že většina elementárních částic má krátkou dobu života, proto je není možno pozorovat ve hmotě, která nás obklopuje (ta je tvořena pouze několika stabilními částicemi). Jednou z nestabilních částic, které se již záhy podařilo objevit, byl mion (m), který patří mezi leptony. Jednou z dalších částic objevených v kosmickém záření dopadajícím na zeměkouli byla částice lambda. V mlžné komoře se ji podařilo identifikovat pomocí charakteristické stopy ve tvaru řeckého písmene lambda L λ. Samotná lambda nenese elektrický náboj, proto za sebou nezanechává v mlžné komoře žádnou stopu, dokud se nerozpadne na dvě částice nesoucí kladný a záporný náboj. A právě tyto opačně nabité částice za sebou zanechávají stopu ve tvaru λ řecké písmeno L lambda. Částice lambda (λ) byly prvními objevenými zástupci ze skupiny podivných částic, které se rozpadají pomaleji, než bylo podle tehdejších poznatku očekáváno. Lidé sestrojili tzv. detektor kosmického záření. V tomto detektoru můžeme pozorovat kosmické záření, které prochází svazkem scintilačních vláken. Pro člověka je záření, které ve vláknech vzniká právě při průchodu částic kosmického záření, viditelné. Nové technologie umožnily fyzikům postavit v 60. letech 20. století urychlovače, na nichž bylo objeveno mnoho nových částic. Nové částice vznikaly ostřelováním terčů jinými částicemi s velkou energií. Tyto nově vzniklé částice měly krátkou dobu života a rozpadaly se rychle na další dceřiné částice. Se stále se zvyšujícími energiemi objevili fyzikové zástup (array) zcela nových částic. Byly také vypracovány teorie vysvětlující, jak mohou být všechny částice v nově objevené početné ZOO částic sestaveny pouze z několika základních stavebních kamenů. Fyzikové objevili mnoho nových částic na urychlovačích. V roce 1964 vznikla teorie kvarku kvarky byly navrženy jako stavební kameny mnoha dalších částic, které už byly do té doby objeveny. Dle této teorie jsou všechny předměty kolem nás (lidské tělo, domy, zvířata, houby, rostliny atd.) tvořeny třemi základními částicemi: Kvarky up (horní) a kvarky down (dolní) a elektrony. V této době byl kvarkový model pouze jedním z mnoha možných vysvětlení stavby hmoty a po více než deset let od svého vzniku tato teorie nebyla všeobecně přijímána. Nové urychlovače posílaly svazky částic se stále vyšší energií na pevné terče, aby vznikaly částice s vyššími hmotnostmi, které se opět po krátké době rozpadaly. Jedna z těchto částic upsilon měla vlastnosti, které naznačovaly, že nemůže být tvořena žádnými ze čtveřice tehdy známých kvarků (up, down, strange a charm). Fyzikové z toho vyvodili, že upsilon je tvořen novým kvarkem a jeho antikvarkem a tento nový kvark nazvali bottom (česky bot- 16

17 tom = spodek). K tomuto objevu došli fyzikové v roce Dnes jsou ve světe postaveny urychlovače, jejichž hlavním úkolem je produkovat částice upsilon a zkoumat další vlastnosti b-kvarku. Začátkem roku 1977 byly již známy dvě generace částic. S objevem upsilonu v létě toho roku se jako reálná začala jevit možnost existence třetí generace částic. Fyzikové postavili velké zařízení pro detekci páru mion-antimon (m+, m-), protože tato dvojice vzniká rozpadem (je rozpadovým produktem) částic s krátkou dobou života, jež se snažili v té době objevit. Tyto částice mají dobu života tak krátkou, že je pomocí detektoru nejsme schopni zaregistrovat. Zato existenci déle žijících mionových párů už detektor zaznamenat umí. Pokud vznikají mionové páry rozpadem nové částice s krátkou dobou života, tak by mělo být možné dopočítat hmotnost nové částice z měření energie a směru pohybu mionu. Ukázalo se z pozdějších pokusů, že upsilon má celou rodinu upsilonu částic tvořených jedním b-kvarkem a jedním antib-kvarkem. Fyzikové seskupili kvarky do dvojic (kvarky: up a down, charm a strange). Když byl objeven b-kvark (bottom kvark), začali proto hledat jeho doplněk do dvojice. Věřili, že využití supravodivosti a srážení vstřícných svazků částic v urychlovači zvýší dosahované energie natolik, aby bylo možno vyprodukovat top kvark. Kvarky se vyskytují ve třech generacích a jejich hmotnost se zvyšuje v každé generaci. Fyzikům se nepodařilo pozorovat top kvark v existujících urychlovačích, ale věděli, že pokud je top kvark mnohem těžší než b-kvark (bottom kvark), potřebují k jeho produkci dosáhnout mnohem větších energií v urychlovači. Metoda ostřelování pevných terčů použitá k objevu b-kvarku (bottom kvarku) už nemohla poskytnout vyšší energie potřebné k produkci top kvarku. Při nárazu urychlených protonů s velkou energií do atomu terče, které jsou v klidu, je většina energie přeměněna na kinetickou energii nově vzniklých částic. Pokud budeme srážet svazky protonu a antiprotonu nesoucích velkou energii, více energie muže být použito na vznik nových částic než pro jejich pohyb, a mohou tak vzniknout hmotnější částice. Základní urychlovač urychlovač ve Fermilabu (Tevatron) se skládá ze dvou základních částí magnetu a RF kavit. Magnety udržují nabité částice v kruhové dráze, RF kavity (radiofrekvenční kavity) přidávají částicím energie, při každém jejich průchodu kolem kavity, částice oběhnou urychlovače mnohokrát za sebou a při každém oběhu získají malou energii navíc. Tevatron pracuje s elektrickými poli o vysokých frekvencích (53 MHz). Tato frekvence je zhruba poloviční ve srovnání s frekvencemi rádiových stanic vysílajících v pásmu FM. Elektrické pole urychluje částice ve správném čase, podobně jako rodiče rozhoupávají své děti na houpačkách. Nabitá částice se při pohybu v magnetickém poli nepohybuje přímočaře, ale stáčí se magnety zakřivují dráhy částic. Prstence elektromagnetů tak mohou svazek částic zakřivovat do kruhu. Když získávají částice větší energie, je třeba použít k jejich udržení na kruhové dráze logicky silnější elektromagnety. Abychom vybudovali výkonnější urychlovač, musel by dosud používanými elektromagnety protékat tak velký proud, že by se roztavily. Musela být proto vyvinuta nová technologie magnetu, která je založena na podivuhodném fyzikálním jevu supravodivosti. Dalším klíčovým bodem při budování nového urychlovače, dostatečně výkonného pro pozorování vzniku top kvarku, je produkce antiprotonu. Antiprotony je také potřeba urychlit a srážet s vysokoenergetickými protony. 17

18 Každý kvark a lepton má svou antičástici. Antičásticím říkáme souhrnně antihmota. Poprvé byla antihmota pozorována při radioaktivních rozpadech některých radioaktivních atomových jader. Antiprotony se skládají ze dvou anti-up kvarků a jednoho anti-down kvarku. V roce 1996 se podařilo v CERNu a ve Fermilabu vyrobit první molekuly anti-vodíku složené z antiprotonu a antielektronu (pozitronu). Při čelních srážkách protonů a antiprotonů (srážejí se dva vstřícné svazky) je k dispozici vetší energie pro vznik nových částic než u jiných dosud používaných metod. Při energiích dosahovaných v Tevatronu je při srážce antikvarků (antiprotony) s kvarky (protony) pozorován vznik až desetinásobku top a anti-top kvarků ve srovnání se srážením samotných protonů. Antiprotony vznikají při ostřelování pevného terče protony. Protože četnost vzniku antiprotonů je při tomto procesu velmi malá, je potřeba antiprotony zachytávat a skladovat. Lithiová čočka soustřeďuje antiprotony do úzkého svazku, který je odveden do akumulátoru. V něm jsou antiprotony uchovány do příštího experimentu, při němž budou potřebné. V akumulátoru jsou opět magnety, které antiprotony zakřivují a udržují na kruhové dráze. Protože antiprotony mají opačný náboj než protony, jsou při pohybu v magnetickém poli zahýbány na opačnou stranu. To znamená, že protony a antiprotony mohou obíhat a být urychlovány ve stejném urychlovači jako protony, pouze se musí pohybovat opačným směrem. A toto uspořádání se navíc výborně hodí k čelním srážkám vstřícných svazků! V jednom urychlovači je vlastně za jednu cenu vykonána práce dvou urychlovačů! Při svém obíhání v urychlovači jsou od sebe protony a antiprotony nepatrně odděleny. V místě, kde si fyzikové přejí pozorovat srážky, jsou svazky protonu a antiprotonu překříženy. Speciální magnety navíc v tomto místě soustřeďují svazky do co nejmenšího prostoru, aby se zvětšila pravděpodobnost srážky. K výstavbě supravodivých magnetů potřebných k udržení svazku vysokoenergetických protonů a antiprotonů v urychlovači musely být ve Fermilabu vyřešeny dva základní technologické problémy: připravit spolehlivý supravodivý kabel, který bude použit pro výrobu magnetu, a zvládnout proces dosažení a udržení nízké teploty potřebné ke vzniku supravodivosti. Elektrický proud prochází celkem jednoduše kovovými materiály, ale přesto se i v dobrých vodičích projevuje elektrický odpor. Při velmi nízkých teplotách však mizí najednou u některých látek veškerý elektrický odpor. Tento stav byl nazván supravodivostí. Například niob (Niobum Ni) se stává supravodivým při teplotě 9 Kelvinů ( 443 F). Odpor rtuti (Hydrargium Hg) náhle klesá na nulovou hodnotu při teplotě 4,2 K, což je teplota blízká absolutní nule. Ochladit kg kabelu na teplotu nutnou pro vznik supravodivosti není vůbec jednoduché. Teplo, sálající z kabelu uvnitř magnetetu, ohřívá tekuté helium (Helium He) až na bod varu. Plynné helium je pak opětovně zkapalňováno v centrálním zkapalňovači. Centrální zkapalňovač má svou vlastní budovu a skupinu barevných zásobníků na kapalné helium. K výrobě všech magnetů pro Tevatron bylo zapotřebí více než kg niob-titanové slitiny. Na začátku projektu v roce 1974 činila celosvětová roční výroba této slitiny několik stovek kilogramu. Efektivnější výrobní technologie a navýšená kapacita výroby, jež byla 18

19 reakcí na požadavek velkého množství materiálu pro Tevatron, vedla k pozdějšímu využití také pro nové diagnostické metody v lékařství MRI (zobrazování pomocí magnetické rezonance). Díky nutnosti vyrobit velké množství magnetu pro Tevatron byla následná výroba pro lékařské použití ekonomicky únosná. I zde platí, že jednu věc mohou lidé využít i na jiných místech své působnosti. V Tevatronu vzniká při srážce protonu a antiprotonu záblesk energie. Z této energie vznikají nové částice. K nalezení těchto částic, mezi nimiž se může vyskytnout také top kvark, používají fyzikové detektor. Hledání top kvarku můžeme přirovnat k hledání jehly v kupce sena. Deset párů top- -kvark/anti-top-kvark vznikne při biliónu ( ) srážek protonu s antiprotonem. A fyzikové musí mezi všemi možnými událostmi vyhledat právě tuto velmi vzácnou, při které vzniká top-kvark. K identifikaci top-kvarku se využívá znalost rozpadových procesů a konkrétních dceřiných částic, na které se top-kvark rozpadá (tyto částice jsou tedy přímými potomky top- -kvarku). Top-kvark se rozpadá téměř okamžitě po svém vzniku na b-kvark (bottom kvark) a W boson. W boson se dále rozpadá buď na další dva kvarky nebo na lepton a neu trino. Kvarky a gluony jsou v detektoru zaznamenány jako úzký výtrysk částic zvaný jet (tzv. sprška částic, z angl. tryska/tryskající). Pokud fyzikové na detektoru pozorují druhou a třetí generaci dceřiných částic top-kvarku, mohou z tohoto pozorování vyvodit závěr o vzniku top-kvarku. Detektory jsou zařízení využívaná fyziky ke sledování průběhu srážek v urychlovači. Každá srážka zaznamenaná detektorem se nazývá událost (event). Částice jsou sledovány pomocí dvou základních typu detektorů: trekovací detektory a kalorimetry. Trekovací detektory zaznamenávají dráhu vzniklé částice a kalorimetry absorbují částice a měří tak jejich energii. Oba typy detektoru jsou ve vrstvách rozmístěny kolem místa srážení částic. Tento detektor je jedním ze dvou zařízení, na kterých byl objeven top-kvark. Před tím, než jsou částice v kalorimetru absorbovány (pohlceny), urazí různě dlouhou dráhu. Fotony a elektrony ztrácí svou energii velmi rychle a jsou absorbovány prvními vrstvami kalorimetru. Naopak miony mohou projít silnou vrstvou oceli (až několik desítek centimetrů), než ztratí svou energii. Jety ( výtrysky ), které vznikají z kvarků, mají střední dolet. Vzdálenost, kterou v kalorimetru částice urazí, používají fyzikové k určení druhu částice, která se v detektoru objevila. Tzv. k její identifikaci. Trekovací detektory zaznamenávají dráhu částice, tzv. treking. Při průchodu materiálem zanechávají částice stopu, jejíž průběh se projeví jako postupný elektrický signál v síti vodičů. Každý jednotlivý signál ukazuje na místo, kterým částice prošla, a spojením těchto postupných signálů můžeme celkem přesně vysledovat celou dráhu částice. Proměřením zakřivenosti dráhy nabité částice můžeme získat další informaci o energii sledované částice. Kalorimetrické detektory (kalorimetry), měřící energii částice, absorbují energii částice. Při vniku částice do pevného materiálu vznikne většinou sprška dceřiných částic vzniklých rozpadem částice původní. Čím nesla původní částice větší energii, tím hlouběji do materiálu nové částice proniknou. Díky deskovitému vrstvení detektoru mohou fyzikové z hloubky průniku odhadnout energii částice. Na detektoru CDF je absorbovaná energie přeměněna ve světelné záření, které zachytí detektory citlivé právě na světlo. Množství naměřeného světla pak opět určuje energii částice. K zachycení částic s velkou energií je po- 19

20 třeba silná vrstva materiálu, proto mají kalorimetry, obklopující místo srážky, tloušťku až několik metrů! Částicoví fyzikové využívají specializovanou elektroniku k převodu informace z detektoru na digitální data, která následně zpracovávají počítače s velkou výpočetní silou. Při více než několika milionech srážek, ke kterým na Tevatronu dojde každou sekundu, využívají fyzikové každé ulehčení a každou pomoc při zpracování dat. Elektrické signály musejí být před přenesením z detektoru zesíleny, pak jsou digitalizovány a převedeny na vhodný formát, se kterým budou umět při dalším zpracování pracovat počítače. Elektronika, která zabezpečuje všechny tyto náročné operace, je velmi specializovaná, složitá a často vyžaduje úpravy pro konkrétní úkoly. O zabezpečení správné funkce elektroniky se stará početný tým fyziků, inženýrů a externích spolupracovníků. Ti všichni pracují na zabezpečení stávajících a vývoji nových funkcí elektroniky. Z technických důvodů je možné pro pozdější zpracování uložit informace pouze o srážkách každou sekundu. Fyzikové se proto musí spoléhat na hardwarové a softwarové nástroje tzv. spouštěče (triggery), které automaticky vybírají jen zajímavé srážky. Přes toto značné omezení počtu uchovaných srážek ve srovnání se všemi událostmi, které se v detektoru stanou, zaznamenávají detektory D0 a CDF kolem 20 MB každou sekundu. Všechna tato data musí být počítačovou sítí přenesena k dalšímu uskladnění. Data získaná z detektoru jsou zapisována na vysokokapacitní magnetické pásky, které jsou velmi podobné kazetám do videokamery. Pásky jsou po nahrání dat uloženy pro další analýzy. Při zkušebním spuštění Tevatronu, při němž byl objeven top-kvark, uložil na pásek každý ze dvou experimentů 40 TB (terrabytů). Pokud by se poskládaly na sebe, měřily by pásky pres 150 m a dosáhly by více než dvojnásobné výšky patnáctipatrové hlavní budovy Fermilabu (High Rise). Analýzu zpracování dat z detektorů provádějí počítače. Zvláštní programy hledají v obrovském množství dat znaky, které by odpovídaly předpokládaným procesům ve srážkách, které nás zajímají. Údaje o srážkách jsou velmi obsáhlé a k jejich zpracování je potřeba provést hodně výpočtů náročných dokonce i pro počítače. Místo velkých sálových počítačů se využívá možností počítačové sítě. Mnoho malých počítačů je propojeno a každý z nich počítá jen zlomek celého úkolu. Dnes jsou v tzv. počítačových farmách spojeny stovky stolních počítačů. Na objevu top-kvarku ve Fermilabu v roce 1995 spolupracovali fyzikové z experimentů CDF a D0. Na každém z těchto experimentů bylo pozorováno přibližně deset párů top- -anti-top-kvarků při srážení svazků protonů a antiprotonů. Tento počet stačí k tomu, aby bylo možné s určitostí tvrdit, že produkty srážek nevznikly z jiných zdrojů než právě z top a anti-top-kvarků. Objevený top-kvark měl mnohem větší hmotnost, než fyzikové očekávali po objevení b-kvarku (bottom kvarku). Zjistilo se, že top-kvark má hmotnost podobnou hmotnosti jádra zlata. Tak velká hmotnost je pro elementární částice velmi neobvyklá. Na dvou detektorech ve Fermilabu (CDF a D0) spolupracovalo při hledání top-kvarku více než 900 vědců z USA a 12 jiných států. Fyzikové rozpoznávají částice vzniklé při srážkách protonu a antiprotonu podle stop, které zanechají v detektorech. Tyto stopy jsou převedeny pomocí složité elektroniky na informace, které počítač zobrazuje v tzv. lego grafu. V grafu z detektoru D0 znamená výška každého sloupečku energii, kterou měla daná částice po srážce a již kalorimetr změ- 20