© VYDAVATEĽSTVO TATRAN

Astrofyzika pre zaneprázdnených

Astrofyzika pre zaneprázdnených

Pre všetkých, ktorí nemajú čas čítať hrubé knihy, ale túžia po spojení s vesmírom.

V posledných rokoch sa ani jeden týždeň nezaobíde bez tučných titulkov oznamujúcich nový kozmický objav. Možno si médiá túto tému obľúbili, no skutočným dôvodom bude skôr rastúci záujem širokej verejnosti o astrofyziku. Každý z nás sa aspoň raz pozrel na nočnú oblohu a kládol si otázku: Čo to všetko znamená? Ako to spolu súvisí? A aký zmysel má moje bytie na tomto svete? Ak ste priveľmi zaneprázdnení a nemáte čas prenikať do tajov vesmíru na rôznych prednáškach alebo čítať hrubé učebnice, či sledovať dokumenty, a napriek tomu túžite po stručnom a zároveň zmysluplnom uvedení do tejto oblasti, táto útla knihe je práve pre vás. Nadobudnete vďaka nej prehľad o všetkých významných poznatkoch a objavoch, ktoré sformovali moderné chápanie vesmíru. Ak autor dosiahol, čo si predsavzal, po jej prečítaní budete obohatení o vedomosti z astrofyziky.

  • ISBN: 978-80-222-0901-4
  • EAN: 9788022209014
  • Počet strán: 160
  • Väzba: tvrdá väzba
  • Jazyk: slovenský
  • Formát: 125x195 mm
  • Dátum vydania: 27.10.2017
  • Žáner: PRÍRODNÉ VEDY / Fyzika

11,90 € Doporučená cena

O knihe

Čo je podstatou času a priestoru? Ako zapadáme do vesmírnej skladačky? A ako vesmír zapadá do nás? Nikto vám neobjasní odpovede na tieto otázky lepšie  než uznávaný astrofyzik a úspešný autor Neil deGrasse Tyson.

V dnešnej dobe má málokto čas uvažovať nad hádankami ďalekého vesmíru. Tyson sa preto rozhodol priniesť vesmír až k vám – v stručnej a jasnej podobe, okorenenej svojským humorom a rozdelenej do niekoľkých lákavých kapitol, na ktorých si môžete zgustnúť kedykoľvek a kdekoľvek aj počas rušných dní.

Kým čakáte na čerstvú kávu, na príchod autobusu, vlaku či lietadla, kniha Astrofyzika pre zaneprázdnených vás nabije vedomosťami a pripraví vás na ďalší mediálny príval informácií o kozme: od Veľkého tresku po čierne diery, od kvarkov po kvantovú mechaniku, od hľadania nových planét až po hľadanie ďalších foriem života vo vesmíre. 

Recenzie

„Neil deGrasse Tyson sa knihou Astrofyzika pre zaneprázdnených postaral o ďalší veľký tresk.“ Sloane Crosley, Vanity Fair

----------------

„Bystro, ľudsky a so suchým humorom – tak pristupoval Neal deGrasse Tyson k zložitým otázkam času, priestoru a reality, ktoré spracoval do krátkych, no prepracovaných kapitol – môžete si ich preto vychutnať spolu s ranou kávou.“ Discover

----------------

„Kniha je síce určená pre zaneprázdnených, no ja vám radím, aby ste jej venovali dosť času. Inak budete mať pocit, že skončila priskoro.“ BBC, Sky at Night

----------------

„Pútavé a poučné.“ GoodReads

----------------

„Tyson predvádza vedu v najlepšom svetle... jeho poznatky sú prínosné pre každého lídra, učiteľa, vedca či vychovávateľa.“ Forbes

----------------

Astrofyzika pre zaneprázdnených vás nechá v nemom úžase... vynikajúce dielo.“ Hackernoon

----------------

„Knihu charakterizuje nákazlivé nadšenie, humor a predovšetkým zrozumiteľnosť... čítanie Astrofyziky pre zaneprázdnených vo vás prebudí pokoru, no zároveň vás nadchne.“ BookPage

----------------

 „Táto kniha prináša veľa radosti a nie je v nej nič, čo by by bežný človek nepochopil.“ Dava Sobel

----------------

„Toto si jednoducho musíte prečítať. Je to najzaujímavejšia kniha o Plute, akú ste v živote čítali.“

Jon Stewart, The Pluto Files

----------------

 „Tyson sa venuje širokému spektru tém – zvolil si k tomu vtipný, pokorný, no najmä ľudský prístup.“ Entertainment Weekly, Death by Black Hole

----------------

„Načo by ste hľadali lepších sprievodcov vesmírom, keď máte pána Tysona a pána Goldsmitha?“ Michio Kaku – autor diela Hyperspace and Parallel Worlds

Ukážka z knihy

1. Najväčší príbeh

všetkých čias




Svet pretrváva už mnoho rokov a všetko sa odvíja od okamihu, keď sa dal do pohybu.


LUCRETIUS, 55 PRED KR.



Na začiatku, pred približne 14 miliardami rokov, zaberal všetok priestor, všetka hmota a energia vesmíru menej než jednu bilióntinu bodky, ktorou sa končí táto veta.

Pod  pokrievkou  to  vrelo a prírodné sily, ktorými dnes opisujeme vesmír, tvorili jeden celok. Nie je síce jasné, ako vznikol tento miniatúrny vesmír, no v tomto štádiu sa dokázal už len rozpínať – a to veľmi rýchlo. Tento jav dnes poznáme ako veľký tresk.

Einsteinova  všeobecná  teória  relativity  z roku  1916  nám  poskytuje  moderné  chápanie gravitácie.  Podľa  tejto  teórie  spôsobuje  prítomnosť  hmoty  a energie  zakrivenie  štruktúry

časopriestoru,  ktorý  ich  obklopuje.  V dvadsiatych  rokoch  minulého  storočia  uzrela  svetlo sveta   aj   kvantová   mechanika,   ktorá   priniesla   zase   moderný   opis   atómov,   molekúl a subatómových častíc. Tieto dva prístupy k vysvetleniu prírodných zákonov sú však formálne



nezlučiteľné,  čím  sa  fyzici  dostali  pred  náročnú  úlohu  spojiť  teóriu  o malom  s teóriou o veľkom a vytvoriť jednotnú teóriu kvantovej gravitácie. Riešenie je ešte v nedohľadne, no už vieme, akým prekážkam čelíme. Jednou z nich je tzv. „Planckova éra“ – jedno zo štádií raného vesmíru. Ide o krátky časový interval v rozmedzí od t = 0 po t = 10–43 sekundy (jedna desať miliónov-bilió­nov-biliónov-bilióntina sekundy) od vzniku vesmíru, kým dosiahol v priemere veľkosť 10–35 metra (jedna sto miliárd bilión-bilióntina metra). Nemecký fyzik Max Planck, po ktorom sú pomenované tieto nepredstaviteľne malé veličiny, predložil svoju teóriu kvantovej energie už začiatkom dvadsiateho storočia a vo všeobecnosti sa považuje za otca kvantovej mechaniky.

Pre  súčasný  vesmír  nepredstavuje  rozpor  medzi  gravitáciou  a kvantovou  mechanikou


žiadny problém. Astro­fyzici uplatňujú princípy všeobecnej relativity a kvantovej mechaniky pri riešení najrôznejších problémov. Máme však podozrenie, že na začiatku, počas Planckovej

éry, keď ešte veľké bolo malým, museli tieto dva princípy držať spolu. Bohužiaľ, stále nevieme,


čo ich viedlo k tejto netradičnej spolupráci, preto žiadne (známe) fyzikálne zákony nedokážu uspokojivo vysvetliť správanie vesmíru počas tohto krátkeho spoločného pôsobenia.

Napriek tomu sa však domnievame, že na konci


Planckovej éry sa gravitácia „odtrhla“ od ostatných – stále zjednotených – prírodných síl a získala tak vlastnú identitu, ktorú dobre vystihujú súčasné teórie. Po skončení Planckovej

éry sa vesmír ďalej rozpínal, uvoľňoval nahromadenú energiu a to, čo ostalo zo spojených prírodných síl, sa rozdelilo na „elektroslabú“ a „silnú jadrovú“ silu. Neskôr sa ešte elektroslabá sila rozložila na elektromagnetickú a „slabú jadrovú“ silu, a tak vnikli štyri odlišné sily, ktoré sme postupne spoznali a obľúbili si ich: slabá jadrová sila dohliada na rádioaktívny rozpad, silná jadrová sila drží pokope jadrá atómov, elektromagnetická sila viaže k sebe molekuly

a gravitácia spája objemnú hmotu.



Od počiatku ubehla jedna trilióntina sekundy.




Celý tento čas prebiehala nepretržitá spolupráca medzi hmotou vo forme subatómových


častíc a energiou vo forme fotónov (nehmotné prenášače svetla, ktoré sú skôr vlnami než


časticami). Vysoká teplota vesmíru umožnila spontánne pretransformovať energiu fotónov na dvojice pozostávajúce  z častíc  hmoty  a antihmoty,  ktoré  sa  oka­mžite  navzájom  zničili, a uvoľnená energia sa vrátila späť vo forme fotónov. Áno, antihmota skutočne existuje a pri­šli s ňou vedci, nie sci-fi spisovatelia. Tieto zázračné premeny dokonale vyjadruje najznámejšia Einsteinova rovnica E = mc2, ktorá predstavuje obojsmerný recept na zistenie, koľko hmoty zodpovedá  vašej  energii  a koľko  energie  zodpovedá  vašej  hmote.  Hodnota  c2  je  druhou moc­ninou rýchlosti svetla, a keď toto obrovské číslo vynásobíme hmotnosťou, zistíme, aké množstvo  energie  môžeme  získať  z daného  telesa.  Krátko  predtým,  ale  aj  po  tom,  čo  sa elektroslabé sily rozdelili, bol vesmír ako hustá polievka z kvarkov, leptónov a ich súrodencov z antihmoty, ako aj z bozónov – častíc, ktoré umožňujú ich vzájomnú interakciu. Žiadna z týchto častíc, aspoň pokiaľ vieme, sa nedá rozdeliť na nič menšie ani jednoduch­šie, no každá z nich má niekoľko foriem. Bežný fotón patrí do rodiny bozónov. Najznámejšie leptóny pre laikov sú elektrón a možno neutríno. A najznámejšie kvarky sú… nuž, nie sú vlastne

žiadne  známe  kvarky.  Všetkých  šesť  poddruhov  dostalo  abstraktné  mená,  ktoré  nemajú z filologického, filozofického alebo pedagogického hľadiska žiadny význam – majú slúžiť iba na ich odlišovanie: kvark u (z angl. up – hore ), kvark d (z angl. down – dole), kvark s (nazývaný aj čudný, z angl. strange), kvark c (nazývaný aj pôvabný, z angl. charmed), kvark t (z angl. top – vrchný) a kvark b (nazývaný aj kvark s krásou, z angl. beauty – krása, iný názov bottom – spodný).

Bozóny sú, mimochodom, pomenované po indickom vedcovi Šatendranáthovi Nath Boseovi. Slovo leptón je odvodené z gréckeho leptos – ľahký, malý. Kvark má však naproti tomu literárny a oveľa pozoruhodnejší pôvod. Fyzik Murray Gell-Mann, ktorý v roku 1964 predstavil kvarky ako vnútorné zložky protónov a neutrónov a ktorý si vtedy myslel, že rodina kvarkov  má  iba  troch  členov,  čerpal  inšpiráciu  z diela  írskeho  spisovateľa  Jamesa  Joycea Finneganovo prebúdzanie, kde odznie pre autora typicky nezrozumiteľná veta: „Three quarks for Muster Mark!“ (význam slova quark nie je v kontexte vety úplne jasný; pozn. prekl.). Kvarky však majú jednu veľkú výhodu – ich názvy sú jednoduché. To je niečo, čo sa chemikom, biológom a zvlášť geológom nedarí dosiahnuť pri pomenovaní iných vecí.

Kvarky   sú   zvláštne   stvorenia.   Na   rozdiel   od   protónov   s elektrickým   nábojom   +1 a elektrónov s elektrickým nábojom –1 majú kvarky zlomkové náboje vyjadrené v tretinách. Kvarky taktiež nikdy nezastihnete osamote – vždy budú mať okolo seba niekoľko ďalších kvarkov. V skutočnosti je väzba medzi dvoma (a viacerými) kvarkmi tým silnejšia, čím je



medzi nimi väčšia vzdialenosť, ako keby ich spájala nejaká subatómová gumička. Ak oddialite kvarky dosť ďaleko od seba, gumička praskne a uvoľnená energia si zavolá na pomoc rovnicu E = mc2. Na oboch koncoch vznikne nový kvark, a ste opäť na začiatku.

Počas   kvarkovo-leptónovej   éry   mal   vesmír   príliš   veľkú   hustotu, preto   priemerná vzdialenosť  medzi  nespojenými  kvarkmi  nedokázala  konkurovať  vzdialenosti  medzi spojenými kvarkmi. Za týchto okolností bolo absolútne vylúčené, aby sa susediace kvarky spájali a namiesto vytvárania väzieb sa teda iba voľne pohybovali medzi sebou. Prvé poznatky o tomto stave hmoty, pripomínajúcom akýsi kotlík plný kvarkov, predložil v roku 2002 tím fyzikov z inštitútu Brookhaven National Laboratories na Long Islande v New Yorku.

Teoretické   poznatky   nasvedčujú   tomu,   že   istá   udalosť   z raného   obdobia   vesmíru, pravdepodobne jedno z delení prírodných síl, spôsobila vo vesmíre pozoruhodnú asymetriu, keď bol počet častíc hmoty len o čosi väčší než počet častíc antihmoty – na jednu miliardu

častíc anti­hmoty pripadala jedna miliarda plus jedna častica hmoty. Sotva by si niekto všimol taký malý rozdiel v populácii, zvlášť pri neustálom vznikaní, zrážaní a opätovnom vznikaní kvarkov a antikvarkov, elektrónov a anti­-

elektrónov (bližšie známych ako pozitróny) a neutrín a antineutrín. Tá jedna častica hmoty navyše mala teda množstvo príležitostí nájsť si „parťáka“ na zrážku tak ako všetky ostatné

častice.


No netrvalo to dlho. Vesmír sa nepretržite rozťahoval, prekonal veľkosť našej slnečnej sústavy a teplota rýchlo klesla pod hranicu jedného bilióna stupňov Kelvina.



Od počiatku ubehla jedna milióntina sekundy.



V takomto  vlažnom  vesmíre  nebola  dostatočná  teplota  ani  hustota  na  varenie  ďalších kvarkov, preto si tie exis­tujúce našli tanečných partnerov a vytvorili novú, súdržnú skupinu

častíc  –  hadróny  (z  gréckeho  hadros  =  hrubý,  pevný).  Prechod  od  kvarkov  k hadrónom priniesol  so  sebou protóny  a neutróny,  ako  aj  ďalšie  –  menej  zná­me  –  častice  zložené z rôznych kombinácií kvarkov.


Vrátime sa na chvíľu na Zem, do Švajčiarska, kde sa európske spoločenstvo časticovej fyziky1   pokúša pomocou  veľkého   urýchľovača   dosiahnuť   zrážku   zväzkov   had­rónov a opätovne vytvoriť rovnaké podmienky, aké boli pri ich vzniku. Tento najväčší prístroj na Zemi má príznačný názov Veľký hadrónový urýchľovač.

Mierna  asymetria  medzi  hmotou  a antihmotou,  ktorá  okorenila  kvarkovo-leptónovú


polievku, sa zamiešala aj medzi hadróny s nezvyčajnými následkami.


S klesajúcou  teplotou  vesmíru  ubúdalo  aj  množstvo  energie  potrebnej  na  spontánne vytváranie základných častíc. Počas hadrónovej éry už nedokázali všadeprítomné fotóny postupovať pri vytváraní dvojíc kvarkov a antikvarkov podľa rovnice E = mc2. Ba čo viac, energia fotónov, ktoré vznikli pri posledných zrážkach častíc, sa rozptýlila do stále rastúceho vesmíru, čím sa znížila pravdepodobnosť vzniku dvojíc hadrónov s antihadrónmi. Z jednej miliardy zrážok, po ktorých zostala miliarda fotónov, prežil len jeden hadrón. Zvyšné hadróny si  napokon užili  najviac  zábavy  –  stali  sa  zdrojom  hmoty  pre  galaxie,  hviezdy,  planéty a petúnie v záhrade.

Bez spomínaného drobného rozdielu v počte častíc hmoty a antihmoty by všetka hmota vo vesmíre pohltila samu seba, vesmír by tvorili len fotóny a nič viac – „Buď svetlo!“ v dokonalej forme.



Doteraz uplynula len jedna sekunda.



Vesmír dosiahol veľkosť niekoľkých svetelných rokov2 – približne takú, ako je vzdialenosť medzi  Slnkom  a ďalšou  najbližšou  hviezdou.  Teplota  dosahuje  zhruba  jednu  miliardu stupňov, čo je stále dosť horúco na varenie elektrónov, ktoré stále – spolu so svojimi náprotivkami pozitrónmi – vznikajú a zanikajú. Ich dni (teda popravde sekundy) sú však už zrátané, pretože podobne ako kvarky a hadróny pred nimi, aj ony doplatili na rozpínanie a ochladzovanie  vesmíru.  Napokon  z  každej miliardy  elektrónov  prežil  len  jeden.  Ostatné zanikli v mori fotónov spolu so svojimi náprotivkami z antihmoty – pozitrónmi.


V tomto štádiu vznikol „ochladením“ jeden elektrón pre každý protón. Teplota stále klesá

–  teraz  je  už  pod  hranicou  sto  miliónov  stupňov.  Protóny  sa  spájajú  s inými  protónmi a neutrónmi, vznikajú jadrá atómov a na svet prichádza vesmír, v ktorom deväťdesiat percent atómových jadier predstavuje vodík a desať percent tvorí hélium, stopové množstvo deutéria (tzv. „ťažký“ vodík), trícium (ešte ťažší vodík) a lítium.