Popis: Pohled z vrcholu hory Mount Blue Sky na konec silnice Mount Blue Sky, Crest House a observatoř Meyer-Womble, 2010.
Během tří letních období budou vědci pomocí optických atomových hodin testovat předpověď obecné teorie relativity Alberta Einsteina. Zachytí dosud možná nejpřesnější měření toho, jak se čas zrychluje, čím dále se člověk vzdaluje od středu Země.
Průzkum na vrcholu hory Mount Blue Sky otestuje atomové hodiny nové generace způsobem, jaký dosud nebyl proveden. Tato zařízení sledují čas s pozoruhodnou přesností a správností měřením energetických hladin atomů. Díky menším rozměrům a vyšší spolehlivosti těchto hodin by technologie mohla způsobit revoluci ve všem od předpovídání blížících se sopečných erupcí až po navigaci kosmických lodí k jiným planetám.
Ohýbání prostoru a času
Vědecký tým se potýká s jednou z největších výzev současnosti v oboru fyziky. Mohou vědci po letech vědeckého pokroku přenést kvantovou technologii z laboratoře do reálného a neúprosného světa?
Tato přesnost umožňuje týmu sledovat jev, který Einstein navrhl před více než 100 lety.
Nová metoda je tak přesná, že dokáže detekovat signály z jednotlivých atomů. Je to výkon, který se dříve považoval za nemožný.
Inženýři z Pennsylvánské univerzity, Fakulty inženýrství a aplikovaných věd, využili kvantové senzory k realizaci převratné varianty nukleární kvadrupolární rezonanční spektroskopie (NQR). Techniky tradičně používané k detekci drog a výbušnin, nebo k analýze léčiv.
Zaměřením na jediné jádro můžou vědci odhalit podrobnosti o molekulární struktuře a dynamice, které byly dříve skryté. Tato technika umožňuje studovat stavební kameny přírodního světa ve zcela novém měřítku.
Dílčí atomové poznatky
Vědci využívají rádiové vlny k odhalování molekulárních „otisků“ neznámých materiálů už od 50. let 20. století. Pomáhají například při skenování lidského těla pomocí magnetické rezonance, nebo při detekci výbušnin na letištích.
Tyto metody však spoléhají na signály zprůměrované z bilionů atomů, což znemožňuje detekovat drobné odchylky mezi jednotlivými molekulami. Taková omezení brání aplikacím ve výzkum proteinů. Malé rozdíly ve funkčnosti kontroly tvaru mohou určit rozdíl mezi zdravím a nemocí.
„Tato nová technika však umožňuje izolovat jednotlivá jádra a pomáhá odhalit drobné rozdíly v tom, co se považovalo za identické molekuly,“ říká Lee Bassett, docent v oboru elektrotechniky a systémového inženýrství (ESE).
Nečekaný objev při experimentech
Objev vyplynul z nečekaného pozorování během rutinních experimentů. Alex Breitweiser, čerstvý absolvent doktorského studia ve fyzice na Pensylvánské škole umění a věd a spoluautor článku, který je nyní výzkumníkem v IBM, pracoval s centry dusíkové vakance (NV) v diamantech. Často se jedná o defekty v atomárním měřítku, když si všiml neobvyklých vzorců v kvantových datech.
Periodické signály vypadaly jako experimentální artefakt, ale přetrvávaly i po rozsáhlém odstraňování problémů. Po návratu k učebnicím z 50. a 60. let 20. století o nukleární magnetické rezonanci Breitweiser identifikoval fyzikální mechanismus, který vysvětloval to, co viděli, ale který byl dříve odmítnutý jako experimentálně nevýznamný.
Bezkonkurenční přesnost
Pochopení tohoto efektu bylo dále rozvinuto díky spolupráci s výzkumníky na Technologické univerzitě v Delftu v Nizozemsku, kde Breitweiser strávil čas prováděním výzkumu souvisejících témat v rámci mezinárodního stipendia. Spojením odborných znalostí z experimentální fyziky, kvantového snímání a teoretického modelování vytvořil tým metodu schopnou zachytit jednotlivé atomové signály s mimořádnou přesností.
„Je to trochu jako izolovat jeden řádek v obrovské tabulce. Tradiční NQR vytváří něco jako průměr. Získáte představu o datech jako celku, ale nevíte nic o jednotlivých datových bodech. S touto metodou je to, jako bychom odhalili všechna data za průměrem, izolovali signál z jednoho jádra a odhalili jeho jedinečné vlastnosti,“ vysvětluje Mathieu Ouellet, čerstvý absolvent doktorského studia ESE a druhý spoluautor článku.
Dešifrování signálů
Stanovení teoretických základů neočekávaného experimentálního výsledku vyžadovalo značné úsilí. Ouellet musel pečlivě testovat různé hypotézy, spouštět simulace a provádět výpočty, aby porovnal data s potenciálními příčinami. „Je to trochu jako diagnostikovat pacienta na základě symptomů,“ vysvětluje. „Data ukazují na něco neobvyklého, ale často existuje více možných vysvětlení. Trvalo docela dlouho, než jsme dospěli ke správné diagnóze.“
Díky charakterizaci jevů, které byly dříve skryté, by nová metoda mohla vědcům pomoci lépe porozumět molekulárním mechanismům, které utvářejí náš svět.
Vědci nyní objevili světelné částice známé jako fotony, které by mohly pomoci při hledání energie z fúze.Světlo prostupuje náš svět doslova i obrazně. Zahání tmu, přenáší telekomunikační signály mezi kontinenty a zviditelňuje neviditelné. Od vzdálených galaxií po nejmenší bakterie.
Provedením řady matematických výpočtů vědci zjistili, že jedna ze základních vlastností fotonu je topologická, což znamená, že se nemění, ani když se foton pohybuje různými materiály a prostředími.
Touto vlastností je polarizace, směr doleva nebo doprava, kterým se elektrická pole pohybují kolem fotonu. Kvůli základním fyzikálním zákonům pomáhá polarizace fotonu určit směr, kterým se foton pohybuje a omezuje jeho pohyb. Proto se paprsek světla tvořený pouze fotony s jedním typem polarizace nemůže šířit do každé části daného prostoru.
Protože se vědci po celém světě snaží využít proces fúze k výrobě ekologické elektřiny, pomáhá světlo také s ohřevem plazmy v zařízeních tvaru prstence, známých jako tokamaky.
Zjednodušení složitého problému
I když vědci studovali jednotlivé fotony, dělali to jako způsob, jak vyřešit větší a obtížnější problém, jak využít paprsky intenzivního světla k vybuzení dlouhotrvajících poruch v plazmatu, které by mohly pomoci udržet vysoké teploty potřebné pro fúzi.
Tyto vlny, známé jako topologické vlny, se v tokomaku vyskytují často na hranici dvou různých oblastí, jako je plazma a vakuum na jejich vnějším okraji. Nejsou nijak zvlášť exotické. V zemské atmosféře se vyskytují přirozeně. Bohužel pomáhají produkovat El Niño, když shromažďují teplé vody v Tichém oceánu, které ovlivňuje počasí v Severní a Jižní Americe.
Aby vědci vytvořili tyto vlny v plazmě, musí mít o světle lepší znalosti. Konkrétně o stejném druhu vysokofrekvenčních vln používaných v mikrovlnných troubách, které fyzici k ohřevu plazmy již používají.
Rotující pohyb
Kromě zjištění, že polarizace fotonu je topologická, vědci zjistili, že rotující pohyb fotonů nelze rozdělit na vnitřní a vnější složky. Představte si Zemi. Ta se otáčí kolem své osy. Vytváří den a noc, obíhá kolem Slunce a vytváří roční období. Tyto dva typy pohybu se obvykle navzájem neovlivňují.
Například rotace Země kolem její osy nezávisí na její rotaci kolem Slunce. Ve skutečnosti lze tímto způsobem oddělit otáčivý pohyb všech hmotných objektů.
Foto: Kyle Palmer / PPPL Communications DepartmentUmělecké pojetí fotonů, částic, které tvoří světlo, rozrušující plazmu.
Fotony
Vědci si už ale nebyli tak jisti částicemi, jako jsou fotony, které nemají hmotnost.
„Přesnější porozumění základní povaze fotonů by mohlo vést k tomu, že vědci navrhnou lepší světelné paprsky pro ohřev a měření plazmatu,“ řekl Hong Qin, hlavní výzkumný fyzik z PPPL amerického ministerstva energetiky (DOE) a spoluautor článku, který uvádí výsledky v Physical Review D.
Většina experimentátorů předpokládá, že moment hybnosti světla lze rozdělit na spin a orbitální moment hybnosti. Mezi teoretiky se však vedla dlouhá debata o správném způsobu, jak toto dělení provést, nebo zda je vůbec možné toto dělení provést. Naše práce pomáhá urovnat tuto debatu a ukazuje, že moment hybnosti fotonů nelze rozdělit na spinové a orbitální složky, řekl Erik Palmerduca
Všechny tyto poznatky o fotonech dávají výzkumníkům jasnější obrázek o tom, jak se světlo chová. S větším pochopením světelných paprsků doufají, že přijdou na to, jak vytvořit topologické vlny, které by mohly být užitečné pro výzkum fúze.
Poznatky pro teoretickou fyziku
Palmerduca poznamenává, že nálezy fotonů demonstrují sílu PPPL v teoretické fyzice. Zjištění se vztahují k matematickému výsledku známému jako Věta o vlasech.
„Věta říká, že pokud máte kouli pokrytou vlasy, nemůžete si je všechny rozčesat naplocho, aniž byste vytvořili kouli. Fyzici si mysleli, že to znamená, že nemůžete mít světelný zdroj, který vysílá fotony ve všech směrech současně,“ řekl Palmerduca. On a Qin však zjistili, že to není správné, protože teorém nebere v úvahu, matematicky, že fotonová elektrická pole se mohou otáčet.
Nová studie je první, která používá statistickou fyziku k potvrzení teorie sociální rovnováhy ze 40. let 20. století. Nyní vědci z Northwesternské univerzity použili statistickou fyziku k potvrzení teorie, která je základem tohoto slavného axiomu. Většina lidí slyšela onu slavnou větu „nepřítel mého nepřítele je můj přítel“.
Studie, zveřejněná v časopise Science Advances, potvrzuje teorii, kterou zavedl ve 40. letech 20. století rakouský psycholog Fritz Heider. Jde o teorii sociální rovnováhy, která vysvětluje, jak se lidé vrozeně snaží najít harmonii ve svých sociálních kruzích.
Podle teorie čtyři pravidla — nepřítel nepřítele je přítel, přítel přítele je přítel, přítel nepřítele je nepřítel a konečně nepřítel přítele je nepřítel — vedou k vyváženosti vztahů.
Ačkoli se bezpočet studií pokusilo tuto teorii potvrdit pomocí síťových věd a matematiky, jejich úsilí selhalo, protože sítě se odchylují od dokonale vyvážených vztahů. Skutečnou otázkou tedy je, zda jsou sociální sítě vyváženější, než by se podle adekvátního síťového modelu očekávalo. Většina síťových modelů byla příliš zjednodušená na to, aby plně zachytila složitosti lidských vztahů, které ovlivňují sociální rovnováhu, což přineslo nekonzistentní výsledky ohledně toho, zda odchylky pozorované od očekávání síťového modelu jsou v souladu s teorií sociální rovnováhy.
Severozápadní tým však úspěšně integroval dva klíčové prvky, díky nimž Heiderův sociální rámec funguje. V reálném životě se všichni neznají a někteří lidé jsou pozitivnější než jiní. Výzkumníci již dlouho vědí, že každý faktor ovlivňuje sociální vazby, ale existující modely, které by mohly odpovídat pouze jednomu faktoru v daném okamžiku. Současným začleněním obou omezení výsledný síťový model výzkumníků nakonec potvrdil slavnou teorii asi 80 let poté, co ji Heider poprvé navrhl.
Užitečný nový rámec by mohl pomoci výzkumníkům lépe porozumět sociální dynamice, včetně politické polarizace a mezinárodních vztahů, a také jakémukoli systému, který obsahuje směs pozitivních a negativních interakcí, jako jsou neuronové sítě nebo kombinace léků.
„Vždy jsme si mysleli, že tato sociální intuice funguje, ale nevěděli jsme, proč to funguje,“ řekl István Kovács z Northwesternu, hlavní autor studie. „Všechno, co jsme potřebovali, bylo přijít na matematiku. Když se podíváte do literatury, existuje mnoho studií o teorii, ale není mezi nimi žádná shoda. Desítky let jsme to stále pletli. Důvodem je skutečnost, že skutečný život je komplikovaný. Uvědomili jsme si, že musíme vzít v úvahu obě omezení současně: kdo ví koho a že někteří lidé jsou prostě přátelštější než jiní.“
„Konečně můžeme dojít k závěru, že sociální sítě jsou v souladu s očekáváními, která byla vytvořena před 80 lety,“ dodal Bingjie Hao, první autor studie. „Naše zjištění mají také široké uplatnění pro budoucí použití. Naše matematika nám umožňuje začlenit omezení na připojení a preference různých entit v systému. To bude užitečné pro modelování dalších systémů mimo sociální sítě.“
Kovács je odborným asistentem fyziky a astronomie na Northwesternské Weinbergově vysoké škole umění a věd. Hao je postdoktorandský výzkumník ve své laboratoři.
Co je teorie sociální rovnováhy?
Heiderova teorie sociální rovnováhy pomocí skupin tří lidí zachovává předpoklad, že lidé usilují o pohodlné, harmonické vztahy. Ve vyvážených vztazích se mají všichni lidé rádi. Nebo, když jeden člověk nemá rád dva lidi, ti dva jsou přátelé. Nevyvážené vztahy existují, když se všichni tři lidé nemají rádi, nebo jeden člověk má rád dva lidi, kteří se nemají rádi, což vede k úzkosti a napětí. Studium takto frustrovaných systémů vedlo k udělení Nobelovy ceny za fyziku v roce 2021 italskému teoretickému fyzikovi Giorgiu Parisimu, který se o cenu podělil s klimatickými modeláři Syukuro Manabe a Klausem Hasselmannem.
„Zdá se, že je velmi v souladu se sociální intuicí,“ řekl Kovács. „Můžete vidět, jak by to vedlo k extrémní polarizaci, kterou dnes vidíme z hlediska politické polarizace. Pokud každý, koho máš rád, nemá rád všechny lidi, které nemáš rád, pak to má za následek dvě strany, které se nenávidí.“
Bylo však náročné sbírat rozsáhlá data, kde jsou uvedeni nejen přátelé, ale i nepřátelé. S nástupem Big Data na počátku 21. století se výzkumníci pokusili zjistit, zda takto podepsaná data ze sociálních sítí mohou potvrdit Heiderovu teorii. Při generování sítí pro testování Heiderových pravidel slouží jednotliví lidé jako uzly. Hrany spojující uzly představují vztahy mezi jednotlivci.
Pokud uzly nejsou přátelé, pak je hraně mezi nimi přiřazena záporná (nebo nepřátelská) hodnota. Pokud jsou uzly přátelé, pak je hrana označena kladnou (nebo přátelskou) hodnotou. V předchozích modelech byly hranám přidělovány kladné nebo záporné hodnoty náhodně, bez respektování obou omezení. Žádná z těchto studií přesně nezachytila realitu sociálních sítí.
Hledání úspěchu v omezeních
Aby tento problém prozkoumali, Kovács a Hao se obrátili na čtyři rozsáhlé, veřejně dostupné podepsané síťové datové soubory, které dříve spravovali sociální vědci, včetně dat z (1.) komentářů hodnocených uživateli na sociálním zpravodajském webu Slashdot; (2.) výměny názorů mezi členy Kongresu na půdě Sněmovny; (3.) interakce mezi obchodníky s bitcoiny a (4.) recenze produktů ze spotřebitelského webu Epinions.
Kovács a Hao ve svém síťovém modelu nepřiřadili hranám skutečně náhodné záporné nebo kladné hodnoty. Aby byla každá interakce náhodná, musel by mít každý uzel stejnou šanci na vzájemné setkání. Ve skutečném životě však ne každý ve skutečnosti zná všechny ostatní v rámci sociální sítě. Člověk se například nikdy nemusí setkat s přítelem svého přítele, který žije na druhém konci světa.
Aby byl jejich model realističtější, Kovács a Hao distribuovali kladné nebo záporné hodnoty na základě statistického modelu, který popisuje pravděpodobnost přiřazení kladných nebo záporných znamének existujícím interakcím. To udržovalo hodnoty náhodné, ale náhodné v mezích daných omezeními topologie sítě. Kromě toho, vzal tým v úvahu, že někteří lidé jsou v životě prostě přátelštější než jiní. Přátelští lidé budou s větší pravděpodobností mít pozitivnější a méně nepřátelské interakce.
Zavedením těchto dvou omezení výsledný model ukázal, že rozsáhlé sociální sítě se konzistentně shodují s Heiderovou teorií sociální rovnováhy. Model také zvýraznil vzory za třemi uzly. Ukazuje, že teorie sociální rovnováhy platí pro větší graflety, které zahrnují čtyři a možná i více uzlů.
„Teď víme, že musíte vzít v úvahu tato dvě omezení,“ řekl Kovács. „Bez nich nemůžete přijít na správné mechanismy.“ Vypadá to složitě, ale ve skutečnosti je to docela jednoduchá matematika.“
Pohledy do polarizace i mimo ni
Kovács a Hao v současné době zkoumají několik budoucích směrů této práce. V jednom potenciálním směru by nový model mohl být použit k prozkoumání intervencí zaměřených na snížení politické polarizace. Vědci však tvrdí, že tento model by mohl pomoci lépe porozumět systémům mimo sociální skupiny a spojení mezi přáteli.
„Mohli bychom se podívat na excitační a inhibiční spojení mezi neurony v mozku nebo na interakce představující různé kombinace léků k léčbě nemocí,“ řekl Kovács. „Studie sociálních sítí byla ideálním hřištěm k prozkoumání, ale naším hlavním zájmem je jít nad rámec vyšetřování interakcí mezi přáteli a podívat se na další složité sítě.“
Kód a data za tímto dokumentem „Správná randomizace sítě je klíčem k posouzení sociální rovnováhy“ jsou k dispozici na Github: https://github.com/hbj153/signed_null
Článek byl upraven z tiskové zprávy AAAS, vědecká studie byla publikovaná v časopise Science Advances.
Foto: NADACE KNUTA A ALICE WALLENBERGOVÝCH/MAGNUS BERGSTRÖM/Volný zdroj z tiskové zprávySTEFANO BONETTI VE SVÉ LABORATOŘI NA STOCKHOLMSKÉ UNIVERZITĚ.
Potenciál kvantové technologie je obrovský, ale dnes je z velké části omezen na extrémně chladná prostředí v laboratoři. Nyní se vědcům ze Stockholmské univerzity, Severského institutu pro teoretickou fyziku a Univerzity Ca‘ Foscari v Benátkách podařilo vůbec poprvé prokázat, jak může laserové světlo vyvolat kvantové chování při pokojové teplotě a učinit nemagnetické materiály magnetickými.
Očekává se, že tento průlom vydláždí cestu pro rychlejší a energeticky účinnější počítače, přenos informací a ukládání dat. Vědci předpokládají, že během několika desetiletí pokrok kvantové technologie způsobí revoluci v několika nejdůležitějších oblastech společnosti a připraví cestu pro zcela nové technologické možnosti v oblasti komunikace a energetiky.
Primární zájem pro výzkumníky v této oblasti jsou zvláštní a bizarní vlastnosti kvantových částic, které se zcela odchylují od zákonů klasické fyziky a mohou učinit materiály magnetickými nebo supravodivými. Zvýšením pochopení toho, jak a proč přesně tento typ kvantových stavů vzniká, je cílem být schopen řídit a manipulovat s materiály za účelem získání kvantově mechanických vlastností.
Dosud byli vědci schopni vyvolat kvantové chování, jako je magnetismus a supravodivost, pouze při extrémně nízkých teplotách. Proto je potenciál kvantového výzkumu stále omezen na laboratorní prostředí. Nyní výzkumný tým ze Stockholmské univerzity ve spolupráci s dalšími univerzitami z dalších zemí, jsou prvními na světě, kteří v experimentu demonstrují, jak může laserové světlo vyvolat magnetismus v nemagnetickém materiálu při pokojové teplotě.
„Inovace této metody spočívá v konceptu nechat světlo pohybovat atomy a elektrony v tomto materiálu kruhovým pohybem, aby se generovaly proudy, díky nimž je materiál magnetický jako magnet lednice. Dokázali jsme to udělat vývojem nového světelného zdroje ve vzdálené infračervené oblasti s polarizací, která má tvar „vývrtky“. Je to poprvé, co se nám v experimentu podařilo navodit a jasně vidět, jak se materiál při pokojové teplotě stává magnetickým. Kromě toho náš přístup umožňuje vyrábět magnetické materiály z mnoha izolátorů, přičemž magnety jsou obvykle vyrobeny z kovů. Z dlouhodobého hlediska to otevírá zcela nové aplikace ve společnosti,“ říká vedoucí výzkumu Stefano Bonetti ze Stockholmské univerzity a z Ca‘ Foscari University of Venice.
Metoda je založena na teorii „dynamické multiferroicity“, která předpovídá, že když se atomy titanu „rozvíří“ kruhově polarizovaným světlem v oxidu na bázi titanu a stroncia, vytvoří se magnetické pole. Ale teprve nyní lze teorii potvrdit v praxi. Očekává se, že průlom bude mít široké uplatnění v několika informačních technologiích.
* Severský institut pro teoretickou fyziku (NORDITA) je institut pro spolupráci mezi pěti severskými zeměmi. Od roku 2007 se Nordita nachází v univerzitním kampusu Albanova ve Stockholmu, přičemž hostitelskými univerzitami jsou Stockholmská univerzita a KTH Royal Institute of Technology.
Výzkumný tým ze Stockholmské univerzity, Nordic Institute of Theoretical Physics (NORDITA)* ve Švédsku, University of Connecticut a SLAC National Accelerator Laboratory v USA, National Institute for Materials Science v Tsukuba, Japonsko, Elettra-Sincrotrone Terst, římská univerzita „Sapenza“ a univerzita Ca‘ Foscari v Benátkách v Itálii.
Článek byl upraven podle tiskové zprávy AAAS, vědecký výzkum naleznete pod značkou DOI10.1038/s41586-024-07175-9
Bylo zjištěno, že podobně nabité objekty se shlukují dohromady, zatímco protiklady se odpuzují kvůli nově objevené „elektrosolvatační síle“. Vědci pozorovali podobné náboje, které se navzájem přitahují na velké vzdálenosti ve zjevném rozporu se základním principem fyziky, píše Space.com.
Nyní nový výzkum publikovaný 1. března v časopise Nature Nanotechnology tuto teorii zkomplikoval. Tým výzkumníků zjistil, že v některých kapalinách je opak pravdou: podobně nabité částice se přitahují.
„Protože se očekává, že podobně nabité objekty ve vakuu se budou odpuzovat bez ohledu na to, zda je znaménko náboje, který nesou, kladné nebo záporné, očekává se, že stejně nabité částice v roztoku se musí také monotónně odpuzovat,“ napsali vědci v článku.
K otestování předpokladu vědci umístili nabité mikročástice oxidu křemičitého (měřící pouhých 0,0002 palce nebo 5 mikrometrů na šířku, zlomek šířky lidského vlasu) do vody nebo jednoho ze dvou typů alkoholu. Sledováním nábojů pomocí mikroskopu tým zjistil, že ve vodě se kladně nabité částice od sebe odsunuly v souladu s Coulombovým zákonem.
Ale záporně nabité částice se chovaly úplně jinak: shlukovaly se do drobných šestiúhelníkových struktur. K tomuto efektu došlo, když byla voda mírně kyselá, v okně pH mezi 5 a 6,5, nebo asi tak kyselá jako káva nebo mléko, a zmizela mimo tento rozsah.
A když byly kladně nabité částice umístěny do ethanolu nebo isopropanolu, mělo to opačný účinek: kladné náboje se k sobě přitahovaly a záporné se odpuzovaly.
Aby vysvětlili podivné chování, výzkumníci se obrátili na teorii, kterou vyvinuli a která modelovala vodu jako molekulární spíše než jako spojité médium.
„Naše [standardní] rovnice jsou rovnice kontinua – nerespektují zrnitou povahu kontinua,“ řekl pro Live Science hlavní autor Madhavi Krishnan, profesor fyzikální chemie na univerzitě v Oxfordu. „Funguje to perfektně ve většině situací, kromě případů, kdy ne.“
Modelováním molekul vody jako malých elektromagnetických dipólů, s mírným záporným nábojem na atomu kyslíku a kladným nábojem kolem vodíkových atomů, výzkumníci zjistili, že „elektrosolvační síla“ vzniká z interakce mezi záporným kyslíkem a zápornými částicemi oxidu křemičitého.
Tato síla snižuje celkovou energii v systému poté, co proton „skočil“ na částice oxidu křemičitého, aby se snížil jejich celkový záporný náboj, a vyskytuje se v určitém rozsahu pH, kdy jsou protony v roztoku schopny změnit své polohy.
„Musíte být v rozmezí pH, kde se protony chtějí zapínat a vypínat,“ řekl Krishnan.
V alkoholu je molekulární dipól převrácený, což vede k pociťování síly mezi kladnými náboji, zjistil tým.
Nyní, když byl účinek prokázán, vědci jej použijí k lepšímu pochopení biomolekulárních kondenzátů, což je typ buněčné organely, která dokáže oddělit fáze obsahu buňky a jejíž fungování je životně důležité pro pochopení nemocí.
„Byl bych ohromen, kdyby základní princip nebyl podobný,“ řekl Krishnan. „Pokud můžeme přispět k pochopení této třídy problémů, pak si myslím, že jsme přidali docela důležitý koncept, protože se očekává, že takové jevy budou relevantní i u lidských nemocí.“
Tým, který podle New Scientist vytvořil nejpřesnější známé hodiny, překonal svůj vlastní rekord. Nejpřesnější hodiny na světě ztratí méně než 1 sekundu každých 40 miliard let, což je přibližně trojnásobek současného stáří vesmíru.
I když takové extrémní měření času přímo nepotřebujeme, hodiny by mohly pomoci při vyšetřování v mnoha oblastech fyziky, včetně detekce temné hmoty.
Slunce může žít a zemřít čtyřikrát a tyto hodiny by stejně ztratily jedinou sekundu. Zařízení je známé jako optické mřížkové hodiny, popsané v preprintu, který ještě musí projít recenzním řízením a používá 40 000 atomů stroncia zachycených v jednorozměrné mřížce. Atomy jsou udržovány jen o zlomek stupně nad absolutní nulou a tikání těchto hodin je přechodem mezi specifickými energetickými hladinami pro elektrony v tomto atomu.
Tým již léta vyvíjí optické atomové hodiny a dosahuje přesnosti, která je u běžných atomových hodin, které využívají atomy cesia, nemožná. Přesto za posledních několik let tým pokročil v omezování nejistot a systematických efektů, aby dále zlepšil přesnost tohoto zařízení.
Hodiny postavil postgraduální student JILA, Alexander Aeppli, jeden z týmu výzkumníků, kteří pracují na nejpřesnějších hodinách na světě. V laboratoři JILA a člena NIST Juna Ye, se Aeppli zaměřuje na zdokonalování stronciových atomových hodin pomocí výkonných ultrastabilních laserů. „Laser řídí elektronický přechod ve stronciu,“ vysvětlil Aeppli. „A my se chceme ujistit, že tento přechod uvnitř stroncia je přesný.“
Možná se ptáte, jak přesné to můžete. Tým si myslí, že může jít ještě dál. Doufají, že dosáhnou 10krát přesnějších měření a možná by dokonce mohli dosáhnout úrovní 100krát přesnějších. Dokázali zlepšit svou přesnost o faktor 10 během pouhých několika let, takže se zdá, že jejich sebedůvěra je na správném místě.
Očekává se, že tyto hodiny přinesou novou definici, která již nebude založena na nejlepších atomových hodinách, ale na jednom z těchto zařízení. Ale to není jediné vědecké využití těchto zařízení s neuvěřitelnou přesností, čekají nás objevy daleko za hranice času.
„Pokud se dostaneme do časů citlivých na velmi malé zakřivení časoprostoru, budou na nás čekat velmi zajímavé objevy,“ řekl hlavní autor profesor Jun Ye, když bylo oznámeno, že získal cenu za průlom základní fyziky v roce 2022.
Atomové hodiny jsou již citlivé na relativistické efekty, ale citlivost optických mřížkových hodin je 1000krát vyšší, což znamená, že je lze použít k měření gravitace jako nikdy předtím a také k testování naší teorie gravitace, obecné teorie relativity, na přísnější limit. Pokud by ani to již nebylo cool, mohly by být tyto hodiny použity ke studiu temné hmoty.
Článek popisující výsledky byl publikován v pteprintu na Arxiv.
Gravitace je zde mnohem nižší, ale znamená to, že budete přistávat na nohy jako Superman?
Na vědeckém webu je, podle IFL Science, snadné zabřednout do otázek, jako: „Existuje život na Enceladu?“ a „Kde jsou všichni mimozemšťané?“ a „Mohou lidé dýchat vzduch na Marsu?“. Jedna taková zábavná otázka, na kterou jsme tento týden narazili, je: Kdybyste spadli z velké výšky na Měsíci, zemřeli byste nebo se jinak těžce zranili?
V reálném životě by samozřejmě každý malý pád na Měsíci mohl být smrtelný. Během jedné procházky po Měsíci se astronaut John Young při pokusu zapojit se do „měsíční olympiády“ převrátil..
„Rozhodl jsem se, že se přidám, a pořádně jsem se od Měsíce odrazil a dostal jsem se do výšky asi 1,2 metrů,“ vysvětlil Young po letech v knize Moonwalker od Charlieho a Dotty Dukeových. „Ale když jsem se narovnal, váha mého batohu mě přetáhla dozadu. Teď jsem se snášel na záda. Snažil jsem se to korigovat, ale nešlo to, a jak se mi srdce plnilo strachem, spadl jsem z 1,2 metru a tvrdě dopadl, přímo na batoh.“
„Panika!“ pokračoval. „Hlavou se mi honila myšlenka, že zemřu. Byl to jediný okamžik za celý náš měsíční pobyt, kdy jsem prožil skutečnou chvíli paniky a myslel jsem si, že jsem se zabil. Skafandr a batoh nebyly navrženy tak, aby vydržely pád z takové výšky.“
Ale řekněme, že obleky nebyly problém a že máte vyřešené dýchací zařízení. Umožnila by vám snížená gravitace Měsíce jemný pád na měsíční povrch a neškodné přistání jako Superman? „Stručně řečeno, NE.“
Nižší gravitace vám sice pomůže měkčeji přistát v menších výškách, ale při pádu z velké výšky vám příliš nepomůže. Na Zemi při volném pádu dosáhnete konečné rychlosti, kdy se odporová síla vzduchu, kterým se pohybujete, rovná gravitační síle působící směrem dolů. V tomto okamžiku již nedochází k dalšímu zrychlení.
Pro parašutistu rozprostřeného v prostoru je to přibližně 200 kilometrů za hodinu, ačkoli může padat rychleji, když se ponoří nohama nebo hlavou napřed, čímž sníží odpor vzduchu. Ve větších výškách, kde je vzduch řidší, takže se tímto způsobem snižuje odpor, je možné padat ještě rychleji. Felix Baumgartner se v roce 2012 proslavil skokem z výšky 39 kilometrů, při kterém dosáhl rychlosti zvuku.
Na Zemi je gravitační zrychlení kolem 9,8 m/s², zatímco na Měsíci je to 1,6 m/ s2. Ale zásadní je, že na Měsíci je velmi řídká atmosféra, což znamená, že malá brzdná síla zpomalí vaše zrychlení, když sklouznete a padáte z vašeho 40patrového hotelu na Měsíci.
Řekněme, že jste spadli ze 100 metrů. V době, kdy narazíte na měsíční povrch, byste dosáhli rychlosti 17,89 metrů za sekundu, neboli 64,4 kilometrů za hodinu. V té rychlosti se velmi pravděpodobně zraníte. Pokud byste skočili z vrcholu nejvyššího mrakodrapu na světě (poté, co jste jej z nějakého důvodu přenesli na Měsíc), dosáhli byste rychlosti 51,53 metru za sekundu, neboli 185,5 kilometrů za hodinu. Více než dost na to, aby vám způsobilo vážné poškození nebo smrt.
Všechny „vysvětlující“ články jsou potvrzeny ověřovateli faktů jako správné v době publikování. Text, obrázky a odkazy lze později upravit, odstranit nebo přidat, aby byly informace aktuální.
Lidé se snažili prozkoumat a orientovat pod mořem přibližně od roku 300 př. n. l. V průběhu historie se používala řada metod pro cestování pod vodou za účelem výzkumu, píše ABC Science. Legenda praví, že první pokus o zhotovení prototypu ponorky učinil Alexandr Veliký.
To znamená, že pustit se do moře ve skleněném sudu se stěží zdálo jako účinná metoda k prozkoumání podmořského světa.
Ponorky jsou zázraky techniky, které se pohybují v hlubinách oceánu, odolávají obrovskému tlaku a umožňují lidem prozkoumávat podmořský svět.
V roce 1578 n. l. sestrojil britský námořní důstojník William Bourne plavidlo s dřevěnou konstrukcí potaženou nepromokavou kůží, na kterém se dalo veslovat pod vodou. První oficiálně zdokumentovaná ponorka nazvaná „Turtle“ vznikla během americké revoluční války v roce 1776. Teprve koncem 19. století se ponorky s vývojem pohonných systémů a pokročilejších technologií nakonec vyvinuly v praktická plavidla.
Jak si ponorka udržuje tlak odpovídající atmosféře?
Ponorky jsou konstruovány tak, aby ve svém trupu udržovaly stejný tlak jako atmosférický tlak na úrovni hladiny moře.
To nutí k zamyšlení, proč je tak důležité udržovat tento odpovídající tlak? Pokud se vnitřní tlak výrazně liší od vnějšího tlaku, může vyvíjet nepřirozené namáhání trupu, což vede ke strukturálním poruchám, netěsnostem nebo dokonce implozi.
Když je ponorka na hladině, jsou zátěžové nádrže naplněny vzduchem, takže plavidlo má menší hustotu než voda a může plout. Když se však ponorka potřebuje ponořit, vypustí vzduch z balastních nádrží a nahradí ho vodou, čímž se hustota plavidla zvýší. Vnitřní tlak ponorky je regulován rovnováhou mezi tlakem vody působící na trup a tlakem vzduchu uvnitř.
Když se ponorka ponoří hlouběji, tlak vody se zvýší a stlačí tlak vzduchu uvnitř trupu. Proto se k vyrovnání tlaku uvnitř ponorky při výstupu nebo sestupu odpovídajícím způsobem zaplavují nebo odčerpávají balastní nádrže. Všechny ponorky mají také vnitřní systémy zvané „tlakové koule“, které zabraňují příliš velkému vnitřnímu tlaku vzduchu.
Co jsou tlakové sféry a proč jsou tak důležité?
Foto: Charles-Edouard Cote/Shutterstock
Motor ponorky s tlakoměry
Je zřejmé, že „tlakové trupy“ jsou důležité konstrukce uvnitř ponorky, ale jaké jsou přesně jejich funkce?
Tlakový trup je hlavní vodotěsná konstrukce, která zajišťuje pevnost hlavního skeletu ponorky. Je konstruován tak, aby odolal vnějšímu tlaku působícímu z hlubin oceánu a chránil tak posádku a systémy uvnitř.
Jedním z nejdůležitějších úkolů, na které si musí konstruktéři při navrhování ponorky dávat pozor, je zajistit odolnost tlakových trupů proti únikům. Musí se vyrovnat s vnějším hydrostatickým tlakem, aniž by se zhroutily nebo zdeformovaly, a zároveň musí být zachována celková integrita tlakového trupu.
Jak se v ponorce skladuje dýchatelný kyslík?
Ponorky obvykle používají k výrobě kyslíku na palubě kanystry s generátorem kyslíku. Kanystr je naplněn směsí chlorečnanu sodného a železného prášku, která po zapálení podléhá chemické reakci a uvolňuje plynný kyslík.
Foto: Krysja/Shutterstock
Elektrolýzní jednotky
Protože ponorky nemají přímý přístup k atmosféře, musí mít pod vodou dostatek dýchatelného kyslíku na delší dobu. Uvnitř ponorek je instalován systém, který vyrábí kyslík na palubě a skladuje ho pro pozdější použití.
Jednou z metod výroby kyslíku pod vodou je samozřejmě elektrolýza vody! Elektrolýzou se voda štěpí na molekuly vodíku a kyslíku a následně se kyslík uchovává ve vysokotlakých nádržích. Na palubě lze určitě nosit i kyslíkové lahve. V těchto lahvích se uchovává kyslík pod vysokým tlakem, který může poskytovat dýchatelný kyslík lidem uvnitř ponorky.
Kvůli technickým omezením a energii spotřebované během procesu však elektrolýza není všeobecně uznávanou metodou výroby kyslíku.
Co může způsobit, že ponorka imploduje?
Ponorky jsou konstruovány tak, aby odolávaly obrovským vnějším tlakům, ale přesto zůstává riziko imploze jednou z hlavních obav při konstrukci ponorky. K implozi dochází, když tlak vně ponorky překročí pevnost konstrukce tlakového trupu ponorky a způsobí její zhroucení dovnitř.
Když ponorka pracuje ve velkých hloubkách, může okolní voda vyvíjet na tlakový trup obrovský tlak; když tento tlak překročí mezní hodnotu, stane se pro tlakový trup neúnosným. To způsobí zhroucení trupu dovnitř. K tomuto katastrofickému selhání může přispět řada příčin, včetně slabin v konstrukční celistvosti, konstrukčních chyb nebo dokonce příliš vysokých limitů hloubky.
Náhlé zhroucení trupu vede k téměř okamžité ztrátě životů na ponorce, ke ztrátě ponorky a k různým dalším environmentálním rizikům. Ponorky zpravidla procházejí přísným výcvikem a testy, které mají zajistit, aby k takovému tragickému jevu nedošlo.
Slovo na závěr
Udržování stejného tlaku, jaký má okolní atmosféra, je pro bezpečný provoz ponorek klíčové. Regulace vnitřního tlaku je nezbytná, aby ponorky byly dostatečně odolné a odolaly silnému vnějšímu tlaku vody a ochránily tak posádku a vnitřní systémy. Skladovací systémy určené pro uchovávání dýchatelného kyslíku zajišťují nepřetržité zásobování pro delší podvodní mise.
Tlakové trupy hrají důležitou roli při zajišťování podpory a pevnosti, udržování strukturální integrity a odolávání vnějším tlakům hlubokých oceánských vod. Imploze, ačkoli je vzácná, je nevyhnutelnou obavou, kterou je třeba se zabývat předtím, než se člověk rozhodne prozkoumat tajemství hlubokých vod oceánu.
Někdy rychlost warp prostě nepřipadá v úvahu. Jak tedy překonat obrovské vesmírné vzdálenosti? Samozřejmě skokem červí dírou. Tyto tunely v časoprostoru umožňují hvězdným lodím proplouvat galaxií v seriálu Star Trek: Deep Space Nine a tvoří mimozemský tranzitní uzel, který jsme viděli ve filmu „Kontakt“ z roku 1997. Prozatím jsou však červí díry pouhým konceptem, a to velmi spekulativním, píše Life Science. „Celá věc je v tuto chvíli velmi hypotetická,“ řekl Stephen Hsu, profesor teoretické fyziky na Oregonské univerzitě. „Nikdo si nemyslí, že v dohledné době najdeme červí díru.“
Schopnost někdy skutečně využít červí díry jako mezihvězdné superdálnice se zdá být velmi vzdálená. Přesto fyzika existenci těchto mostů časoprostorem zcela nezavírá.
Prorážení časoprostorem
O červích dírách hovoří vědci již téměř sto let. Z fyzikálního hlediska by k vytvoření červích děr mohla vést řada cest. Jednou z nejvíce prozkoumaných je obecná teorie relativity Alberta Einsteina. „Mohla by existovat řešení Einsteinových rovnic, která jsou červími dírami,“ řekl Hsu v rozhovoru pro pořad Life’s Little Mysteries.
Tato řešení popisují „trubice“ procházející čtyřmi dimenzemi časoprostoru, které potenciálně spojují dvě oblasti vzdálené od sebe obrovské vzdálenosti. Představte si dvě tečky na listu papíru, který je pak přeložen tak, aby se tečky překrývaly. Toto překrytí je vaše červí díra, která by teoreticky mohla umožnit okamžitý přenos hmoty z bodu A do bodu B, místo aby cestovala běžnou, dlouhou cestou přes list.
Vědci mají teorie o tom, jak by červí díra mohla fungovat. „Vstupem“ by byla černá díra. Místo, kde hmota z červí díry „vychází“, by přirozeně byla bílá díra. První polovina této konstrukce rozhodně existuje: Černé díry – hyperhusté objekty, o nichž se předpokládá, že se nacházejí ve středu mnoha galaxií, z nichž některé vznikly při kolapsu obřích hvězd – působí tak silnou gravitací, že z jejich spárů nemůže uniknout ani světlo. [Prezentace: 6 každodenních věcí, které se ve vesmíru dějí podivně]
Přestože černé díry nemůžeme vidět přímo, můžeme na jejich přítomnost usuzovat podle toho, jak ovlivňují okolní hmotu. Černé díry byly přistiženy při pohlcování hmoty, která se při víření do jejich chřtánu přehřívá, a mohou běžně bičovat hvězdy v centrech galaxií, kde supermasivní černé díry sídlí.
Neexistují však žádné pozorovací důkazy o tom, že by se bílé díry nebo hmota jinak zhmotňovala z konce čehokoli, natož z červí díry.
Možná je to tím, že je prostě nevidíme: Paul Davies, teoretický fyzik a kosmolog z Arizonské univerzity, se domnívá, že červí díry se mohou vyskytovat pouze na subatomárních škálách a trvat pouhé zlomky sekundy. „Červí díry dostatečně velké na to, aby jimi mohl projít člověk, by mohly vyžadovat nějakou novou formu fyziky,“ řekl Davies.
Drsná nájezdová rampa
I za předpokladu, že by příroda nějakým způsobem vytvořila červí díry vhodné velikosti pro člověka nebo loď, průchod jimi by zůstal náročný: „Síla“ potřebná k otevření průchodu časoprostorem, pokud víme, zahrnuje extrémní hustoty a energie, což jsou podmínky, které by pro každého, kdo by do červí díry vstoupil, znamenaly jistou smrt. [Může něco uniknout z černé díry?]
„Pokud vznik černé díry způsobí vznik červí díry, která se znovu spojí s naším nebo jiným vesmírem,“ řekl Hsu, „většina z nás by hádala, že hustoty, které jsou s tím spojené, nebudou prakticky použitelné pro někoho měkkého a růžového, jako jsme my dva.“
Inženýrství červích děr
Když pomineme tuto drobnost, dalším problémem červích děr je udržet je otevřené a stabilní. Mnoho druhů teoretických červích děr se rychle zhroutí nebo zakóduje jakékoliv částice, které se v nich nacházejí.
„Ke stabilizaci červí díry byste potřebovali nějaký velmi exotický typ hmoty,“ řekl Hsu, „a není jasné, zda taková hmota ve vesmíru existuje.“
Taková hmota by musela mít zápornou energii, která se v prostoru rozpíná, místo aby se smršťovala, jak to obvykle dělá hmota s vlastní gravitací. Jedním z takových kandidátských jevů je Casimirův jev, který byl asi před 15 lety ověřen v laboratoři.
Podle kvantové mechaniky je vesmírné vakuum prosyceno elektromagnetickými vlnami všech frekvencí. Umístěním dvou tenkých kovových destiček do vzdálenosti několika nanometrů od sebe se z mezery vyloučí delší vlny. Protože v mezeře není tolik vln jako v normálním prostoru, vzniká záporná hustota energie a desky se vzájemně přitahují.
Teoreticky by se Casimirův jev mohl při zesílení využít k manipulaci s červími dírami. Podle Hsua je však tento efekt velmi slabý a vnáší do něj nepředvídatelnost, která je vlastní kvantově mechanickým systémům, takže by se červí díra pravděpodobně v žádném případě nestabilizovala.
Další podivná položka známá jako temná energie, tajemná síla, o níž se předpokládá, že stojí za zrychlováním rozpínání vesmíru, naznačuje čerstvé fyzikální jevy, které ještě nebyly pochopeny. Teorie strun a další korekce obecné teorie relativity by ještě mohly změnit pravidla hry, ale podle Hsua není zdaleka jasné, jak by se některá z nich dala aplikovat na problém s červími dírami.
Celkově lze říci, že využití přirozených portálů červích děr nebo generování jejich podomácku vyrobených verzí, jako je vesmírný most ve filmu Hvězdná brána, je daleko za našimi možnostmi. „Potřebovali bychom nějakou super-super-pokročilou technologii,“ řekl Hsu. „Lidé to v blízké budoucnosti dělat nebudou.“
Hodnocení věrohodnosti: Dobře vyvinutá moderní a spekulativní fyzika existenci červích děr nezakazuje, ale jejich využití pro kosmické cestování by zřejmě vyžadovalo titánský technologický průlom. Červím dírám dáváme jednu známku ze čtyř možných Raketoplánů.
Mise NASA pozorovala supermasivní černou díru, jejíž vysoce energetický proud míří přímo k Zemi. Zatím ale nepanikařte. Jakkoli je tato kosmická událost děsivá, nachází se ve velmi bezpečné vzdálenosti asi 400 milionů světelných let.
Aktivně se živící supermasivní černé díry, včetně této, jsou obklopeny vířícími disky hmoty zvanými akreční disky, které je v průběhu času postupně vyživují. Část materiálu, který nespolknou, pak směřuje k jejich pólům, odkud je následně vyvržena rychlostí blízkou rychlosti světla neboli relativistickou rychlostí. Vzniká tak vysoce energetické a extrémně jasné elektromagnetické záření. V některých případech, jako je tomu u nejnovější múzy NASA, je tento proud namířen přímo na Zemi. Takové události jsou známé jako blazary.
Tento blazar s označením Markarian 421, který se nachází v souhvězdí Ursa Major, byl pozorován pomocí sondy NASA IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer), která byla vypuštěna v prosinci 2021. IXPE pozoruje vlastnost magnetických polí zvanou polarizace, která označuje orientaci polí. Polarizace jetu vyvrženého Markarianem 421 odhalila pro astronomy překvapení a ukázala, že v části jetu, kde dochází k urychlování částic, se nachází také magnetické pole se šroubovicovou strukturou.
Blazarské trysky se mohou táhnout vesmírem miliony světelných let, ale mechanismy, které je spouštějí, nejsou dosud dobře známy. Tyto nové objevy týkající se jetu Markarian 421 by však mohly vnést trochu světla do tohoto extrémního vesmírného jevu.
„Markarian 421 je starým známým astronomů vysokých energií,“ uvedla v prohlášení vedoucí výzkumná pracovnice stojící za objevem a astrofyzička Italské kosmické agentury Laura Di Gesu. „Byli jsme si jisti, že blazar bude pro IXPE hodnotným cílem, ale jeho objevy předčily naše nejlepší očekávání a úspěšně demonstrovaly, jak rentgenová polarimetrie obohacuje naše schopnosti zkoumat složitou geometrii magnetického pole a urychlování částic v různých oblastech relativistických jetů.“
Hlavním důvodem, proč jsou jety živících supermasivních černých děr tak jasné, je to, že částice blížící se rychlosti světla vyzařují obrovské množství energie a chovají se podle fyziky Einsteinovy speciální teorie relativity.
Výtrysky blazarů získávají k takovému jasu také další přídavek, protože jejich orientace směrem k nám způsobuje, že se vlnové délky světla spojené s jejich výtrysky „shlukují“, čímž se zvyšují jejich frekvence i energie. Je to podobné, jako když se zvukové vlny sirény blížící se sanitky „shlukují“ a zvyšují tak svou frekvenci, takže znějí více vysoko.
V důsledku těchto dvou efektů mohou blazary často zastínit kombinované světlo všech hvězd v galaxiích, ve kterých se nacházejí. Nyní IXPE použil toto světlo k vykreslení obrazu fyziky, která se odehrává v srdci jetu Markarian 421, a dokonce k určení místa původu zářícího paprsku.
Dřívější modely blazarů naznačovaly, že jsou doprovázeny šroubovitými magnetickými poli, téměř jako DNA v živých buňkách, jenže spíše jednořetězcovými než dvouřetězcovými. Co se však nepředpokládalo, byla skutečnost, že magnetická šroubovice bude hostit oblasti, kde jsou částice urychlovány.
Družice ve tvaru písmene T ve vesmíru
Umělecké vyobrazení observatoře IXPE ve vesmíru, která pozoruje vesmír v rentgenovém záření.
„Předpokládali jsme, že směr polarizace se může měnit, ale na základě předchozích optických pozorování mnoha blazarů jsme se domnívali, že velké rotace budou vzácné,“ řekl spoluautor výzkumu a fyzik z Massachusettského technologického institutu Herman Marshal. „Proto jsme naplánovali několik pozorování blazaru, přičemž první z nich ukázalo konstantní polarizaci ve výši 15 %.“
Ještě pozoruhodnější je, že analýza dat IXPE ukázala, že polarizace jetu mezi prvním a druhým pozorováním klesla na 0 %. To týmu ukázalo, že magnetické pole se otáčí jako vývrtka.
„Poznali jsme, že polarizace byla ve skutečnosti přibližně stejná, ale její směr doslova udělal obrat a během dvou dnů se otočil o téměř 180 stupňů,“ řekl Marshall. „Během třetího pozorování, které začalo o den později, nás pak znovu překvapilo, že směr polarizace se nadále otáčí stejnou rychlostí.“
Během těchto manévrů měření elektromagnetického záření v podobě optického, infračerveného a rádiového světla neprokázala žádný vliv na stabilitu a strukturu samotného jetu, i když se rentgenové emise měnily. To naznačovalo, že rázová vlna putuje podél stočeného magnetického pole z Markarian 421.
Náznaky takového jevu byly kdysi pozorovány v jetu jiného blazaru, jehož svědkem byl IXPE, Markarian 501, ale nová zjištění týmu představují jasnější důkaz, že spirální magnetické pole skutečně přispívá k putující rázové vlně, která urychluje částice jetu na relativistické rychlosti.
Tým, který stojí za touto prací, hodlá pokračovat ve studiu Markariana 421 a také identifikovat další blazary, aby našel některé s podobnými vlastnostmi ve snaze odhalit mechanismus, který pohání extrémní a jasné výtrysky charakteristické pro tyto jevy.
„Díky IXPE nastává vzrušující doba pro studium astrofyzikálních jetů,“ uzavřel Di Gesu.
Výzkum týmu byl publikován v pondělí (17. července) v časopise Nature Astronomy.
Když jsem v roce 2016 poprvé odložil běžecké boty kvůli silničnímu závodnímu kolu, byl jsem konfrontován soupisem nevyslovených pravidel, která se ode mě očekávala, pokud jsem měl být brán vážně jako věřící v cyklistický svět, napsal Charles Digges pro serverNautilus.
Tato nařízení sestavili Velominati, anonymní cyklistická společnost, která je prezentuje jako svaté. Cyklistické kraťasy musí být vždy černé, ačkoli ponožky mohou mít jakoukoli barvu. Barva sedla však musí bez výjimky ladit s barvou pásky na řídítkách a pneumatik. To znamená, že i ty musí být vždy černé, protože pneumatiky se vyrábějí pouze v jedné barvě. A tak to bylo i s kávou před jízdou: pouze černá, nejlépe espresso. Cokoli ztupeného mlékem bylo čistě pro nezasvěcené.
Kdo jsem byl já, abych nesouhlasil? Byl to požadavek mé nové kultury. Koupil jsem si žiletku a oholil si nohy.
Byly tu i další. Nikdy a za žádných okolností nezvedejte kolo nad hlavu, je to pro stroj nedůstojné. Pokud se vám někdy poštěstí vylosovat si na závodě číslo 13, musíte ho mít připnuté na dresu obráceně. A když už mluvíme o smůle, o nehodách se nemluví, pokud nebyly spojeny s návštěvou pohotovosti. Vyrážka na silnici, odřené lokty, pohmožděné kyčle a další důkazy o nečekaném střetu s vozovkou k této disciplíně prostě patří.
Některá pravidla byla intuitivní, jako například dostavit se na tréninkové jízdy včas, protože začínají přesně tehdy, kdy mají a nikdy jsem nezažil, že by to tak nebylo. Jiná byla bizarnější, například nikdy nedávat kolo na střešní nosič auta, pokud kolo nemá větší cenu než auto a možná byste se divili, jak často se to stává.
Naštěstí mi tato pravidla poslal e-mailem můj první vážný jezdecký společník, několikanásobný státní šampion, který si dával černou kávu, jezdil ve Volkswagenu za 19 000 dolarů (cca 420.000.- Kč) a měsíce mě tahal po venkovských silnicích, dokud jsem nebyl dost silný na to, abych se mohl účastnit víkendových skupinových vyjížděk v našem městě.
Jasně mi řekl, že některá pravidla se dají vykládat i pohodlně. Ale existuje jedno, které není: Ohol si nohy.
Žádné výjimky neexistovaly. Dokonce i okázalý Peter Sagan, tehdy nejuznávanější cyklista na světě, byl kdysi pokárán staršími bratry tohoto sportu za to, že si dovolil přijít na závod „au naturel“.
Kdo jsem byl já, abych nesouhlasil? Byl to požadavek mé nové kultury. Koupil jsem si žiletku a od té doby si holím nohy.
Letní tradice Tour de France se opět snese na nás a několik set milionů vyznavačů tohoto sportu bude sledovat, rozebírat, polemizovat a radovat se z frenetického třítýdenního průvodu, který pohání jedny z nejhladších mužských nohou na světě.
Proč si ale účastníci Tour od jejího vzniku v roce 1903 holí nohy? Je to otázka hygieny? Obětina bohům velocipedu? Je to čistě otázka tlaku vrstevníků, vedená strachem z hněvu rozmařilých božstev na cyklistickém Olympu? Nebo je za tím něco přízemnějšího – nějaká užitečná záležitost, kterou pradědové cyklistiky tušili už dávno, ale nedokázali ji vyjádřit, když si poprvé přitáhli žiletku k holeni?
Jak se ukázalo, je to tak. Oholené nohy jsou mnohem, mnohem rychlejší. Jen to trvalo až do tohoto století, než se to prokázalo.
V roce 2012 přišel Marc Cote jako čerstvý absolvent Massachusettského technologického institutu s titulem strojního inženýra do Specializedu, dominantního výrobce špičkových kol se sídlem v Kalifornii. Cote měl hypotézu: rámy kol, kola, helmy, dresy, kraťasy a boty – to vše se spiklo a připravilo elitní cyklisty o cenné sekundy aerodynamického odporu.
Cote mi při nedávném rozhovoru vysvětlil, že aerodynamický odpor se skládá ze dvou sil – odporu tlaku vzduchu a přímého tření (známého také jako povrchové tření nebo tření kůže). Přímé tření je síla, která vzniká při setkání větru s povrchem jezdce a kola, ale při relativně nízkých rychlostech, kterými se cyklista pohybuje, je téměř zanedbatelná. Při konstrukci například letadla je však třeba toto tření brát v úvahu.
V obrazu těla
DOSTANETE ÚČES: Laurent Fignon prohrál Tour de France 1989 o osm sekund, což je nejtěsnější rozdíl v historii Tour de France. Experiment Marca Coteho, strojního inženýra a odborníka na cyklistiku, ukázal, že Fignon by vyhrál, kdyby si ostříhal svůj culík, který způsoboval odpor.
Na kole je hlavní příšerou odpor vzduchu. Cyklista a jeho stroj vytvářejí tupý („blaf“ v aero žargonu) tvar, který nutí vzduch, aby se kolem nich při pohybu vpřed odděloval. Čím silněji cyklista šlape, tím více je vzduch před ním stlačován, což znamená, že čím silněji tlačí dopředu, aby překonal tento odpor, tím silněji se vzduch tlačí zpět.
Jakmile se vzduch kolem jezdce neochotně rozestoupí, boj ještě nekončí. Jak se jezdec pohybuje vpřed a odstrkuje vzduch z cesty, vzduch za ním se stává méně hustým a vytváří nízkotlakou zónu neboli podtlak, který ho doslova vcucne dozadu. To je ohromná síla. Na rovné silnici je aerodynamický odpor zdaleka největší překážkou rychlosti cyklisty a představuje 70 až 90 % odporu, který při šlapání pociťuje.
Zmenšení plochy, na které cyklista čelí větru, je proto klíčové. Čím je konstrukce objektu proudnější, tím snáze se kolem něj vzduch uzavírá, čímž se přibližuje svatému grálu aerodynamického designu: laminárnímu proudění – tomuto vznešenému okamžiku, kdy se vzduch uzavírá kolem pohybujícího se objektu, aniž by zanechával turbulentní stopy.
Vzhledem k tomu, že s neforemným tvarem lidského těla se toho moc dělat nedá, i když je třeba poznamenat, že většina profesionálních cyklistů je vysoká a urostlá a neustále bojuje se svou váhou, je pro rychlost rozhodující konstrukce kola a vybavení, které má jezdec na sobě. Čím méně se toho ve větru třepotá, tím menší je plocha cyklisty a kola.
Tour de France je jednou z nejtěžších zkoušek vytrvalosti, kterou si lidstvo sadisticky vymyslelo.
Na tento problém dřívější titáni příliš nehleděli, když si přes hlavu přetahovali pytlovité vlněné dresy. Ve svazku Král sportu z roku 1968: V knize Cyklistické silniční závody, kterou její autor považoval za poslední slovo o tréninku, britský cyklista Peter Ward obhajoval pohodlí před stylem. Napsal, že je třeba se vyhnout oblečení, které je „jen trochu těsné nebo omezující“. Dodával, že cyklistické šortky by měly být podepřeny „šlemi“, což je britský výraz pro podvazky a měly by být „volné a pohodlné“.
O několik let později, v roce 1976, nizozemský profesionální cyklistický tým TI-Raleigh tuto radu ignoroval a zavedl lycru do hlavního proudu cyklistiky. Od té doby nebylo potřeba používat šle. V následujících desetiletích se střih cyklistického oblečení neustále posouval směrem ke kůži a upevňoval obraz silničních bojovníků ve spandexu v lidové představivosti. Cote však stále tušil, že je tu ještě pár vrásek, které je třeba vyžehlit.
V roce 2013 spolu s kolegou Chrisem Yuem z oddělení aerodynamického výzkumu a vývoje přiměli své šéfy ve firmě Specialized k obrovskému a finančně náročnému kroku – vybudování aerodynamického tunelu za několik milionů dolarů, který měl vysledovat a odstranit poslední drobné turbulence ve snaze o rychlejší jízdu. Výsledky byly – a stále jsou – transformační.
Výzkum v oblasti aerodynamiky cyklistiky – jak Cote říká „neviditelná věda“ – vedl k helmám, díky nimž hlava uživatele vypadá, jako by se srazila s létajícím talířem a ke kraťasům a dresům, které jsou tak těsné, že je třeba mít představivost, aby nebyly vidět jemnější křivky těla. Neohrabané boty z Wardovy éry se zbavily tkaniček a nahradily je promyšlenější a hladší zapínání, které nezpůsobuje, že kolem nich škytá vzduch. Dokonce i ponožky mohou být tkané ve speciálních konfiguracích, které snižují odpor vzduchu. A díky novým technikám lisování uhlíkových vláken – lehké DNA moderní výroby závodních kol – vznikly rámy, které by ještě v roce 2007, kdy Lance Armstrong a jeho tým U.S. Postal, ještě jezdili na něčem, co se rovnalo sbírce spojených válců a byly k nepoznání.
Nicméně všechny technologické výhody nemohou překonat nevyhnutelnou lidskou hmotnost jezdce, který tvoří asi 75 % aerodynamického odporu, který musí cyklista plus kolo překonat. A právě zde přichází Coteův nejpřekvapivější výzkum.
Začal s Jessem Thomasem, profesionálním triatlonistou sponzorovaným firmou Specialized, který se v roce 2014 zastavil v Coteově aerodynamickém tunelu, aby vyladil své vybavení před nadcházejícím závodem Ironman. On, Cote a Yu provedli různé experimenty – jeden porovnával kola, druhý pneumatiky, další helmy a kombinézy – a vybrali ty, které podle údajů z tunelu způsobovaly nejmenší odpor vzduchu. Závody Ironman zahrnují 112 km dlouhou jízdu na kole vklíněnou mezi 2,4 km plavání a maraton, takže každá sekunda, kterou by Thomas mohl ze svého vybavení vytěžit, by byla rozhodující.
Thomas se toho dne objevil podobně jako Peter Sagan v roce 2016 na závodě, kdy měl na lýtkách a stehnech plnou kštici, ačkoli ani on, ani Cote tomu až do dokončení testů nepřikládali velkou váhu.
Takže spíš jako vtípek než cokoli jiného si s Cotem řekli, že jednou provždy vyřeší odvěkou hádanku, kterou si kladli staří: Má holení nohou vůbec nějaký význam? Thomas si ostříhal své zbraně, aby to zjistil.
Při prvním výsledku Coteovi spadla čelist. Pokud byly údaje správné, mohl Thomas ušetřit 70 sekund za každých 40 kilometrů, což je standardní vzdálenost pro časovku, které ujel na kole. To byl obrovský časový zisk v oblasti sportů, kde o vítězství často rozhodují zlomky sekund a desetiny centimetrů na cílové čáře.
Proto Thomase vyzkoušeli znovu. A znovu. A čísla ukazovala stále totéž. Byl to heuréka moment.
V sekci Body Image
MONSIEUR, TEN KNÍR MUSÍ PRYČ: Lucien Petit-Breton, který vyhrál Tour de France v letech 1907 a 1908, vypadá na svou dobu, kdy mnoho jezdců nosilo pytlovité oblečení, docela elegantně. Kdyby se zbavil vousů, čímž by zmenšil plochu svého těla, byl by ještě rychlejší.
Foto: Agence Rol - Tento snímek pochází z online knihovny Gallica/Wikimedia
Během několika následujících týdnů Cote a Yu pozvali další své přátele cyklisty a triatlonisty, aby přišli a otestovali chlupatost, oholili se a znovu otestovali a cestou vytvořili takzvanou „stupnici Chewbacca“ – hodnocení od 1, což je noha s relativně malým množstvím přirozeného ochlupení, až po 10, což znamená úroveň ochlupení konkurující simíkovi Hanse Sola.
Úspora času se mírně lišila v závislosti na tom, kde se testované osoby na této stupnici nacházely, ale výsledky byly v každém případě výrazně rychlejší natolik, že se zdálo hloupé, aby se každý cyklista, který má zájem o výkon, zřekl holení. To byla samotná definice volné rychlosti.
Pozoruhodné na tom bylo toto, řekl Cote: Většina předchozích prací v oblasti aerodynamiky byla prováděna při mnohem vyšších rychlostech a výsledky těchto experimentů naznačovaly, že chlupaté nohy by mohly cyklistům prospívat, protože štětinaté vlasy působí podobně jako aerodynamické důlky na golfovém míčku.
Tyto charakteristické důlky vytvářejí tenkou, turbulentní mezní vrstvu vzduchu, která se drží na povrchu míčku. To umožňuje hladce proudícímu vzduchu, který prochází kolem ní, následovat povrch míče o něco dále kolem zadní strany míče, čímž se zmenšuje velikost následného proudění míče. Tím se zmenší turbulence za ním a zmenší se plocha této nízkotlaké zóny, která následuje a nasává cyklisty.
Golfový míček řízený hráčem PGA však může letět rychlostí až 168 mil za hodinu – tedy mnohem rychleji, než o co usilují i cyklisté z Tour. Při průměrných rychlostech mezi 20 a 40 mílemi za hodinu byla pro cyklisty větším faktorem plocha těla, která se setkávala s větrem – a plocha oholené nohy je až o 10 procent menší než u jejího chlupatého protějšku.
„Při těchto rychlostech je nejdůležitější zmenšení plochy, což nás překvapilo,“ řekl mi Cote. „Předchozí studie předpokládaly, že ochlupení bude bezvýznamné nebo bude fungovat jako ty jamky na golfovém míčku, ale při rychlosti jízdy na kole prostě zvětšuje povrch.“ Cote určil, že oholené nohy jsou druhou nejdůležitější aerodynamickou úpravou, kterou může cyklista udělat, první je, zda se jezdec rozhodne nosit koženou kombinézu, která díky dlouhým rukávům zakrývá i ochlupení na předloktích.
Coteovy výsledky nebyly nikdy zpracovány a publikovány ve vědeckém časopise, ale jeho a Yuova práce byla odborně posouzena nespočtem napodobitelů, naposledy letos v květnu Global Cycling Network, jedním z nejsledovanějších a nejuhlazenějších kanálů na YouTube věnovaných cyklistice. Od doby, kdy Cote nahrál svá původní videa, se GCN tomuto tématu věnoval nejméně pětkrát. A pokaždé výsledky ukázaly totéž: cyklisté s oholenýma nohama jsou rychlejší.
Le Grand Boucle neboli Velká smyčka, jak se Tour de France přezdívá, je nejvelkolepější z Grand Tour, která přitahuje televizní i osobní diváky na klikatých francouzských venkovských silnicích a horských serpentinách, kteří se vyrovnají i Super Bowlu. Podle všeho je to jedna z nejtěžších zkoušek vytrvalosti, kterou si lidstvo sadisticky vymyslelo.
Tour je také nejvelkolepějším představením cyklistické aerodynamiky v praxi. Tour de France jezdí 12 týmů a skládá se ze čtyř druhů etap – rovinatých, kopcovitých, horských a časovek, které se, což je matoucí, jezdí na různých druzích kol a vyžadují různé styly jízdy.
V prvních třech etapách jezdci nasedají na známější silniční kola s řídítky s berany a jedou společně v pelotonu, přičemž vítězství si připisuje ten, kdo první projede cílem. V časovkách, které jsou na Tour typické jen jednou nebo dvakrát, se každý ze 198 jezdců vydává na trať sám a závodí s časem.
A právě na časovkářských kolech má neviditelná věda nejviditelnější dopad. Jezdci, kteří často připomínají křídlo otočené na bok, nasedají na tato kola oblečeni do kombinéz, které obepínají trup a mají dlouhé rukávy a nízké prošívání. Pak se hrbí nad svými stroji s lokty opřenými o aerodynamická řídítka, ruce drží před sebou ve stylu kudlanky. Pak skloní hlavy, zakryté těmi absurdními přilbami snižujícími turbulence a vyrazí. Každé zrnko písku v přesýpacích hodinách je zásahem proti nim.
Všechny technologické výhody nemohou překonat nevyhnutelnou lidskou mohutnost jezdce.
Také silniční kola se vyvíjela spolu s hledáním aerodynamického efektu. Kulaté trubky se na zadní straně zploštily a jejich náběžné hrany se zostřily, takže prorážejí vzduch jako střela. Sedlové sloupky mají oválný nebo slzovitý tvar a řídítka jsou nahoře plochá a na zadní straně se zužují do hrany napodobující křídlo. A karbonová kola s hlubokými ráfky již dávno nahradila své hubené protějšky z hliníkové slitiny, které brání větru, a nabízejí další výhody.
Když cyklisté sedí na silničních kolech a závodí v pelotonu, využívají výhod aerodynamické úpravy staré jako cyklistika sama – driftování. Právě tato technika umožňuje cyklistům využívat turbulentní zóny nízkého tlaku, které zanechává cyklista jedoucí bezprostředně před nimi. Nízký tlak za vedoucím cyklistou pomáhá táhnout dopředu cyklistu jedoucího za ním, zatímco víry, které vznikají ve stopě vedoucího cyklisty, víří i kolem cyklisty jedoucího za ním a tlačí ho dopředu. Efekt objíždění je tak významný, že cyklisté jedoucí ve skupině mohou ušetřit až 40 % energie oproti cyklistům jedoucím samostatně. Každý, kdo se někdy podíval na hejno migrujících ptáků, viděl aerodynamický tah v akci.
V terénu je tato technika nejvíce patrná v takzvaných předjezdcích před závěrečnými sprinty v rovinatých etapách Tour. V těchto chaotických nájezdech je snadné spatřit dresy jednotlivých týmů, které při proplétání pelotonem vytvářejí jednobarevné linie.
Jde o to, že několik členů týmu se prokope vzduchem za svým určeným sprinterem, který sedí na jejich kolech, zatímco jezdci před ním zajišťují stopu plnou těchto užitečných vysavačů a vírů. Vedoucí jezdci se jeden po druhém vystřídají v čele a kopou tak hluboko, jak jen mohou, a zvyšují rychlost, než se vyčerpaní odlepí stranou. Nakonec se poslední vedoucí jezdec odpojí a vypustí sprintera závratnou rychlostí několik desítek metrů od cílové čáry. Každý z těchto vláčků však musí mít vysoce aerodynamický motor, aby měl sprinter vůbec nějakou naději.
Vývoj všech těchto technologií pro krájení vzduchu se odráží v průměrné rychlosti samotné Tour, která od počátků stoupá po spirále. Dvojnásobný vítěz Firmin Lambot z Belgie vykázal v roce 1919 nejnižší průměrnou rychlost na Tour, a to 24 km za hodinu. O sto čtyři roky později ji Dán Jonas Vingegaard při svém vítězství na Tour v roce 2022 téměř zdvojnásobil, když dosáhl průměrné rychlosti 42 km za hodinu – to vše při překonání výšky 122 000 metrů, což je více než čtyřnásobek výšky Mount Everestu.
Práce Coteho, který nyní pracuje ve virtuální cyklistické aplikaci Zwift a jeho napodobitelů poskytuje cenné údaje pro amatérské cyklisty, jako jsem já, kteří obvykle nemají tak hluboko do kapsy a nemají sponzorské smlouvy jako profesionální cyklistické týmy, ale přesto jsou posedlí aerodynamikou, zadlužují se, aby mohli financovat nová kola, závodí a jezdí na tréninkové jízdy. Cote mi řekl, že holicí strojek za 90 centů může být tou nejrozumnější investicí, kterou mohu udělat.
Ale v jistém smyslu Coteovy výsledky testů jen potvrzují něco, co většina seriózních cyklistů bude z pověrčivosti, pocitu úcty nebo úporného dodržování přikázání Velominati stejně dělat bez ohledu na to, co říká větrný tunel.
Chytání se těchto zdánlivě bezvýznamných výhod bylo něčím, čemu cyklističtí bohové minulosti velmi dobře rozuměli. V centru jejich logiky stála jednoduchá pravda: Cokoli si myslíte, že vás zrychlí, pravděpodobně zrychlí.
Fausto Coppi, italský cyklistický velikán, který dominoval Tour v letech po druhé světové válce, trval na tom, aby ho po každé etapě závodu nosili nahoru do hotelových pokojů, aby si uchoval sílu nohou.
Velký Francouz Roger Rivière, považovaný za favorita Tour 1960, dokud ve 14. etapě nepřejel v horách zábradlí a nezpůsobil si nehodu, při níž byl zmrzačen, byl známý tím, že si nafukoval pneumatiky heliem.
Jeho krajan, vynikající časovkář Jacques Anquetil, který na přelomu 50. a 60. let získal tři vítězství na Tour, si při stoupání sundával láhev s vodou z klece na rámu svého ocelového vozu Gitane a schovával ji do kapsy dresu. (Další Coteův poznatek: pokud si láhev s vodou strčíte do zadní kapsy dresu místo do košíku na rámu, ušetříte 38 sekund.)
A tak to jde dál, až po katastrofální dopingové skandály v éře Lance Armstronga, kdy Armstrong a většina jeho týmu a vlastně i většina pelotonu - dopovali krev lidským růstovým hormonem, aby zvýšili svou výkonnost.
Ale i v letech, kdy se sport očistil, zůstává hledání talismanu, nevýslovné výhody, která se projeví přesně v ten správný okamžik a umožní vám přejet cílovou pásku jako první. Německý jezdec Tony Martin, který vyhrál mnoho etap Tour, ale nikdy nezískal vytoužené celkové vítězství, si kvůli aklimatizaci dýchacího systému na vysokohorské etapy nechal celý svůj dům přestavět na výškovou komoru.
Proti takové taktice je holení nohou to nejmenší, co můžete udělat.
Protože v ústní historii cyklistiky, kterou mi předali jezdci, kteří mě naučili, jak se pije káva, jsou příběhy o prohře o vlásek téměř příliš bolestivé na to, aby se o nich vyprávělo – jako například když americký cyklista Greg LeMond porazil v závěrečné etapě Tour 1989 v časovce pařížského siláka Laurenta Fignona, čímž LeMond získal celkové vítězství o pouhých osm sekund – nejtěsnějším rozdílem v historii Tour de France.
Bylo to v době, kdy ještě nebylo povinné nosit na Tour přilby a Fignonovým největším nepřítelem toho dne nebyl LeMond. Byl to jeho typický blonďatý culík.
Cote a Yu ho vyzkoušeli. Vzali cyklistu Fignonovy postavy, posadili ho i s kolem do tunelu, ohnuli ho do Fignonovy zastrčené časovkářské pozice a doplnili parukou, která odpovídala Fignonovým splývavým vlasům svázaným dozadu.
Zapnuli vítr. Pak ho zastavili, ustřihli culík a znovu to vyzkoušeli. Výsledek?
„Fignon se měl nechat ostříhat,“ řekl Cote. Podle údajů by Fignon porazil LeMonda o čtyři sekundy, kdyby se jeho culík netřepotal ve větru a nezpůsoboval kritický aerodynamický odpor.
„Člověk nikdy nepřestane truchlit nad takovou událostí,“ napsal Fignon hořce ve své autobiografii z roku 2010. Od té doby, co jsem ten příběh slyšel, jsem si také začal holit hlavu.
Charles Digges je novinář a výzkumník v oblasti životního prostředí, který edituje stránky Bellona.org, webové stránky norské ekologické skupiny Bellona. Je také amatérským cyklistou a vlastní příliš mnoho aerodynamických kol.
Skupina vědců z Ruska a Číny vytváří prototyp prvního magnetického paměťového prvku. Vývoj je založen na nové oblasti fyziky, spin-orbitronice. Vědci našli způsob, jak řídit orientaci spinů elektronů, parametry pro naklánění a rotaci částic v přítomnosti magnetického pole. Magnetická paměť může v budoucnu doplnit nebo nahradit tradiční polovodičové technologie. Tato technologie umožní vytvořit efektivnější paměť pro počítače a chytré telefony: taková zařízení mohou fungovat týdny bez dobíjení, napsal RT.
Ruští vědci z Far Eastern Federal University (FEFU) spolu se zahraničními kolegy z Fyzikálního ústavu Čínské akademie věd vyvíjejí prototyp prvního magnetického paměťového prvku. RT o tom informovala tisková služba ministerstva školství a vědy.
V budoucnu může tato technologie doplnit nebo nahradit polovodičovou elektroniku. Například magnetická paměť vám umožní vytvořit smartphone, který může fungovat bez dobíjení několik týdnů. Možnost zavedení takových systémů potvrzují výsledky základního i aplikovaného výzkumu.
Práce se provádějí v rámci národního projektu „Věda a univerzity“ Ministerstva školství a vědy Ruska. Výsledky jsou publikovány v časopise Nano Letters.
K vytvoření magnetické paměti vědci aplikují principy nového oboru fyziky – spin-orbitroniky. Jestliže je v běžné mikroelektronice hlavním nositelem informace elektron, pak ve spin-orbitronice jsou to magnetické vlastnosti elektronu, respektive jeho spin. Jak vědci poznamenávají, spin elektronu lze obrazně přirovnat k rotaci mechanického vrcholu, který se snaží udržet stav rovnováhy. Otáčení ve směru nebo proti směru hodinových ručiček určuje směr otáčení – nahoru nebo dolů. Tyto indikátory slouží ve spin-orbitronice jako analog nulového bitu nebo jedničky, které kódují informace na paměťových zařízeních.
Chcete-li zapsat data na magnetické médium, musíte změnit magnetizaci materiálu nebo směr rotace elektronů. To lze provést pomocí magnetického pole, optického záření nebo elektrického proudu. Tento způsob přenosu a ukládání informací vyžaduje mnohem méně energie než tradiční elektronika.
Ve své nové práci skupina vědců využila možnosti tvorby vícevrstvých magnetických filmů v přítomnosti vnějšího magnetického pole. To vede k tomu, že spiny elektronů ve vrstvách magnetických filmů získávají sklon vzhledem k normále k rovině vzorku. Tento způsob řízení orientace rotace nebo magnetizace materiálu umožňuje efektivně přepínat bity s informacemi a také je ukládat a zpracovávat pomocí proudových impulsů bez použití vnějšího magnetického pole.
„Mnoho lidí ví, že elektronika je oblast vědy a technologie, která je založena na pojmech jako elektrický náboj a interakce nabitých částic a také na způsobech jejich ovládání pomocí elektromagnetického vlivu. Na základě těchto principů byla vytvořena elementární základna různých přístrojů a zařízení: počítačů, telefonů, lékařské techniky a výpočetní techniky. V elektronice se informace přenáší, ukládá a zpracovává jako elektrický náboj. Spin orbittronics je založen zásadně na odlišném přístupu. Zařízení spin-orbitronics mohou také ukládat a zpracovávat informace, ale bez fyzického přenosu nabitých částic (elektrického proudu),“ vysvětlil v komentáři pro RT Alexander Samardak, jeden z autorů studie, prorektor pro výzkum na FEFU.
Jak poznamenávají autoři práce, spinové systémy budou pracovat rychleji a spolehlivěji než tradiční paměťová média, jako jsou pevné magnetické disky (HDD), SSD (solid-state memory) a paměti s náhodným přístupem (DRAM, SRAM). V budoucnu to podle vědců otevře nové možnosti pro implementaci hardwarových systémů pro umělou inteligenci a kvantový počítač.
Tyto systémy navíc šetří energii: výdrž baterie na jedno nabití telefonů nebo notebooků s takovou pamětí se několikanásobně zvýší. Autoři práce také poznamenávají, že po vypnutí napájení takové počítače neztratí data zaznamenaná v paměti RAM.
Foto: Ramaz Bluashvili/PexelsČást Velkého hadronového urychlovače, kde autor Guido Tonelli pracoval na Higgsově bosonu, který je základem struktury vesmíru.
Experimentalista nabízí rozsáhlé dějiny vesmíru ve vědě a kultuře
Fyzik Guido Tonelli strávil desetiletí konstrukcí složitých přístrojů, které zkoumaly záhady hmoty. Jako součást jednoho ze dvou hlavních experimentů ve Velkém hadronovém urychlovači poblíž Ženevy ve Švýcarsku (2012), když skupina oznámila objev Higgsova bosonu – dlouho hledané elementární částice, která všem ostatním dodává hmotu, píše server Nature.
Nyní Tonelli obrátil svůj pohled od velmi malého k velmi velkému, historii vesmíru. Jeho ambice zahrnují vědecké poznatky, umění, filozofii a náboženství. Genesis není kniha jen o vesmíru měřeném obřími teleskopy a urychlovači částic. Je to také příběh o lidských výkladech počátku a vývoje stvoření.
Mnoho dalších fyziků, od Stephena Hawkinga po Jannu Levinovou, prozkoumalo tento prostor v populárním psaní. Většina vychází vstříc anglofonnímu publiku. Tonelliho příspěvek, bestseller v jeho rodné Itálii, má jinou příchuť. Kombinuje humanistický přístup, o který se opírá mnoho italského vzdělání, s vědeckými fakty získanými z kariéry experimentátora.
Tonelli tvrdí, že hledání původu vesmíru vychází z potřeby lidí zakořenit. Jeho biblický titul přikyvuje myšlence, že současné vědecké chápání je součástí mnohem širší kulturní historie. A obraz stvoření vytvořený vědou jednadvacátého století je stejně úžasný a tajemný jako jakýkoli starověký mýtus.
Jeho výchozím bodem je Hésiodova Theogonie, báseň z doby kolem roku 700 před Kristem o narození řeckých bohů. Na začátku byl chaos. Tonelli používá „chaos“ v jeho původním smyslu – propast nebo prázdnotu tak obrovskou, že by mohla pohltit a obsáhnout vše – spíše než v jeho modernější konotaci nepořádku. Stejně jako ticho lze chápat jako superpozici zvukových vln v opačné fázi, které se navzájem ruší, prázdnota může hostit neomezené množství hmoty a antihmoty, přesto má čistou energii nulovou. Vesmír se zrodil před 13,8 miliardami let z náhodné kvantové fluktuace v této prázdnotě.
Nejprve přišla neuvěřitelně rychlá inflace, díky níž se vesmír zvětšoval. Následovalo ochlazení, ve kterém se objevily hierarchie sil, symetrie, částice, černé díry, hvězdy a galaxie. Každá kapitola představuje „den“ v Tonelliho genezi a zachycuje důležitou fázi, kdy vesmír získal strukturu. Zde leží fenomény jako baryogeneze (záhadný proces, který vedl k asymetrii mezi hmotou a antihmotou). Prvotní polévka kvarků a gluonů, z nichž se zrodily stavební kameny atomů; a oddělení hmoty od záření.
Hmota a mytologie
Tonelli odkazuje na všechny druhy mytologie a literárních zdrojů. Pečlivě také vysvětluje, jak vědci dospěli ke svým závěrům. Kapitola o Velkém třesku popisuje práci badatelů včetně Alberta Einsteina, Georgese Lemaîtra a Henrietty Swan Leavittové a odkazuje na hinduistické božstvo Šivu, buddhistickou doktrínu prázdnoty neboli Śūnyatā a povídku Jorge Luise Borgese z roku 1945 ‚Aleph‘. . Přestože jsou koncepční skoky mezi vědeckými detaily a kulturními referencemi fascinující, je náročné je sledovat.
Popis Higgsova bosonu a jeho základní důležitosti pro vývoj struktury vesmíru a naše chápání tohoto je pro Tonelliho jednoznačně domovem. Vytváří hluboká a přehledná spojení s pojmy, jako je spontánní narušení symetrie, proces, jehož prostřednictvím fyzický systém vstupuje do stavu s nejnižší energií tím, že zdánlivě ignoruje všechny ostatní možné stavy se stejnou symetrií. A kapitoly o vzniku a struktuře hvězd a galaxií jsou strhující, bylo by radost je poslouchat a dívat se na hvězdnou oblohu.
Přesto Tonelli nechává mezeru mezi velmi malým a velmi velkým. Vzhledem k tomu, že velká část jeho příběhu se týká přeměny hmoty napříč fázemi. Je zarážející, že nemá žádné explicitní spojení s odvětvími fyziky vyvinutými k pochopení těchto jevů, jako je teorie fázových přechodů, která vysvětluje strukturální přeskupení, když se voda stává led. Toto opomenutí odhaluje kulturní mezeru ve fyzice. Ale některým průkopnickým fyzikům, jako jsou Robert Brout, Murray Gell-Mann a Ken Wilson, se podařilo propojit fyziku částic s vysokou energií s její „nízkoenergetickou“ sestřenicí kondenzované hmoty. Tonelli tu chybí trik.
Nakonec je však jeho cílem překlenout mnohem širší propast. Tu mezi vědou a humanitními obory. Pro Tonelliho vše ve vývoji vesmíru, kultury a lidských podmínek vyplývá z potřeby porozumět našemu původu. Příběhy nám umožňují pochopit prázdnotu, ze které vše začalo. Je příhodné, že jeho vlastní příběh je složitý, tajemný a občas i chaotický, trochu jako samotný vesmír.
Vodu pijeme, plaveme v ní, myjeme se s ní a ochlazujeme se. Protože je voda tak běžná, mnoho z nás si nevšimne, jak zvláštní je ve srovnání s jinými látkami. Když během teplejších měsíců vhodíme do nápoje jednu nebo dvě kostky ledu, bez přemýšlení sledujeme, jak plave na hladině tekutiny v naší sklenici. Ale proč to led dělá? Proč voda zamrzá shora dolů, když většina ostatních látek zamrzá zdola nahoru?Píše zdroj Bitannica.
Voda zamrzá odshora dolů, což umožňuje ledu plavat. Vtip je v tom, jak se hustota vody chová při klesajících teplotách.Hustota je hmotnost jednotky objemu látky. Je to v podstatě míra toho, jak těsně jsou atomy a molekuly látky u sebe. U většiny sloučenin při klesající teplotě se objem sloučeniny zmenšuje, zatímco její hustota roste . Atomy a molekuly se stávají těsnějšími. Například vak teplého vzduchu stoupá a expanduje, protože je méně hustý než chladnější vzduch kolem něj. Vak chladného vzduchu naopak klesá a smršťuje se, při pádu se stává o něco silnější a hustší. Voda se chová podobně, ale pouze do určité teploty. Hustota chladicí vody se bude zvyšovat, dokud teplota vody nedosáhne 4 °C. Pokud bude voda dále chladnout, její hustota začne znovu narůstat a voda (nyní v pevném stavu) se bude rozpínat. Právě tato vlastnost vody umožňuje ledu rozpínat otevřené trhliny na chodnících a kamenech. Ale také způsobuje, že plechovky a lahve s nealkoholickými nápoji v mrazáku explodují.
Při 4 °C je voda stále v kapalné formě. V jezerech a řekách se tato voda ochladí na povrchu. Houstne a klesá. Jakmile se voda přiblíží k bodu mrazu 0°C, bude méně hustá než voda kolem ní a začne stoupat k vrcholu vodního sloupce. Pokud by voda zamrzla u dna jezera nebo řeky až nahoru, mělo by to hluboké ekologické důsledky.
Foto: Anders Jildén / Unsplash
Pokud by mělká jezera zamrzla, rostliny, zvířata a další organismy, které tam žijí a nemají jinou adaptaci, by zemřeli. Ve větších jezerech by ledové dno a rozbředlý sníh ochlazovaly vodu nad nimi, což by mohlo zpomalit metabolismus a rychlost růstu organismů, které přežily v horním toku jezera. Za těchto okolností by Země vypadala úplně jinak. Polární oblasti planety by byly téměř bez života a každý rok by rostliny, zvířata a další organismy ve středních zeměpisných šířkách čelily pohledu na nedosažitelnou kapalnou vodu, která by zde byla pouze ve zmrzlých pevných plochách.
Špičková Faradayova klec, která zablokuje všechny vaše mobilní a Wi-Fi signály
Novodobá Faradayova klec, která zablokuje všechny vaše mobilní a Wi-Fi signály. Vysoce designovou verzi vyrobil australský designérský kolektiv Sibling, aby vyzkoušeli, jaké to je, být zcela bez signálu, píše server Wired.com.
V 30. letech 19. století vytvořil Joseph Faraday něco, co by se dnes dalo považovat za kruté a neobvyklé mučicí zařízení. Faraday, anglický vědec, postavil to, co je nyní známé jako Faradayova klec. Uzavřený prostor vyrobený z vodivého materiálu, který blokuje vstup nebo výstup elektromagnetických signálů.
Takže věci, jako je váš mobil, notebook nebo rádio uvnitř této klece, by byly zcela zbytečné. Samozřejmě, v době, kdy Faraday žil, to nebylo ani tak o tom, že by občané závislí na chytrých telefonech byli úplně šílení, jako o rozšiřování pole elektromagnetismu, ale princip zůstává stejný: „Je to místo, kde se lze odpojit“.
Posuňme se rychle vpřed o století a půl a je téměř nemožné najít místo, kde se můžeme odpojit. Kromě vypnutí telefonu nebo jízdy metrem jsme neustále ve spojení. To vedlo Sibling, australský designérský kolektiv, k vytvoření vysoce designové verze Faradayovy klece.
Zrcadlový box, nazývaný ON/OFF, má návštěvníkům poskytnout krátký okamžik ticha. „Spojení je považováno za nesporně pozitivní stav,“ říká Timothy Moore, spoluzakladatel Sibling. „Ve světě plném připojovacích notifikací, jako jsou aktualizace stavu, četování a lajky, jsme sledováni sociálními sítěmi, prodáváni Applem a sledováni Google Street View. Zajímá nás, jaký je opačný stav a co může nabídnout.“
Konstrukce o ploše 12 metrů čtverečních byla postavena z reflexní izolační fólie, která působí jako bariéra mezi vnějším světem uvnitř klece. Návštěvníci vejdou, zavřou dveře a najednou jsou bez sítí. „První věc, kterou kdokoli udělá, když vstoupí do klece je, že vytáhnou své chytré telefony a sledují, jak pruhy WiFi zmizí,“ říká. Uvnitř jsou jasně bílé perforované stěny, které poskytnou klidné prostředí, kde mohou lidé trávit čas přemýšlením o věcech, které nemají nic společného s Instagramem či Twitterem.
„Venku je úplně jiný život. Klec je pokryta mřížkou zrcadel, která vyzývá lidi k fotografování a zveřejňování na sociálních sítích. „Vytvořilo to prostředí, které návštěvníky přimělo pořizovat si spoustu selfie kvůli intenzivním odrazům,“ vysvětluje Moore. „To je v ostrém kontrastu s pobytem v kleci, kde bylo lidem fyzicky zabráněno být součástí sítí.“
Mladý muž pořádal v kleci několik akcí se svým bratrem, při kterých sledovali, co se může stát, když jsou lidé nuceni odejít do tichého/hluchého prostoru. V mnoha případech byli lidé s dočasným oddechem od všech sítí v pořádku, ale některé ten klid po chvíli znervózňoval. Jeden dokonce zpanikařil. Cílem On/OFF není vynutit u lidí totální odpojení, ale spíše je přimět, aby méně panikařili, když nejsou zrovna online. Pro některé lidi je nepředstavitelné, že budou po nějakou dobu sami se sebou. Představa, že ztratí přehled, co se děje na sítích, zatím co oni jsou zcela bez internetu.
Každý by měl najít sám v sobě to „pomyslně“ tlačítko umět se na chvíli ODPOJIT.
Zdroj: wired.com
Warning: Undefined array key "sssp-ad-overlay-priority" in /data/web/virtuals/326454/virtual/www/wp-content/plugins/seznam-ads/includes/class-seznam-ssp-automatic-insert.php on line 276
Foto: star line / freepik
Foto: Kyle Palmer / PPPL Communications Department
Foto: geralt / Pixabay
Foto: NADACE KNUTA A ALICE WALLENBERGOVÝCH/MAGNUS BERGSTRÖM/Volný zdroj z tiskové zprávy
Foto: geralt/Pixabay
Foto: 2092512/Unsplash
Foto: 12222786/Pixabay
Foto: Openverse
Foto: Charles-Edouard Cote/Shutterstock
Foto: Krysja/Shutterstock
Foto: Jacek Dylag/Unsplash
Foto: Laurent Fignon /Par BONTEMPS/Wikimedia | 
Foto: Agence Rol - Tento snímek pochází z online knihovny Gallica/Wikimedia
Foto: Pexels/Pixabay
Foto: Ramaz Bluashvili/Pexels
Foto: Zrcadlovy-box / SIBLING