J. Robert Oppenheimer

Pohádka z CERNu, která lidstvo zavede až ke konci vesmíru aneb Jak hadronový urychlovač vylekal svět

16. 3. 2026 Iveta Mauci, šéfredaktorka 0 komentářů 5 min read 135 Zobrazení CERN, Francie, hadronový urychlovač, Higgsův boson, J. Robert Oppenheimer, LHC, Německo, podivné částice, RHIC, rozpad vakua, umělé černé díry, vakuum

Fyzika Nové Objevy TOP 10

Umělé černé díry, podivné částice a falešný rozpad vakua. Proč si lidé mysleli, že Velký hadronový urychlovač může zničit svět?

Ve fantasy filmech mnohdy „šílení“ vědci zničí svět. Jak daleko musí takový vědec zajít, aby své teorie předvedl v praxi? Když americký teoretický fyzik J. Robert Oppenheimer (1904–1967) v rámci projektu Manhattan provedl 16. července 1945 první úspěšný pokusný výbuch v Novém Mexiku, samotný vědec měl obavy, že zapálí atmosféru, což by pro lidstvo znamenalo fatální konec.

Něco podobného vylekalo širokou i vědeckou společnost, když v CERNu přišli s nápadem pro výzkum v částicové fyzice. Jde o tzv. velký hadronový urychlovač. Netrvalo to dlouho, když v roce 2012, rovnou dva ze čtyř experimentů objevily Higgsův boson. Částici, která dává všem částicím hmotnost. Tedy i těm nehmotným.

Nehmotným? Tak přišla chvíle, kdy si malá skupina hlasitých lidí vštípila do hlavy, že LHC zničí svět. Netrvalo dlouho, co se tyto obavy dostaly do novin.

Nástup konspiračních teorií

LHC, který se nachází v podzemí na hranici mezi Francií a Švýcarskem a Relativistický urychlovač těžkých iontů (RHIC), se téměř přes noc staly předmětem těchto konspiračních teorií. Oba urychlovače urychlují částice na rychlost blízkou rychlosti světla, než je nechají narazit do sebe. A právě tato srážka vytváří nové částice. Zároveň také ukazuje silové interakce, podobné tomu, jak se choval vesmír v okamžiku Velkého třesku a a krátce po něm.

Odvážná tvrzení, která mění svět

Tvrzení, která v té či oné podobě stále existuje dodnes, je, že LHC a RHIC „něco“ vytvoří. Nejznámější myšlenkou bylo, že urychlovače částic vytvoří černou díru, která pohltí naši Zemi.

Další konspirací bylo, že spustí falešný vakuový rozpad, což povede ke konci samotného vesmíru. Třetí myšlenka zahrnuje vznik stabilních strangeletů, což jsou zvláštní částice, které obsahují podivný kvark. A právě kvark se z nějakého blíže neurčeného důvodu pro nás problémem.

Záhady bez záhad

Nejdříve si vyvrátíme záhadu s černými dírami. LHC dává částicím spoustu energie, ale ani zdaleka to pořád nestačí k vytvoření černé díry. Černá díra je objekt s neuvěřitelně vysokou hustotou, takže je potřeba do velmi malého prostoru vměstnat spoustu hmoty (nebo energie). LHC to ale nedokáže.

Některá rozšíření/alternativy ke Standardnímu modelu fyziky částic (podle našich současných nejlepších poznatků) naznačují, že urychlovač jako LHC by mohl produkovat jednu mikročernou díru za sekundu. Předpokládejme, že tomu tak skutečně je. Čím menší je černá díra, tím rychleji se vypařuje v důsledku ztráty Hawkingova záření. V podstatě by tyto hypotetické černé díry zmizely rychleji, než se objevily.

Teorie rozpadu falešného vakua je o něco zajímavější. Je to fascinující hypotéza, že vesmír se nenachází ve svém nejnižším možném energetickém stavu. To znamená, že vesmír v dnešní podobě je pouze metastabilní a existuje i jeho stabilnější verze. Pokud by jakákoli část vesmíru dosáhla této skutečně stabilní konfigurace (skutečného vakua), byl by celý vesmír odsouzen ke změně, čímž by skončila existence celého kosmu, tak jak ho známe.

Jak je na tom skutečná fyzika

RHIC i CERN se těmito tvrzeními zabývaly a brali je velmi vážně. CERN si nechal vypracovat dvě zprávy o bezpečnosti urychlovačů částic, z nichž obě shledaly, že ohledně těchto urychlovačů částic doslova neexistují žádné obavy. To však nezabránilo propagátorům „tvrzení o nebezpečnosti“ v podání právních námitek a v pořádání protestů proti aktivaci LHC.

Mohli bychom se podrobně zabývat každým tvrzením a vyvrátit ho, ale existuje jednoduchá pravda, která by měla být přesvědčivá. A to, že tato tvrzení jsou nesmyslná. Příroda je schopná produkovat mnohem energetičtější částice než vědci a přitom je neustále vrhá na Zemi. Mluvíme tady o kosmickém záření s ultravysooui energií, která způsobuje, že zrychlení, kterého jsou vědci schopni dosáhnout v CERNu, vypadá jako dětská hračka.

Vezměme si KM3-230213A, nejenergetičtější neutrino, jaké kdy bylo detekováno a o kterém se předpokládá, že souvisí s nejaktivnější supermasivní černou dírou. Jeho energie byla 100 000krát vyšší než energie částic, se kterými se srážíme v LHC. Pokud by samotné zrychlení částic mohlo způsobit konec světa, měly by se naše obavy zaměřit na vesmír, nikoli na podzemí ve Švýcarsku.

Jak funguje Velký hadronový urychlovač?

„Velký hadronový urychlovač je stroj o délce 27 kilometrů. Nachází se asi 100 metrů pod zemí a je naplněn protony pocházejícími z řetězce injektorů,“ říká Rende Steerenberg, muž, který mačká tlačítko, aby spistil LHC.

Než se tyto protony dostanou do LHC, musí být zrychlené jinými menšími urychlovači. Silné magnety tlačí rychlost těchto částic blíže a blíže k rychlosti světla, než vstoupí do hlavního prstence LHC, kde urazí oněch 27 kilometrů rychlostí 99,9999991 procenta rychlosti světla.

Protony následně cirkulují ve dvou opačných směrech prstence a pak se tyto protony srazí ve čtyřech bodech prstence. Umístění těchto čtyř bodů představuje čtyři experimenty. ATLAS a CMS jsou víceúčelové. Mají zjistit, jaké částice vznikají při srážkách. ALICE funguje podobně jako RHIC a studuje srážky mezi ionty olova, které napodobují podmínky blízké Velkému třesku a také vyvolávají téměř alchymistickou přeměnu olova na zlato. V neposlední řadě je tu LHCb, který se snaží pochopit, proč je vesmír tvořen hmotou a ne antihmotou, a to hledáním anomálií mezi těmito dvěma proměnnými.

LHC brzy projde rozsáhlou modernizací, protože se připravuje na fázi Hi-Lumi, kde bude schopny produkovat mnohem více srážek a dále rozšiřovat to, co je již vědcům známé. Takže „nesmyslná“ tvrzení se jistě vrátí. LHC ale funguje už téměř dvacet let a lidstvo je stále tady. takže, stojí to opravdu za to ochuzovat se o spánek kvůli „nebezpečí“ částicové fyziky?

Zdroje: Bezpečnost srážek na Velkém hadronovém urychlovači (LHC) https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0954-3899/35/11/115004/pdf, Wikipedia – viz. odkazy v textu

„Stal jsem se smrtí, ničitelem světů.“ Kdo byl Oppenheimer, otec atomové bomby?

27. 7. 2023 Iveta Mauci, šéfredaktorka 4 min read 642 Zobrazení atomová bomba, Edward Teller, J. Robert Oppenheimer, projekt Menheten, TNT

Historie TOP 10 Věda

Je jedním z nejvýznamnějších vědců 20. století. J. Robert Oppenheimer, vědecký ředitel projektu Manhattan, který je označován za „otce atomové bomby“. Sám se však důrazně postavil proti jejímu dalšímu vývoji, píše WP Tech.

Triumf a tragédie otce atomové bomby“. Oppenheimer se narodil 22. dubna 1904 v New Yorku, v roce 1925 s vyznamenáním absolvoval Harvardovu univerzitu a v roce 1927, ve svých 22 letech, získal doktorát.

Oppenheimer a projekt Manhattan

Oppenheimer se stal vědeckým ředitelem projektu Manhattan, tajného amerického výzkumného programu na vývoj první atomové zbraně. Oficiálně byl zahájen 12. srpna 1942 a vůbec první jaderný test s krycím názvem Trinity byl proveden 16. července 1945 poblíž města Alamogordo v Novém Mexiku. Tehdy byla odpálena experimentální plutoniová bomba o síle přibližně 20 kilotun.

Jak Oppenheimer v roce 1965 uvedl, první slova, která mu bezprostředně po úspěšném testu vytanula na mysli, byl citát z Bhagavadgíty, svaté knihy hinduismu: „Stal jsem se smrtí, ničitelem světů“. Po svržení atomových bomb na Hirošimu a Nagasaki se postavil proti plánu americké vlády rozšířit svůj jaderný arzenál o silnější vodíkové bomby.

Jak týdny ubíhaly, Oppieho „lumíci“ začali oceňovat jeho manažerský a zpravodajský talent. „Jako předseda,“ napsal později Edward Teller, „Oppenheimer uplatňoval jemnou, neformální vládu tvrdé ruky. Nevím, jak se tomuto způsobu vedení lidí naučil. Ti, kdo ho dobře znali, byli překvapeni.“ A Bethe mu dal za pravdu: „Chápal podstatu věcí z místa a často pochopil celou záležitost po vyslechnutí jedné věty. Jednou z potíží, které měl při jednání s lidmi, bylo to, že totéž očekával od druhých.“

Hitlerova atomová bomba. Osamělý Heisenberg versus město plné nositelů Nobelovy ceny.

Skupina začala svou práci zkoumáním dřívějšího velkého výbuchu – explozí lodi plné munice, ke které došlo v Halifaxu v Novém Skotsku. Během této tragické události smetlo přibližně 5 000 tun TNT budovy z přibližně 2 % centra města a zabilo 4 000 lidí. Vědci rychle odhadli, že zbraň využívající jaderné štěpení by mohla úspěšně explodovat s dvakrát až třikrát větší silou.

Oppenheimer nyní obrátil pozornost svých kolegů na vývoj základního návrhu zařízení s řetězovou reakcí, které by bylo dostatečně malé na to, aby mělo praktické vojenské využití. Rychle se zjistilo, že toho lze dosáhnout pomocí uranového jádra umístěného v kovové kouli o průměru pouhých 20 cm. Ostatní parametry konstrukce vyžadovaly velmi pečlivé výpočty. „Vymýšleli jsme stále nové triky,“ vzpomínal Bethe, „našli jsme způsob, jak výpočty provést a na jejich základě jsme většinu triků zavrhli. Nyní jasně vidím, jak mimořádná byla síla Oppenheimerova intelektu, který byl nesporným vůdcem naší skupiny […]. Byl to nezapomenutelný intelektuální zážitek“.

Oppenheimer rychle dospěl k závěru, že s konstrukcí zařízení na bázi rychlých neutronů nejsou spojeny žádné závažné teoretické problémy. Výpočty potřebného množství štěpného materiálu byly ovšem velmi vágní. Spolehlivé experimentální údaje prostě chyběly. Nicméně z toho, co vědci věděli, bylo možné se domnívat, že množství potřebné k sestrojení zbraně by mohlo být dvakrát větší, než bylo prezidentovi předloženo o pouhé čtyři měsíce dříve. Tento rozpor znamenal, že štěpný materiál nebylo možné obohacovat v malých množstvích v laboratoři, ale musel být vyráběn ve velkých průmyslových závodech. Bomba měla být velmi drahá.

Občas Robert propadal zoufalství, protože nevěděl, zda se mu podaří vyřešit tolik hádanek. Měl takový strach, že závod s Němci prohraje, že netrpělivě odmítal všechny nabídky na výzkum, který by podle něj mohl trvat příliš dlouho. Když mu jeden vědec navrhl pracný způsob měření rozptylu rychlých neutronů, Oppenheimer usoudil, že „je lepší mít rychlejší a méně přesný způsob měření […]. Landenburgova metoda je tak pracná a nejistá, že válku prohrajeme dříve, než získáme výsledky“.

Když v červenci Edward Teller informoval skupinu o možnosti vodíkové bomby neboli „superbomby“, šla práce poněkud stranou. Teller toho léta přijel do Berkeley a byl přesvědčen, že sestrojení atomové bomby je jisté. Protože ho však diskuse o jednoduché bombě nudily, zabýval se výpočty na jiné téma. O rok dříve mu Enrico Fermi navrhl, že by se zbraň založená na štěpení mohla použít k odpálení velkého množství deuteria – těžké formy vodíku – a vytvořit mnohem silnější výbuch založený na fúzi.

V červenci Teller ohromil Oppenheimerovu skupinu výpočty, které ukázaly, že pouhých 12 kilogramů kapalného deuteria, stimulovaných štěpnou reakcí, by mohlo vyvolat explozi o výbušné síle milionů tun TNT.

Oppenheimer, otec atomovky, pracoval na černých dírách dřív, než jsme věděli, že existují

24. 7. 2023 Adam Walko 0 komentářů 4 min read 867 Zobrazení černé díry, J. Robert Oppenheimer, nejhustší objekty

Historie Nové Tajné projekty TOP 10 Věda

Dlouho předtím, než byl postaven proti Barbie, J Robert Oppenheimer pracoval na nejhustších objektech ve vesmíru

Existence či neexistence teoretického objektu nebo jevu nebrání fyzikům v jejich studiu, píše IFL Science. Za prvé, vytváří základ pro vysvětlení různých známých událostí a je možné, že protože to umožňuje matematika, vesmír také. Černé díry jsou takové objekty. Po celá desetiletí to byly pouhé podivnosti způsobující problémy v Einsteinově obecné relativitě, dokud nebyly objeveny ve vesmíru a odhalily, že slavná teorie gravitace má své limity.

Existuje mnoho fyziků, kteří na nich pracovali dávno předtím, než byla pozorována první – Cygnus X-1, v roce 1971. Mezi nimi byl J. Robert Oppenheimer, který sehrál důležitou roli při odhadu, jak hustý může být objekt, než se změní v černou díru – výpočet, který má zásadní důsledky pro některá z nejpřevratnějších pozorování současnosti.

Obecná teorie relativity byla publikována v roce 1915 a v roce 1916 německý fyzik Karl Schwarzschild našel řešení rovnic Einsteinova pole, kde se věci rozpadly. Jeho řešení se stalo singulárním na určitém poloměru, což znamená, že členy rovnice se staly nekonečnými. Nyní, z těchto prvních popisů, dostáváme termín singularita pro popis černé díry a také Schwarzschildův poloměr, kde se nachází horizont událostí černé díry.

Následující desetiletí vědci diskutovali o tom, jak „fyzikální“ toto řešení bylo. Předpokladem bylo, že věci se nezhroutí samy od sebe, ale vnitřní síly budou tlačit zpět. Planeta se sama o sobě nezhroutí jednoduše proto, že síly mezi atomy jsou dostatečné, aby ji udržely stabilní. Hvězda může být mnohem těžší, ale energie uvolněná jadernou fúzí v jejím jádru vyrovnává účinek gravitace.

Ale co se stane, když hvězda jako Slunce již nesplyne? Zhroutí se. Přesto se v té době nepovažovalo za nezastavitelné. Kvantově mechanické efekty by proměnily objekt v hustou kouli vyrobenou z elektronově degenerované hmoty. Vnitřní materiál již není v klasickém plazmatu, ale v novém stavu, kde interagují elektrony, protony a neutrony (což jsou typy fermionů).

Fermiony nemohou být všechny ve stejném energetickém stavu současně (toto je známé jako Pauliho vylučovací princip) a tato vlastnost vytváří tlak, který působí proti gravitační síle směrem ke kolapsu. Objektům, jako jsou tito bílí trpaslíci, říkáme a Slunce je předurčeno stát se jedním. Tento kvantový tlak však nebyl pevným limitem.

V roce 1931 Subrahmanyan Chandrasekhar vypočítal, že nemůžete mít bez rozdílu velkého bílého trpaslíka. Nerotující objekt vyrobený z elektronově degenerované hmoty s hmotností přesahující 1,4násobek hmotnosti Slunce (nyní nazývaný Chandrasekharova mez) nemá stabilní řešení. To je jen částečně správné.

Limitem je nyní to, kolik materiálu mohou bílí trpaslíci ukrást svému společníkovi, než se stanou supernovou. Toto je známé jako supernova typu Ia (vyslovováno jedna-A) a všechny mají stejnou svítivost, což z nich dělá skvělou standardní svíčku pro měření vzdálenosti galaxií. Jaké je tedy stabilní řešení, které je ještě hustší než bílý trpaslík? No, to je neutronová hvězda!

Zatímco bílí trpaslíci se vědě dostávali do povědomí ve stejnou dobu, kdy probíhaly tyto teoretické diskuse, neutronové hvězdy ještě nebyly objeveny. Potřebujeme Joycelyn Bell Burnell v roce 1967 s objevem prvního pulsaru (pulsujících neutronových hvězd), abychom je převedli z teorie do reality.

Neutronové hvězdy umožňují větší hmotnosti a hustoty a tato mez je nyní známá jako Tolman-Oppenheimer-Volkoffova mez pojmenovaná po Oppenheimerovi a George Volkoffovi, kteří ji vypracovali v roce 1939 díky výzkumu Richarda Tolmana.

Pro hmotnosti nižší než tento limit stačí odpuzování neutronů na krátkou vzdálenost k vyrovnání gravitace. Ale pro vyšší hmotnosti se neutronová hvězda zhroutí do černé díry. Limit vypovídá o tom, jak se hmotné hvězdy spadající do supernovy mohou změnit v neutronové hvězdy nebo v černé díry, v závislosti na jejich původní hmotnosti.

Ale nedávno jsme také měli způsob, jak otestovat Tolmanův–Oppenheimerův–Volkoffův limit pomocí některých nejpokročilejších experimentů, které máme: observatoří gravitačních vln. První historická pozorování srážky mezi neutronovými hvězdami (přičemž dva objekty se změnily v černou díru) nám umožnila odhadnout limit v reálném prostředí.

Zatímco Oppenheimer pracoval na tomto teoretickém problému dlouho předtím, než jsme znali neutronové hvězdy a černé díry jako skutečné objekty, vědomí, že existují, nevyřešilo všechny záhady, které je obklopují. Srážka neutronové hvězdy omezuje hmotnost mezi 2,01 a 2,17 hmotnosti Slunce. A přitom nejhmotnější známý pulsar je 2,35násobek hmotnosti Slunce.

Cesta k pochopení nejhustších objektů ve vesmíru je pravděpodobně ještě dlouhá, ale někteří z nejslavnějších fyziků 20. století sehráli roli v tom, co dosud známe a čemu rozumíme.