Záhada z hĺbky vesmíru

Jiří Grygar, fyzik a astronóm

Jiří Grygar je jedným z odborníkov, ktorí sa zúčastňujú na projekte skúmania úplne neznámych superrýchlych častíc, letiacich kozmom. Mohli by nám priniesť nielen neuveriteľné (možno aj prevratné) nové poznatky o vesmíre, ale aj praktické využitie, napríklad pri cestovaní na vzdialené planéty. Čo také záhadné to k nám, na Zem, prilieta z vesmíru? - Zvláštne, superrýchle častice. Obrovskou rýchlosťou prilietavajú z hĺbky kozmu. Vieme o nich už asi deväťdesiat rokov, ale pokrok v ich skúmaní je malý. Nevieme, odkiaľ prichádzajú, ani čo ich urýchľuje, ako získavajú také obrovské energie. Teda – sú síce vzácne, ale vieme o nich. Ak ich tajomstvo odkryjeme, získame kľúčové informácie o tom, o čom astronómovia doteraz nevedia. Po prvý raz na ne upozornil v roku 1912 rakúsky fyzik Viktor Hess. Vzrušene sa zaujímal, odkiaľ pochádza zvláštne žiarenie, zaznamenávané v pozemských laboratóriách, ktoré ionizovalo vzduch. Väčšina fyzikov si myslela, že ide o žiarenie z hĺbky Zeme, ale Hess sa podujal na pokus s teplovzdušným balónom a gondolou. Vzal si do nej elektroskop a stúpal do výšky asi päťtisíc metrov nad morom. Meral, ako sa mení ionizácia vzduchu v závislosti od výšky. Zistil, že ionizácia s výškou neklesá, ale, naopak, stúpa. To bol prvý dôležitý objav kozmického žiarenia. Získal za to v roku 1936 Nobelovu cenu. V roku 1938 francúzsky fyzik Pierre Auger meral kozmické žiarenie v Alpách pomocou Geiger-Müllerových trubíc. Trubice s meracími prístrojmi rozmiestnil na ľadovci. S prekvapením zistil, že v určitej chvíli všetkými trubicami preleteli nejaké lúče ako salva. Usúdil, že je to signál niečoho, čo sa odohráva na hranici zemskej atmosféry, kde sa kozmické žiarenie zrazí s molekulami vzduchu. Keďže kozmická častica má veľkú energiu, rozbije molekulu vzduchu na „odrobinky“ a tie letia stále ešte veľkou rýchlosťou k Zemi a rozbíjajú ďalšie molekuly, čím vzniká akási kaskáda, rozbiehajúca sa do šírky. Kozmické žiarenie, čo je to za novinka? To predsa poznáme už z učebníc! - Po druhej svetovej vojne sa začalo intenzívnejšie skúmanie kozmického žiarenia. Zistilo sa, že z času na čas k nám z vesmíru priletí častica s neuveriteľne vysokou energiu. Takou, akú nedokážeme v pozemských urýchľovačoch vôbec získať alebo napodobniť. Doteraz, na celej Zemi, bolo zaznamenaných asi dvadsaťštyri takých častíc. Asi sú aj vo vesmíre zriedkavé a my o nich nevieme nič. Iba to, že nesú elektrický náboj. Teda preto sa v Argentíne stavia obrovské observatórium? - Začiatkom deväťdesiatych rokov sa stretol britský fyzik Alan Watson s ,,časticovým“ fyzikom Američanom Jimom Croninom, aby sa trochu o tejto téme pobavili. Usúdili, že by bolo vhodné získať o týchto extrémne energetických časticiach viacej informácií vybudovaním rozsiahlej siete moderných detektorov nie na ľadovci, ale skôr na vhodnej náhornej plošine s dobrou astronomickou klímou na ploche niekoľko tisíc štvorcových kilometrov. Spočiatku ich odborníci vysmievali a tvrdili, že aj tak nič nenamerajú, že pôjde o vyhodené veľké peniaze. Cronin s Watsonom sa však nevzdali a tvrdohlavo hľadali podporu pre svoj revolučný nápad medzi odborníkmi v časticovej fyzike i v astronómii, až nakoniec uspeli najmä medzi časticovými fyzikmi v slávnom európskom laboratóriu CERN v Ženeve. V tom čase tam pracoval aj český fyzik z nášho Fyzikálneho ústavu v Prahe Dr. Jan Řídký, ktorého ten projekt doslova nadchol. Keď sa vrátil do Prahy, sedeli sme spolu na obede v akademickej jedálni a on ma začal presviedčať o prednostiach projektu aj pre astronómiu. Povedal, že rýchlosť spomínaných častíc je taká veľká, že by bolo možné zistiť smer, odkiaľ prilietajú. Našli sme podobných nadšencov a od roku 1997 sa Česká republika zúčastňovala na prípravných rozhovoroch. Išlo vtedy najmä o to, aby sme sa mohli zúčastňovať na poradách o tomto probléme vo svete. Medzitým sme našli aj študentov, ktorých lákala príležitosť urobiť si na takom unikátnom zariadení dizertačné práce. Na riešenie problému bude slúžiť observatórium, ktoré sa stavia v Argentíne. Toto miesto na 35. stupni južnej zemepisnej šírky, tesne pod Andami, je obdĺžnik päťdesiat krát šesťdesiat kilometrov, čiže s plochou tritisíc kilometrov štvorcových. Ide teda o najväčšie vedecké zariadenie na svete. V každom rohu bude postavené astronomické observatórium so šiestimi obrými svetelnými ďalekohľadmi, zamierenými do výšky desiatok kilometrov nad plochou obdĺžníka. Celá plocha obdĺžnika potom bude vyplnená sústavou tisícšesťsto autonómnych pozemných detektorov kozmických odrobiniek. Tak sa bude vzájomne dopĺňať a kontrolovať astronomická a časticová metóda sledovania kozmického žiarenia s rekordne vysokými energiami. Ako je zrejmé, po dokončení aparatúr v roku 2006 pôjde o vôbec najväčšie prírodovedecké zariadenie na svete. Miesto na toto gigantické observatórium sa vybralo na južnej pologuli, pretože až doteraz všetky veľké prístroje na skúmanie kozmického žiarenia pracujú na severnej pologuli. A Argentína vyhrala, pretože venovala obrovský pozemok prakticky zadarmo a ponúkla aj stavebné práce, ktoré robia miestne firmy. Dvanásť ďalekohľadov buduje ČR. Ostatné krajiny sa na výstavbe zúčastňujú napríklad výrobou a dodávkou pozemných detektorov, komunikačných zariadení a výpočtovej techniky i softvéru. Česká republika vyhrala konkurz na výrobu zrkadiel do astronomických ďalekohľadov. Kedy sa stavba dokončí a začnú sa pozorovania? - V roku 2006. Observatórium Pierra Augera bude vo svojej kategórii najlepšie na svete. Údaje sa majú získavať dvadsať rokov a keby výsledky stáli za to, postavilo by sa rovnaké observatórium na severnej pologuli, pravdepodobne v Utahu v USA. A čo celkové náklady? - Asi päťdesiatpäť miliónov dolárov. To už je naozaj veľká veda, riadne drahá. Zdalo by sa, že o vesmíre vieme veľa. A najmä o kozmickom žiarení. Teraz to vyzerá inak. - Posledných asi päťdesiat rokov sa na Zemi stavajú urýchľovače častíc, veľké podzemné kruhové tunely s vákuovými, zakrivenými trubicami (dosiahnuť vákuum je veľmi drahé). Nútime v ňom častice behať tiež nakrivo, čo sa dosahuje pomocou magnetických polí a iné magnety zasa častice urýchľujú. Takéto zariadenie, najväčšie na svete, je v Ženeve a stojí asi dve miliardy eur. Energie častíc, ktoré sa tam dosahujú, a ktoré sa tam dosiahnu v roku 2008, budú však sto miliónkrát nižšie, než majú tie, čo sa budú skúmať v Argentíne. A túto záhadu dostávame z kozmického priestoru zadarmo. Teda vesmír dokáže niečo, o čom človek nemôže ani snívať. Vesmír má stále nejaké tromfy... - No, veď! To, čo my na Zemi získavame prácne a za ťažké peniaze, nám príroda pošle tak asi raz za dva roky, akoby nám chcela povedať: Len sa pozrite, ako sa to dá robiť! Nečudo, že chceme vedieť, kde vo vesmíre sa častice až takto urýchľujú. A čo ich urýchľuje? Kvazar? Čierna diera? Nemôžu nám ich posielať mimozemšťania, aby ukázali, čo vedia? - A že nás vedia riadne tromfnúť? Je veľa možností, sú aj zvláštne názory, napríklad že ide o novú fyziku, ktorú nepoznáme, ktorá sa odohráva kdesi hlboko vo vesmíre. Fantázia má voľné pole, lebo nemáme dostatočné údaje. Nedali by sa potom tie energie využiť v kozmických lodiach, ktoré by sa pohybovali rýchlejšie, a teda by sa mohli vydať na cestu vesmírom? - Možné to je. Keď pochopíme fyzikálny princíp, mohli by sme ho aj využiť. Od získavania čistých energií pre priemysel až po rýchlosť nových kozmických lodí. Vesmír možno skrýva aj ďalšie prekvapenia... - S istotou vieme, že akési prekvapenie nás čaká. Aj v takých prípadoch, ako sú tieto neznáme častice, ešte funguje Einsteinova teória? - Áno. Bezchybne. Zatiaľ nemá slabinu. Dokonca, až teraz si uvedomujeme Einsteinovu genialitu, lebo niektoré veci sa v jeho čase nedali celkom pochopiť či predvídať. Čo by ešte mohlo byť vesmírnou záhadou? - Sú dve veľké nezodpovedané otázky. Pôvod spomínaného kozmického žiarenia, jeho vlastnosti a mechanizmus urýchľovania. Druhou veľkou otázkou je existencia skrytej hmoty vesmíru. Okrem zjavnej hmoty, ktorú pozorujeme v galaxiách, planétach, čiernych dierach a v hmlovinách (a to je iba asi päť percent úhrnnej hmoty vesmíru), je tu skrytá hmota (95 percent), ktorá sa prejavuje iba gravitačnou silou. Je to niečo veľmi zvláštne, čo sa rovnomerne rozkladá celým vesmírom. Teda vo vesmíre nie je vákuum? - Povedal by som, že technicky je. Ale tam, kde chýba zjavná hmota, a kde je tá skrytá, vákuum nie je. Hustota skrytej hmoty je nízka, ale jej celková hmota je veľká. Nikto však poriadne nevie, čo to je. A ako na to prišli? - Má gravitačné účinky. Napríklad zakrivuje svetlo vzdialených galaxií. Nepadá teda teória vesmírneho ,,nič“, ktoré obklopuje kozmické telesá? - Asi áno, ale nikto nevie, čo sa zistí. Astronómovia však majú rukolapné dôkazy, že skrytá hmota naozaj existuje. Ale kde sa vzala a prečo jej je tak veľa, nikto nevie. To by teda mohlo byť prekvapenie. Môže to byť iná hmota ako tá, z ktorej je hviezdny prach alebo telesá? - Je iná. Je to niečo naozaj záhadné. Predstavte si, že by ste sa dívali na Mendelejevovu tabuľku prvkov a zrazu by sa pred vami objavila celkom iná tabuľka. Kedy sa na to prišlo? - Prvý raz v roku 1936. Vtedy si astronómovia všimli, že s hmotnosťami galaxií vo vesmíre niečo nie je v poriadku. Ale mysleli si, že ide o chyby meraní. Po druhej svetovej vojne prišli ďalšie podnety a veľký hit sa z toho stal až nedávno, asi pred piatimi rokmi. Môžu sa zo skrytej hmoty vytvárať aj nejaké telesá? - To nikto nevie a môžeme si pustiť fantáziu na prechádzku. Astronómia by bola veľmi arogantná, keby vlastnosti vesmíru odvodzovala iba z tých piatich percent zjavnej hmoty. Aj v prípade skrytej hmoty platia zákony Einsteinovej teórie? - To sa uvidí. Ale mám taký pocit, že to Einsteinova teória zvládne. Veď ako sa na to prišlo? Z gravitačných účinkov skrytej hmoty. A teória relativity je teóriou gravitácie. Gravitačné vlastnosti skrytej hmoty sú rovnaké ako zjavnej. Boli ste známym zástancom názoru, že Zem je vo vesmíre jedinečná. Stále na tom trváte? - Áno, lebo dnes máme viac údajov. Ale anglická skupina astronómov, ktorí sa nazývajú lapači hviezd, prišla na to, že existuje galaxia, kde podobná planéta ako Zem, v približne rovnakej vzdialenosti ako Zem, obieha svoje slnko... - Už je známych asi sto prípadov planét, obiehajúcich hviezdy (slnká). Ale pri skúmaní ich dráh sa zistilo, že sú celkom iné ako dráha našej planéty. Planéty našej slnečnej sústavy obiehajú takmer po kruhových dráhach. Zem je od svojho slnka v ideálnej vzdialenosti. Ukazuje sa, že tie cudzie zemegule nie sú v tej „správnej“ vzdialenosti od svojho slnka. Naša slnečná sústava je zvláštna práve svojou pravidelnosťou a stabilným obiehaním planét okolo Slnka. Dobre, ale vesmír je predsa obrovský, a teda je aj vysoká pravdepodobnosť, že niekde existuje taká príjemná planetárna sústava, ako je naša... - Je iste väčšia ako nula, ale je malá. Hovorí sa, že už by sme sa mali zoznámiť aj s piatym rozmerom. Za štvrtý sa považuje čas, však? - Áno. A veľmi vážne sa uvažuje o piatom a ďalších rozmeroch, ale dôkazy zatiaľ nie sú. Je to skôr matematický predpoklad. Takže vlastne nielen Zem je jedinečná, ale aj fakt, že sa na nej narodil človek ako Einstein... - Einsteinov prínos je naozaj fascinujúci, ale som presvedčený o tom, že to nie sú definitívne názory, napríklad na vesmír. Ale je naozaj vzácny jav, že sa narodil taký človek. Ďalším géniom bol napríklad Newton so svojou gravitačnou teóriou. A verím, že príde niekto, kto Einsteinovu teóriu posunie ďalej a zdokonalí. Možno významným príspevkom k tomu bude práve spracovanie výsledkov meraní v Argentíne. - V to dúfam. S hosťom SLOVA sa zhovárala Tatiana Jaglová

Autorka je publicistka