9788072527915

1. JUPITERA Č KA

Co by se stalo, kdybychom Sluneční soustavu až po Jupiter zalili polévkou?

– Amelia, 5 let

Ještě než Sluneční soustavu zalijete polévkou, ujistěte se prosím, že v ní nikdo nezůstal.

Kdyby se Sluneční soustava až po Jupiter zaplnila polévkou, někdo by to možná ještě pár minut zvládal. Pak by to v průběhu následující půlhodiny rozhodně nezvládal vůbec nikdo. A následně by skončil čas.

K zaplnění Sluneční soustavy by bylo zapotřebí kolem 2 × 1039 litrů polévky. Kdyby to byla třeba rajská, vycházelo by to na nějakých 1042 kalorií, což je víc energie, než kolik jí Slunce vyzářilo za celý svůj život.

Polévka by byla tak těžká, že z jejího enormního gravitačního tahu by se nedokázalo vymanit vůbec nic. Jinými slovy, byla by to černá díra. Její horizont událostí – tedy oblast, ve které je gravitační tah tak silný, že mu neunikne ani světlo – by sahal až k oběžné dráze Uranu. Pluto by se sice ze začátku nacházelo mimo horizont událostí, ale to mu ještě nedává důvod se radovat. Mělo by tak akorát dost času na to, aby vyslalo rádiovou zprávu, než by ho černá díra vcucla.

Jak by polévka vypadala zevnitř?

Na povrchu Země byste rozhodně stát nechtěli. I kdybychom předpokládali, že polévka bude rotovat synchronizovaně s planetami Sluneční soustavy, takže

u každé planety se budou tvořit menší víry, aby se polévka v místě dotyku s povrchem nehýbala, už jenom její tlak způsobený gravitací Země by během pár sekund rozmačkal každého obyvatele planety. Země sice nemá gravitaci tak silnou jako černá díra, ale pořád k sobě bude polévku táhnout dost silně na to, aby vás pěkně rozplácla. Vždyť rozdrtit č lověka v zemské gravitaci dokáže i tlak v běžných, vodou tvořených mořích – a Ameliino polévkové moře je mnohem hlubší než zemské oceány.

Kdybyste se vznášeli mezi planetami, mimo dosah zemské gravitace, kupodivu byste ještě nějakou chvíli byli když už ne v suchu, tak aspoň v klidu. Ale i když vás nezabije polévka, pořád ještě se nacházíte uvnitř černé díry! Nemělo by vás něco přece jenom zabít?

Možná to zní zvláštně, ale ne! Když se budete k černé díře přibližovat za běžných okolností, roztrhají vás slapové síly. Ale u velkých černých děr jsou slapové síly slabší a naše černá díra Jupiteračka má hmotnost odpovídající zhruba 1/500 hmotnosti celé Mléčné dráhy. I na astronomické poměry je gigantická – srovnatelná s těmi největšími známými černými dírami. Ameliina supermasivní černá díra by byla tak obrovitánská, že na různé části vašeho těla by působil víceméně stejný tah, a žádné slapové síly byste tedy necítili.

Přestože byste gravitační tah polévky necítili, pořád by vás urychloval a vy byste se okamžitě začali řítit do středu. Po uplynutí první sekundy byste spadli

o 20 kilometrů a pohybovali byste se rychlostí 40 kilometrů za sekundu, rychleji než většina vesmírných lodí. Ale jelikož by polévka padala spolu s vámi, ničeho podezřelého byste si nevšimli.

Jak by se polévka řítila do středu Sluneční soustavy, její molekuly by se těsnaly blíž a blíž k sobě a tlak by stoupal. Trvalo by ještě pár minut, než by se tlak dostal na úroveň, kdy vás rozdrtí. Kdyby se vám podařilo naskočit do nějakého polévkového batyskafu – takové té ponorky, ve které se lidé potápějí do hlubokých oceánských příkopů –, teoreticky byste mohli vydržet i 10 nebo 15 minut. Nakonec by ale polévce nic neuniklo. Vešker ý její obsah by klesal doprostřed, vstříc singularitě. V běžném vesmíru se všichni posouváme časem, aniž bychom se v něm dokázali zastavit nebo se obrátit opačným směrem. Jenomže uvnitř horizontu událostí černé díry se věci mají jinak – čas tu přestává plynout dopředu a začíná plynout doprostřed. Všechny časové linie se sbíhají do středového bodu.

Z pohledu nešťastného pozorovatele nacházejícího se uvnitř černé díry potrvá přibližně půl hodiny, než polévka a všechno v ní spadne až do středu. V tu chvíli se naše definice času – a vůbec celé naše chápání fyziky – hroutí.

Venku mimo polévku by čas plynul dál a hromadil by se problém za problémem. Černá polévková díra by začala nasávat zbytek Sluneční soustavy, počínaje víceméně okamžitě Plutem, následováno krátce poté zbytkem Kuiperova pásu.

V průběhu následujících několika tisíc let by černá díra vyhlodala do Mléčné dráhy pořádnou džuznu, některé hvězdy by sežrala a jiné vystřelila do všech směrů.

Pořád jsme ovšem nevyřešili jednu otázku: O jaké polévce se vlastně bavíme?

Když Amelie zaplní Sluneční soustavu vývarem a budou v něm plavat planety, vznikne tím polévka planetačka? Kdyby už v Ameliině polévce byly nudle, byla by to planetačka s nudlemi? Nebo by se planety braly podobně jako krutony, takže by to byla spíš nudlovka s planetami? Když si doma uvaříte nudlovku a někdo vám do ní nasype špetku kamení a hlíny, skutečně tomu budete říkat kamenačka s hlínou, nebo to prostě pořád bude nudlovka, jen trochu zašpiněná?

Dělá z toho přítomnost Slunce hvězdnou polévku?

Internet nic nemiluje tolik jako dohadovat se o kategorizaci polévek. Naštěstí zrovna tuhle otázku za nás dokáže zodpovědět věda. Podle našich dosavadních poznatků se charakteristiky hmoty, která do černé hmoty spadne, nezachovávají. Fyzikové tomu říkají teorém „černá díra nemá vlasy“, protože podle něj nemají černé díry žádné osobité vlastnosti ani charakteristiky, které by je odlišovaly jednu od druhé. Až na pár jednoduchých proměnných, jako je hmotnost, spin nebo elektrický náboj, jsou všechny černé díry totožné.

Jinými slovy, je úplně jedno, jaké přísady do černodírové polévky nasypete.

Výsledný pokrm bude pokaždé stejný.

Co kdybych se rukama dr žel jednoho z rotorov ých listů vrtulníku a někdo by nastartoval?

– Corban Blanset

Možná si představujete frajerskou akční scénu jako vystřiženou z filmu, něco jako tohle:

V tom případě vás musím zklamat, protože ve skutečnosti by se události odehrály spíš takhle:

Rotoru vrtulníku chvíli trvá, než se pořádně roztočí. Mezi okamžikem, kdy se dá do pohybu, a dokončením první úplné otočky plnou rychlostí uplyne

přibližně deset až patnáct sekund, což vám dává nepříjemně dost času na navázání očního kontaktu s pilotem, než vás rotace zase odveze z dohledu.

Naštěstí pro vás se kolem pilota podruhé obtáčet nemusíte, protože nejspíš ostudně rychle sletíte.

Udržet se na hladkém povrchu rotorového listu je dost těžké i v klidu. A i když se vám podaří najít pohodlný úchyt, s největší pravděpodobností vám ruce podklouznou dřív, než list dokončí jednu otočku.

Listy vrtulníku jsou dost velké, a proto se můž e zdát, ž e se pohybují pomaleji, než tomu ve skutečnosti je. Lidé nejsou na rychle se pohybující velké objekty zvyklí. Kdy ž vrtulník sedí na př istávací ploše a jeho listy se otáčejí pomalu, můž e to působit celkem neškodně, asi jako závěsný kolotoč nad dětskou kolébkou. Ale kdybyste se zkusili na konec jednoho listu zavěsit, odmrštil by vás překvapivou silou.

Rotoru můž e od nastartování trvat tak pět až deset sekund, než obkrouží první půlotoč ku. Kdybyste se na něj pověsili, nohy by vám v tuhle chvíli kvůli odstředivé síle švihaly viditelně do strany a vy byste se cítili o pět až deset kilo těžší. Naštěstí se většina vrtulníkových rotor ů točí tak blízko nad zemí, ž e pád se vám nejspíš podař í přežít jen s drobný mi oděrkami a pohmož děnou důstojností.

Pokud se přece jenom udržíte, půjde to rychle z kopce. V okamžiku, kdy rotor dokončí první úplnou otočku,* už za vás bude odstředivá síla tahat silněji než gravitace a nohy vám budou švihat výrazně našikmo. Navíc na vás bude působit dodatečná síla odpovídající tomu, jako by se na vás pověsil další č lověk.

Můžete se držet sebepevněji, ale stejně budete mít problém se udržet. Jestli se chcete po vrtuli svézt hezky kolem dokola, zkuste se poohlédnout po nějakém řešení, které vám udrží ruce přitisknuté k rotorovému listu.

* Každopádně si vyberte vrtulník s dostatečnou mezerou mezi hlavní vrtulí a zadním rotorem, protože jinak se budete muset vždycky ve správnou chvíli přitáhnout jak atletický přeborník.

Když bude rotor pokračovat ve zrychlování běžným tempem a vy se na něm nějak udržíte, budou vám po další jedné úplné otočce švihat nohy víceméně vodorovně do stran a ruce budou držet mnohonásobek vaší tělesné hmotnosti. Pokud se udržíte 20 sekund, bude už rotor obtáčet jednu celou otáčku za sekundu a vaše ruce budou držet váhu odpovídající několika tunám. Po 30 sekundách se vrtule stoprocentně pustíte, tak či onak. Jestli vaše ruce zůstanou připevněné k rotoru, pak nezůstanou připevněné k vašemu tělu.

Vrtulník z toho nebude mít o nic větší radost než vy. Rotory nebudou moct zrychlovat jako při běžném vzlétnutí. Vždyť stejná síla, jaká působí na vaše ruce,

musí působit i na vrtulník. Listy vrtulníku jsou konstruované tak, aby vydržely pnutí odpovídající mnoha tunám, jenomže za běžných okolností se pnutí rovnoměrně rozloží mezi jednotlivé listy. Když bude na jeden list působit větší síla než na jiné, bude sebou vrtulník házet jako špatně vyvážená pračka.

Když se na špičku jednoho listu přidá hmotnost byť jenom několika desítek gramů, může to způsobit (nebo naopak vyrušit) nepříjemně silné vibrace. Přidání hmotnosti odpovídající celému jednomu č lověku by způsobilo, že se vrtulník převrátí a roztrhá sám sebe dlouho předtím, než se dostane na plnou rychlost.

Ale jak se tak o tom bavíme… tohle už začíná znít jako slušná scéna z akčního filmu. Znáte takové ty scény, ve kter ých padouch uniká vrtulníkem, zatímco hrdina přiběhne, vyskočí a zavěsí se na přistávací ližiny?

Kdyby hrdina opravdu chtěl padouchovi zabránit v útěku…

… stačí, aby se zachytil o kousek výš.

3. NEBEZPE Č N Ý CHLAD ?

Bylo by nebezpečné stát vedle velkého objektu s teplotou 0 kelvinů?

– Christopher

Onoho dne jste se rozhodli nainstalovat si do obýváku ultrastudenou železnou krychli.

Nejdřív to hlavní – ať vás ani nenapadne na ni sahat. Dokud odoláte nutkání dotknout se jí, s největší pravděpodobností vám žádná bezprostřední újma nehrozí.

Studené věci se chovají jinak než teplé.[zdroj?] Zatímco přetrvávání v blízkosti žhavého objektu vás může velmi rychle zabít (pokud vás zajímají podrobnosti, náhodně nalistujte víceméně kteroukoli jinou stránku téhle knihy), přetrvávání v blízkosti studeného objektu vás okamžitě nezmrazí. Horké předměty sálají tepelným zářením, čímž ohřívají okolí. Oproti tomu studené předměty žádné studené záření nevypouštějí. Prostě jen tak pokojně stojí na místě a nic nedělají.

Ale i když naše krychle žádné studené záření nevydává, kvůli absenci tepelného záření vám rychle začne být zima. Vaše tělo totiž  – stejně jako všechny teplé objekty – neustále vyzařuje teplo. Jediné štěstí je v tom, že teplo zároveň sálá i ze všeho

kolem vás – z nábytku, ze zdí, ze stromů  –

a tohle příchozí tepelné záření vám částečně kompenzuje ztrátu tepla, které vyzáříte. Pokojovou teplotu obvykle měříme ve stupních Celsia, ale kdybychom si teploměry přepnuli na kelviny, hned by se ukázalo, že většina předmětů v místnosti má víceméně totožnou absolutní teplotu – něco mezi 250 a 300 kelviny –

a že všeho sálá teplo.

Když se postavíte k něčemu, co je mnohem studenější než pokojová teplota, nebude teplo, které ztrácíte příslušným směrem, kompenzováno žádným příchozím teplem a dotyčná strana vašeho těla se tak bude mnohem rychleji ochlazovat. Což se vám bude jevit, jako kdyby z předmětu sálala zima.

Podobné „studené záření“ ucítíte, když o letní noci vyjdete ven a podíváte se ke hvězdám. Na obličeji pocítíte chlad, protože se vaše tělesné teplo začne ztrácet do vesmíru. Když si výhled na oblohu zastíníte deštníkem, hned vám bude o trochu tepleji – skoro jako kdyby deštník „blokoval zimu“ přicházející z nebe. Tenhle účinek „studené oblohy“ může dokonce ochlazovat objekty na teploty nižší, než je teplota okolního vzduchu. Když necháte pod otevřeným nebem ležet talíř s vodou, může přes noc zamrznout, i když teplota vzduchu ani na chvíli neklesne pod bod mrazu.

Vedle naší studené krychle vám bude zima, ale ne zas až taková – nic, co by nevyřešil huňatý kabát. Ale ještě než vyrazíte na nákup kryogenních krychlí, musíme si promluvit o vzduchu.

Studené objekty můžou kondenzovat samotný vzduch, takže se na jejich povrchu začne srážet tekutý kyslík, jako by to byla rosa. Když je objekt dostatečně studený, může na něm kyslík dokonce zmrznout. Inženýři pracující s chlazenou průmyslovou technikou si musejí na hromadění kyslíku dávat pozor, protože tekutý kyslík je dost nebezpečná záležitost. Je vysoce reaktivní a s oblibou způsobuje, že se hoř lavé předměty samy od sebe vzněcují. Hodně studený předmět vám tak snadno může podpálit dům.

K největším rizikům ultrastudených materiálů patří skutečnost, že mnohdy nechtějí ultrastudenými zůstat. Když se tekutý dusík nebo suchý led zahřejí a změní na plyn, hodně se při tom rozepnou a často tak z místnosti vytlačí vešker ý běžný vzduch. Jediné vědro tekutého dusíku se může změnit v dostatečné množství plynného dusíku na vyplnění celé místnosti – což je blbé, pokud potřebujete dýchat kyslík.

Naštěstí železo je při pokojové teplotě pevné, takže si nemusíte dělat starosti, že by se vaše železná krychle vypařila. Dokud odoláte pokušení se jí dotknout, nedovolíte kyslíku, kter ý se vysráží na jejím povrchu, přijít do styku s ničím hořlavým a budete na sobě mít teplý kabát, nejspíš se vám nic nestane.

ROZMYSLELI JSTE SI TO A ZMRZLOU KRYCHLI UŽ NECHCETE

Zahřát se na pokojovou teplotu potrvá krychli neskutečně dlouho. Celé dny si bude hovět na místě při kryogenních teplotách, pozvolna nasávat teplo z místnosti, a přitom pořád zůstane dost studená na to, aby zmrazovala vzduch.

I kdybyste otevřeli okna a pustili topení naplno, aby byl okolní vzduch co nejteplejší, potrvá přinejmenším týden, než se krychle začne k pokojové teplotě

aspoň přibližovat.

Můžete to zkusit urychlit tím, že krychli obestavíte třeba deseti přímotopy –samozřejmě s pomocí elektrikáře, protože jinak si doma spálíte všechny pojistky.

I tak ale zahřívání potrvá několik dní.

Jestli chcete krychli rozmrazit rychleji, můžete ji zkusit polívat vodou. Voda se okamžitě změní v led, kter ý budete odsekávat a odstraňovat, přičemž část tepla z vody tím pokaždé přejde do železa. Touhle technikou sice spotřebujete vodu, co by vystačila na naplnění několika van, ale asi tím krychli dostanete na rozumnou teplotu rychleji.

Jakmile se železo ohřeje na pokojovou teplotu, stane se jen dalším předmětem ve vaší domácnosti. Snad se vám líbí tam, kde je – protože odstěhovat hladkou, osmitunovou kostku železa by bylo tak náročné, že už by asi bylo jednodušší, kdybyste se přestěhovali vy.

Jestli se vám stěhovat nechce a poohlížíte se po nějakém jiném způsobu, jak se železné krychle zbavit, můžete ji zkusit zahřát ještě víc

O tom, co se bude dít v takovém případě, si povíme v následující kapitole.