Obhájce (ex offo) Zdeněk Mikulášek, ÚTFA PřF, Masarykova univerzita, Brno Ano!

 Světlo  Světlo – bude obžalováno z hrdelních zločinů, hrozí mu, že bude uvrženo do temnice. Má obhajoba se pokusí vyzvednout i světlé stránky světla a přesvědčit vás, abyste jej vzali na milost.  Světlo  Světlo – všichni víme o čem je řeč…  Pohled na světlo se v průběhu historie navazující lidské kultury stával stále propracovanější a konkrétnější.  Vývoj: od pusté spekulace až k vědě a aplikacím  Historie poznávání světla  Historie poznávání světla má řadu milníků, v současnosti objev stíhá objev, zejména v oblasti světelných technologií. Fyzika světla se ale začala bouřlivě rozvíjet koncem 19. stol. a počátkem 20. stol.

 Světlo – příčné vlnění s různou vlnovou délkou.  Barevnost světla  Barevnost světla – vysvětlena smícháním tzv. čistých, spektrálních barev v různém poměru. Může tak vzniknout i čistě bílé světlo.  Spektrální rozklad  Spektrální rozklad – hranolem, mřížkou – umožnil i chemický rozbor plazmatu – charakteristická spektra chemických prvků a sloučenin.  Spektrum světla Slunce, Měsíce, hvězd – barevný podklad přerušovaný řadou různě tmavých čar, čar týchž prvků, jaké jsme nacházeli na Zemi.  Definitivní popření dvojí fyziky – pozemské a nebeské – jsme součástí vesmíru. Ve vesmíru platí všude tytéž zákony, je složen z týchž součástek jako svět kolem nás. astrofyziky  Toto východisko zkoumání kosmu – umožnilo v 19. stol. vznik úspěšné aplikace fyziky – tzv. astrofyziky, vědy opírající se o rozbor světla.  Řada otázek kolem světla ale byla nezodpovězena. Čím se světlo šíří, proč chemické prvky svítí v určitých vlnových délkách. Praxe předběhla fyziku.

elektromagnetické vlnění  Světlo – elektromagnetické vlnění – podle Maxwellových rovnic se může šířit i vakuem (éteru netřeba), a to nejvyšší možnou rychlostí, rychlostí světla, c = 2, ·10 8 m s –1 (přesně). Existuje jednoznačný vztah mezi kmitočtem a vlnovou délkou: c = λ ν.  Optické záření  Optické záření – viditelné lidským okem λ (400 –800) nm = (4 – 8) x m, odpovídající frekvence – stovky biliónů Hz, rozsah 1 oktáva.  V tomto oboru září Slunce a hvězdy s povrchy o teplotě tisíců K – záření absolutně černého tělesa má maximum λ max = 2,898 ·10 –3 m/ T.  Člověk vyzařuje nejvíce v oblasti mikrovln 10 μm, většina záření ve vesmíru (reliktní, T = 2,718 K) má délku cca 1 mm! 80 oktáv  Existují ale i jiné mechanismy vzniku EM záření – jsme schopni vyrobit a detektovat radiové vlny o vlnové délce několika km, i tvrdé kosmické záření až m! Rozsah 24 řádů – 80 oktáv!

Planckova konstanta, foton  Kvantování světla – nejmenší dávka EM záření o kmitočtu ν je hν, kde je Planckova konstanta, h = 6, x J s. Částice světla – 1 foton.  Fotony  Fotony jsou částice s energií hν, hybností hν/c a hmotností hν/c 2, pohybovat se mohou jen rychlostí c – to souvisí s tím, že jejich klidová hmotnost je nulová. Rozmezí energií je 24 řádů, nejenergetičtější pozorovaný foton 51 J.  Optické fotony jsou natolik lehké, že je lze velice snadno tvořit i likvidovat. Nicméně dokáží přenášet energii i informaci na vzdálenosti miliard světelných let. gravitační čočkování  Fotony nemají náboj – pohybují se po geotikách, směr záření je s to ovlivnit jen gravitace. Záření tak dává věrohodnou informaci o vesmíru do vzdálenosti mnoha miliard světelných let. U vzdálenějších objektů vše komplikuje gravitační čočkování – pohled na nejvzdálenější vesmír lze přirovnat k světu za sklenicí minerálky.  Unisex fotonů  Unisex fotonů: Foton a antifoton jsou totožné částice – nelze zjistit, podle záření nelze hmotný či antihmotný svět rozlišit.

 Proměny role světla v historii vesmíru. Ta oficiálně začíná velkým třeskem, tedy okamžikem stvoření vesmíru, tak jak ho známe. Autoritou na otázky stvoření je ovšem bible. A tam se o světle mluví…  Kniha Mojžíšova první – Genesis. Kapitola 1.: 1. Na počátku stvořil Bůh nebe a zemi. 2. Země pak byla nesličná a pustá, a tma byla nad propastí, a Duch Boží vznášel se nad vodami. 3. I řekl Bůh: Buď světlo. I bylo světlo! 4. I viděl Bůh, že je to dobré; i oddělil Bůh světlo od tmy…  Má bible úplnou pravdu? Jak to sdělení interpretovat po našem?  Fotony tu byly už od samého začátku vývoje vesmíru. Při jeho expanzi platí: T ~ R -1, hustota energie látky ~ R -3, ovšem hustota energie fotonů ~T 4 ~ R -4. Energie, tedy důležitost fotonů byla mnohokrát větší než ostatní složek látky. éra světla anihilovaly  Hned po o VT tak nastala éra světla, kdy fotony byly dominantní. Při jejich srážkách vznikaly dvojice částice – antičástice, ty pak zase anihilovaly.

 Hmotnosti tehdejších fotonů – srovnatelné hmotnostmi hvězd. Fotony a průběžně vytvářená látka byly v dotyku – v termodynamické rovnováze. narušení symetrie  Expanzí vesmíru ovšem teplota snižovala, fotony ztrácely na hmotnosti. Kreovaná hmota a antihmota byly zpočátku v dokonalé rovnováze. Při chladnutí ale časem došlo ke narušení symetrie: začalo vznikat malounko více hmoty než antihmoty: na 10 miliard antičástic pak připadalo 10 miliard + 1 částic.  Částice a antičástice postupně anihilovaly, změnily se v fotony. Přebytečné částice daly vznik našemu světu. reliktní fotony  Od té doby antihmota ve vesmíru chybí, zato fotonů je řádově 10 7 více než částic, a jejich podíl stále roste. Převažují mezi nimi tzv. reliktní fotony. tepelné smrti  Zajímavé je, že vesmír byl od svého vzniku ve stavu TR, čili tepelné smrti. Nicméně díky organizovanému rozpínání vesmíru se kletba tepelné smrti, kdy byl jakýkoli vývoj látky znemožněn, sňala.

 Kolem roku po VT teplota ve vesmíru klesla pod 2200° C. Dosud volné elektrony se spojily s protony do atomů vodíků a vesmír náhle zprůhledněl. Světlo oddělilo od hmoty a začalo žít svým vlastním životem. Jeho vývoj už byl diktován jen rozpínáním vesmíru. Reliktní fotony se natahovaly, ztrácely na energii. reliktního záření  Vesmír se od té doby zvětšil asi 900krát, teplota reliktního záření spadla na 2,72 K. RZ přináší informaci o stavu světa pár set tisíc let po VT.  Objevili jej Penzias a Wilson 1964 (NC 1978), studováno družicemi COBE, WMAP a Planck. Tato pozorování postavila dnešní kosmologii na pevné základy, víme teď s velkou určitosti, kdy došlo k VT, jak se vesmír rozpíná a jaká bude jeho budoucnost. hvězdy  Po oddělení začal překotný vývoj baryonové hmoty, objevily se hvězdy – neúnavné to zdroje optických fotonů – během jejich vývoje se z povrchu hvězd vyzáří několik set tisíc fotonů na částici. Ale ani tak se počet hvězdných fotonů počtu fotonů RZ nepřekoná.  Ve velmi vzdálené budoucnosti se všechny částice postupně přemění v záření, nastane nová éra záření, tentokrát však nesmírně chladného a neplodného.

 Kdo, my?  Astronomové? Lidi? Živé bytosti?  Život na Zemi Slunci  Život na Zemi je osudově spjatý s aktivní fází života hvězdy, která je hlavním zdrojem jeho energie, na nadprůměrně hmotné a přitom zcela klidné hvězdě hlavní posloupnosti, na Slunci.  Život se v pozemských mořích objevil hned, jak jen to bylo možné, nicméně dlouho byl jednobuněčný a jeho vývoj byl pomalý. Závislý byl na světle, po nocích zamrzal.  Vše do doby, než se v buňkách prarostlin objevila tělíska chlorofylu a začal zázrak fotosyntézy. Zelené barvivo katalyzovalo složitý proces přeměny H 2 O a CO 2 na glukózu, zdroj energie, nezávislý na světle. Tato energie vznikla akumulací energie světla v průběhu fotosyntézy. Tuto nahromaděnou energii z doby před milióny let dodnes využíváme třeba spalováním fosilních paliv.  Fotosyntéza vyvolala prudký rozvoj života i z jiných důvodů.

 Obsah CO 2 v atmosféře Země začal klesat, tím se snížil vliv skleníkového efektu. Eliminoval se tím fakt, že Slunce během svého zvyšovalo svůj zářivý výkon.  V atmosféře Země začal zvyšovat obsah O 2 a tím i dynamika života, v mořích se objevili vícebuneční živočichové, kteří spolu s rostlinami záhy osídlili i souš. člověk rozumný  Nastal překotný vývoj, na Zemi se vystřídalo fantastické množství životních forem, z nichž pak jediná – člověk rozumný – si podmanila celou zeměkouli. Stalo se tak díky evolučnímu experimentu – vyvinutému mozku a schopnost vzájemné spolupráce a předávání si informací. očí  Nejvíce informací člověk získává prostřednictvím nejsofistikovanějšího ze smyslů – páru očí, schopných barevného i nočního vidění.  Oči jsou důležité i pro všechny ostatní živočichy, takřka všichni z nich mají nějaký orgán vidění, který se u nich vytvořil až sedmi nezávislými cestami jejich prenatálního vývoje.

astronomů  Oči pak byly po řadu století hlavním pozorovacím přístroje dávných astronomů.  Teprve nedávno se dostaly ke slovu dalekohledy, družice, a další přístroje, které jsou schopny detektovat i velice slabé světlo vzdálených objektů. To je našim hlavním pojítkem se vzdáleným vesmírem, hlavním zdrojem informací o nich.  Bez světla bychom tu prostě nebyli.  Kdo, no přece my!  Světlo? Vezměte ho na milost.  Ano, rozhodně ANO!