Minulým dílem seriálu TOP5 jsme definitivně opustili téma fyzikálních kosmických observatoří, které jsme prozkoumali ze všech stran a úhlů. V dnešním díle se zaměříme na něco, čemu vědci někdy napůl žertem říkají dědkologie. Podíváme se totiž na nejvýznamnější světové fyziky, po nichž se jmenují některé kosmické sondy či observatoře. Samozřejmě si povíme něco i k těmto samotným kosmickým misím, ale to jen velmi stručně, dnes budeme probírat hlavně osobnosti a životy pěti velmi uznávaných a pro historii vědy důležitých fyziků.

5) Bruno Rossi

Bruno Rossi
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Význačný italský experimentální fyzik Bruno Rossi pocházel z Benátek, kde se v dubnu 1905 narodil Rinovi a Lině Rossiovým. Jeho rodiče měli židovský původ a Bruno byl nejstarší z jejich tří synů. Až do 14 let byl Bruno vyučován doma, teprve poté začal poprvé navštěvovat běžnou školu. Vysokoškolské vzdělání získal na univerzitách v Padově a Boloni.

Po úspěšném zisku univerzitního titulu nastoupil v roce 1928 jako odborný asistent na univerzitě ve Florencii a již o rok později úspěšně promoval jeho první student, Giuseppe Occhialini. Rossiho v této době velmi zaujalo kosmické záření, jež se stalo jeho novou oblastí výzkumu.

Rossi s Occhialinim vylepšili Botheho metodu detekce částic a použili ji při studiu kosmického záření. Rossi dále prostudoval práci Carla Størmera o trajektoriích nabitých částic v magnetickém poli Země a uvědomil si, že se intenzita kosmického záření může lišit podle toho, z jakého směru přilétá. Navrhl příslušná pozorování a na konferenci v Římě vysvětlil fyzikální komunitě jejich význam.

Bruno Rossi a Enrico Fermi
Zdroj: https://ilbolive.unipd.it/

Krátce po římské konferenci provedl Rossi dva důležité experimenty. V prvním prokázal schopnost některých částic kosmického záření pronikat až metr silnou vrstvou olova. Ve druhém pozoroval interakci částic kosmického záření s částicemi olova za vzniku několika sekundárních částic. Jedná se o dvě složky kosmického záření, jejichž povaha byla vysvětlena až později.

V roce 1932 byl jmenován profesorem na univerzitě v Padově, jejíž rektor ho požádal, aby dohlížel na stavbu nového fyzikálního institutu (otevřen 1937). Mezitím se vydal do Asmary v dnešní Eritrei, aby prověřil vliv směru na kosmické záření. Efekt se totiž nejlépe projevuje v blízkosti rovníku. Ukázalo se, že intenzita kosmického záření přicházejícího ze západu je výrazně vyšší, než toho z východu. To znamená, že většina částic má kladný elektrický náboj (totéž zjistili i Thomas Johnson a Luis Alvarez).

Bruno Rossi s manželkou Norou.
Zdroj: https://www.indire.it/

V Africe náhodou zachytil i další zajímavý jev, spršky kosmického záření vzniklé dopadem primárních vesmírných částic na zemskou atmosféru a jejich interakcí s atomy atmosféry. Později tento jev nezávisle objevil i francouzský fyzik Pierre Auger, jemuž je prvenství občas nesprávně přisuzováno.

Svou manželku Noru potkal Bruno Rossi poprvé v roce 1937. Nora měla slavné předky, její otec byl profesor fyziologie v Palermu, dědeček lékař a kriminalista, dvě tety zase známé pedagožky a spisovatelky. Fyzika měla evidentně u Nory úspěch, svatba proběhla ani ne za rok. Rossi sám nebyl politicky aktivní, jeho přátelé ale měli potíže kvůli nefašistickým postojům. Navíc jeho novomanželka i on sám byli Židé. A protože antisemitské nálady v Itálii stoupaly, začali mít manželé oprávněné obavy.

Bruno Rossi s Robertem Millikanem a Arthurem Comptonem.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Nakonec Rossiho v důsledku rasových zákonů propustili z univerzity a přišel o občanství. To byla poslední kapka a manželé se rozhodli uprchnout do Dánska, kam je pozval Niels Bohr. Zde ale pobyli jen dva měsíce. Bohr totiž Rossimu sehnal místo u Patricka Blacketta v Manchesteru. V Anglii se Rossi nadále věnoval kosmickému záření, zkoumal vznik fotonů a elektron-pozitronových párů.

Ani v Manchesteru nakonec manželé nebyli dlouho, kvůli blížící se válce jim Blackett doporučil další emigraci. Arthur Compton je pozval do USA, kam také odjeli. V New Yorku se setkali s manželi Fermiovými, kteří manželé Rossi převezli do Chicaga. Zde Rossi získal post na univerzitě.

Společně s Comptonem navrhli pokus týkající se nedávno objevených mionů. V kosmickém záření by měly být přítomny, jsou ale nestabilní. Kvůli rostoucí intenzitě kosmického záření s nadmořskou výškou experimentovali na hoře Mount Evans (4350 m) v Coloradu. Výsledky byly příznivé. Prokázali, že miony jsou skutečně nestabilní a že jejich průměrná doba života jsou asi 2,4 mikrosekundy.

Identifikační fotografie Bruna Rossiho z projektu Manhattan.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Compton ale nebyl schopen pro Rossiho získat v Chicagu trvalé místo. Shodou okolností se zrovna uvolnilo místo na Cornellově univerzitě, Hans Bethe Rossiho doporučil a ten zde získal docenturu. Brzy začal vést i prvního doktorského studenta Kennetha Greisena.

V roce 1942 se Rossi zapojil do válečného úsilí, na Massechusettském technologickém institutu (MIT) pomáhal vyvíjet radary. O rok později se připojil k projektu Manhattan, kde se na Oppenheimerovo přání ujal vedení skupiny zodpovídající za vývoj diagnostických nástrojů potřebných pro správné fungování atomové bomby. Společně s Jamesem Allenem vyvinuli ionizační komoru schopnou rychle a účinně měřit hodnoty radiace. Po válce si ji nechali patentovat a začala se běžně používat i v částicové fyzice. Později se věnoval pokusům testujícím podmínky nutné pro úspěšnou implozi a navrhl úspěšnou metodu detekce gama záření použitou při prvním jaderném testu Trinity.

Jeden z přístrojů používaných při výzkumu kosmického záření.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Po válce odešel na MIT, kde se stal profesorem fyziky. Vzal s sebou i několik kolegů, aby s ním dále zkoumali kosmické záření. V roce 1947 byly objeveny piony, jejichž výzkumu se Rossiho tým věnoval. Dokázali, že zdrojem elektromagnetické složky interakcí kosmického záření nejsou elektrony, nýbrž fotony, což ověřilo správnost Oppenheimerovy představy o vzniku neutrálních i nabitých pionů rychlým rozpadem právě z fotonů. Kromě pionů v této době zkoumali i K mezony (kaony).

Různých částic bylo objevováno čím dál více, byla tedy uspořádána konference na níž Rossi přednesl souhrn známých informací a navrhl nový systém značení částic. Panovala obecná shoda na nutnosti začít používat urychlovače částic. Rossiho skupina se chystala demontovat mlžnou komoru, ale ještě předtím pozorovali zvláštní událost rozpadu nabité částice na tři fotony a energii vyšší než energie protonu. Na základě toho našli Owen Chamberlain a Emilion Segrè antiproton (Nobelova cena 1959).

Další roky věnoval Rossi se svými kolegy výzkumu atmosférických spršek kosmického záření. Byly pozorovány vysoce energetické částice a zjištěna vysoká izotropie přicházejících částic. Později skupina experiment opakovala v Indii a také v Bolívii ve vysoké nadmořské výšce. Potvrdilo se, že částice přichází ze všech směrů, struktura spršek byla ale odlišná v nízké a vysoké nadmořské výšce.

Explorer 10
Zdroj: https://rammb.cira.colostate.edu/

Následující experiment provedený v Novém Mexiku zkoumal energie přicházejících částic. Ukázalo se, že u energií 10¹⁷ až 10¹⁸ eV intenzita kosmického záření prudce klesá. Detekována byla ale i částice s energií 10²⁰ eV, což je tolik, že mohla přiletět pouze z galaktického hala nebo z jiné galaxie.

V reakci na vypuštění Sputniku vytvořili Američané nový poradní orgán Space Science Board, určený pro otázky vědy a kosmického programu. V jeho představenstvu zasedl i Rossi. Společně s dalšími členy svého podvýboru se zaměřili na zkoumání plazmatu v meziplanetárním prostoru. Připravili úspěšnou misi Explorer 10, jež fungovala jen několik desítek hodin, ale zvládla objevit magnetopauzu.

Observatoř Rossi X-ray Timing Explorer (RTXE).
Zdroj: https://sesda.com/

Výzkum vesmíru Rossiho zajímal i nadále, věnoval se experimentům se sondážními raketami. S jejich pomocí objevil první známý kosmický zdroj rentgenového záření Scorpius X-1. Podílel se též na první rentgenové observatoři Uhuru. Do penze odešel roku 1970, i poté však učil na univerzitě v Palermu. Na Nobelovu cenu byl mnohokrát nominován, ale nikdy ji neobdržel. Roku 1990 napsal autobiografii. Zemřel na zástavu srdce v listopadu 1993, pohřben je v Itálii.

NASA po něm pojmenovala rentgenový dalekohled vypuštěný na raketě Delta II v roce 1995. Rossi X-ray Timing Explorer (RTXE) pozoroval černé díry, neutronové hvězdy, pulsary a další objekty. Sonda byla použita k nalezení prvního kandidáta na černou díru střední hmotnosti, odvození velikosti nejmenší známé černé díry nebo k potvrzení efektu strhávání prostoročasu předpovězeného obecnou relativitou. Konec mise nastal v roce 2012, o šest let později družice zanikla v atmosféře.

4) Max Planck

Max Planck, zakladatel kvantové teorie
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Zakladatel kvantové fyziky Max Planck je ze všech fyziků v našem dnešním výběru nejdříve narozeným, světlo světa spatřil poprvé již v roce 1858 v Kielu, kde jeho otec vyučoval ústavní právo. Měl šest sourozenců a již od dětství projevoval nadání pro matematiku a fyziku, ale také hudbu. Proto velmi váhal, zda bude na univerzitě studovat umění či přírodní vědy.

Ke štěstí vědecké obce se nakonec rozhodl pro fyziku a v roce 1874 nastoupil na Mnichovskou univerzitu. Zde však nevydržel příliš dlouho a po roce a půl odešel do Berlína, působiště dvou velkých osobností německé fyziky té doby, Gustava Kirchhoffa a Hermanna von Helmholtze. V té době se, právě pod vlivem svých dvou vzorů, věnoval zejména termodynamice. Roku 1878 se ovšem vrátil do Mnichova a roku 1879 zde získal doktorský titul.

Pouhý rok po dokončení doktorátu se stal docentem. V roce 1885 zaznamenal velké úspěchy v pracovním i osobním životě. Získal post profesora na univerzitě v Kielu a oženil se se svou přítelkyní Marií Merck. Manželé měli později 4 děti. Koncem 80. let přešel na univerzitu do Berlína, kde byl krátce na to jmenován profesorem teoretické fyziky.

Max Planck s manželkou a dětmi.
Zdroj: https://64.media.tumblr.com/

V Berlíně potom působil až do odchodu do důchodu, a jeho osobnost byla pro místní univerzitu velmi důležitá. Právě on měl hlavní zásluhu na tom, že se z Berlína stalo jedno z nejdůležitějších center světové vědy a Planck osobně byl hlavní osobností německé fyziky přelomu století. V roce 1894 byl zvolen do Pruské akademie věd, jíž později dokonce dlouhá léta předsedal.

Právě do tohoto období se datují Planckovy největší vědecké úspěchy. Jak už jsme si řekli, věnoval se především termodynamice, konkrétně jej zaujal problém záření absolutně černého tělesa, ideálního tělesa pohlcujícího záření všech vlnových délek na něj dopadajících a současně ideálního zářiče, vyzařujícího ze všech těles o stejné teplotě nejvíce energie.

Plnou černou čárou záření absolutně černého tělesa o teplotě 5000 K podle Planckova zákona. Čárkovanou čarou pak podle klasické fyziky.
Zdroj: https://farm4.static.flickr.com/

V roce 1899 objevil jednu ze základních fyzikálních konstant, dnes nazývanou po něm Planckova. Zakrátko objevil i zákon záření absolutně černého tělesa, který vyjadřuje závislost intenzity záření na frekvenci. Planck tento zákon nejprve odhadl, posléze jej i odvodil. Tím vyřešil problém tzv. ultrafialové katastrofy, jednu z největších záhad klasické fyziky, spočívající v tom, že absolutně černé těleso by mělo vydávat tepelné záření o nekonečném výkonu. Zatímco klasická fyzika dokázala předpovědět výsledky experimentů pro dlouhé vlnové délky, u kratších vlnových délek se se skutečností značně rozchází. Zásadní rozdíl se pak objevuje od ultrafialové oblasti spektra.

Vývoj znalostí přesné hodnoty Planckovy konstanty.
Zdroj: https://www.researchgate.net/

Jak si Planck uvědomil, pokud nebude docházet ke spojitému vyzařování, ale toto se bude odehrávat nespojitě po kvantech, nesoulad pozorování a teorie zmizí. Planck si ale v té době skutečný význam kvant neuvědomil, považoval je jen za pomocnou hypotézu, reálně dle něj neexistovala. Až o pět let později Albert Einstein plně docenil význam kvant a použil je při vysvětlení fotoelektrického jevu. Za to získal roku 1921 Nobelovu cenu za fyziku. Planck obdržel ocenění ve stejném oboru roku 1918.

Starý Max Planck se svou druhou manželkou.
Zdroj: https://64.media.tumblr.com/

Výše zmíněná Planckova konstanta (značená h) je právě konstantou Planckova vyzařovacího zákona. Jde o jednu ze základních konstant mikrosvěta i fyziky obecně, proto se objevuje v mnoha vzorcích kvantové mechaniky. Její hodnota je přesně 6,62607015×10^-34 J⋅s. Občas se můžete setkat i s redukovanou Planckovou konstantou, značenou jako přeškrtnuté h.

Planck navrhl i přirozenou sadu jednotek, v níž by základní fyzikální konstanty (rychlost světla, gravitační konstanta, redukovaná Planckova konstanta a Boltzmannova konstanta) měly hodnotu 1. Dnes se tato sada Planckových jednotek běžně používá, pro výpočty je totiž velmi často výhodná. Základní Planckovy jednotky, s nimiž se lze setkat nejčastěji, jsou Planckova délka (řádově 10^-35 metru), Planckův čas (řádově 10^-44 sekundy) a Planckova hmotnost (řádově 10^-8 kilogramu). Mezi odvozené jednotky pak patří Planckova hustota, teplota, plocha, objem nebo energie.

Profesor Planck v roce 1919.
Zdroj: https://bigthink.com/

Ale zpět k životu Plancka, v roce 1909 jej postihla tragédie, jeho manželka Marie zemřela. Později se Planck oženil znovu a s druhou manželkou měl ještě syna Hermanna. Aby toho nebylo málo, v roce 1916 padl jeho syn Karl v bitvě u Verdunu a v letech 1917 a 1918 zemřely jeho dcery Greta a Emma při porodech.

Erwin Planck před soudem.
Zdroj: https://medias.pourlascience.fr/

V pracovním životě se mu vedlo o dost lépe, dva roky byl rektorem univerzity v Berlíně, přednášel a podílel se na vydávání vědeckých časopisů. Roku 1926 odešel do penze, věnoval se přemýšlení o filosofii, náboženství, hudbě a turistice. Předsedal společnosti císaře Viléma a v roce 1933 se pokusil přesvědčit Hitlera, aby ušetřil vědce židovského původu. Neuspěl však a byl nucen rezignovat z Akademie věd.

Období konce 2. světové války pro něj bylo velmi nešťastné. Roku 1944 došlo při náletu ke zničení jeho domu, Planck ztratil mnoho ze svých zápisků a poznámek. V lednu 1945 jej navíc postihla další osobní tragédie, jeho syn Erwin byl popraven kvůli účasti na neúspěšném atentátu na Hitlera. Planck po konci války ještě odjel do Londýna na oslavu 300. výročí narození Newtona, krátce na to v roce 1947 ale zemřel v Göttingenu.

Sonda Planck se svým nejslavnějším výsledkem, mapou reliktního záření.
Zdroj: https://www.esa.int/

Planckovo jméno nesla evropská sonda provádějící zatím nejpřesnější průzkum reliktního záření z počátku vesmíru. Observatoř fungovala v letech 2009 až 2013, pořídila několik kompletních map oblohy, ale především zpřesnila množství kosmologických parametrů. Podle zjištění sondy je vesmír starý 13,79 miliardy let a k oddělení reliktního záření od látky došlo v čase 380 000 let po začátku. Hodnota Hubbleova parametru činí 67,7 (km/s)Mpc. Pokud jde o složení vesmíru, ten je tvořen hlavně temnou energií (69,4 %), dále temnou hmotou (25,8 %) a běžnou baryonovou hmotou (4,8 %).

3) Subrahmanyan Chandrasekhar

Subrahmanyan Chandrasekhar
Zdroj: https://images.indianexpress.com/

Jeden z nejvýznamnějších indických fyziků historie přišel na svět v roce 1910 ve městě Láhaur, dnes paradoxně patřícím Pákistánu, s nímž má Indie dlouhodobě, eufemicko řečeno, velmi napjaté vztahy. Fyziku Chandrasekhar začal studovat ještě v Indii v Mádrasu, ale brzy byl přijat na význačnou anglickou univerzitu v Cambridgi.

Proto se v roce 1930 vydal na cestu do Anglie. V té době naštěstí nebyla letecká doprava, jako dnes, kdy lze přeletět z Indie na Britské ostrovy za několik hodin. Proč říkám naštěstí? Chandrasekharova několik měsíců dlouhá plavba totiž navždy změnila historii astrofyziky i vědy obecně. Devatenáctiletý mladík se na své cestě zajímal o zvláštní typ hvězd, zvaných bílí trpaslíci, poprvé pozorovaných už v 18. století. Zhruba v době Chandrasekharova narození byla zaznamenána jejich neobvyklá slabost a pak se podařilo zjistit, že se jedná o tělesa složená z plazmatu nevázaných jader a elektronů.

Připomínka Chandrasekharovy práce na titulní straně vyhledávače Google.
Zdroj: https://gumlet.assettype.com/

Chandrasekhar na moři určoval ze známých údajů parametry bílých trpaslíků a na základě výpočtů dospěl k jednoznačnému a překvapivému závěru. Bílí trpaslíci nemohou mít neomezenou hmotnost, ale naopak je jejich hmotnost striktně omezena. Do této dané hmotnosti vyváží účinky gravitace tlak degenerovaného elektronového plynu. Pokud ale tuto hranici bílý trpaslík překročí, degenerační tlak už není schopen gravitaci odolávat a objekt se zhroutí na neutronovou hvězdu.

Této mezi říkáme Chandrasekharův limit, její hodnota je 1,44 M_S a je velmi důležitá nejen pro fyziku. Jeden z typů supernov, typ Ia, totiž vzniká zvláštním způsobem. Když je běžná hvězda hlavní posloupnosti součástí dvojhvězdy s bílým trpaslíkem, přetahuje si často kompaktnější bílý trpaslík hmotu z běžné hvězdy. V okamžiku, kdy jeho hmotnost překročí zmíněný limit, dojde k explozi.

Supernova typu Ia
Zdroj: https://scx1.b-cdn.net/

Tento druh supernov je pro astrofyziky dosti užitečný. Jejich exploze jsou velmi výkonné, lze je tedy pozorovat na obrovské vzdálenosti mnoha miliard světelných let. Ale co je důležitější, jelikož je limit 1,44 M_S neměnný, mají všechny supernovy typu Ia podobnou absolutní magnitudu. Dají se proto užít jako tzv. standardní svíčky při měření vzdáleností ve vesmíru. Právě s jejich pomocí určily dva týmy astrofyziků koncem 90. let tempo rozpínání vesmíru a zjistili, že se rychlost expanze zvyšuje.

Když jsme si řekli, nakolik je Chandrasekharův výsledek pro fyziku důležitý, říkáte si možná, že jej další odborníci přijali s nadšením. Ale to byste se mýlili. Práce se nelíbila hlavně Arthuru Eddingtonovi a bohužel v tom byly do značné míry i osobní důvody. Eddington si uvědomoval možnou existenci černých děr, ta se mu ale ani za mák nezamlouvala. Kdyby Chandrasekharova mez skutečně platila, znamenalo by to, že by hvězdy na černé díry mohly zkolabovat (neutronové hvězdy v té době ještě nebyly známy, ale i ony mají hmotnostní limit). Eddington proto tvrdil, že v přírodě prostě musí existovat nějaký mechanismus, který hvězdě zabrání „chovat se takto absurdním způsobem“.

Subrahmanyan Chandrasekhar si přebírá Nobelovu cenu.
Zdroj: https://64.media.tumblr.com/

Celá situace byla nesmyslná a svým způsobem až komická. Mnoho fyziků (Bohr, Pauli, …) souhlasilo s Chandrasekharovými závěry, nicméně Eddington platil za natolik velkou osobnost astrofyziky, že nebyli ochotni mladého Inda veřejně podpořit. Naoko souhlasili s Eddingtonem, ale jen co odešel, diskutovali se zájmem o Chandrasekharových výsledcích. Kdyby Chandrasekharovy výsledky kolegové ihned přijali, mohl se vývoj astrofyziky výrazně urychlit. Místo toho byla jeho práce na čas zapomenuta, de facto až do Eddingtonovy smrti v roce 1944. Jde o poměrně smutný případ. Eddington ve své době přemýšlel velmi pokrokově, podporoval Einsteinovy myšlenky a v podstatě založil moderní astrofyziku. Bohužel v tomto případě se u něj svěží myšlení neprojevilo.

Subrahmanyan a Lalitha Chandrasekharovi
Zdroj: https://mag.uchicago.edu/

Od roku 1937 vyučoval Chandrasekhar v USA na univerzitě v Chicagu, americké státní občanství získal o 16 let později. Nobelovu cenu za fyziku (1983) už obdržel jakožto Američan. Jak si můžete sami spočítat, od svého přelomového objevu čekal na Nobelovu cenu 53 let, od publikace objevu 52 let. Až donedávna držel smutný rekord v délce čekání na Nobelovskou medaili mezi fyziky. 21. srpna 1995 zemřel ve věku 84 let v Chicagu na infarkt.

Rentgenová observatoř Chandra
Zdroj: https://astrobiology.nasa.gov/

Americká NASA se rozhodla pojmenovat rentgenovou observatoř vypuštěnou do vesmíru v roce 1999 při letu raketoplánu Columbia STS-93 na jeho počest Chandra (to byla Chandrasekharova přezdívka). Observatoř je aktivní dodnes a má na svém kontě celou řadu úspěchů. Zaznamenala například první emisi rentgenového záření pocházející z Kuiperova pásu, pozorovala řadu supermasivních černých děr, zbytků supernov jako je Cassiopeia A nebo Krabí mlhovina a změřila Hubbleovu konstantu.

2) Arthur Compton

Arthur Compton
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Arthur Holly Compton se narodil 10. září 1892 v Ohiu. Jeho otec Elias byl profesor filosofie a úspěšný akademik. Není proto divu, že Arthur získal o vědu zájem, podobně jako jeho bratr Karl, rovněž úspěšný fyzik, a též další bratr Wilson, bývalý prezident Washingtonské státní univerzity.

Bakalářský titul získal Arthur z Worchester College, instituce jeho otce, poté ale přešel na Princeton, kde získal magisterský a doktorský titul. Rok působil na univerzitě v Minnesotě a následně získal práci jako výzkumný pracovník u firmy Westinghouse. V roce 1920 ale odešel na Washingtonovu univerzitu do St. Louis, neboť zde byl jmenován profesorem fyziky. Za 3 roky se však stěhoval znovu, tentokrát na univerzitu do Chicaga, kde působil jako vedoucí laboratoře později zodpovědné za konstrukci prvního jaderného reaktoru na světě, na čemž měl zásluhu především Enrico Fermi. Do St. Louis se Compton vrátil v roce 1945 a působil zde až do odchodu do penze.

Comptonův efekt
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Po odborné stránce se zabýval především rentgenovým zářením, u nějž zkoumal rozptyl. Zaobíral se například rozptylem vysoce energetických fotonů na elektronech, u nichž našel úhlovou závislost změny vlnové délky. Fotony gama či rentgenového záření narazí na elektron, ztratí část své energie, mění směr a pokračují dále v letu jako záření o vyšší vlnové délce. Tomu dnes říkáme Comptonův jev a jde o jeden ze základních důkazu duality vln a částic. Může se objevit i tzv. inverzní Comptonův jev, kdy naopak elektrony předávají energii fotonům. Tento efekt se často vyskytuje třeba v astrofyzice.

Arthur Compton (vlevo) a Luis Alvarez (vpravo) při práci.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Charles T. R. Wilson tento jev následně prokázal v mlžné komoře, zařízení pro detekci částic, kterou sám vymyslel a sestrojil. Proto oba muži v roce 1927 obdrželi Nobelovu cenu za fyziku. Compton hlavně za teoretickou předpověď výše zmíněného jevu, Wilson zejména za vynález mlžné komory.

V pozdějším období se Compton věnoval dalším vlastnostem rentgenového záření. Objevil totální odraz a úplnou polarizaci těchto paprsků, což vedlo k lepšímu pochopení elektronového obalu atomů. U rentgenového záření zkoumal i spektra, čímž dokázal zpřesnit výsledky Milikanova experimentu, jímž byl objeven elementární náboj. Dále se věnoval záření kosmickému, určil vliv geomagnetických zeměpisných souřadnic na intenzitu tohoto záření. Díky tomu začali odborníci intenzivně studovat interakce magnetického pole Země s částicemi přicházejícími z kosmu.

Setkání předních vědců v roce 1940. Zleva doprava – Ernest Lawrence, Arthur Compton, Vannevar Bush, James Conant, Karl Compton a Alfred Loomis.
Zdroj: https://simacstatic.s3.amazonaws.com/

Ve 40. letech se Compton aktivně účastnil projektu Manhattan, který měl za cíl vytvořit americkou atomovou bombu. Jak už jsme si řekli, účastnil se stavby prvního pokusného jaderného reaktoru a vedl také skupinu snažící se o výpočet přesného umístění uranu uvnitř grafitové obálky, aby mohla začít probíhat řetězová reakce. V roce 1941 byl jmenován předsedou výboru Národní akademie věd pro zhodnocení možnosti využití atomové energie ve válce. Jeho poznatky vedly k zřízení reaktorů štěpících uran a později k reaktorům přímo určeným k produkci plutonia v Hanfordu.

Na rozdíl od řady kolegů zděšených silou atomových zbraní, Compton použití pum proti Japonsku nejen schvaloval, ale dokonce hrál i roli v rozhodnutí o jejich nasazení. Domníval se také, že USA mají povinnost zajistit, aby se tyto zbraně nedostaly do rukou totalitních režimů. Navrhoval proto rozmístění co největšího počtu amerických atomových zbraní po celém světě a jejich případné použití proti Sovětskému svazu.

Comptonova gama observatoř.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

V roce 1961 odešel do penze a jen o rok později, ve věku 69 let, zemřel. S manželkou Betty měli dva syny, starší Arthur pracoval jako diplomat, mladší John zastával funkci profesora filosofie na Vanderbiltově univerzitě v Nashvillu.

Po Arthuru Comptonovi byla pojmenována gama observatoř vynesená do vesmíru v roce 1991 při letu raketoplánu Atlantis STS-37. Fungovala do roku 2000, kdy NASA rozhodla o jejím řízeném zániku. Comptonova observatoř významně pomohla v našem pochopení gama záblesků. Celkově jich viděla několik tisíc, nejznámějším je patrně GRB 990123, jeden z nejsilnějších do té doby známých, a první u nějž byl detekován i dosvit ve viditelném světle.

Čestné zmínky

Giuseppe „Beppo“ Occhialini na snímku s výše zmíněným Patrickem Blackettem.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Fyziků, po nichž jsou pojmenovány vesmírné sondy a observatoře je samozřejmě více. Vynechal jsem Arthura Eddingtona, jehož jméno měla nést plánovaná mise, jež byla ale nakonec zrušena. Rovněž jsem opomenul Isaaca Newtona a Alberta Einsteina, o nichž si myslím, že jsou dostatečně známí z jiných zdrojů a není nutné zde mlátil už stokrát vymlácenou slámu.

Nedostalo se ani na dva další italské fyziky, Giuseppe „Bepi“ Colomba, jehož výzkum se točil kolem planety Merkur, a proto se po něm jmenuje sonda BepiColombo letící k Merkuru, a Giuseppe „Beppo“ Occhialiniho, který propůjčil jméno italsko-nizozemské rentgenové observatoři BeppoSAX.

Za zmínku stojí i dva antičtí vědci, v tomto případě spíše z oblasti matematiky a astronomie. Jde o Eukleida, jehož jméno nese mise Euclid určená ke studiu temné hmoty a energie, a také Hipparcha, tvůrce prvního známého katalogu hvězd v historii. Sonda Hipparcos byla určena k modernímu měření hvězd a jejich katalogizaci, není tudíž překvapení, jakého pojmenování se jí dostalo.

Johannes Kepler
Zdroj: https://www.physics.muni.cz/

Z doby vzniku moderní vědy a éry těsně poté bychom měli připomenout tři osobnosti. Především Johannese Keplera a „jeho“ sondu Kepler zkoumající extrasolární planety. Dále Williama Herschela, objevitele infračerveného záření, po němž se právě proto jmenoval infračervený teleskop ESA. A v neposlední řadě též Michaila Lomonosova, jehož jméno použili Rusové při pojmenování svého astronomického vesmírného projektu.

Naopak z moderní doby bychom neměli opomenout astrofyzika Davida Wilkinsona, hlavního vědce sondy WMAP, přičemž to W v názvu je právě Wilkinson. Jedna z velkých astronomických observatoří NASA, infračervený Spitzerův teleskop, vypuštěný roku 2003, nese jméno teoretického fyzika Lymana Spitzera. Šlo o odborníka na fyziku plazmatu a člověka, který se už ve 40. letech 20. století zabýval možností astronomických dalekohledů v kosmickém prostoru. Sondě Parker Solar Probe, v tuto chvíli obíhající kolem Slunce, dal jméno fyzik Eugene Parker, autor teorie slunečního větru.

1) Enrico Fermi

Mladý Enrico Fermi v době svého studia v Pise.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Na prvním místě našeho seznamu nemůže být nikdo jiný, než nejvýznamnější italský fyzik v historii Enrico Fermi. Narodil se v Římě v prvním roce 20. století, měl dva starší sourozence. Již od dětství jej bavily přírodní vědy, v čemž jej rodina velmi podporovala. Stejný zájem měl i jeho bratr Giulio, který ale bohužel zemřel v mladém věku na následky operace.

Fermi se rozhodl, že půjde studovat fyziku na univerzitu do Pisy. Místní fakulta nabízela studentům ubytování zdarma, přijímací zkoušky byly ale velmi náročné. Fermi ovšem uspěl na výbornou, když profesor hodnotící výsledky uchazečů seznal jeho práci natolik kvalitní, aby postačila i k přijetí na doktorské studium.

Již v průběhu studia publikoval Fermi první vědeckou práci o elektrických nábojích. Svou kvalitu ukázal navíc obhájením doktorátu v pouhých 21 letech. Několik následujících roků strávil v zahraničí. Nejprve v Göttingenu u Maxe Borna, poté v Leidenu u Paula Ehrenfesta. Od roku 1924 učil na univerzitě ve Florencii, v roce 1926 přešel na univerzitu do Říma, kde byl jmenován profesorem a kde vybudoval špičkový tým fyziků. Mnoho z nich se velmi proslavilo a jsou známi dodnes (Emilio Segrè, Ettore Majorana, Edoardo Amaldi). V této době také poznal Lauru Capon, již si v roce 1928 vzal za manželku. Měli dvě děti a žili spolu spokojeně až do Enricovy smrti. Laura mimochodem o svém muži napsala knihu přeloženou i do češtiny.

Laura a Enrico Fermi s dětmi.
Zdroj: https://cdn.lanl.gov/

V roce 1926 objevil rozdělení popisující ve statistické fyzice chování určitého typu částic, zejména elektronů. To je dnes známo jako Fermiho-Diracovo rozdělení a používá se pro popis chování částic známých jako fermiony. Mezi ně patří třeba právě elektron, proton nebo neutron. O tři roky později byl zvolen do italské akademie věd a vstoupil i do Národní fašistické strany.

Počátkem 30. let zkoumal procesy beta přeměny, pro jeden z jejích předpokládaných produktů použil poprvé název neutrino, což v italštině znamená malý neutrální, na rozdíl od neutronu, což znamená velký neutrální. Tyto částice předpověděl Rakušan Wolfgang Pauli, Fermi jim navrhl název a rovněž vytvořil první teorii popisující jejich chování. Objev neutrin se ale datuje až roku 1956. Zasloužili se o něj američtí fyzikové Clyde Cowan a Frederick Reines.

Fermiho výzkumná skupina zvaná „Via Panisperna boys“. Zleva doprava Oscar D’Agostino, Emilio Segrè, Edoardo Amaldi, Franco Rasetti a Enrico Fermi.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Od roku 1934 se Fermi věnoval pokusům s atomovými jádry, výsledky byly skvělé, ale nedokázal je správně interpretovat. Domníval se, že spolu s kolegy uměle vytvořili první atomy těžší než uran. Za to také získal v roce 1938 Nobelovu cenu za fyziku. Ve skutečnosti však již tehdy pozorovali štěpení jader atomů. Fascinující je, že německá chemička Ida Noddack Fermiho výsledky kritizovala a navrhla dokonce správné řešení, tedy štěpení atomů. Bohužel ale neměla pro svá tvrzení potřebný teoretický základ, ani je neuměla experimentálně ověřit, její publikace tedy neměla velký úspěch.

Jaderné štěpení bylo nakonec poprvé pozorováno a správně interpretováno v nejhorší možnou dobu na nejhorším možném místě, v nacistickém Německu na prahu války v roce 1938. Experimentátory byli Otto Hahn a Fritz Straßmann, vysvětlení podali Lise Meitner a Otto Frisch.

Přibližná podoba prvního lidstvem vytvořeného štěpného jaderného reaktoru Chicago Pile 1.
Zdroj: https://compote.slate.com/

Ve stejném roce Fermi obdržel zmíněnou Nobelovskou medaili za fyziku. V té době už měl ale v Itálii problémy, rozešel se totiž ve zlém z fašistickou stranou. Po přijetí rasových zákonů si dobře uvědomoval nebezpečí pro svou manželku, původem Židovku, a rovněž pro své spolupracovníky stejného původu. Rozhodl se, že se s rodinou ze Stockholmu již nevrátí, ale naopak emigruje do USA.

Po příletu do Severní Ameriky krátce působil na Kolumbijské univerzitě v New Yorku, v roce 1942 se ale naplno zapojil do jaderného výzkumu v rámci válečného úsilí. Právě v tomto roce společně se svým týmem provedl konstrukci prvního lidstvem vytvořeného jaderného reaktoru umístěného na fotbalovém stadionu Chicagské univerzity. Reaktor připomínal spíše milíř a experiment byl silně utajován, proto známe jeho podobu pouze z maleb, fotografie nejsou k dispozici. Když v roce 1944 Fermi získal americké státní občanství, angažoval jej Robert Oppenheimer do projektu Manhattan, zaměřeného na výrobu první atomové bomby.

Edward Teller a Enrico Fermi si prohlížejí fotografii atomového hřibu nad Hirošimou.
Zdroj: https://neutrontrail.com/

Projekt byl úspěšný, válka u konce, a tak Fermi přijal post profesora na Chicagské univerzitě, kde působil až do své smrti. Současně pracoval i v Argonnské národní laboratoři. Výzkumně se zabýval zejména kosmickým zářením a částicovou fyzikou, v Chicagu zařídil i vybudování synchrotronu. Projekt Manhattan se mezitím volně transformoval na Atomic Energy Commission, Fermiho zvolili do výboru této organizace.

Když v roce 1949 Sověti provedli svůj první atomový výbuch, sepsali Enrico Fermi a Isidor Rabi zprávu, v níž silně prosazovali konstrukci ještě silnější zbraně, vodíkové bomby založené na termojaderné reakci. Byli vyslyšeni a práce na bombě skutečně začala. Vedoucím projektu se stal Edward Teller, Fermi působil jako poradce. V roce 1954 vystoupil ve známém procesu na podporu Oppenheimera. Zemřel krátce poté na rakovinu žaludku.

Fermiho gama observatoř
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Fermiho jméno použila NASA pro vesmírnou observatoř určenou k výzkumu gama záření, vypuštěnou v roce 2008. Ta je vybavena největším detektorem gama záření ve vesmíru a za svou službu si už připsala řadu zajímavých objevů. Při výbuchu novy V407 Cygni detekovala gama záření, což se u novy podařilo vůbec poprvé. Dále zaznamenala tzv. Fermiho bubliny, útvary nad a pod rovinou Galaxie o rozměru asi 25 000 světelných let. Zachytila i pozitrony, částice antihmoty vznikající v průběhu silných bouří v rovníkových oblastech na Zemi. Pozorovala rovněž nejenergetičtější známý gama záblesk a nejenergetičtější známou sluneční erupci. A nemůžeme opomenout ani její roli při studiu gravitačních vln. Právě ona našla gama záblesk GRB 170817A, elektromagnetický protějšek události GW170817.

Závěr

Zajímavé životní osudy významných fyziků 20. století, kteří dali název kosmickým sondám už tedy známe. V příštím díle zůstaneme u podobného tématu, jen se od fyziků mužů přesuneme k fyzičkám ženám a představíme si pět z nich, které nějakým způsobem ovlivnily kosmonautiku.

Použitá a doporučená literatura

• Laura Fermi – „Atoms in the Family: My Life with Enrico Fermi“ – česky jako „Atomy v rodině“ (Práce, 1975)
• Bruno B. Rossi – „Moments in the Life of a Scientist“ – (do češtiny bohužel zatím nepřeloženo)
• Arthur H. Compton – „Atomic Quest: A Personal Narrative“ – (do češtiny bohužel zatím nepřeloženo)
• David N. Schwartz – „The Last Man Who Knew Everything: The Life and Times of Enrico Fermi, Father of the Nuclear Age“ – (do češtiny bohužel zatím nepřeloženo)
• Emilio Gino Segrè, Bettina Hoerlin – „The Pope of Physics: Enrico Fermi and the Birth of the Atomic Age“ – (do češtiny bohužel zatím nepřeloženo)
• Brandon R. Brown – „Planck: Driven by Vision, Broken by War“ – (do češtiny bohužel zatím nepřeloženo)
• Kameshwar C. Wali – „Chandra: A Biography of S. Chandrasekhar“ – (do češtiny bohužel zatím nepřeloženo)
• Kip S. Thorne – Black Holes & Time Warps: Einstein’s Outrageous Legacy – česky jako Černé díry a zborcený čas (Mladá fronta, 2004) – jedna z kapitol knihy pěkně a podrobně probírá Chandrasekharův přínos a jeho spory s Eddingtonem

Zdroje obrázků

• https://www.elektrina.cz/data/images/big/article_632-wikimedia-public-domain-frontal-fermi-mh37-34791042124.jpg
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7a/Bruno_B_Rossi.jpg
• https://ilbolive.unipd.it/sites/default/files/2018-06/rossi_interna.jpg
• https://www.indire.it/wp-content/uploads/2021/09/rossi-bruno-2b-600×541.jpg
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/d/dc/ROSSI_MILLIKAN_%26_COMPTON_IN_ROME.jpg
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/48/Rossi-bruno_b.jpg
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/1/10/Bruno_Rossi%27s_Cosmic_ray_telescope.jpg
• https://rammb.cira.colostate.edu/dev/hillger/Explorer-10_image.jpg
• https://sesda.com/wp-content/uploads/2012/01/xte_artist.jpg
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c7/Max_Planck_1933.jpg
• https://64.media.tumblr.com/54506d8d620f7c3f789295d56bd9ff68/tumblr_ncfghasEoF1tmo5bpo1_400.jpg
• https://farm4.static.flickr.com/3612/3346470005_543a193584.jpg
• https://www.researchgate.net/profile/Antonio-Possolo/publication/320676149/figure/tbl1/AS:631628095303684@1527603281162/Recommended-values-of-the-Planck-constant-The-codata-tgfc-was-established-in-1969-and.png
• https://64.media.tumblr.com/9ac09c9b6e65f861ca20c077f7e2eb91/tumblr_ncfg878FXn1tmo5bpo1_500.jpg
• https://bigthink.com/wp-content/uploads/2022/11/max-planck.jpg
• https://medias.pourlascience.fr/api/v1/images/view/5a82a2e98fe56f677312b9b4/width_300/image.jpg
• https://www.esa.int/var/esa/storage/images/esa_multimedia/images/2013/03/planck_and_the_cosmic_microwave_background/12585610-3-eng-GB/Planck_and_the_Cosmic_microwave_background_pillars.jpg
• https://images.indianexpress.com/2017/10/chandrayoung-72.jpg
• https://gumlet.assettype.com/swarajya%2F2017-10%2Fdb07f3a5-4e98-4716-8a00-717345251821%2Fchandra1.jpg?auto=format%2Ccompress&w=1200
• https://scx1.b-cdn.net/csz/news/800a/2014/image001.jpg
• https://64.media.tumblr.com/88fd25068648ec150cb63c1f60c07e08/tumblr_oy2rweoZmh1twq6zdo4_1280.jpg
• https://mag.uchicago.edu/sites/default/files/story/images/18Summer_Allen_Love-notes.jpg
• https://astrobiology.nasa.gov/uploads/filer_public_thumbnails/filer_public/e8/fc/e8fc19cf-3783-4c7c-b6c6-2d756448ced3/chandra_hero.jpg__1240x510_q85_crop_subject_location-620%2C254_subsampling-2.jpg
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c3/Arthur_Compton.jpg
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/8e/Light-matter_interaction_-_schematic.svg/1024px-Light-matter_interaction_-_schematic.svg.png
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/49/Alvarez_and_Compton.jpeg
• https://simacstatic.s3.amazonaws.com/static/articleimages/Lawrence_Compton_Bush_Conant_Compton_Loomis_83d40m_March_1940_meeting_UCB.jfif
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d9/CGRO_s37-96-010.jpg/800px-CGRO_s37-96-010.jpg
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/42/Giuseppe_%28%27Beppo%27%29_P.S._Occhialini_%281907%E2%80%931993%29_and_Patrick_M.S._Blackett_%281897%E2%80%931974%29_in_1932_or_1933.png
• https://www.physics.muni.cz/astrohistorie/obrazky/kep_port.jpeg
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3c/Enrico_Fermi_giovane.jpg
• https://cdn.lanl.gov/98307928-f0e1-43c2-94df-0681b03e4cfc.jpg
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4d/Ragazzi_di_via_Panisperna_cropped.jpg
• https://compote.slate.com/images/85d29dfd-e9a2-4cbe-826d-6093ce333163.jpg
• https://neutrontrail.com/wp-content/uploads/2015/03/Fermi-and-Teller-view-Hiroshima-bombing-photo_NT.jpg
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b7/Fermi_Gamma-ray_Space_Telescope_spacecraft_model.png