V minulém dílu našeho letního seriálu jsme uzavřeli téma objevů kosmických observatoří. Dnes se zaměříme opět na jedno životopisné téma. Podíváme se totiž na pět fyziků, kteří zásadním způsobem ovlivnili kosmonautiku. Abych předešel otázkám a nepříjemným komentářům, podotýkám rovnou, že jsem vybíral spíše méně známá jména, která by si zasloužila více zpropagovat a také osoby, o nichž jsme na našem webu ještě podrobně nemluvili. Takže fyziky jako Albert Einstein, Isaac Newton, James Clerk Maxwell, Richard Feynman či Douglas Osheroff zde nečekejte. Přesto si myslím, že by vás můj výběr mohl zaujmout.

5) Chandrasekhara V. Raman (1888-1970)

První asijský a nebělošský držitel Nobelovy ceny v jakémkoli vědním oboru, to je C. V. Raman, indický fyzik narozený koncem 80. let 19. století do rodiny tamilských brahmánů. Už jako malý projevoval velký talent na přírodní vědy, střední školu dokončil ve věku třinácti let, bakalářský titul z univerzity v Mádrasu pak obdržel o tři roky později. V osmnácti publikoval první vědeckou práci týkající se difrakce světla, načež o rok později, roku 1907 získal magisterský titul. Poté odešel do Kalkaty jako asistent hlavního účetního. To však byla jen krátká epizoda, neboť zakrátko byl jmenován profesorem fyziky na univerzitě v Kalkatě, kde poté působil až do roku 1932. Jeho jmenování však vyvolalo několik kontroverzí.

Raman totiž neměl doktorát a nestudoval v zahraničí, navíc si vymohl, že nebude muset učit, pokud by výuka měla být v rozporu či kolizi s jeho vlastním výzkumem. Nakonec roku 1921 obdržel čestný doktorát a ve stejném roce podnikl první cestu do Evropy, zejména na Oxford, kde bylo jedno z tehdejších center světové fyziky. Ramana tato cesta inspirovala k vlastnímu výzkumu. Například v důsledku plavby po Středozemním moři začal zkoumat, proč má mořská voda právě takovou barvu, jakou má. Jeho velkým zájmem byla i akustika. Napsal několik prací zkoumající z fyzikálního pohledu indické bubny, piano či smyčcové strunné nástroje. Jeho nejdůležitější výzkum se však přece jen týkal něčeho jiného.

Od roku 1923 totiž Raman intenzivně zkoumal rozptyl světla. Později i se svým kolegou K. H. Krishnanem. Velkou vzpruhou pro ně byl objev Comptonova jevu pro rentgenové záření, věřili, že by něco podobného mělo být možné i pro viditelné světlo. Na počátku roku 1928 tak provedli klíčový experiment v němž objevili nový typ záření, které vzniká, když fotony dopadajícího světla interagují s vibračními a rotačními stavy atomů či molekul. Rozptýlené záření má přitom jinou vlnovou délku než záření dopadající. Dnes má Ramanův jev celou řadu aplikací, hlavní je bezesporu Ramanova spektroskopie. Ta je velmi prospěšná v astrobiologii, takže Ramanovy spektrometry nalezneme na roverech Perseverance i Rosalind Franklin.

Raman se později rád chlubil, že vybavení na tento klíčový experiment jej stálo jen 200 rupií. Ale vyplatilo se, po nezávislém potvrzení získal Raman v roce 1930 Nobelovu cenu, o kterou nesmírně stál. Raman byl totiž velmi sebestředný muž a například ke svému kolegovi a spoluobjeviteli Ramanova jevu Krišnanovi se v některých případech choval vyloženě odporně, šikanoval ho, neuváděl jej jako autora článků a neodpustil si dokonce ani rýpnutí po Krišnanově smrti. Kontroverzní bylo i neudělení ceny sovětským fyzikům Landsnergovi a Mandelštamovi, kteří pozorovali Ramanův rozptyl dříve. Je však pravda, že svůj výzkum publikovali později a také kolegové je dostatečně nedocenili a nenominovali je na Nobelovu cenu.

4) Rudolf Mössbauer (1929-2011)

Jeden z nejvýznačnějších německých fyziků druhé poloviny minulého století se narodil v roce 1929 ve třetím největším německém městě Mnichově, které mělo hrát v jeho životě důležitou roli po celou dobu, až do smrti. V tomto městě strávil dětství a vychodil základní i střední školu. Rozhodl se zde také studovat univerzitu, konkrétně si vybral Technickou univerzitu v Mnichově, kde získal bakalářský i magisterský titul. Po jeho dokončení se v roce 1955 rozhodl odejít na Institut Maxe Plancka pro lékařský výzkum, který sídlí v Heidelbergu. Protože však tato organizace není vysokou školou, formálně stále zůstával na univerzitě v Mnichově, aby mohl udělat doktorát, což se mu také v roce 1958 úspěšně podařilo.

V průběhu činnosti na své dizertaci učinil Mössbauer důležitý objev, když nalezl proces, jímž atomové jádro emituje či naopak absorbuje gama záření beze ztráty energie jaderným zpětným rázem. Toho lze využít při měření malých změn energie v atomových jádrech, celých atomech či krystalech způsobených elektrickým, magnetickým či gravitačním polem. Něco takového se zdá být poněkud abstraktní, ale už v roce 1960 použili Mössbauerem objevený efekt američtí fyzikové Robert Pound a Glen Rebka v klasickém relativistickém experimentu, když v laboratoři prokázali existenci gravitačního rudého posuvu. Možná i to vedlo k tomu, že hned roku 1961 obdržel Mössbauer Nobelovu cenu za fyziku. Jde o jeden z nejkratších rozdílů mezi objevem a oceněním.

Ještě roku 1960 přesídlil Mössbauer na Feynmanovo pozvání na Kalifornský technologický institut, kde byl jmenován profesorem fyziky. O čtyři roky později jej však Technická univerzita v Mnichově přesvědčila k návratu. Mössbauer si nicméně vymohl, že bude na fyzikální části univerzity zaveden americký systém pracovišť a výuky, který jej na Caltechu silně ovlivnil a oslnil. To tradicionalistickou univerzitu značným způsobem rozhýbalo a vylepšilo. Od té doby byl Mnichov přední německé fyzikální pracoviště. V roce 1972 přijal Mössbauer post na Laueho Langevinově institutu v Grenoblu, který měl zrovna k dispozici nový výzkumný jaderný reaktor. Po pětiletém funkčním období se vrátil zpět do Mnichova, kde působil až do smrti v roce 2011.

Mössbauer byl, podobně jako Feynman, vysoce ceněn jako pedagog. Přestože vedl celou řadu velmi náročných kurzů, byl mezi studenty velmi oblíben. Nejdůležitější jeho zásluhou však zůstává použití Mössbauerova jevu ve spektroskopické technice, kdy se měří množství gama fotonů absorbovaných jádry atomů daného prvku. Nelze použít pro všechny prvky, Mössbauerovsky aktivních je něco přes čtyřicet prvků, zdaleka nejčastěji se však užívá železo ⁵⁷Fe. Mössbauerovy spektrometry mají celou paletu možných aplikací. Používají se třeba pro analýzu vzorků z Marsu a z Měsíce, které obsahují železo. A tento typ spektrometrů se už dokonce dostal i přímo na Mars, konkrétně je nesly rovery Spirit a Opportunity.

3) Luis Alvarez (1911–1990)

Americký fyzik španělského původu narozený v roce 1911. Mládí strávil v San Franciscu a v Rochesteru, později vystudoval Chicagskou univerzitu, kde se pod vlivem A. Comptona věnoval kosmickému záření. Zjistil, že více záření přichází ze západu, z čehož usoudil, že jej tvoří převážně kladně nabité částice. K doktorskému studiu byl přijat na Kalifornskou univerzitu v Berkeley, kde studoval u dalšího slavného fyzika E. Lawrence. Věnoval se zde výzkumu radioaktivní beta přeměny, společně s F. Blochem změřil magnetický moment neutronu a zjistil též, že super těžký vodík tritium je nestabilní, zatímco helium-3 je stabilní, nikoli naopak, jak se dříve myslelo. Tady také poprvé navázal spolupráci s J. R. Oppenheimerem.

Po začátku války se nejprve podílel na práci Metalurgické laboratoře na MIT v Massachusetts, kde se zabýval vývojem radarů a v této souvislosti navštívil i Anglii, kde se spřátelil s A. C. Clarkem. V roce 1943 se připojil k projektu Manhattan, konkrétně k části v Chicagu vedené Fermim. O rok později se přesunul do Los Alamos, kde vyráběl rozbušky pro plutoniovou atomovou bombu. Po válce se vrátil do Berkeley, přičemž se soustředil zejména na částicovou fyziku. Navrhl některá vylepšení urychlovačů částic, a především bublinkové komory, v níž místo etheru použil kapalný vodík, což umožnilo fotografovat stopy prolétajících částic. Díky tomu Alvarez objevil celou řadu nových elementárních částic, za což byl odměněn Nobelovou cenou pro rok 1968.

Kromě svého hlavního výzkumu měl Alvarez též v oblibě celou řadu dalších aktivit, například miloval letectví. Zejména jej ale fascinovalo řešení různých záhad, není proto divu, že si velmi rozuměl s Feynmanem, který si jej hodně vážil. Alvarez kupříkladu odborně zkoumal filmové materiály z atentátu na Kennedyho. Navrhoval také částicové experimenty prováděné ve vysoké nadmořské výšce, původně jako balonové experimenty, což později přímo vedlo k pokusům umístěných na vysoko letících letadlech a na družicích. Rozpracoval též metodu mionové tomografie, kterou použil k průzkumu velkých egyptských pyramid. Prohledal touto technikou pětinu velké Rachefovy pyramidy a zjistil, že neobsahuje žádné neznámé komory.

Fanoušci kosmonautiky jej však budou znát nejspíše díky spolupráci s jeho synem z prvního manželství Walterem Alvarezem. Walter, narozený v roce 1940, následoval částečně stopy svého otce, stal se rovněž vědcem, oblíbil si však geologii. Společně objevili, že vymírání na přelomu křídy a třetihor má mimozemský původ. V geologických vrstvách z té doby objevili materiály, jež mohly vzniknout jen za vysokých tlaků a teplot. To značí, že se Země srazila s velkou planetkou, což bylo později také potvrzeno a na rozhraní poloostrovu Yucatan a Mexického zálivu byl i objeven kráter Chicxulub. Práce otce a syna Alvarezových se pochopitelně promítla i do výzkumu impaktních kráterů na mimozemských tělesech.

2) Norman F. Ramsey (1915-2011)

Významný americký fyzik se narodil za první světové války ve Washingtonu DC Minně a Normanu Ramseyovým. Přes matku měl německý původ, přes otce skotský. Oba rodiče byli vzdělaní, matka učila na univerzitě v Kansasu, otec absolvoval slavnou vojenskou akademii ve West Pointu a za 2. světové války to dotáhl až na brigádního generála. Kvůli otcovu povolání rodina často cestovala, takže Norman vyrůstal i ve Francii. Protože byl opravdu velmi nadaný, střední školu absolvoval už ve věku 15 let. Rodiče doufali, že bude následovat otcova příkladu na West Point, protože však byl na přijetí příliš mladý, rozhodl se na Kansaské univerzitě a později na Kolumbijské univerzitě studovat inženýrství. Zde ho ovšem zaujala matematika a hlavně fyzika.

Rozhodl se proto změnit zaměření studia, navíc získal stipendium a dostal se do jednoho z center tehdejší světové fyziky na univerzitu do Cambridge, kde se učil od nejlepších fyziků té doby jako byli Born, Dirac či Chadwick. Nejvíce ho však zaujala práce Isidora Rabiho na magnetických momentech částic. Díky nově vyvinuté technice uskutečnili důležité objevy v oblasti atomového jádra. V roce 1940 získal Ramsey doktorát, oženil se a přijal post na univerzitě v Urbana-Champaign. Kvůli válce byl však Ramsey povolán do radiační laboratoře, kde se podílel na vývoji mikrovlnného radaru. V roce 1943 byl převeden přímo do projektu Manhattan, kde se podílel na úpravách bombardéru B-29, aby mohl nést atomovou pumu.

Po konci války se vrátil na Kolumbijskou univerzitu, kde pokračoval ve výzkumu magnetickým momentům částic a pomohl založit Brookhavenskou národní laboratoř. Už v roce 1947 však přijal nabídku z Harvardovy univerzity a zde pak působil dalších více než 40 roků. I poté pokračoval v bádání v oblasti magnetických momentů, magnetických polí a magnetické rezonance. Spolu se svými doktorandy, mezi nimiž vynikal hlavně Daniel Kleppner, se podílel na vývoji a výrazném zlepšení hodin založených na vodíkovém maseru. Jde o jeden z typů extrémně přesných atomových hodin. Dnes se atomové hodiny běžně používají v kosmonautice, například na družicích systému Galileo. Za to, že je toto možné, můžeme poděkovat právě Ramseymu.

Později se Ramsey věnoval výzkumu magnetických momentů u neutronu či elektronu, ale byl též členem vyšetřovací komise, která zkoumala atentát na prezidenta Johna F. Kennedyho. V roce 1989 získal Ramsey za svou práci na vodíkových maserech a atomových hodinách Nobelovu cenu za fyziku. Komise se přitom po rozhodnutí o udělení ceny dovolala jeho jmenovci (ne příbuznému) Normanu F. Ramseymu, který byl profesorem ekonomie. Když mu sdělili, že obdržel Nobelovu cenu za fyziku, dosti se tomu podivil, celá situace se však rychle vysvětlila a komise tak brzy mohla kontaktovat toho správného Ramseyho. To už byl Ramsey v důchodu, zemřel v listopadu 2011 ve věku 96 let, jako jeden z nejstarších Nobelistů.

1) John Bardeen (1908-1991)

Jediný dvojnásobný laureát Nobelovy ceny za fyziku (k roku 2024) se narodil v Madisonu ve Wisconsinu, kde také strávil mládí. Jeho otec byl děkanem lékařské fakulty University of Wisconcin, takže není divu, že měl k vědě blízko. Střední školu absolvoval už ve věku 15 let, a to ještě kvůli smrti matky promoval později, než měl původně v plánu. Ve stejném roce nastoupil na University of Wisconsin, kde začal studovat inženýrství. Bakalářský titul v oblasti elektrotechniky obdržel roku 1928, a hned o rok později získal i titul magisterský. Poté odešel do Pittsburghu k ropné společnosti Gulf Oil, kde pracoval jako geofyzik. Práce jej však zcela nenaplňovala, takže se v roce 1933 přihlásil k doktorskému studiu matematiky na Princetonské univerzitě.

Na Princetonu studoval matematiku a pod vedením Eugene Wignera také fyziku pevných látek. Už v průběhu studia začal pracovat na Harvardově univerzitě, doktorský titul obdržel roku 1936. Po vypuknutí války vedl skupinu zkoumající námořní miny, torpéda a obranu proti nim. Po konci války se v říjnu 1945 přestěhoval do Bellových laboratoří, kde pracoval ve skupině pevných látek vedené Williamem Shockleyem. Jeho kolegou byl i jistý Walter Brattain. Jejich hlavním cílem bylo najít alternativu k tehdy hojně využívaným elektronkám. Jejich práce s polovodiči vedla v roce 1947 k vynálezu tranzistoru. Zásluhy si přisvojoval hlavně Shockley, který byl velmi mírně řečeno osobnostně velmi problematický.

Bellovy laboratoře sice prezentovaly objev jako společný, ale ani to nestačilo. Brattain odmítl se Shockleyem dále pracovat, Bardeen odešel z Bellových laboratoří úplně a zamířil na univerzitu Urbana-Champaign v Illinois, kde byl jmenován profesorem fyziky a elektrotechniky. Oba tak měli s pozdějším vývojem tranzistoru společného už jen málo. Bardeen se mezitím začal zabývat teorií supravodivosti. Roku 1957 společně s kolegy Leonem Cooperem a Robertem Schriefferem navrhli teorii popisující supravodiče, která je dodnes platná (pro supravodiče I. typu) a známá jako BCS teorie. Později se věnoval také kvantovému tunelování. Zapletl se do pře s Brianem Josephsonem ohledně jeho teorie, pod tíhou důkazů nakonec uznal svůj omyl.

A nejen to, stal se velkým zastáncem Josephsonovy teorie, nominoval ho na Nobelovu cenu a pozval ho k sobě na univerzitu. To byl obecný rys Bardeena. Na rozdíl od řady kolegů nebyl egoista a nerad se předváděl. Jeho sousedé často o zářné Johnově kariéře ve fyzice vůbec netušili, znali ho jako milého pána, který pořádá grilovací párty. Přesto za své objevy oceněn po právu byl. V roce 1956 získali Bardeen, Brattain a Shockley za objev tranzistorového jevu Nobelovu cenu za fyziku. A to i přes jisté kontroverze, jak jsem už řekl, Shockley byl velmi složitá osobnost, a navíc se někteří domnívali, že od objevu ještě neuplynula dostatečně dlouhá doba. Ale přesto nakonec převládl názor cenu udělit.

A zcela oprávněně. Tranzistor je bez přehánění jedním z nejdůležitějších vynálezů historie. Jeho objev umožnil technickou revoluci, díky které máme téměř každé moderní zařízení naší domácnosti, od mobilních telefonů až po počítače. Později přicházely i nominace za BCS teorii. Protože však platí nepsané pravidlo, že by nikdo neměl získat druhou Nobelovu cenu, cítil Bardeen, že je ohroženo ocenění pro jeho mladší kolegy Coopera a Schrieffera. Proto za ně začal lobbovat a veřejně prohlašoval, že on za tento objev Nobelovu cenu nechce, hlavně ať komise vyznamená jeho spolupracovníky. Nobelův výbor však nakonec roku 1972 rozhodl, že jde o tak význačný objev, že se přiklonila k výjimce a Bardeen druhou Nobelovu cenu získal.

A opět třeba říci, že zcela po právu. Supravodiče se užívají v mnoha moderních vědeckých zařízeních jako jsou velké urychlovače částic, ale bez nich by nebyly možné ani moderní lékařské zobrazovací metody jako je nukleární magnetická rezonance. Pro kosmonautiku jsou však jistě důležitější tranzistory, které jsou v kosmickém výzkumu všudypřítomné. Takže, i když by někteří kolegové z redakce mohli nesouhlasit, Bardeen je z našeho výčtu určitě nejvýznamnějším vědcem. Oba jeho synové James a William se také vydali na dráhu fyziků. Starší James se zabýval obecnou relativitou, zvláště černými dírami, mladší William teoretickou fyzikou, zejména pokročilými teoriemi interakcí jako je kvantová chromodynamika.

Závěr

Letošní životopisné téma máme úspěšně za sebou. Seriál TOP 5 příští týden zakončíme trošku odlehčeným tématem. Podíváme se totiž na umění, které s kosmonautikou souvisí.

Zdroje obrázků

• https://plus.rozhlas.cz/sites/default/files/images/02276913.jpeg
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e6/Sir_CV_Raman.JPG
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/f/f2/Leonid_Mandelstam.jpg
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e2/Mossbauer.jpg
• https://static01.nyt.com/images/2010/04/20/us/20pound_CA0/20pound_CA0-popup.jpg?quality=75&auto=webp&disable=upscale
• https://www.invent.org/sites/default/files/styles/inductee_media/public/inductees/4-master_0.jpg?h=754009f3
• https://www.lincei.it/sites/default/files/3024_Alvarez.jpg
• https://history.fnal.gov/photos/NRamsey.jpg
• https://indico.fhi-berlin.mpg.de/event/119/images/56-dan_3_cc2.jpg
• https://mediatheque.lindau-nobel.org/Content/Assets/Large/34746___Bardeen,-John-1962.jpg?19062015_0918
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c4/Brattain.jpg
• https://www.nobelprize.org/images/josephson-13254-portrait-mini-2x.jpg
• https://perimeterinstitute.ca/sites/default/files/2022-07/Jim-Bardeen.jpg