Teorie relativity - Zajímavé efekty plynoucí z OTR RNDr. Jaroslav Vrba PhD. Gravitační čočky – úvod •Gravitační čočky vznikají, když masivní objekt zakřiví časoprostor (dráhu světa) jeho gravitačním polem •Efekt vychází z Einsteinovy obecné teorie relativity a poprvé byl experimentálně potvrzen při zatmění Slunce v roce 1919. •Rudolf (Rudi) Mandl, český vědec a matematik, přispěl k teoretickému pochopení gravitačních čoček (ukecal Einsteina aby se tomuto tématu věnoval, i když efekt se zdá být zanedbatelný) •Gravitační čočky se projevují jako zkreslení nebo rozdělení obrazu vzdálených galaxií či hvězd a pomáhají studovat neviditelné části vesmíru, jako je temná hmota. Newtonova mechanika selhává při rychlostech blízkých rychlosti světla Newtonovy zákony neplatí na kvantové úrovni – například pohyb částic není předpověditelný podle klasické mechaniky, kvantová mechanika přináší pravděpodobnostní výklad rychlost světla je konstantní, ale Newtonova mechanika pracuje s relativním pohybem MM experiement - neúspěšná detekce éteru, který měl být médiem pro šíření světla Typy gravitačních čoček • •Silná gravitační čočka: vytváří výrazné jevy, jako jsou Einsteinovy prstence nebo Einsteinův kříž. • •Slabá gravitační čočka: způsobuje jemné zkreslení obrazu vzdálených objektů, které se využívá ke studiu rozložení hmoty ve vesmíru. • •Mikročočky: krátkodobé zvýšení jasnosti hvězdy, když ji gravitačně čočkuje jiný objekt (často využíváno k hledání exoplanet). Einsteinův prstenec a Einsteinův kříž • •Einsteinův prstenec: vzniká, když je zdroj světla za gravitační čočkou. Výsledkem je symetrický prstenec • •Einsteinův kříž: několik obrazů stejného objektu rozprostřených kolem gravitační čočky (např. kvazarů) • •Tyto jevy umožňují měřit hmotnost objektů, které fungují jako čočky Pozorovatel A stojí uprostřed nástupiště na vlakovém nádraží. Pozorovatel B sedí uprostřed vlaku, který se pohybuje konstantní rychlostí podél nástupiště. Dva blesky udeří současně na oba konce vlaku (přední a zadní část). Pro pozorovatele A stojícího na nástupišti vypadají oba blesky jako simultánní (vidí světlo z obou blesků dorazit k sobě zároveň). Ale pozorovatel B ve vlaku, který se pohybuje směrem k přednímu blesku a vzdaluje se od zadního blesku, vnímá situaci jinak. Protože se pohybuje k jednomu blesku a od druhého, vidí světlo z předního blesku dříve než světlo z blesku na zadní části vlaku. Gravitační čočky jako nástroj pro studium vesmíru • •Gravitační čočky odhalují rozložení temné hmoty, která nevydává světlo, ale má gravitační vliv • •Umožňují pozorování vzdálených galaxií a jejich vlastností, které by jinak nebyly viditelné • •Pomocí čoček lze měřit hmotnost a hustotu velkých struktur, jako jsou kupy galaxií – video 8h0, 8h0a "Fotografie" černých děr (Event Horizon Telescope – EHT) • •V roce 2019 byla zveřejněna první přímá „fotografie“ supermasivní černé díry a jejího okolí v centru galaxii M87 • •Event Horizon Telescope (EHT): síť propojených rádiových dalekohledů po celém světě – video 8ha • •Další (přímé/nepřímé) potvrzení existence horizontu událostí a testování Einsteinovy teorie v extrémních podmínkách – video 8hb Video 2hc Červí díry – hypotetické „zkratky“ ve vesmíru •Hypotetické struktury spojující dva vzdálené body nebo různé vesmíry • •Průchodné: mohly by umožnit cestování pro hmotu a světlo (vyžadují buď exotickou hmotu (negativní energie), je i řešení bez exotické hmoty) • •Neprůchodné červí díry: většina řešení implikuje kolaps červí díry při průchodu hmoty •Populární v literatuře a filmech (např. Interstellar, Kontakt, Hvězdná brána, …) •Neexistuje přímý experimentální důkaz o existenci červích děr • Vliv mediálně známých fenoménů na vědu a společnost • • •Popularizace fyziky: snímky černých děr nebo objev gravitačních vln zvýšily zájem o astrofyziku • •Filmový průmysl (např. Interstelar, zaměstnával vědce) ovlivněn novými objevy a nový impuls, grafické efekty!! • •Literární bum, nejen ve populárně naučné literatuře Otázky • •Co jsou gravitační čočky a jak pomáhají při studiu vzdáleného vesmíru? • •Jak vznikla „fotografie“ černé díry z EHT a co jsme z ní zjistili? • •Kde se vzal koncept červí díry a proč je tak lákavý? • •Jaký je pro vás nejlepší vědecký koncept ve filmu nebo literatuře? •https://www.youtube.com/watch?v=-T7QBMI5s3A •https://www.youtube.com/watch?v=ox2rCqjnXLI •