Interaktívne animácie a vysvetlenia fundamentálnych zákonov, ktoré riadia vesmír
Albert Einstein, 1905 (špeciálna) & 1915 (všeobecná)
Čas plynie pomalšie pre objekty pohybujúce sa blízko rýchlosti svetla. Hodiny na rakete tikajú pomalšie ako hodiny na Zemi.
Objekt pohybujúci sa vysokou rýchlosťou sa skráti v smere pohybu. Pozorovateľ vidí raketu kratšiu.
Hmota zakrivuje priestoročas okolo seba. Planéty nepadajú „k" hviezde — sledujú krivky v zakrivenom priestoročase.
Jedno dvojča cestuje raketou blízko rýchlosti svetla. Po návrate je mladšie ako dvojča, ktoré zostalo na Zemi.
Elektromagnetické žiarenie a jeho interakcia s vesmírom
Pohybujúci sa zdroj svetla mení vlnovú dĺžku. Priblížujúci sa objekt je modrší (blueshift), vzďaľujúci sa červenší (redshift).
Svetlo z vzdialených galaxií sa „rozťahuje" spolu s expanziou vesmíru. Čím je galaxia ďalej, tým väčší redshift.
Od rádiových vĺn po gama žiarenie — rôzne vlnové dĺžky odhaľujú rôzne vesmírne javy.
Vlny v priestoročase spôsobené zrýchľujúcimi sa hmotami. Prvýkrát detekované 2015 (LIGO) — zlúčenie dvoch čiernych dier.
Od Newtona po Einsteina — najslabšia a zároveň najdôležitejšia sila
Masívny objekt ohýba svetlo vzdialenej galaxie, čím vytvára prstenec alebo viacnásobný obraz — Einsteinov prstenec.
Rozdiel gravitácie na blízkej a vzdialenej strane telesa ho deformuje. Pri čiernych dierach spôsobujú „špagetifikáciu".
Keplerove zákony opisujú pohyb planét. Orbity sú elipsy s hviezdou v jednom ohnisku.
Minimálna rýchlosť na opustenie gravitačného poľa. Čierna diera: úniková rýchlosť > c (rýchlosť svetla).
Pôvod, štruktúra a osud vesmíru
„Odtlačok prsta" Veľkého tresku — žiarenie z doby 380 000 rokov po vzniku vesmíru, dnes ochladené na 2.725 K.
Vesmír sa rozpína — nie galaxie sa hýbu v priestore, ale samotný priestor sa rozťahuje. Objavil Edwin Hubble v 1929.
27% vesmíru tvorí neviditeľná hmota. Nesvietia, nepohlcuje svetlo, ale gravitačne ovplyvňuje viditeľnú hmotu.
Tri scenáre podľa hustoty vesmíru: Big Freeze, Big Crunch, alebo Big Rip.
Životný cyklus hviezd a exotické objekty vo vesmíre
Od molekulového oblaku cez hlavnú postupnosť po bieleho trpaslíka, neutrónovú hviezdu, alebo čiernu dieru.
Hertzsprungov-Russellov diagram — závislosť svietivosti od teploty. Väčšina hviezd leží na „hlavnej postupnosti".
Spájanie vodíkových jadier na hélium — zdroj energie hviezd. V centre Slnka: 15 mil. °C, 250 miliárd atm.
Väčšina hviezd vo vesmíre existuje v pároch alebo viacnásobných systémoch. Ak je jedna hviezda hustejšia (biely trpaslík, neutrónová hv.), gravitačne „kradne" materiál od spoločníka cez Rocheov lalok.
Magnetické pole Zeme nás chráni pred slnečným vetrom a kozmickým žiarením. Pri slnečných erupciách (CME) nabité častice prenikajú pozdĺž siločiar k pólom a excitujú atmosféru — vzniká polárna žiara (aurora).
Keď planéta prechádza pred hviezdou, časť svetla preniká cez jej atmosféru. Každý plyn absorbuje špecifické vlnové dĺžky — absorpčné čiary v spektre prezradia zloženie atmosféry.
Od prvých rakiet po návrat na Mesiac — fyzika kozmických letov
Obežná dráha nie je „vznášanie sa" — je to neustále padanie okolo Zeme. Objekt na orbite padá rovnako rýchlo, ako sa pod ním zakrivuje povrch.
Saturn V (110.6 m, 2 970 ton) použil 3 stupne na dosiahnutie rýchlosti 11 km/s. Každý stupeň po vyhorení odhodí prázdnu nádrž — raketa sa postupne odľahčuje.
Sonda využije gravitáciu planéty na zmenu rýchlosti a smeru — bez paliva. Voyager 2 takto navštívil 4 planéty.
Program Artemis (NASA) vracia ľudí na Mesiac po 50+ rokoch. SLS raketa, Orion kapsula, Gateway stanica, HLS lander.
Od ultra-nízkych dráh len 150 km nad povrchom po geostacionárne orbity 35 786 km vysoko — každá výška má iné vlastnosti a účel.
Okolo Zeme obieha vyše 36 000 sledovaných úlomkov > 10 cm a milióny menších. Každá zrážka vytvára stovky nových fragmentov.
Svet subatomárnych častíc — kde intuícia zlyháva a pravdepodobnosť vládne
Fotón aj elektrón sa správajú ako vlna aj častica súčasne. Dvojštrbinový experiment ukázal, že jediný elektrón interferuje sám so sebou.
Nemôžeme presne poznať polohu aj hybnosť častice súčasne. Nie je to limit prístrojov — je to fundamentálna vlastnosť prírody.
Dva previazané fotóny zdieľajú stav okamžite, bez ohľadu na vzdialenosť. Einstein to nazval „strašidelný účinok na diaľku".
Častica môže „prejsť cez stenu", ktorú by podľa klasickej fyziky nikdy neprekonala. Pravdepodobnosť klesá exponenciálne s hrúbkou bariéry.
Stavebné kamene hmoty — od Bohrovho modelu po kvantové orbitály, fúziu a rozpad
Zjednodušený „planetárny" model — elektróny obiehajú jadro na diskrétnych orbitách. Keď elektrón skočí na nižšiu, vyžiari fotón.
Elektrón nie je guľka na orbite, ale pravdepodobnostný oblak. Orbitály s, p, d majú rôzne tvary — definované vlnovou funkciou ψ.
Fotón s dostatočnou energiou vyrazí elektrón z kovu. Pod prahom (ν < ν₀) neprejde ani pri vysokej intenzite — dôkaz, že svetlo je časticové.
Nestabilné jadrá sa rozpadajú tromi spôsobmi: α, β a γ. Každý uvoľní inú časticu/žiarenie a mení zloženie jadra rôzne.
Vo hviezdach sa vodík mení na hélium reťazovou fúziou. 4 protóny → He-4 + 2 pozitróny + 2 neutrína + 26.7 MeV energie.
Neutrón narazí do jadra uránu, ktoré sa rozštiepi na dve a vyprodukuje 2-3 ďalšie neutróny → reťazová reakcia.
Keď sa stretne elektrón s pozitronom, premenia sa na čisté svetlo — dva gamma fotóny letiace opačnými smermi.
Kandidát na „teóriu všetkého" — fundamentálne objekty nie sú body, ale vibujúce 1D struny
Každá elementárna častica je v skutočnosti iný mód vibrácie jednej fundamentálnej struny. Rôzne frekvencie = rôzne častice.
Teória strún vyžaduje 10 alebo 11 dimenzií. Šesť extra dimenzií je „zvinutých" do mikroskopických Calabi-Yau priestorov v každom bode vesmíru.
V M-teórii (11D) náš vesmír môže byť 3-brána — 3D membrána plávajúca vo vyšším dimenzionálnom „bulku".
Všetka informácia v objeme priestoru môže byť zakódovaná na jeho 2D povrchu. Náš 3D vesmír môže byť hologram!