Brian Cox o CERN urychlovači

Tohle je Velký Hadronový Urychlovač (LHC). Ve svém obvodu měří 27 kilometrů; je to největší vědecký experiment, o který se kdy lidstvo pokusilo. Přes 10,000 fyziků a inženýrů z 85 zemí spolupracuje již několik desítek let. na vybudování tohoto přístroje. Co děláme je, že urychlujeme protony tedy vodíkové jádro rychlostí kolem 99.999999 procenta rychlosti světla. Při této rychlosti protony proletí urychlovačem 11,000 krát za sekundu. Tento protonový svazek srážíme s dalším svazkem protonů který se pohybuje opačným směrem. K těmto srážkám dochází v obrovských detektorech.

To jsou vlastně digitální fotoaparáty. A tohle je ten, na kterém pracuji já, ATLAS. Můžete si udělat představu o jeho velikosti -- jestli uvidíte toho človíčka standartní velikosti podle EU normy. před detektorem.

(Smích)

Udělejte si představu o té velikosti: 44 metrů široký, 22 metrů v průměru, 7,000 tun. My tam vlastně znovu vytváříme podmínky, které nastaly po méně než miliardtině sekundy po stvoření vesmíru -- skoro 600 milionkrát za sekundu uvnitř tohoto detektoru – nesmírná čísla. A ty velké kovové kusy – to jsou obrovské magnety s elektricky nabitými částicemi, takže mohou měřit jak rychle se pohybují. Tohle je obrázek, pořízený zhruba před rokem. Jsou na něm vidět ty magnety. A, znovu, EU velikostně standardizovaný človíček, takže si dokážete představit tu obrovskou velikost. A zde se budou vytvářet ty mini-velké třesky, někdy v létě tohoto roku.

Vlastně, tohle ráno mi došel e-mail, ve kterém stálo, že jsme dokončili, právě dnes, stavbu poslední části ATLASu, takže je k dnešku hotový. Rád bych tvrdil, že jsem to plánoval pro dnešní TED, ale neplánoval. Takže k dnešku hotovo.

(Potlesk)

Ano, je to neuvěřitelný úspěch. Takže se možná ptáte "Proč? vytvářet podmínky, které panovaly méně než miliardtinu sekundy po vzniku vesmíru?" Fyzici jsou prostě ambiciózní. A cílem fyziky elementárních částic je pochopit, z čeho se všechny věci skládají a jak to všechno drží pohromadě. Tím "vším" samozřejmě myslím sebe a vás, Zemi, Slunce, sto miliard sluncí v naší galaxii a sto miliard galaxií v pozorovatelném vesmíru. Úplně všechno.

Teď si možná řeknete, "Dobrá, ale nestačí se jenom podívat? Když chcete vědět, z čeho se skládám, podívejte se na mě." Zjistili jsme, že když se díváte zpět v čase, vesmír je víc a víc horký je víc a víc hutnější a jednodušší. Pokud vím, nebí žádný důvod proč je to tak, ale zdá se že je to tak. Takže, o hodně dřív, ve svých začátcích, byl podle nás vesmír velmi jednoduchý a pochopitelný. Všechna ta složitost, vše až po ty úžasné věci -- lidské mozky – jsou vlastností velmi starého chladného a komplikovaného vesmíru. Zpátky na začátku, v té miliardtině sekundy, věříme, že to, co bychom viděli, je velmi, velmi jednoduché.

Je to skoro jako ... představte si sněhovou vločku ve vaší ruce, vy se na ni díváte a vidíte, že je to neuvěřitelné komplikovaná, přitom krásná věc. Když ji ale začnete zahřívat, rozteče se do kaluže vody, a vy vidíte že je vlastně tvořena jen z H2O, vody. A přesně v tom samém smyslu se díváme zpět v čase abychom porozuměli, z čeho je vesmír vytvořen. Dnes víme, že je složen z těchto věcí. 12 částic hmoty, přilepené k sobě čtyřmi přírodními silami. Kvarky, ty růžové, jsou věci které vytváří protony a neutrony, ty tvoří jádra atomů ve vašich tělech. Elektron – věc které obíhá kolem atomového jádra -- držena elektromagnetickou silou která je nesena touhle věcí, fotonem. Kvarky drží pohromadě díky částicemi zvanými gluony.

A tihle, ti jsou slabou atomovou silou, pravděpodobně tou nejméně známou. Bez nich by ale nesvítilo slunce. A když svítí slunce, dostanete kvanta těchto věcí zvaných neutrina, které z něj vylétávají. Když se podíváte na nehet svého palce -- tedy něco kolem 1 čtverečného centimetru – tak zhruba 60 miliard neutrin každou sekundu ze slunce prolétá každým čtverečným centimetrem vašeho těla. Vy je ale necítíte, protože slabá sila je správně pojmenovaná. Velice krátký dosah a jsou velmi slabá, takže vámi prostě proletí.

A všechny tyto částice byly objeveny v posledním století. První, elektron, byl objeven v roce 1897, a poslední, kterému říkáme tau neutrino, v roce 2000. Vlastně – chtěl jsem říct jen kousek za rohem v Chicagu. Vím, že Amerika je velká země, je to tak? Jen za rohem. Relativně k vesmíru je to jen za rohem.

(Smích)

Takže, tahle věc byla objevena v roce 2000, což je relativně nedávno. Ale jedna z nejúžasnějších věcí, kterou na tom já shledávám, je, že jsme je objevili, když si uvědomíte jak malé vlastně jsou. Víte, vezmeme-li stupně škály velikosti, celého pozorovatelného vesmíru. Tedy, 100 miliard galaxií, 13.7 miliard světelných let daleko -- od této velikosti k městečku Monterey, je zhruba stejný poměr jako od Monterey k těmto věcičkám. Tedy, absolutně malinkatým. a přesto objevili skoro všechny.

Jeden z mých nejproslulejších předchůdců na manchesterské univerzitě, Ernest Rutherford, který objevil atomové jádro, kdysi řekl „Celá věda je buď fyzika nebo jen sbírání známek.“ Nemyslím si, že chtěl urazit zbytek vědy, i když byl z Nového Zélandu, takže je to možné..

(Smích)

Ale co v podstatě myslel, je vskutku sběr známek – řekněme si – dobře, objevili jsme tyto částice, ale dokud neporozumíte důvodům jejich vzorce chování – toho, proč to má takovou strukturu jakou to má – v podstatě tedy jen sbíráte známky, neděláte žádnou vědu. Naštěstí je tu pravděpodobně největší vědecký úspěch 20. století, který tento vzorec chování podporuje. A to jsou Newtonovy zákony, obrazně řečeno fyziky elementárních částic. Říkáme tomu „standartní model“ – krásně jednoduchá matematická rovnice. Můžete si to natisknout na tričko, což je vždy znamení elegance. To je ono.

(Smích)

Byl jsem trochu neupřímný, protože jsem to trochu rozvedl do bolestných detailů. Tato rovnice vám umožňuje spočítat vše – kromě gravitace – co se děje ve vesmíru. Takže když chcete vědět proč je nebe modré, proč atomové jádro drží pohromadě – a když máte dostatečně výkonný počítač – proč má DNA tvar, jaký má. V podstatě jste schopni tohle všechno z této rovnice spočítat.

Je tu ale problém. Vidí ho někdo? Lahev šampaňského tomu, kdo mi ho poví. Zjednoduším vám to, zvětším jeden z těch řádků. V podstatě se každý z těchto členů popisuje některou z částic. Takže tyto Wéčka representuji W částice, a to jak drží pohromadě. Ty nesou o slabou sílu, Zetky také. Ale je tu symbol navíc: H. Správně, H. H znamená Higgsova částici. Higgsovy částice ještě nebyly objeveny. Ale jsou nezbytné - nezbytné k tomu aby tato matematika fungovala. Takže všechny ty detailní a úžasné výpočty s touto rovnicí by nebyly možné bez tohoto extra kousku. Takže se jedná o předzvěst -- předpověď objevení nové částice.

Co to dělá? No, měli jsme hodně času k tomu přijít s dobrou analogií. Zpátky v osmdesátých letech, kdy jsme potřebovali peníze pro LHC od britské vlády, Margharet Thatcherová tenkrát říkala „Jestli mi pánové dokážete vysvětlit tak, aby to pochopil i politik, co to krucinál děláte, tak ty peníze dostanete. Chci vědět co dělá ta Higgsova částice." A my přišli s touto analogií, která zabrala. Takže, co Higgs dělá je, že dává všem fundamentálním částicím hmotu. To znamená, že celý vesmír – a nejen prostor, ale i vy a já -- – je plný něčeho čemu říkáme Higgsovo pole, nebo Higgsovy částice, jak chcete.

Ta analogie je tak, že tito lidé v místnosti jsou Higgsovy částice. Když se částice pohybuje vesmírem, může interagovat s t těmi Higgsovými částicemi. Ale představte si, že někdo ne příliš oblíbený prochází tou místností. Všichni ho prostě ignorují. Ten proletí místností velmi rychle, v podstatě rychlostí světla. Jsou bez hmoty. A teď si představte někoho velmi důležitého, populárního a oblíbeného, který vejde do místnosti. Ten bude obklopen lidmi, proto je jeho průchod místností narušován. Působí to, jakoby ztěžkli. Stanou se hmotnými. A to je přesně jak Higgsův mechanismus funguje. Představa je taková, že elektrony a kvarky ve vašem těle a ve vesmíru, které vidíme kolem nás, jsou těžké, v jistém smyslu, a hmotné, jsou těžké, v jistém smyslu, a mají hmotnost, Interagují s Higgsovým polem.

Jestli je ta představa pravdivá, pak musíme objevit Higgsovu částici v LHC. Jestli to pravda není, protože je to poměrně složitý mechanismus, i když je nejjednodušší na který jsme byli schopni přijít – pak to, co tu práci Higgsových částic dělá se musí ukázat v LHC. Takže to je jeden z hlavních důvodů, proč tento obrovský stroj postavili. Jsem rád, že jste poznali Margaret Thatcherovou. Vlastně jsem uvažoval o tom, že to víc přizpůsobím Vaší (USA) kultuře, no ale -- (Smích) To je jedno. Takže to je jedna věc. To je vlastně garance toho, co LHC objeví.

Je tu ale i mnoho jiných věcí. Slyšeli jste mnoho o velkých problémech fyziky částic. Jedním z těch největších, o kterém jste slyšeli: temná hmota, temná energie. A další problém, který spočívá v tom že přírodní síly – a to je vlastně to krásné – vypadají silově jinak, když jdete zpátky v čase. No, oni se silově mění. Elektromagnetická síla, síla, která nás drží pohromadě, je silnější když jdete do vyšších teplot. Silná síla, silná atomová síla, která drží atomová jádra pohromadě, se přitom oslabuje. Síly jsou skoro jako – když se podíváte na standartní model a spočítáte jak se mění – tři základní síly (bez gravitace), teměr směřují do jednoho bodu, Je to skoro jakoby tam, na samém začátku, byla nějaká úžasná super-síla. Ale bohužel, totožné v tom bodě nejsou.

Existuje teorie nazývaná supersymetrie, která zdvojnásobuje počet částic ve standartním modelu. To na první pohled nevypadá jako zjednodušení, ale v této teorii nacházíme, že přírodní síly vypadají při Velkém Třesku stejně. Absolutně krásné poselství. Model pro tohle nebyl postaven, ale vypadá to, že tak funguje. Další věcí je, že tyto supersymetrické částice jsou velmi slibnými kandidáty pro temnou hmotu. Takže velmi přesvědčivá teorie, která je fyzikálním mainstreamem (většinou uznaný model).. A kdybych měl vsadit peníze, vsadil bych se -- – i když velmi nevědeckým způsobem – že i tohle nám LHC poví. Takže další spousta jiných věcí, které může LHC objevit.

V těchto posledních minutách vám ale chci dát trochu jiný pohled na to, co myslim -- co fyzika elementárních částic doopravdy pro mě znamená – totiž fyzika částic a kosmologie. A to je to, řekl bych, že nám dala úžasnou historku -- téměř příběh stvoření, vesmíru, To od moderní vědy posledních několika desetiletích. A rád bych řekl, že si to zaslouží v duchu povídek Wade Davise, být alespoň hned vedle těch úžasných příbězích o stvoření, co zná lid vysokách And a mrazivého severu. Je to příběh stvoření, řekl bych, stejně úžasný .

Ten příběh zní takto: víme, že vesmír začal před 13.7 miliardami let, v neuvěřitelně horkém a hustém stavu, mnohem menším než jediný atom. Začal s expanzí v zhruba miliontině miliardtiny miliardtiny miliardtiny miliardtiny sekundy – myslím že to mám správně – po Velkém Třesku. Gravitace se od ostatních sil oddělila. Vesmír pak podstoupil exponenciální expanzi zvanou inflace. V první miliardtině sekundy začalo působit Higgsovo pole a kvarky, gluony a elektrony, kterými jsme tvořeni, získali hmotu. Vesmír se dál rozpínal a chladl. Po asi pěti minutách byl ve vesmíru vodík a helium. To je vše. Vesmír byl tvořen zhruba 75 procenty vodíku a 25 procenty hélia. Tak je tomu dodnes.

Expanze pokračovala dalších 300 milionů let. Potom se začalo vesmírem šířit světlo. Vesmír byl už dost velký na to aby byl světelně transparentní, a to je to, co vidíme v kosmickém mikrovlnném pozadí, které George Smoot popsal jako pohled do tváře Boha. Po zhruba 400 milionech let se zformovaly první hvězdy, a z vodíku a hélia začali vařit těžší prvky. Takže prvky života– uhlík, kyslík a železo, všechny prvky které potřebujeme k tomu, abychom existovali -- se upekli z té první generace hvězd, kterým došlo palivo, vybuchly a vyvrhly ty prvky do vesmíru. Ty potom vytvořili novou generaci hvězd a planet.

A na některých planetách se kyslík, který byl stvořen první generací hvězd sloučil s vodíkem a vznikla voda, kapalná voda na povrchu. Na alespoň jedné, nebo možná jen na jedné z těch planet se zrodil primitivní život, který se vyvíjel miliony let do věcí, které chodili vzpřímeně a nechali po sobě stopy před nějakými 3,5 miliony let v bahně v Tanzánii, a možná nechali i stopy na jiných světech. A postavili taky tuto civilizaci, tento krásný obrázek, který mění temnotu na světlo, jak můžete vidět z vesmíru. A jak řekl jeden z mých velkých hrdinů, Carl Sagan, toto jsou věci -- a vlastně nejen tyto, ale jak jsem se díval kolem -- toto jsou věci jako rakety Saturnu V, Sputnik a DNA, literatura a věda – to jsou věci které atomy vodíku vytvářejí když dostanou 13.7 miliardách let.

Absolutně úžasné. A zákony fyziky. Ano?. Správné zákony fyziky – jsou tak krásně vyvážené. Kdyby byla slabá síla jen trochu odlišná, uhlík a kyslík by nebyly v srdcích hvězd stabilní uvnitř hvězd, by nic z toho by ve vesmíru nebylo. A to si myslím že je úžasný a významný příběh. Před 50 lety jsme tento příběh ještě vyprávět nemohli, protože jsme ho neznali. To ve mne vzbuzuje pocit, že že civilizace – která, jak říkám, pokud věříte vědeckému příběhu stvoření, vznikla čistě jako výsledek zákonů fyziky a několika atomů vodíku – pak si myslím, že je neuvěřitelně cenná

Tak, to je LHC. LHC (až se v létě spustí) napíše další knižní kapitolu. A já se na jeho spuštění určitě těším s neuvěřitelným vzrušením. Děkuji.

(Potlesk)