Pexeso fyzikální objevy

_{Objevy jsme pro přehlednost rozdělili podle období, ale neber to jako něco s jasně danými předěly. Například Einstein učinil své nejznámější objevy před 1. světovou válkou, ale pokračoval v zásadní vědecké práci i později, Victor Hess objevil kosmické záření těsně před začátkem 1. světové války, ale většinu své vědecké práce odvedl později...} 

Novověk do konce 18. století: základy moderní vědy

1) Galileo Galilei (1564–1642) a zákony mechaniky

Galileo Galilei byl italský fyzik, astronom a průkopník moderní vědy. Miloval experimentování i pozorování. Jako jeden z prvních systematicky používal dalekohled k pozorování oblohy (a občas je mu přičítán i jeho vynález, ač ho „jen“ zdokonalil), čímž podpořil Koperníkův model sluneční soustavy se Sluncem v jejím středu. Díky praktickým pokusům a důsledným měřením popsal základní zákony mechaniky; setrvačnost, zrychlení, volný pád... Bez něj by měl Newton mnohem těžší práci!

Proslavil se i svými astronomickými objevy, ať už šlo o velké měsíce Jupitera, měsíční krátery, nebo třeba sluneční skvrny (i když jak už to bývá, o prvenství těchto objevů se vedou spory). V neposlední řadě byl také všestranný vynálezce. 

A slavná věta „a přece se točí“? Tu určitě nepronesl po svém soudu, kde jen tak tak unikl hranici; možná ji nepronesl vůbec. I tak ale byl jeho život nesmírně dramatický a není divu, že se stal předmětem knih, her, oper i muzikálů.

Nakonec: proč ho na políčku pexesa vidíte se želvou? Schválně si zkuste najít, kdo ze známého literárního světa o jisté želvě pronesl větu „a přece kráčí“!

2) Johannes Kepler (1571–1630) a Keplerovy zákony pohybu planet

Johannes Kepler byl německý astronom a matematik, který popsal zákony pohybu planet. Díky tomu zpřesnil model sluneční soustavy. Keplerovy zákony ukázaly, že planety obíhají po eliptických drahách, což byl klíčový krok k moderní astronomii. Víte, že bez toho bychom dnes třeba nemohli pořádně objevovat exoplanety, tedy planety u jiných hvězd než Slunce? I díky Keplerovi jich dnes známe už přes šest tisíc; není divu, že slavný teleskop NASA Kepler byl pojmenován právě po něm!

Ke Keplerovi máme blízko; notnou část života strávil v Praze jako dvorní matematik císaře Rudolfa II. Nejen díky kulturně bohaté rudolfinské Praze byl i jeho život velmi dramatický; ke konci života strávil několik let obhajobou své matky obviněné z čarodějnictví. Možná i to inspirovalo jeho posmrtně vydaný román Somnium, jehož hlavní hrdina, mladý astronom, cestuje na Měsíc za pomoci čarovné moci své matky. Cože, říkáte si, vědci taky píšou sci-fi? Píšou, a dokonce ne zřídka.

3) Isaac Newton (1643–1727) a pohybové zákony

Isaac Newton (1643–1727) byl anglický fyzik, matematik a jeden ze zakladatelů klasické fyziky. Newtonovy pohybové zákony popisují chování těles v pohybu a dodnes tvoří základ mechaniky – čímž navázal na práci Galileiho a dále ji rozvinul. Ve většině běžných výpočtů pohybu těles nám newtonovská mechanika bohatě stačí (tam, kde ne, se už musíme obrátit na Einsteina!). 

A proč na něj obrázku láteří další slavný matematik, Gottfried Leibniz? Mezi Newtonem a Leibnizem panovala břitká rivalita týkající se vynálezu kalkulu, tedy matematických postupů využívajících diferenciální a integrální počet. Bez kalkulu, který je nezbytný k vyhodnocení mnoha typů měření, bychom neměli moderní fyziku!

4) Daniel Gabriel Fahrenheit (1686–1736) a rtuťový teploměr

Daniel Gabriel Fahrenheit byl německo-nizozemský fyzik a konstruktér měřicích přístrojů. Jako první vytvořil spolehlivý rtuťový teploměr a zavedl Fahrenheitovu stupnici, která se dodnes používá například v USA. My Evropané na ni ale zvyklí nejsme... Využíváme totiž teplotní stupnici navrženou 18 let poté Andersem Celsiem, založenou na bodech tuhnutí a varu vody, která je standardem ve většině světa. Fahrenheitova stupnice oproti tomu vycházela ze zvláštní volby tuhnutí specifického solného roztoku.

Není divu, že na obrázku si Fahrenheit stýská, že ho nesnášejí všichni, kdo měří v Celsiích! (Ale kdybyste si náhodou nechtěli vybírat mezi nimi, ještě můžete měřit v Kelvinech od absolutní nuly, tedy 0 K, −273,15 °C nebo −459,67 °F. Výhodou je, že jeden Kelvin popisuje stejně velký teplotní rozdíl jako jeden Celsius. Když tedy měříte třeba teplotu nejžhavějších hvězd, je celkem lhostejné, jestli ji vyjádříte v Kelvinech nebo Celsiích. Jen do toho nepleťte nebohého Fahrenheita...)

5) Prokop Diviš (1698–1765) a hromosvod

Prokop Diviš byl český kněz, přírodovědec a vynálezce, průkopník experimentální fyziky v českých zemích. Jeho hromosvod byl jedním z prvních zařízení chránících stavby před blesky a předznamenal moderní ochranu proti úderu blesku. 

A na co že to Diviš hraje na obrázku? Jde o Denis d'or, též denidor neboli „Zlatého Diviše“, hudební nástroj, který sám Diviš vynalezl. Měl neuvěřitelných 790 strun a využíval elektrickou energii pro čištění tónů. Prý zněl tak, že sám dovedl zastoupit bezmála celý orchestr! Šlo o první elektrický hudební nástroj. Do dnešní doby se bohužel nedochoval a nemáme přesné plány. Tak či tak: Diviš byl bez velkého přehánění první rocková hvězda! 

6) James Watt (1736–1819) a parní stroj

James Watt byl skotský inženýr a vynálezce, který zásadně zdokonalil parní stroj (po zapomenutých starověkých a středověkých pokusech jej již před Wattem vynalezli Savery a Newcomen, ale teprve ten Wattův byl dostatečně účinný a spolehlivý k praktickému využití). Jeho práce byla klíčová pro průmyslovou revoluci. Vylepšený parní stroj umožnil efektivnější využití energie a od základů změnil výrobu, dopravu i společnost. Do českých zemí jako první zavedl Wattův parní stroj všestranný vynálezce a fyzik František Josef Gerstner. 

Proč si v pexesu Watt ucpává nos po boku krávy, ehm, vypouštějící plyny? Ke konci 18. století byl zaměstnán mimo jiné v oblasti výroby a uskladnění různých plynů využívaných v lékařství (ale, pravda, metan a jiné plyny vypouštěné dobytkem už jsou tu uměleckou licencí).

7) Alessandro Volta (1745–1827) a galvanický článek

Alessandro Volta (1745–1827) byl italský fyzik, který se zabýval především elektřinou. Proslul konstrukcí prvního stabilního zdroje elektrického proudu. Galvanický článek umožnil poprvé dlouhodobě generovat elektrický proud a otevřel cestu moderní elektrotechnice.

Mimochodem, věděli jste, že elektrický úhoř schopný vytvářet nejsilnější elektrický proud mezi živými organismy je pojmenován právě po Voltovi? Jeho latinské jméno je Electrophorus voltai.

Fyzika 19. století aneb moderní věda se rozvíjí

8) Michael Faraday (1791–1867) a elektromagnetická indukce

Michael Faraday byl britský fyzik a chemik. Z chudého knihařského učně, který si v dílně potají četl, se vypracoval na jednoho z nejvýznamnějších vědců své doby. Už jako učeň tajně zkoušel chemické pokusy (jako na obrázku v pexesu!), o kterých se dočetl. I díky svému původu se pak celoživotně snažil o vědě vzdělávat nejširší veřejnost. Proslul jako mimořádný experimentátor, který svými pokusy objevil elektromagnetickou indukci, princip fungování generátorů a transformátorů. Bez jeho pokusů by pozdější vědci jako třeba Maxwell měli mnohem obtížnější práci přijít s vhodnou teorií.

S elektromagnetickou indukcí se pravděpodobně setkáváte denně: v indukčním sporáku, některých motorech, při bezdrátovém nabíjení... a díky ní jsme byli schopni třeba i odhalit oceány hluboko pod ledovým povrchem měsíců Jupitera! Obíhají totiž skrz různě intenzivní oblasti magnetosféry Jupitera a indukuje se v nich magnetické pole, které můžeme změřit. Z toho lze odvodit fakt, že musejí obsahovat vodivou vrstvu, i některé její vlastnosti. Oceán tak nemusíme přímo vidět, abychom o něm věděli. Jestlipak by si Faraday uměl představit, kam všude nás jeho práce zavede!

9) Christian Andreas Doppler (1803–1853) a Dopplerův efekt

Christian Andreas Doppler byl rakouský fyzik a matematik, rodák ze Salzburgu (takže až se na tebe někdo bude vytahovat, že odtamtud zná Mozarta, můžeš na něj vytáhnout Dopplera!). Měl štěstí v neštěstí, že díky křehčímu zdraví nepokračoval v kamenické rodinné živnosti – a mohl studovat. Zabýval se mimo jiné vlněním a jeho vlastnostmi. 

Dopplerův jev, který Doppler objevil díky svému studiu dvojhvězd, popisuje změnu frekvence vlnění při pohybu zdroje nebo pozorovatele a má široká využití od astronomie po lékařství. A pokud chceš skutečně nerdovský maškarní kostým, inspiruj se fiktivním seriálovým fyzikem Sheldonem Cooperem a vyraz za Dopplerův efekt!

10) James Prescott Joule (1818–1889) a mechanický ekvivalent tepla

James Prescott Joule byl anglický fyzik, který experimentálně zkoumal vztah mezi teplem a prací. Jeho pečlivá měření vedla k zásadním objevům: Určil totiž mechanický ekvivalent tepla, čímž prokázal, že teplo je forma energie, a položil základy termodynamiky.

Proč ho na obrázku vidíte se sklenicí piva? Pocházel z pivovarnické rodiny a nějaký čas také pracoval v otcově pivovaru.

11) Gustav Kirchhoff (1824–1887) a Kirchhoffovy zákony

Gustav Kirchhoff byl německý fyzik, který se zabýval elektřinou a spektroskopií. Popsal Kirchhoffovy zákony, které nám umožňují analyzovat elektrické obvody a jsou základním nástrojem elektrotechniky.

To ale zdaleka nebyl jeho jediný nebo i nejslavnější příspěvek fyzice – definoval také pojem černého tělesa a jeho záření a společně s Robertem Bunsenem rozvinuli spektroskopii, díky níž dnes můžeme zjistit třeba to, jaké složení mají atmosféry vzdálených planet! I proto ho na obrázku potkáte při studiu spektra našeho Slunce.

12) James Clerk Maxwell (1831–1879) a Maxwellovy rovnice

James Clerk Maxwell byl skotský fyzik, který sjednotil elektřinu, magnetismus a světlo do jediné teorie (combo move!). Patřil k nejvýznamnějším teoretikům v dějinách fyziky. Maxwellovy rovnice popisují elektromagnetické pole a předpověděly existenci elektromagnetických vln.

Proslul ale i tím, že matematicky popsal strukturu prstenců Saturnu a ukázal, že jsou složeny z drobných tělísek – a data ze sond o více než století později ukázala, že v tom měl pravdu!

13) Ludwig Boltzmann (1844–1906) a rovnice pro entropii

Ludwig Boltzmann byl rakouský fyzik a zakladatel statistické mechaniky. Jeho rovnice pro entropii propojuje mikroskopický a makroskopický svět a vysvětluje podstatu tepla a neuspořádanosti.

Na obrázku ho uvidíte na palubě dvouplošníku, ale ačkoli bylo létání jeho obrovským snem, jen tak tak se dožil počátku letecké éry – bratři Wrightové uskutečnili první úspěšný let v prosinci 1903 a Boltzmann zemřel sotva tři roky poté. Pokud víme, sám nikdy letadlem neletěl.

14) Thomas Alva Edison (1847–1931) a žárovka

Thomas Alva Edison byl americký vynálezce a podnikatel s obrovským množstvím patentů. Zaměřoval se na praktické využití technologií. Výrazně zdokonalil elektrickou žárovku, která umožnila rozšíření elektrického osvětlení.

Svou technickou kariéru zahájil jako telegrafista poté, co jako patnáctiletý zachránil malého chlapce na železniční dráze a vděčný otec mu nabídl, že jej zaučí jako drážního telegrafistu. Edison při práci ale studoval a věnoval se pokusům, a tak železnici brzy opustil a přes další zaměstnání se nakonec vypracoval k vlastním vynálezům a podnikání.

15) Nikola Tesla (1856–1943) a střídavý proud

Nikola Tesla byl velmi všestranný, výstřední srbský a americký vynálezce, známý svou prací v oblasti elektřiny. Byl vizionářem i experimentátorem. Rozvinul systém střídavého proudu, který umožňuje efektivní přenos elektrické energie na velké vzdálenosti; právě ten dodnes používáme. Zvítězil v tak pomyslné „válce“ nad Edisonem, který prosazoval jednosměrný proud.

O Teslovi bychom tu mohli napsat celé romány a stejně bychom neřekli vše zajímavé! Pokoušel se o komunikaci s jinými planetami (a dokonce se, ač mylně, domníval, že uspěl) a obdivoval ptáky. Byl přesvědčen, že budoucí letadla by se měla ptačím letem přímo inspirovat. Ve stáří chodíval do newyorských parků krmit holuby a společnost mu dělala bílá holubice na obrázku.

16) Friedrich Reinitzer (1857–1927) a kapalné krystaly

Friedrich Reinitzer byl česko-rakouský chemik a botanik působící většinu života v Praze. Zajímal se o vlastnosti organických látek. Objevil kapalné krystaly, které umožňují fungování displejů v telefonech či počítačích (co myslíš, že znamená LCD? – správně, liquid crystal display). A jakže je objevil? Díky pozorování zvláštního „kapalně-krystalického“ chování látek získaných z mrkve! 

Docenění ovšem Reinitzer došel až posmrtně; první LCD displej byl vyroben v 60. letech 20. století a masově se rozšířily až několik desetiletí nato.

17) Wilhelm Conrad Röntgen (1845–1923) a paprsky X (rentgenové záření)

Wilhelm Conrad Röntgen byl německý fyzik a první nositel Nobelovy ceny za fyziku. Objevil rentgenové záření (zpočátku zvané „paprsky X“, anglicky dodnes X-rays), které umožňuje zobrazování vnitřku lidského těla. Mezi jeho první dobrovolníky patřila i jeho manželka Anna Bertha na obrázku.

Röntgen si vynález nenechal patentovat; chtěl, aby vědecké objevy sloužily zdarma všem. Finanční odměnu spojenou s Nobelovou cenou věnoval univerzitě.

18) Antoine Henri Becquerel (1852–1908) a přirozená radioaktivita

Antoine Henri Becquerel byl francouzský fyzik. Zabýval se fosforescencí a zářením. Objevil přirozenou radioaktivitu, čímž otevřel cestu k jaderné fyzice i využití radioaktivních látek v lékařství, a v roce 1903 za svůj objev získal Nobelovu cenu společně s Marií Curie-Skłodowskou a Pierrem Curiem.

Pocházel z vědecké rodiny; jeho otec Edmond i syn Jean byli také vědci. Nevíme ovšem naštěstí nic o tom, že by se dohadovali o prvenství objevů tak jako na obrázku!

19) Marie Curie-Skłodowská (1867–1934) a objev prvků radia a polonia

Marie Curie-Skłodowská byla polsko-francouzská fyzička a chemička, držitelka dvou Nobelových cen. Objevila prvky radium a polonium a obrovským dílem přispěla ke studiu radioaktivity. Její cesta k vědě byla ale strastiplná; studium si mohla jen obtížně dovolit a často během studijních let trpěla hlady a zimou. Po získání diplomu v Paříži se toužila vrátit do rodného Polska, tam ale nezískala na univerzitě místo čistě proto, že byla žena. Své přelomové objevy proto učinila opět v Paříži.

Celá její rodina byla vědecky nesmírně činná – jednu z Nobelových cen sdílela s manželem Pierrem a jejich dcera Irène Joliot-Curie i zeť Fréderic Joliot získali Nobelovu cenu za objev uměle vyvolané radioaktivity.

20) Albert Einstein (1879–1955) a teorie relativity

Albert Einstein – jeho jméno snad ani nemusíme představovat! Einstein byl německo-americký fyzik a jeden z nejvlivnějších vědců všech dob. Jeho práce změnila chápání času, prostoru i energie. Speciální teorie relativity i vysvětlení fotoelektrického jevu (za které, na rozdíl od relativity, získal Nobelovu cenu) zásadně ovlivnily moderní fyziku.

Bez Einsteinova dopisu americkému prezidentu Rooseveltovi, který navrhl jaderný fyzik Leo Szilard (kterého nemáme v pexesu, ale můžete si o něm přečíst divadelní hru), by možná nezačal – nebo začal mnohem později – Projekt Manhattan. Své role v něm Einstein, známý pacifista, později litoval. Jeho odkaz je ale ještě mnohem širší… a ostatně víš, že bez znalosti relativity bychom neměli přesnou GPS? Abychom polohu ze satelitů určovali přesně, musíme už počítat s relativitou.

Od 1. světové války po 21. století: současná fyzika

21) Charles Thomson Rees Wilson (1869–1959) a mlžná komora

Charles Thomson Rees Wilson byl skotský meteorolog, který díky svému studiu kondenzace páry v atmosféře vynalezl mlžnou komoru (za niž získal v roce 1927 Nobelovu cenu spolu s Arthurem Comptonem), zařízení umožňující pozorovat dráhy částic v plynu.

Víš, že jednu takovou máme i na Fyzikálním ústavu? Přijď se na ni se školou podívat!

22) Victor Franz Hess (1883–1964) a kosmické záření

Victor Franz Hess byl rakouský fyzik, který proslul svými odvážnými balónovými experimenty – v až pětikilometrové výšce ve dne i v noci sám měřil úroveň záření v atmosféře! Zjistil, že s rostoucí výškou se úroveň radiace zvyšuje. Objevil tak kosmické záření, vysokoenergetické částice přicházející z vesmíru.

I více než století po jeho objevu si ale kosmické záření stále zachovává mnohá tajemství – proto ho zkoumáme i u nás na ústavu!

23) Louis de Broglie (1892–1987) a vlnově-částicová dualita

Louis de Broglie (1892–1987) byl francouzský fyzik, který přišel s myšlenkou vlnově-částicové duality, podle níž se částice mohou chovat i jako vlny. Díky jeho teorii mohl Schrödinger přijít s vlnovou mechanikou. 

Dožil se bezmála sta let, a tak mohl vidět, jak se kvantová mechanika, zrozená i díky jeho příspěvku, zvolna dostává do praxe třeba ve výpočetní technice.

24) Erwin Schrödinger (1887–1961) a Schrödingerova rovnice

Erwin Schrödinger byl rakouský fyzik a jeden ze zakladatelů kvantové mechaniky. Schrödingerova rovnice popisuje chování kvantových systémů a je klíčová pro moderní fyziku. Proslul také svým myšlenkovým experimentem – „Schrödingerovou kočkou“.

Podobně jako mnozí jiní středoevropští vědci – Einstein, Szilard, Teller, von Neumann a bezpočet jiných – byl nucen k emigraci po nástupu nacismu. Ač nebyl židovského původu, nebezpečí mu jako kritikovi nacismu hrozilo také. Po odchodu z Německa v roce 1933 byl pět let nato nucen opustit i rodné Rakousko a následně působil mimo jiné v Oxfordu a Dublinu.

25) James Chadwick (1891–1974) a objev neutronu

James Chadwick byl britský fyzik. Při své práci na výzkumu atomového jádra objevil neutron, neutrální částici v jádře atomu, což umožnilo rozvoj jaderné fyziky. Bez neutronů by nebyla možná řízená ani neřízená jaderná štěpná reakce – tedy děj, který umožňuje existenci jaderných elektráren, ale také atomové bomby.

A to si představ, že Chadwick studoval fyziku vlastně omylem! Chtěl se totiž přihlásit ke studiu matematiky, ale upsal se… Takže až se příště přepíšeš nebo uklikneš, věz, že to může mít i dobré následky!

26) Arne Ölander (1909–1995) a tvarová paměť slitin

Arne Ölander byl švédský fyzikální chemik. Zabýval se vlastnostmi materiálů a popsal jev tvarové paměti, kdy se materiál po deformaci vrací do původního tvaru po vystavení teplu. Zajímá tě, jak to vypadá? Přijď k nám někdy na příslušnou exkurzi!

I když on sám za svůj důležitý objev Nobelovu cenu nezískal, devět let sloužil v nobelovské komisi nominující vědce a vědkyně v oblasti chemie.

27) Russell Ohl (1898–1987) a PN přechod

Russell Ohl (1898–1987) byl americký fyzik a inženýr. Pracoval výzkumu polovodičových krystalů, které se uplatňovaly třeba ve vojenských radarech a různých detektorech. Objevil PN přechod, naprosto klíčový prvek diod, tranzistorů i solárních článků.

Ke konci života se začal zajímat o reakce rostlin na hluk (odtud jeho obrázek v pexesu). A pak že vědci nemají koníčky!

28) J. Bardeen (1908–1991), L. Cooper (1930–), R. Schrieffer (1931–2019) a teorie supravodivosti

John Bardeen, Leon Cooper a Robert Schrieffer byli američtí fyzikové, kteří přišli s teoretickým vysvětlením do té doby záhadné supravodivosti. Ta popisuje materiály vedoucí elektrický proud bez odporu.

Chceš se podívat na praktické důsledky supravodivosti? Přijď se na Veletrh vědy, Noc vědy nebo při jiné příležitosti podívat na náš „levitační vláček“ (trochu jako ten na obrázku), ukazující magnetickou levitaci! A proč je na obrázku i sněhulák? Supravodivosti typicky dosahujeme při snížení teploty (v případě našeho vláčku pomocí kapalného dusíku).

29) Theodore Maiman (1927–2007) a laser

Theodore Maiman byl americký fyzik a inženýr, který v roce 1960 sestrojil první funkční laser. Laser umožňuje přesné a intenzivní světelné paprsky využívané v medicíně, průmyslu, komunikacích, výzkumu vesmíru i mnoha jiných uplatněních.

Maiman začínal jako „domácí kutil“, který si přivydělával opravami rádií, a nějaký čas před studiem strávil i jako inženýr u rádiové společnosti. Po vynálezu laseru založil vlastní firmu; mít kutilské, vědecké i podnikatelské smýšlení se zkrátka vyplácí!

30) Arno Penzias (1933–), Robert Wilson (1936–) a objev reliktního záření

Arno Penzias a Robert Wilson jsou američtí radioastronomové, kteří při měření rádiového šumu objevili reliktní záření. Toto mikrovlnné záření rozprostřené po celém pozorovatelném vesmíru je pozůstatkem po Velkém třesku a napovídá nám, jak vypadal raný vesmír – například to, že hmota nebyla rozložena zcela pravidelně, což usnadnilo vznik těles jako hvězdy nebo jejich seskupení, galaxií.

Když Penzias a Wilson záření poprvé zachytili, napřed si mysleli, že jde o rádiový šum z New Yorku; potom, že jde o důsledek výkalů holubů a netopýrů, kteří se v radioteleskopu usídlili. I po vyčištění ale zvláštní šum přetrvával… (Takže se nebojme pomyslně i doslova kydat hnůj; třeba i díky tomu na něco zajímavého přijdeme!)

31) CERN (1954–) a Higgsův boson

CERN je evropská organizace pro jaderný výzkum založená v roce 1954. Sdružuje tisíce vědců a vědkyň z celého světa. V roce 2012 byl díky experimentům v jejím urychlovači LHC objeven teoreticky předpovězený Higgsův boson, částice vysvětlující původ hmotnosti.

32) LIGO (2002–) a gravitační vlny

Tým LIGO tvoří stovky vědců a vědkyň spolupracujících na detekci gravitačních vln. Projekt byl zahájen ve druhé polovině 20. století a v roce 2002 se spustila samotná měření. V roce 2015 poprvé zaznamenal gravitační vlny, což otevřelo zcela nový způsob pozorování vesmíru.

Dnes se připravují ještě pokročilejší observatoře, například kosmická mise LISA (na níž se podílíme) a pozemní Einsteinův teleskop (na kterém se také podílíme!).

Autorkou ilustrací je Barbora Svitáková. V případě dotazů k pexesu se obracejte na pr [at] fzu [dot] cz (pr[at]fzu[dot]cz).