Geniální britský fyzik Stephen Hawking (1942 – 2018) napsal populárně vědeckou knihu Stručná historie času (A Brief History of Time), která poprvé vyšla v roce 1988 a v českém překladu pak o tři roky později. Autor populární formou seznamuje čtenáře s naším současným obrazem vesmíru, názory na jeho vývoj a opírá se přitom především o dvě dříve zdánlivě neslučitelné teorie – Einsteinovu obecnou teorii relativity a kvantovou mechaniku. Současná fyzika se snaží o sjednocení těchto teorií, výsledkem těchto úvah je tzv. teorie strun (též teorie superstrun), která předpokládá, že základními stavebními kameny přírody nejsou bodové částice, ale jednorozměrné struny, které vibrují různými způsoby, odpovídajícím různým druhům elementárních částic.
Právě knize Stručná historie času budou věnovány soutěžní otázky fyzikálního kola letošní Přírodovědné ligy. Tak pojďme na to:
Komu celou knihu autor věnoval? Napište jméno i příjmení této osoby a v jakém vztahu byla k autorovi. (5 bodů)
Už v úvodu píše autor, že každá rovnice v textu knihy sníží počet čtenářů o polovinu. Přesto jednu jedinou rovnici do knihy zařadil. O kterou slavnou rovnici jde – jak zní, kdo je jejím autorem a jaký vztah popisuje? (6 bodů)
Jakým jednoslovným výrazem popisujeme místo s nekonečnou hmotností a gravitací, ležící v centru černé díry? (5 bodů)
A jakým dvouslovným výrazem popisujeme hranice černé díry? (5 bodů)
I tak velký vědec jako Albert Einstein se mohl mýlit. Jednak dlouho nevěřil kvantové teorii, která byla podle něj v rozporu s jeho obecnou teorií gravitace, jednak zavedl do svých gravitačních rovnic určité číslo tak, aby popisovaly prostoročas s vrozeným sklonem k rozpínání. Později sám uznal, že toto číslo není ve výpočtech třeba. Jakým dvouslovným výrazem toto číslo nazýváme? (5 bodů)
Jak označujeme princip, podle kterého je vesmír takový, jaký je, protože kdyby byl jiný, nebyli bychom zde a nepozorovali bychom jej? (5 bodů)
Které čtyři základní druhy interakcí mezi částicemi existují a která z nich je nejsilnější? (10 bodů)
Co je to teorie velkého sjednocení? (5 bodů)
Hawking se ve své knize podrobně věnuje černým dírám, tedy objektům, z nichž nemůže nic (ani světlo) v důsledku obrovské gravitace uniknout. Jak taková černá díra vznikne? (5 bodů)
S předchozí otázkou souvisí tato: co je to Chandrasekharova mez a k čemu dojde při jejím překročení? (10 bodů)
Hawking tvrdí, že černé díry nejsou tak úplně černé – tedy že určité částice z ní vyletovat mohou. Dokládá to principy kvantové mechaniky v souladu s jedním všeobecně známým principem termodynamiky, podle nějž určitá veličina při všech přírodních dějích vzrůstá. Jak se tato veličina jmenuje? (5 bodů) 66
V deváté kapitole knihy popisuje Hawking tři tzv. šipky času – tedy směry, ve kterých čas plyne. Jak se tyto tři šipky jmenují? (6 bodů)
Vraťme se teď k otázce č. 2 – ano, k té jediné rovnici v Hawkingově knize. Pomocí této rovnice vypočtěte, o kolik vyšší energii má atomové jádro helia (2 protony a 2 neutrony) než atomové jádro deuteria (1 proton a 1 neutron). A aby to nebylo tak lehké, udejte výsledek v gigaelektronvoltech (GeV). (20 bodů)
A nakonec tipovací otázka: 8 bodů získá soutěžící, který se nejvíce přiblíží ke správné odpovědi na otázku: Kolik stran má české vydání knihy Stručná historie času, vyšlé v nakladatelství Argo v roce 2007?
