Malý střapatý Alva dostal své neobvyklé jméno po Tomáši Alvovi Edisonovi.
A tak i v úvodu knihy „Vynálezce Alva“, kterou vydala Edice ČT, se dočtete nejprve o vynálezcích a vynalézání.
Malé čtenáře čeká v nové knize sedm Alvových příběhů, v nichž se dočtou třeba o báječném hledání pokladů pod hladinou rybníka, o vynálezu, který umí změnit jídlo ze školní jídelny, nebo o cestování časem, které má tři přátele zachránit před pozdním příchodem do školy.
Alva, Denisa a Filip
Alvu všude doprovází sourozenci Filip a Denisa, kteří se sice někdy ne zcela dobrovolně stávají pokusnými králíky při testování nových vynálezů, ale pro praštěného kamaráda mají slabost.
Pokaždé totiž trojice zažije díky Alvovým vynálezům něco neopakovatelného.
Vynálezce Alva je tu zpět a s ním spousta úžasných vynálezů!
Společně s Denisou a Filipem navštíví divadelní představení, budou dohlížet na hladký průběh svatby Alvovy sestřenice a vypraví se na výlet říčním parníkem.
Pro každou sitauci má Alva připraveno hned několik originálních vynálezů.
Přijíždí s kamarády Denisou a Filipem na speciálně upravené motorce rovnou ze závodu veteránů.
A to je jen začátek.
Trojice se vydá tábořit do lesa a málem vyděsí dřevorubce k smrti, v galerii dopadnou zloděje a ve školním kabinetě zachrání kostlivce Emila.
Kromě nadšení, se kterým se naši hrdinové vrhají do každého dobrodružství, mají vždy po ruce nejnovější Alvovy objevy a zlepšováky.
Kniha Vynálezce Alva
Křest knihy Vynálezce Alva se odehrával v podpalubí.
Knihy se křtí s jistým sebezapřením.
Polít stránky?! Vodou? Vínem? Nebo šampaňským?!
U dětské knihy rychlými špunty?
Naštěstí tahle kniha vypráví o malém vynálezci a i její tvůrci jsou hlavy vynalézavé, takže knihu „Vynálezce Alva“ pokřtili ponořením do Vltavy.
Sám Alfréd Nobel nejprve nádherně modrou knihu pořádně omotal lodním lanem.
A potom na lodi kotvící na řece u Výtoně, pod železničním mostem, herec Petr Rychlý přelezl zábradlí a k radosti přihlížejících dětí knihu do modravé vody spustil.
Kmotrem se Petr Rychlý nestal náhodnou volbou.
Propůjčil totiž svůj nezaměnitelný hlas stejnojmennému večerníčku, který spoluautorka scénáře Klára Smolíková nyní převedla na stránky knihy.
Program moderoval Alfréd Nobel alias Jiří Walker Procházka.
Vedle něj stojí autoři: spisovatelka Klára Smolíková a ilustrátor Luděk Bárta.
Podpalubí lodě s trochu krkolomným názvem (A)void Floating Gallery na pražské náplavce se ve středu 1. října 2014 zaplnilo malými čtenáři a jejich rodiči, přáteli a příznivci vynálezce Alvy a jejich autorů.
Děti zvládly vyprávění o vzniku knihy s přehledem, mohly se totiž zároveň houpat na houpačce strategicky umístěné u dlouhého stolu plného pochutin.
O hudební doprovod se postaral Jáchym Bašek, který složil hudbu k večerníčku.
Úvodní písničku krásně zapěla jeho dcera Aneta.
A protože si holčičky a kluci vymohli opakování, všichni účastníci akce si dodnes pobrukují onu chytlavou, hravou melodii.
Vynálezce Alva a večerníček
Programem provázel sám velký vynálezce Alfréd Nobel, který měl připravené diplomy a rozdával Nobelovy ceny všem, co splnili Alvovy úkoly.
Pan Nobel dokonce představil speciální verzi dynamitu, který po vybuchnutí metal do všech stran lízátka.
Rozdávání Nobelových cen.
V současné době jsou v plném proudu práce na druhé řadě večerníčku „Vynálezce Alva“.
Za rok se tedy děti a jejich rodiče a prarodiče mohou těšit na šest dalších dobrodružných epizod.
Jak funguje cestování časem v Alvově příběhu
Cestování časem, které má tři přátele zachránit před pozdním příchodem do školy, nabízí dětem dobrodružnou představu o tom, co by dokázal neobvyklý vynález.
Kdo z nás někdy netoužil po návratu časem?
Jak krásné by bylo vrátit se o pár let zpět a udělat klíčové životní rozhodnutí, kterého hořce litujeme, jinak, nebo dokonce vrátit se o stovky či tisíce let a zabránit významné katastrofě.
Jen si to představte, mohli byste zamezit zničení Alexandrijské knihovny, napadení Pearl Harbor japonskou armádou či dokonce dopadu meteoritu Chicxulub do Mexického zálivu a na Yucatanský poloostrov.
Někteří méně morální by zase mohli preferovat například sázení na sportovní zápasy, společenské události nebo loterie u nichž by věděli výsledky.
Mnozí by naopak možná zase chtěli podívat se na technologický posun lidstva ve vzdálené budoucnosti.
Možná vás to překvapí, ale cestování časem fyzika v principu nezakazuje.
Cestování do budoucnosti je dokonce v principu, nikoliv však bohužel v praxi, poměrně jednoduché.
Co říká o čase fyzika
Co nám k cestování časem říká fyzika?
A jak to souvisí s kosmonautikou?
Pochopitelně i v případě času měl zásluhy Sir Isaac Newton.
Ten se domníval, že je čas absolutní.
To znamená, že by čas měl být stejný všude ve vesmíru a ať už bychom se nacházeli na jakémkoli místě a ať už bychom se pohybovali jakoukoli rychlostí, vždy bychom se v měření času shodli.
Stejný názor zastávala i celá řada dalších fyziků, filosofů a jiných vědců v průběhu staletí.
Einsteinova speciální a obecná relativita skutečně neříkají, že je všechno relativní, jak si někteří myslí.
Naopak, i zde jsou některé věci absolutní, například rychlost světla je pro všechny pozorovatele stejná.
Co je však relativní je právě čas.
V tomto případě se tedy dva pozorovatelé nemusí shodnout na měření času, někdy dokonce může nastat i situace, že se neshodnou ani na tom, zda proběhla dříve událost A či B.
Obecná relativita také definuje prostoročas, čtyřrozměrnou entitu, na níž se odehrávají fyzikální jevy.
Jinými slovy, dnes už víme, že nemáme jen tři prostorové rozměry, ale čtyři rozměry, tři prostorové a jeden časový.
Planckův čas
V Einsteinově době přidal zajímavý příspěvek k času též jeho kolega, další významný německý fyzik a zakladatel kvantové teorie Max Planck.
Ten poprvé uvažoval o tzv. přirozených jednotkách.
Tento systém je založený na tom, že určíme, že gravitační konstanta, rychlost světla a (redukovaná) Planckova konstanta mají velikost 1.
V tom případě dostáváme fyzikální jednotky obvykle buď nesmírně malé (čas, délka, plocha) anebo naopak velké (teplota, energie, hustota).
Planckův čas je jednou ze základních jednotek této sady.
Je definován jako čas, za který foton ve vakuu urazí vzdálenost jedné Planckové délky - 10-35 metru a jeho hodnota je 5,391 x 10-44 sekundy.
To je nepředstavitelně malé číslo.
Tak malé, že ho nelze k ničemu přirovnat.
V jedné sekundě se nachází více Planckových časů, než kolik uběhlo sekund od počátku existence vesmíru, což lze poměrně snadno spočítat.
Nejkratší změřený časový interval má 2,47 x 10-19 sekundy, což je asi 1025 Planckova času.
Není dosud zcela jasné, jaký je fyzikální význam Planckova času.
Je celkem jisté, že v době asi jeden Planckův čas po vzniku vesmíru přestávají platit nám známé fyzikální zákony, respektive začínají velmi selhávat.
Abychom mohli říci o tomto období něco určitějšího, museli bychom mít pokročilejší fyzikální teorie, ideálně kvantovou gravitaci.
Je také možné, že Planckův čas je vůbec nejmenší možný časový interval, jaký může ve vesmíru existovat.
Nikoli snad proto, že bychom kratší jen nedokázali změřit, ale proto, že opravdu nemůže z principu existovat.
Kvantová mechanika nám totiž říká, že se vše distribuuje v kvantech, základní fyzikální veličiny jsou kvantované, nelze je dělit donekonečna.
Což by mělo platit i pro čas.
Proč čas vnímáme jako jednosměrný
Upřímně, není toho moc.
Víme, že čas plyne.
Víme také, že čas plyne dopředu, ale nikoliv dozadu.
Pokud někdy někdo viděl čas plynout dozadu, stal se buď zázrak, nebo byl dotyčný na nějakých drogách.
Ale jinak čas plyne jen dopředu.
Dá se dokonce říci, že plyne rychlostí jedné sekundy za sekundu, což je ale výrok, který v podstatě nic neříká.
Fyzika nám toho o plynutí času příliš neprozrazuje, je proto možné, že ve fyzikálních zákonech něco chybí.
Technicky by bylo možné stanovit rychlost plynutí času, kdybychom si zavedli a definovali nějaký nezávislý vnější absolutní čas, který by byl mimo náš vesmír a podle kterého by se řídil náš čas.
Je tu ale problém.
Jak víme, že tento vnější čas plyne a jak víme, jak rychle plyne?
Ve skutečnosti jsme se tedy problému vůbec nevyhnuli.
Světelný kužel a hranice ovlivnitelnosti
Na tomto obrázku vidite tzv. světelný kužel.
Vaše současnost je uprostřed v místě styku obou tmavěmodrých kuželů.
Dolní tmavěmodrý kužel ukazuje události, které mohly ovlivnit vaši součásnost, naopak horní kužel ukazuje to, co můžete v tuto chvíli ovlivnit.
Šipka času a entropie
Řekli jsme si, že v běžných případech plyne čas dopředu, nikoliv dozadu.
Na mikroskopické úrovni, tedy v rozměrech elementárních částic to ovšem neplatí.
Pokud by vám někdo pustil interakci dvou částic pozpátku, na rozdíl od makroskopického děje byste zřejmě nepoznali, že jde o pozpátku puštěný záznam.
Většina fyzikálních zákonů se totiž při obrácení směru toku času chová úplně stejně.
Tomu se říká T symetrie (T jako Time).
Ale neplatí to stoprocentně, existují totiž děje v slabé jaderné interakci, které T symetrii porušují.
Přesto ale, řada systémů na mikroskopické úrovni T symetrii neporušuje.
No, jde právě o složitost těchto systémů.
V případě jedné nebo dvou čdsástic to není problém, ale v případě mnoha miliard částic už to problém je.
Zatímco interakce dvou částic může klidně proběhnout oběma směry času, v případě dějů v makrosvětě je to problém.
Proč?
Představte si například hrnek.
Zatímco existuje jen velmi málo způsobů, jak uspořádat částice hrnku, tak aby mohl vzniknout hrnek plnící svůj účel, existuje naopak řádově více způsobů, jak hrnek rozbít.
Pokud budete mít kupu střepů, když jimi hodíte na zem, mnohem pravděpodobněji vám vznikne větší kupa střepů, ale nevznikne původní uspořádaný hrnek.
Tedy mohl by, ale je to extrémně nepravděpodobné.
Jak se systémy zesložiťují, přestává pro ně T symetrie platit, a naopak platí to, že čas plyne jen jedním směrem.
Tomu se říká šipka času.
Když mluvíme o šipce času, obvykle rozlišujeme několik jejích typů.
- Jednak lze hovořit o šipce psychologické, ta souvisí s naším vnímáním a naším mozkem.
- Pak hovoříme o šipce kosmologické, ta se projevuje expanzí vesmíru.
- Dále můžeme hovořit o šipce biologické, která souvisí se směrem evoluce života a také lze hovořit o šipce vlnové, ta se zase projevuje tím, že se vlny šíří vždy od zdroje směrem ven.
Veličina známá jako entropie má poměrně složitou definici, kterou si ale my můžeme zjednodušit.
Často se říká, že entropie je míra neuspořádanosti systému.
Potíž je, že sám pojem neuspořádanost není dobře definovaný, takže je lepší říkat míra neurčitosti daného systému.
Entropie je důležitá pro obor fyziky známý jako termodynamika.
Druhý termodynamický zákon, mnohými fyziky považovaný za nejdůležitější fyzikální zákon vůbec nám říká, že entropie uzavřeného systému vždy roste, nebo v nejlepším případě, zůstává stejná.
Typickým příkladem entropie je uklizený, respektive neuklizený dětský pokoj.
Důležité tam je ovšem to slovo otevřený systém.
Entropii je možné snížit, avšak do systému musí být dodána zvenčí práce.
Typickým příkladem systému s vysokou entropii je dětský pokoj.
Pokud tento pokoj někdo uklidí, sníží entropii.
Ale na to, aby mohl entropii snížit potřebuje vykonat práci.
Takže celková entropie se zvýší, byť lokální entropie pokoje se snížila.
Rozpínání vesmíru a čas
Znáte seriál Červený trpaslík a díl pozpátku?
V něm posádka Červeného trpaslíka pobývá v alternativním vesmíru, který se smršťuje.
To je zjednodušeně vesmír s vyšší než kritickou hustotou, který již prošel fází maximální expanze a začal se smršťovat, až nakonec skončí v opaku Velkého třesku, Velkém krachu.
Ten bude současně impulsem pro další Velký třesk.
Zajímavé je, že v tomto vesmíru plynul čas pozpátku.
Stalo by se něco takového i v případě, že by se vesmír skutečně začal smršťovat?
Obrátila by se šipka času?
Na první pohled je to zajímavá představa a je to celkem představitelné, když se vesmír rozpíná, plyne čas jedním směrem, když se smršťuje, plyne čas opačně.
Ale tak by tomu nebylo.
Důvodem je právě entropie.
Ta by totiž rostla, i kdyby se vesmír smršťoval.
Velký třesk je totiž stav s nízkou entropií, zatímco Velký krach by byl stavem s vysokou entropií.
Cestování do budoucnosti
Možná si tedy můžete myslet, že cesty v čase fyzikální zákony zakazují.
Řekli jsme si přece, že čas vždy plyne jen jedním směrem.
Přesto ale cestování v čase, aspoň v principu možné je.
A to do minulosti i budoucnosti.
Jak uvidíme vzápětí, cestování do minulosti je hodně na hraně možného a stále se o něm vedou velké spory.
V podstatě lze dokonce říci, že každý z nás cestujeme časem.
A to konkrétně tedy do budoucnosti.
A to tedy přesně rychlostí jedné sekundy za sekundu, což je ale opět poněkud nic neříkající výrok.
Prostě žijeme a čas pro nás plyne.
Pochopitelně bychom ale rádi buď cestovali do vzdálenější budoucnosti, abychom zjistili, jak se vyvinuly některé věci, které nás trápily, popřípadě abychom se dozvěděli, co se třeba stalo s lidským druhem.
Nebo ještě lépe bychom chtěli cestovat do minulosti, abychom zabránili úmrtí milované osoby, změnili důležité rozhodnutí a podobně.
A oboje v principu lze.
Zde vidíte dilataci času v závislosti na rychlosti.
Zaměřme se tedy nejprve na jednodušší variantu a řekněme, že chceme cestovat do budoucnosti.
Jak bychom to mohli provést?
To nám říkají Einsteinovy teorie, speciální a obecná relativita.
Dilatace času při vysoké rychlosti
Tyto teorie předvídají jev, jenž byl již mnohokrát skutečně naměřen, a který známe jako dilataci času, doslova tedy roztažení či zpomalení času.
Speciální relativita pracuje s tzv. kinetickou dilatací času, odborně jde o to, že hodiny, které se vůči vztažné soustavě S pohybují, jdou pomaleji než hodiny, které jsou vůči soustavě S v klidu.
Upozorňuji, že to není věc chyby měření nebo přesnosti měřících přístrojů.
Jde o objektivní skutečnost.
A platí nejen pro hodiny, ale i pro živé bytosti.
Tedy, pokud bych letěl v raketě rychlostí blízkou rychlosti světla, pak bych stárnul pomaleji než lidé, kteří by zůstali na Zemi.
Čím vyšší rychlosti dosáhnu, tím pomaleji budu stárnout.
S tím souvisí známý paradox dvojčat.
Představme si, že máme dvojčata, z nichž jedno bude pobývat v kosmické stanici v kosmickém prostoru, zatímco druhé absolvuje cestu k Alfě Centauri a zpět.
Když se vrátí, zjistí, že zestárl mnohem méně než jeho dvojče na kosmické stanici.
Pohyboval se totiž rychlostí blízkou rychlosti světla, takže čas pro něj plynul výrazně pomaleji.
Vysvětlení je zde prosté.
Speciální relativita říká, že dilatace času platí pro inerciální vztažné soustavy.
To jsou soustavy v klidu anebo rovnoměrném přímočarém pohybu.
A to je zde porušeno.
Situace obou sourozenců nejsou stejné a symetrické.
Zatímco dvojče setrvávající na kosmické stanici bylo v inerciální soustavě, soustava pohybujícího se sourozence je neinerciální.
Při svém letu totiž musel nejprve zrychlovat a poté zpomalovat u cílové soustavy, ale i kdyby celou cestu letěl stejnou rychlostí, u cílové hvězdy by stejně musel provést otočku.
Tudíž porušil inerciálnost své soustavy.
Gravitační zpomalování času
Obecná relativita pracuje s tzv. gravitační dilatací času.
Jde o to, že v silném gravitačním poli plyne čas pomaleji než v poli slabším.
Tedy kupříkladu na povrchu neutronové hvězdy plane čas podstatně pomaleji než ve vzdálenosti milionu kilometrů od této neutronové hvězdy.
Analogicky totéž platí samozřejmě i pro jakékoliv jiné objekty, černé díry, naše Slunce či náš Měsíc.
Relativistické efekty v praxi
Naměřili jsme relativistické efekty i ve skutečnosti?
Řekli jsme si, že se dilatace času projevuje nejsilněji při obrovských rychlostech a při velmi silných gravitačních polích.
Nejde jen tedy o nějaké plácání a není to tak, že tyto efekty jsme dosud neměřili?
Není!
Tak například v horních vrstvách atmosféry vznikají částice zvané miony, což jsou těžší sourozenci elektronů.
Tyto částice mají velmi krátký poločas přeměny, takže by se měly rychle rozpadnout.
Přesto je i na povrchu Země dokážeme detekovat.
Tento efekt ale umíme měřit i u pomalejších rychlostí a relativně slabých gravitačních polí.
Typickým příkladem je Hafeleův - Keatingův experiment.
Dva fyzikové při něm s atomovými hodinami obletěli zeměkouli nejprve v jednom směru a následně ve směru druhém.
Přitom měřili dilataci času ve srovnání s referenčními atomovými hodinami, které zůstaly v laboratoři.
A tyto efekty skutečně naměřili.
Sice jsou v řádu nanosekund, ale existují.
GPS, Galileo a kosmické lety
Gravitační a kinematická dilatace času působící na družice v různých výškách.
Tytéž relativistické efekty se navíc uplatňují i u satelitních navigačních systémů typu GPS či Galileo (platí pochopitelně i pro všechny další navigační systémy, globální i regionální).
I zde dochází k dilataci času a hodiny na povrchu Země a na družicích mají proto jiný čas.
Z toho důvodu je nutné, aby se u GPS či Galilea prováděly korekce dle efektů speciální a obecné relativity, jinak by byla taková navigace k ničemu.
Chyba by byla tak výrazná, že už první den by se stala navigace bez příslušných korekcí zcela nepoužitelnou, protože by vykazovala chyby v řádu kilometrů.
A jak jistě sami uznáte, podle navigace s chybou několik kilometrů byste se v autě dostali leda tak na jedno místo, ale určitě ne tam, kam byste potřebovali.
Analogicky se korekce podle relativity používaly třeba i pro mise programu Apollo, který dopravil lidskou posádku na Měsíc.
Následující příklady skvěle ukazují to, proč je důležitý základní výzkum a proč nelze podporovat jen výzkum aplikovaný.
Když Einstein vytvářel svou speciální a obecnou relativitu, nemohl vůbec tušit, že se jednou budou používat právě k těmto účelům, neboť v té době byl nejrychlejším dopravním prostředkem vlak, letectví bylo v plenkách a o nějakých kosmických letech uvažovali jen snílkové.
Jak Funguje Čas? Relativita, Zpomalování, Černé díry a Tajemství Fyziky Vesmíru!
Další dobrodružství vynálezce Alvy
Nové příhody, které z večerníčku neznáte!
Vynálezce Alva je tu zpět a s ním spousta úžasných vynálezů!
Společně s Denisou a Filipem navštíví divadelní představení, budou dohlížet na hladký průběh svatby Alvovy sestřenice a vypraví se na výlet říčním parníkem.
Pro každou sitauci má Alva připraveno hned několik originálních vynálezů.
Přijíždí s kamarády Denisou a Filipem na speciálně upravené motorce rovnou ze závodu veteránů.
A to je jen začátek.
Trojice se vydá tábořit do lesa a málem vyděsí dřevorubce k smrti, v galerii dopadnou zloděje a ve školním kabinetě zachrání kostlivce Emila.
Kromě nadšení, se kterým se naši hrdinové vrhají do každého dobrodružství, mají vždy po ruce nejnovější Alvovy objevy a zlepšováky.
V současné době jsou v plném proudu práce na druhé řadě večerníčku „Vynálezce Alva“.
Za rok se tedy děti a jejich rodiče a prarodiče mohou těšit na šest dalších dobrodružných epizod.