Studená laboratoř ve vesmíru: kde se fyzika zblázní

Pojďme si něco představit.

Představ si bedýnku velkou asi jako malá lednice, která tiše pluje 400 kilometrů nad Zemí. Uvnitř tohohle obyčejného kovového boxu vědci vyrábějí něco, co je možná tou nejpodivnější hmotou v celém vesmíru. A tím "vyrábějí" myslím chlazení hmoty na teploty, u kterých by ti Antarctica připadala jako tropical paradise.

Jmenuje se to Cold Atom Lab. A právě prošla pořádnou modernizací.

Co tam vlastně vzniká?

Tady to začíná být pořádně divné. Když ochladíš hmotu na teploty těsně nad absolutní nulou (tedy minus 273 stupňů Celsia), atomy začnou dělat věci, které by tvého středoškolského fyzikáře donutily omdlít.

Většina z nás si představuje atomy jako kuličky. Jako takové miniaturní míčky, které se o sebe třesknou v nějakém prostoru. Jasně, to jsem si myslel taky. Ale při těchto teplotách? Atomy přestávají být částice a začínají se chovat jako vlny. Vlny! Můžou být na více místech najednou. Můžou se navzájem procházet. Prostě začnou dělat věci, které jsou naprosto mimo naši běžnou intuici.

Výsledkem je takzvaný Bose-Einsteinův kondenzát, neboli BEC. Vědci ho označují jako "páté skupenství hmoty" (po pevných látkách, kapalinách, plynech a plazmatu). Ale upřímně? Říkat tomu "skupenství" je trochu málo. Tohle je spíš takový kvantový hřiště, kde se normální pravidla, na která jsme zvyklí, prostě vypnou.

Proč je na to vesmír ideální?

Tohle si uvědomíš snadno. BEC se dá vyrábět i na Zemi. Problém je, že tu nás drtí gravitace. Kondenzát pozoruješ jen pár vteřin, než se rozpadne nebo rozplyne.

Ale ve vesmíru? Mikrogravitace je tvůj nejlepší kámoš. Ty kvantové vlny, které se snažíme studovat, můžou v mikrogravitaci růst mnohem větší a my je můžeme sledovat podstatně déle. Je to jako rozdíl mezi studováním mořských vln ve vaně a na pláži.

Jak to popsal jeden vědec: při těchto teplotách "vlnová povaha hmoty dominuje a ultra studená hmota se může chovat způsoby, které nejsou jen neočekávané, ale taky umožňují extrémně přesná měření času, gravitace a pohybu."

Nechej to na chvilku uležet. Používáme tu nejchladnější věc ve vesmíru k měření času a gravitace s naprostou přesností. Je to jako vážit slona pomocí nejněžnějšího pírka. Nemělo by to fungovat, ale nějak to funguje.

Jak to vůbec chladí?

Proces je to fascinující.

Zaprvé vědci zahřejou malé kousky rubidia nebo draslíku na zhruba 400 stupňů Celsia. Super horké, jako pizza pec. Vznikne tím plyn uvnitř vakuové komory.

Pak přijde ta vtipná část. Použijí pečlivě naladěné lasery, které z atomů doslova vymlátí energii. Představ si to jako chlazení hyperaktivního batolete tím, že ho donutíš sedět nehybně. Ne že bys mu bral energii, ale doslova ji z něj vysáváš světlem.

Po laserovém chlazení magnetická pole zachytí atomy na místě a další techniky je zpomalí ještě víc. Nakonec ti zůstane oblak atomů, které se pohybují tak pomalu, že kdyby byly autem, trvalo by jim milion let přejet městský blok.

Proč by tě to mělo zajímat?

Tuším, co si říkáš: "Jo, hezký, ale proč bych měl dávat pozor na nějakou vesmírnou lednici?"

Fér otázka! Tady je odpověď: Jsme na začátku toho, čemu se říká "kvantová revoluce 2.0". První kvantová revoluce nám dala lasery, chytré telefony a MRI přístroje. Technologie, které definují moderní život.

Další kvantová revoluce? Ta bude o přímé manipulaci velkých kvantových stavů za účelem vytvoření technologií, které si dneska můžeme jen těžko představit. Lepší atomové hodiny pro GPS. Senzory schopné detekovat gravitační vlny. Počítače, které vyřeší problémy, na které by dnešní počítače potřebovaly miliardu let.

Cold Atom Lab v podstatě dokazuje, že kvantová technologie může spolehlivě fungovat ve vesmíru. Je to testbed pro přístroje, které jednoho dne možná podpoří vše od pozemní vědy až po průzkum hlubokého vesmíru.

Co přinesla nedávná modernizace?

Poslední upgrade, který dorazil na ISS v dubnu, přinesl několik skutečně vzrušujících vylepšení. Je tu přepracovaná magnetická past, která dokáže měnit tvar kvantových oblaků — což dává výzkumníkům nové způsoby, jak toto bizarní skupenství zkoumat. Vylepšili taky zdroje kovových atomů, které generují plynové oblaky.

Jeden vědec to nazval "tím nejbližším, co máme k ovládání hranice kvantového světa." Nevím jak ty, ale mě to zároveň nadšuje a trochu děsí.

Co z toho plyne?

Tohle mě na tom celém fascinuje nejvíc: Jsme druh, který ještě ani nenavštívil Mars, ale už teď jsme tam nahoře, 400 kilometrů nad planetou, a hrajeme si s hmotou při teplotách blížících se absolutní nule. Manipulujeme základní stavební kameny reality samotné, využíváme mikrogravitační prostředí k zodpovězení otázek o povaze vesmíru, které si filosofové kladou už tisíce let.

Cold Atom Lab možná nedělá titulky jako marsovské přistání, ale upřímně? Tohle je ten druh vědy, kvůli kterému můj vnitřní nerd provádí malý taneček. Nejen že objevujeme vesmír — používáme vesmír k objevování těch nejhlubších tajemství hmoty samotné.

A podle mě je to naprosto úžasné.