Ach! Utečte do hor, konec světa se blíží aneb Mediální strašák LHC v provozu

Urychlovač částic LHC byl po více než roce probrán ze spánku. Sice stále nejede na plný výkon – a nějakou dobu ani nepojede – přesto už několik věcí dokázal: překonal rekord, fyzikům udělal obrovskou radost a novinářům dal šanci psát o katastrofickém konci světa. A lidé se bojí nenažraných černých děr...

Evropská organizace pro jaderný výzkum společně s fyziky po celém světě slaví. Vědcům se podařilo z rok trvajícího spánku probudit současný největší urychlovač částic na světě. Slavilo se už loni, kdy po dvaceti letech připrav došlo k jeho slavnostnímu spuštění, ovšem kdy záhy kvůli poruše musel být odstaven. Více než rok odborníci urychlovač opravovali, vylepšovali a doplňovali – a 20. listopadu do něj vpravili první svazky částic.

A už za deset dní od tohoto historického okamžiku prolomili první milník, kdy protonům dodali energii 1,18 TeV na svazek, čímž překonali dosud nejsilnější urychlovač Tevatron ve Fermilabu. Energie částic bude nadále stoupat a fyzici se nemohou dočkat, až začnou první experimenty.

Jenomže radost z nového přístroje nesdílí všichni. Strach lidí z neznámého pěstují hlavně média, která už loni „varovala“, že „někteří“ upozorňují, že „stroj simulující velký třesk“ může způsobit „katastrofy nedozírných rozměrů“.

Když byl LHC spuštěn loni v září, kolega David Procházka zde publikoval článek na téma LHC a taktéž zmínil několik možných katastrof, které by Zemi, potažmo celý vesmír mohly jeho vinou (LHC) potkat. Fyzika má sice s internetem a počítači společného mnohem více, než většina z nás tuší, přesto se takováto témata na našem serveru neobjevují často – nicméně po roce je LHC mezi fyziky zase tématem číslo jedna a nebude vůbec naškodu si o „katastrofách“ říct z poněkud racionálnějšího pohledu.

Rovněž nesouhlasím se závěrem zmíněného článku, ve kterém stojí, že urychlovač nepřinese „žádný úžasný objev“ – fyzici mohou najít řadu úžasných věcí (a mnohé z nich objeví), ale úžasné bude též to, když nenajdou „něco“, co dlouho hledají... O tom však jindy.

Bojíme se rádi

Věci, jímž člověk nerozumí, často vyvolávají strach. Stejně jako se kdysi naši předci báli hromů a blesků, v nás strach budí věci z vědeckých oborů, do kterých nemáme šanci nakouknout; ať jde o pokroky na půdy genetického inženýrství, nebo právě fyzikální experimenty typu LHC, kterými chceme lépe pochopit fungování světa a jimiž chceme odkrýt povahu hmoty, odpovědět na fundamentální otázky spojené se vznikem vesmíru (nebo lépe řečeno s jeho ranými okamžiky existence) či se samotnou podstatnou našeho prostoru a času.

V této oblasti jsou samozřejmě hodně plodní autoři vědeckofantastických děl, kteří slova jako prostoročas, červí díra nebo černá díra skloňují neustále. Těžko posuzovat jejich roli v (ne)chápání těchto pojmů mezi širokou veřejností (často výborná díla ale pocházejí od těch autorů, kteří jsou fyziky nebo astrofyziky; ani tohle však není pravidlem). Každopádně že se média, chrlící jeden katastrofický scénář za druhým, a tvůrci brakových filmových děl snaží na sebe strhnout pozornost a v lidech vyvolávat pocit strachu a nutnosti boje s neviditelným neexistujícím nepřítelem za účelem zvýšení návštěvností/čteností/prodejnosti, je věc smutná, ale obecně neodstranitelná.

Stačí si (i zpětně) pročíst katastroficky laděné články o LHC nebo o nemožně hloupých „skutečnostech“ spojených s 21. 12. 2012. Poslední dobou navíc čím dál více lidí nabývá poněkud bláznivého přesvědčení, že obě události (tj. spuštění LHC a konec světa v prosinci 2012) spolu úzce souvisejí...

Dnes a denně se můžeme všude možně setkat s tím, že lidí mají z LHC strach, že bychom si coby dětí boží s takovými aparáty hrát neměli a že bychom otázky, které se dotýkají Jeho vůle, měli nechat od cesty. To už tady ale bylo mnohokráte.

Mediální martyrium kolem LHC vrcholilo před více než rokem – v září 2008 byl urychlovač LHC prvně spuštěn. Zatímco fyzici a fanoušci vědy po celé planetě otevírali šampaňské, noviny (v hojné míře hlavně ty webové) nás zaplavily články, které přinejmenším byly nepřesné, jiné však byly lživé a zbytečně vyvolávaly paniku. Stejné hloupé zprávy, zmiňující možnost našeho skonu ve spalujícím žáru „nového velkého třesku“ nebo v chřípí nenasytné černé díry, se objevily po celém světě i v rádiích a na televizních obrazovkách.

Bohužel novináři si často neuvědomují, že při své honbě za senzacemi a co nejvyšší čteností a sledovaností mohou svými katastrofickými „předpovědmi“ vyvolat natolik velké obavy z věcí budoucích, že někteří jedinci je zkrátka neustojí.

A jak loni v září stoupala frekvence zpráv o LHC, o tom, že se blíží spuštění mašiny simulující velký třesk, okamžik stvoření vesmíru, v některých lidech sílil strach, co se stane, až se ozubená kola stroje na černé díry začnou otáčet.

Světová média potom musela informovat o několika už skutečných smutných událostech souvisejících s LHC a jejich vlastní práci: třeba o zbytečné smrti 16leté indické dívky, která spáchala sebevraždu právě kvůli strachu z LHC, strachu vyvolaného médii. Otec dívky tehdy totiž uvedl, že jeho dcera se spuštění LHC bála, sledovala televizi, četla noviny a obávala se toho, o čem se psalo: že fyzikální experiment by pro Zemi a celý vesmír mohl mít fatální následky. Sama se otce neustále ptala, jestli je to opravdu možné – otci se dívku přesvědčit ani uklidnit nepodařilo. Bohužel síla médií byla větší, což ji stálo život. Než aby se dočkala konce světa, před spuštěním LHC ze světa dobrovolně odešla.

Silnější srážky, vyšší energie

Za prvé je potřeba říct jednu podstatnou věc, kterou si lidé patrně často neuvědomují. A sice že fyzici nejsou žádní hlupáci. LHC je totiž tím nejdůmyslnějším strojem, jehož kdy lidstvo postavilo. Je nejsložitějším nástrojem, na který jsme si troufli – skok od prvních nástrojů, jakými pro nás byly klacky, kosti a kameny, až k mašině koukající přírodě pod sukni, je za těch "pár let" naší existence impozantní. A stojí za ním práce celých generací vědců a techniků, snoubí se v něm poznatky, které nám věda po úporném zápolení prozradila se zaťatými zuby.

Základní výzkum, ke kterému dochází nejen v těchto teoretických a experimentálních oblastech vědy, na první pohled nemusí vypadat jako něco, co pomůže lidem na Zemi v jejich každodenních životech, ale takový pocit je skutečně mylný. Že teoretický výzkum, který se nezdá být spojen s ničím „reálným“, se nakonec přetaví v důležitou a užitečnou věc, vidíte kolem sebe neustále. Například i teď, když čtete tento článek na webu (celý počítač, síť aj. – víte vůbec, že www vzniklo prvně právě v CERNu, kde sídlí LHC?), nebo když jdete k lékaři, na jehož umu a přístrojovém vybavení závisí váš život.

Ale abychom neodbíhali – jak můžeme s jistotou tvrdit, že LHC svět nezničí? (Puntičkáři posedlí kvantovou neurčitostí jistě prominou používání obratů jako „jistota“.)

Máme k tomu řadu důvodů.

Máme energii bojovat s energií?

Jedním ze strašáků pro lidi, ať už novináře, či čtenáře, je energie, s níž LHC pracuje. Pravda, LHC je urychlovač výjimečný právě tím, že částicím, které v jeho útrobách kolidují, dodává tolik energie, jako žádný jiný urychlovač, který fyzici před ním postavili. To je také důvod, proč jej 20 let stavěli – čím energetičtější budou srážky částic, tím hlouběji do nitra hmoty se podíváme, tím více nových částic může vzniknout a o to vyšší máme pravděpodobnost objevu toho, co se desetiletí hledá a k čemu je právě potřeba vysoké energie (například „božské částice“ zvané Higgsovy bosony). 

Slovo „energie“ jaksi strach v lidech vzbuzuje neustále, netřeba vyslovovat ani spojení „jaderná energie“... Obavy, že energie částic v LHC by mohla zapříčinit kolaps světa, jsou však neopodstatněné. Svazky protonů, které se v LHC srážejí, budou mít energii maximálně 7 TeV. Protony se tedy budou srážet při energii 14 TeV. To číslo vypadá opravdu závratně (a pro částicové fyziky velké je), hlavně když ho zapíšeme slovy jako 14 teraelektronvoltů, tedy čtrnáct bilionů elektronvoltů. (Hlavně vypadá "tajemně", protože ho normální smrtelník nemá s čím srovnat a nedokáže si tak představit, kolik to asi je.)

Jenomže: Když byl loni v září urychlovač LHC prvně přiveden k životu, operační energie nedosahovala ani energie stávajícího urychlovače částic Tevatron ve Fermilabu (který hmotu úspěšně drtí poblíž Chicaga). Tamní svazky částic mají (každý) energii 0,98 TeV, srážky probíhají s energií 1,96 TeV. A jak jste si sami mohli všimnout, roky provozu Tevatronu nezpůsobily jedninou katastrofu, ani národní a ani vesmírnou. Jen tato skutečnost, kdyby bývala byla zmíněna v médiích, mohla možná indické slečně zachránit život. Bohužel.

Druhou skutečností je, že i když energie 14 TeV otevře fyzikům okna do dosud neprobádaných koutů mikrosvěta, koutů, v nichž se skrývají odpovědi na některé naše otázky, v porovnání s jinými, častými událostmi je setsakramentsky malá. Srážky částic při nesrovnatelně vyšších energiích se dějí neustále – a to nemusíme chodit ani daleko do vesmíru a zabývat se kataklyzmatickými událostmi astronomických rozměrů. Stačí se totiž podívat na zemskou atmosféru.

Víte o tom, že Zemi bombardují kosmické paprsky? Nemluvíme o slunečním světle, ani slabém světlu hvězd, ale o palbě částic hmoty, částic, které narážejí do zemské atmosféry a odpalují další sekundárních spršky částic. A kosmické paprsky jsou složeny převážně z protonů – tedy stejných částic, jaké se srážejí v našich urychlovačích včetně LHC.

Energie kosmických paprsků je přitom mnohem vyšší než energie protonů i v tom nejsilnějším srážkostroji, LHC.

Když říkáme mnohem vyšší, míníme tím, že energie kosmických paprsků je opravdu mnohem, mnohem vyšší než protonů v LHC. Zatímco v LHC se srazí dva protonové svazky s celkovou energií 14 TeV, tedy ~ 10¹³ eV, energie částic v kosmických paprscích přesahuje 10²⁰ eV, tj. 10⁸ TeV. Jinými slovy, částice v kosmických paprscích mají energii přinejmenším deset milionkrát vyšší než kolidující protonové svazky v LHC (které maximální energie stejně ještě nedosáhly). Jestliže chcete srovnávat „sílu“ LHC s kosmickými paprsky, je to, jako kdybyste vzali jeden konec lana a za druhý by táhl zbytek obyvatel ČR. (Ve skutečnosti je energie uvolněná při srážce "kosmického" protonu o dané energii s atmosférou nižší než srážka dvou proti sobě letících protonů napumpovaných stejnou energii v LHC, ovšem to nemění náš závěr a ani fakt, že energie srážek v atmosféře jsou díky vyšším energiím protonů v kosmickém záření větší.)

Černá díra požírající novináře

To je jeden z největších mýtů, který mezi lidmi koluje. Možnost vzniku černé díry navíc neustále opakují i média.

Každopádně kdyby černé díry v LHC vznikly, bylo by to více než vzrušující. Bohužel je velice pravděpodobné, že fyzici by je nemohli odlišit od normálních částic. Existuje řada článků, které možnost vzniku malinkých černých děr připouštějí (hlavně při vyšších energiích), ovšem jejich společným rysem je jedna věc: takovéto černé díry jsou nestabilní a během okamžiku se podobně jako masivnější elementární částice rozpadají na stabilnější a lehčí částice. Stejně tak nejde přesně říct, zda nějaký energetický mikrostav je „částice“, nebo zda se jedná o „černou díru“. Toto jsou však spekulace a akademické řeči, každopádně zájemci si mohou jeden článek na toto téma přečíst: Svět z černých děr aneb Scénář stíněné gravitace.

Jestliže by fyzikům ale přálo štěstí a černé díry by opravdu vznikly a šlo by je „odlišit“ od záplavy vznikajících částic, stejně by si je moc dlouho neužili – brzy by se totiž vypařily (což souvisí s rozpadem na lehčí částice). Světoznámý teoretický fyzik Stephen Hawking totiž už v 70. letech 20. století ukázal, že černé díry nejsou zas tak černé, jak se o nich říká, ale že se v důsledku kvantových efektů vypařují. Šlo o vůbec první a důležité (částečné) spojení Einsteinovy obecné teorie relativity s kvantovou mechanikou, tedy dvou nosníků moderní fyziky, dvou teorií, z nichž jinak každá popisuje svět zcela odlišně, v jiné řeči. Obecná teorie relativity vysvětluje chování hmoty a prostoročasu na těch největších měřítkách, a vesmír jako celek, druhá panuje na opačném konci, na malých vzdálenostech, ve světě elementárních částic, ve světě kvant.

Po teoretickém zápolení a po překonání jistých těžkostí, které doprovází (i toto částečné) propojování obecné teorie relativity s kvantovou mechanikou, Hawking ke svému údivu zjistil, že černé díry se vypařují, mizí. Ty větší velice pomalu, malinkaté zase velice rychle. I kdybychom tedy nakonec nějakou černou díru vyrobili, brzy by se nám ztratila, vypařila by se.

Stejně tak můžete opět sáhnout ke kosmickým paprskům a říct: pokud by LHC bylo s to k životu přivést miniaturní černou díru, pak ty musejí vznikat i při srážkách kosmických paprsků s částicemi atmosféry. A protože náš ještě žádný kosmický paprsek nesmetl ze světa, nesežere nás ani černá díra v LHC.

A máte samozřejmě pravdu. Nemluvě o tom, že gravitační pole takové černé díry je směšně slabé, okolí by jistojistě nehltala. Ostatně v naší Galaxii existuje hodně černých děr, jedna monstrózní se skrývá i jejím jádru – a má hmotnost asi 2,2 milionu hmotností našeho Slunce..

Ani podivnůstky a ani velký třesk...

Zcela stejnými srovnáváními energií dosažitelných v urychlovači LHC s ostatními událostmi kolem nás, v atmosféře a nemluvě o jevech astrofyzikálních, můžeme rozptýlit i další obavy z konce světa – včetně uvolnění závratného množství energie z vakua při jeho přechodu na nižší energetickou hladinu (ochaha), přechodu, který podle katastrofických výkřiků LHC může odstartovat, potažmo vzniku nového vesmíru, který ten náš zničí.

Urychlovači LHC se přezdívá „mašina na velký třesk“, ale to je samozřejmě obrovské zjednodušení. Energie 14 TeV je energie opravdu nízká (relativně), vždyť pokud bereme fyziku vážně, energie panující v raném vesmíru byly nesrovnatelně vyšší. Populární články mající za úkol prodat LHC sice o stroji na velký třesk hovoří, ale věřte, že se samotným velkým třeskem toho LHC moc společného nemá (ne co se týká těch nejranějších okamžiků kosmu) – a opravdu současný vesmír nezničí.

V neposlední řadě se taktéž spekuluje o vzniku tzv. podivnůstek, hypotetických částic „podivné hmoty“. Podivné proto, protože taková částice je složena z kvarků u (Up), d (Down) a „s“ (Strange, podivný). Takováto exotická hmota se od „normální“ hmoty kolem nás (ze které jsme uplácaní i my) liší tím, že je za určitých speciálních podmínek stabilnější. Kdyby se tedy stalo, že LHC vyprodukuje podivnůstky, šíří média obavy, Země, jak ji známe, by přestala existovat: veškerá hmota by se začala zběsile měnit na podivnou hmotu.

Nejen novináři ale netuší, že pravděpodobnost vzniku podivné hmoty nestoupá se zvyšující se energií, ale naopak klesá. Jinými slovy, když podivnůstky nevznikly ani při jednom experimentu ve stávajících a dávno neexistujících urychlovačích, nevzniknou ani teď v LHC, natož urychlovačích budoucích. Navíc dohady, že by podivnůstky mohly být stabilní i za normálních podmínek (nejen pod vysokými tlaky), nestojí zrovna na nejpevnější teoretické půdě.

Urychlovač LHC Zemi ani vesmír nezničí – fyzikům a celému lidstvu ale pootevře vrátka do světa tajemství vesmíru, základních cihliček jeho hmoty, poodhalí tajemství vzniku našeho světa a může ukázat nám i něco neskutečného o povaze našeho prostoru a času – například, že svět má daleko více dimenzí, než vnímáme.

O tom ale snad někdy příště. Zatím se z vědeckého pokroku a jeho příslibů těšme, nemějme se strach z neznámého. Na místě je jenom pokora před přírodou a respekt k tvrdé práci vědců. Toho by se měli držet hlavně páni novináři a paní novinářky.

4. 12. 2009

Autor: Oldřich Klimánek