Fyzikální objevy roku 2024
Článek „The Year in Physics“ z Quanta Magazine shrnuje nejvýznamnější fyzikální objevy roku 2024.
Temná energie
V dubnu vědci pomocí přístroje DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) zjistili, že temná energie, která způsobuje zrychlující se expanzi vesmíru, možná slábne. Tato data naznačují, že rychlost expanze vesmíru klesá, což by mohlo zásadně změnit naše chápání základních zákonů fyziky.
Temná energie je záhadná forma energie, která tvoří přibližně 68 % – 72 % vesmíru a je hlavním motorem jeho zrychlené expanze. Na rozdíl od temné hmoty nepůsobí gravitační přitažlivostí, ale naopak způsobuje odpudivý efekt, který překonává gravitaci a rozpíná prostor mezi galaxiemi. Poprvé byla navržena na základě pozorování supernov typu Ia v 90. letech, kdy vědci zjistili, že expanze vesmíru se ne zpomaluje, jak se očekávalo, ale zrychluje.
Přesná podstata temné energie zůstává neznámá, avšak teorie zahrnují kosmologickou konstantu spojenou s vakuovou energií nebo dynamické pole známé jako kvintesence. Výzkum temné energie je jedním z největších současných vědeckých výzev, protože její pochopení by mohlo zásadně změnit náš pohled na vesmír a jeho osud.
Temná hmota
V oblasti temné hmoty dosáhli vědci citlivosti detektorů na úroveň, kdy zachycují neutriny ze Slunce, což komplikuje detekci částic temné hmoty známých jako WIMPy. To vedlo k přehodnocení hypotéz a zaměření na jiné kandidáty temné hmoty, například lehčí částice.
Astronomové také objevili objekt MACS J0018.5, přezdívaný „nová Bullet Cluster“, který poskytuje další důkazy o existenci temné hmoty. Tento objekt ukazuje, jak se temná hmota chová při srážkách galaktických kup.
Temná hmota je tajemná složka vesmíru, která tvoří přibližně 27 % jeho celkové hmoty a energie, přestože zůstává neviditelná a nepřímo pozorovatelná. Na rozdíl od běžné hmoty nevyzařuje, nepohlcuje ani neodráží elektromagnetické záření, což znamená, že ji nemůžeme detekovat tradičními teleskopy. Její existence je však naznačena gravitačními účinky na viditelnou hmotu, jako jsou pohyby galaxií nebo ohyb světla (gravitační čočky). Vědci se domnívají, že temná hmota hraje klíčovou roli při formování struktur vesmíru a stabilizaci galaxií. I přes intenzivní výzkum zůstává její přesná povaha neznámá, přičemž teorie zvažují exotické částice, jako jsou WIMPy (slabě interagující masivní částice), nebo alternativní modely gravitace.
Supersolidní stav
V oblasti kondenzované hmoty vědci vytvořili supersolid, stav hmoty kombinující pevné a supertekuté vlastnosti. Tento objev otevírá nové možnosti pro studium kvantových jevů v makroskopických systémech.
Kondenzovaná hmota je jednou z hlavních oblastí fyziky, která studuje vlastnosti látek v pevné a kapalné fázi, kde jsou atomy nebo molekuly úzce propojeny. Zahrnuje širokou škálu jevů, jako je supravodivost, magnetismus nebo exotické stavy hmoty. Novým a fascinujícím objevem v této oblasti je supersolidní stav.
Co je supersolidní stav?
Supersolidní stav je zvláštní fáze hmoty, která kombinuje vlastnosti pevné látky (jako je pevná struktura atomů) a supratekutosti (stav, kdy látka proudí bez tření). V supersolidu jsou atomy uspořádány do pravidelné mřížky, ale současně mohou kvantově „klouzat“ mřížkou díky jejich supratekuté povaze.
Jak vzniká supersolidní stav?
Supersolidní stav byl nedávno experimentálně dosažen v ultrachladných plynech, kde vědci manipulovali s Bose-Einsteinovými kondenzáty (BEC). Pomocí precizních laserů a magnetických polí vytvořili podmínky, kde atomy spontánně vytvořily supersolidní struktury.
Kvantové geometrie
Další pokroky byly dosaženy v oblasti kvantové geometrie, které mohou mít významné dopady na vývoj kvantových počítačů a naše chápání topologických vlastností materiálů.
Na rozdíl od klasické geometrie, která vychází z kontinuálního prostoru (např. podle teorie relativity), kvantová geometrie předpokládá, že prostor na nejzákladnější úrovni není spojitý, ale má diskrétní strukturu, podobně jako kvantované energie v atomové fyzice. Tento přístup je důležitý při pokusech o sjednocení kvantové mechaniky a obecné teorie relativity, což je jedním z hlavních cílů moderní fyziky.
Jedním z klíčových přístupů ke kvantové geometrii je smyčková kvantová gravitace (loop quantum gravity), která modeluje prostor jako síť kvantovaných smyček, tzv. spinových sítí. Jiným přístupem je použití nápadů z teorie strun nebo teorie kvantových grup.
Nobelova cena za fyziku 2024
John J. Hopfield and Geoffrey E. Hinton. Credit: Ill. Niklas Elmehed © Nobel Prize Outreach
Nobelovu cenu za fyziku pro rok 2024 získali John J. Hopfield a Geoffrey E. Hinton za průlomové objevy v oblasti strojového učení s využitím umělých neuronových sítí.
John J. Hopfield, emeritní profesor na Princetonské univerzitě, je známý svou prací z 80. let, kdy vyvinul tzv. Hopfieldovu síť. Tato síť umožňuje ukládání a rekonstrukci informací podobně jako lidská paměť, což položilo základy pro rozvoj umělých neuronových sítí.
Geoffrey E. Hinton, působící na Torontské univerzitě, je považován za jednoho z „kmotrů“ umělé inteligence. Jeho práce na Boltzmannových strojích a hlubokých neuronových sítích významně přispěla k pokroku v oblasti strojového učení a umělé inteligence.
Oba vědci využili principy statistické fyziky k vytvoření modelů, které napodobují funkce lidského mozku, což vedlo k významným pokrokům v technologiích, jako je rozpoznávání řeči, analýza obrazu a další aplikace umělé inteligence.
