Nestihli ste si kúpiť júlové číslo časopisu Quark? Dávame vám do pozornosti najzaujímavejšie články a novinky zo sveta vedy a techniky, ktoré priniesol za posledný mesiac.
Júlové číslo časopisu Quark, Zdroj: Quark
Cestovanie v čase (Téma)
V euklidovskej geometrii sú priamky rovné, štvorce pravouhlé, kocka hranatá a súčet uhlov v trojuholníku je presne 180 stupňov. Už viac ako sto rokov však vieme, že aj keď v každodennom živote platí euklidovská geometria, príroda je v skutočnosti popisovaná iným typom geometrie. Všetko to začal Albert Einstein, keď publikoval svoju teóriu relativity. Vďaka nej vieme, že priestor a čas sú navzájom prepletené. Pre telesá s rýchlosťou blízkou rýchlosti svetla vo vákuu alebo pre okolie veľmi hmotných telies uväznených v malom objeme už nemôžeme použiť euklidovskú geometriu, ale inú, ktorá vie popísať priestorové a časové deformácie. Priestoročas je 4-rozmerný priestor, kde štvrtú dimenziu predstavuje čas. Keď študujeme najmenšie objekty, t. j. oveľa menšie ako rozmery atómových jadier, musíme niekedy na ich popis použiť aj 10-rozmerný priestor, čo si pri našom 3 + 1 priestoročase nevieme celkom dobre predstaviť.
Geometrie popisujúce extrémne fyzikálne podmienky môžu byť naozaj veľmi komplikované. Našťastie existujú spôsoby, ako si uľahčiť výpočty. Jedným z nich je zavedenie (matematického) priestoru s názvom manifold. Manifold je typ priestoru, ktorý na najmenších vzdialenostiach pripomína euklidovský priestor. Môžeme si to predstaviť ako kružnicu či guľu, ktorá nie je vôbec pravidelná, no zblízka by sme mohli jej krátke útržky aproximovať rovnou úsečkou a neboli by sme ďaleko od reality. Manifold by sme si potom mohli predstaviť ako atlas, v ktorom guľovú plochu alebo zakrivený zemský povrch aproximujeme rovinou (stranami), kde je zakrivenie nulové. V malých mierkach to však vôbec neprekáža. Manifold je teda veľmi vďačný typ matematického topologického priestoru, ktorý sa dá využiť aj pri popise fyzikálneho sveta. Manifoldy, zjednodušujúce pohľady na komplikované priestory, existujú aj pre einsteinovsky zakrivené priestory v blízkosti čiernych dier, no aj pre teóriu superstrún pri popise najmenších záchvevov priestoročasu.
Jedným druhom einsteinovsky zakrivených manifoldov je aj tzv. PNDP (Partially Negative Dimensional Product) manifold. PNDP manifold v sebe obsahuje okrem klasických dimenzií aj tzv. záporné či virtuálne dimenzie, ktoré sú pre náš vesmír skryté a nepozorovateľné.
Matematicky bol definovaný a objavený autorom tohto príspevku a jeho kolegami len nedávno. Kým pri fraktáloch sme si ako-tak zvykli na predstavu neceločíselných dimenzií, záporné dimenzie sa úplne vymykajú akýmkoľvek predstavám. Náš trojdimenzionálny (3D) mozog si dokáže ľahko predstaviť 3D objekty, resp. 3D priestor (t. j. počet kladných dimenzií sa rovná 3). 2D priestor v podobe roviny alebo guľovej plochy je tiež celkom ľahko predstaviteľný a pomáha aj pri vytvorení predstavy takých objektov, ako je napr. červia diera. Jednorozmerný priestor už neposkytuje veľa priestoru fantázii (úsečka, krivka). 0D priestor je reprezentovaný bezrozmerným bodom. A kým s viac ako tromi rozmermi ešte vieme fungovať pomocou času a paralelných vesmírov, záporné dimenzie unikajú akejkoľvek rozumnej predstave. Na druhej strane si už fyzici zvykli pracovať s teóriami, kde sa matematický aparát úplne vymyká zažitým predstavám, alebo im protirečí. Podstatné je, že výpočty súhlasia s experimentom. Typický príklad v tomto smere je kvantová teória.
Cestovanie v čase pomocou PNDP manifoldu, Zdroj: Pincak et all/Universe, úprava Marcela Pekarčíková
Ekologický dizajn (Rozhovor so Zuzanou Tončíkovou)
Kultúra prostredia a životné prostredie tvorené prírodou už nie sú izolovanými pojmami, ale vzájomne sa ovplyvňujú a tvarujú. Z hľadiska ekodizajnu a obehového hospodárstva predstavujú pre dizajnéra nové objavy na poli materiálov a technológií kľúčovú výzvu. Dizajn nemožno robiť bez toho, aby sa spájal s umením, nemožno ho robiť ani bez inžinierstva a bez vedy.
Budúcnosť dizajnu a najmä navrhovania nových materiálov, funkčných vlastností a technológií vidím v prieniku biológie, technológie a výskumu na pomedzí výpočtového dizajnu, digitálnej výroby, vedy o materiáloch a syntetickej biológie. Úlohou dizajnu bude prepojiť tieto nové objavy v podobe úžitkových produktov novej generácie.
Samotná krása prírody je dôvodom vzniku metódy biomimikry. Ide o postup napodobňujúci prírodu nielen z hľadiska jej funkcií a udržateľnosti, ale práve dokonalosti jej geometrie a foriem, čo rezonuje špeciálne u dizajnérov a architektov. Keď začneme porovnávať našu tvorbu a inovácie s konkurenciou nie medzi inými ľuďmi, ale inými druhmi, posunieme to, kam smerujeme, na novú úroveň. Dizajn, ktorý vznikne, bude spĺňať novú formu etiky a zodpovednosti.
Mentormi sú baktérie, huby, rastliny a zvieratá tejto planéty. Organizmy, ktoré recyklujú živiny, čistia vzduch, filtrujú vodu. Sú to živé formy, ktoré pracujú a prežívajú vo svojom prirodzenom prostredí pri rešpektovaní limitov a hraníc svojich systémov. Vytvárajú to, čo by sme mohli nazvať technologickým zázrakom. Organizmy zvládajú tieto úlohy úžasne jednoduchým spôsobom s použitím bežných lokálnych materiálov a vyskytujúcich sa prvkov.
Biomimikry vidí prírodu ako zdroj inšpirácie na všetkých úrovniach navrhovania, od skorých krokov kreovania koncepcie budúceho výrobku cez jeho tvorbu až po hodnotenie. Spolupráca s biológmi v procese navrhovania pomôže dizajnérovi pochopiť a pretaviť funkčné princípy, ktoré má ich nový návrh za cieľ spĺňať, a následne nájsť odpoveď na otázku: Prežitie ktorých organizmov alebo ekosystémov závisí od týchto funkcií? Môžu to byť medúzy, žirafy či mravce, ich skúmanie ponúka doslova tucty inšpiračných modelov s kompletným teoretickým návodom, chemickými vzorcami a sociálnymi stratégiami synergického fungovania. Dané poznanie je možné premietnuť do inovatívnych návrhov.
Biomimikry chápe prírodu ako model či zdroj inšpirácie, meradlo toho, čo funguje, čo trvá, čo je vhodné a mentora. Na rozdiel od prírody, ktorej evolúcia dokáže postupovať skôr malými krokmi, ľudská tvorivosť a kreativita môže v kombinácii s bioinšpiráciou robiť veľké skoky vo vytváraní radikálnych inovácií.
Známym príkladom biomimikry je napodobňovanie vlastností labiek gekónov pri vývoji efektívnych lepiacich pások. Zdroj: Pixabay
Doc. Ing. Zuzana Tončíková, ArtD., pôsobí na Katedre dizajnu nábytku a interiéru Technickej univerzity vo Zvolene. Svoju umeleckú činnosť, výskum a tvorbu začala profilovať v oblasti adaptovania nástrojov na implementáciu postupov ekodizajnu do tvorby dizajnérov. Je autorkou ekodizajnového nástroja – Ekodizajn koncept manuál, dostupného online na https://ekm.ekodizajn.sk/. Ako štipendistka Fulbright Scholar Program na Purdue University v USA pokračovala v zameraní sa na analýzu životného cyklu výrobkov v závislosti od vzťahov medzi materiálom, technológiou výroby a formou výrobku v rámci projektu COMBO. Od roku 2015 sa venuje biomimikry a aplikovaniu tejto komplexnej metódy v dizajne. Je spoluzakladateľkou startupového projektu Biomimicry for design (B4D). S produktom Biocultivator získala viacero medzinárodných a národných ocenení. Od roku 2017 aktívne spolupracuje s kolegami z Európskej biomimikry aliancie v rámci projektov zameraných na integráciu rôznorodých foriem bioinšpirácie do navrhovania prírodou inšpirovaných výrobkov a udržateľných inovácií. Je autorkou monografie Od bioinšpirácie k biomimikry (2021), autorkou a spoluautorkou dvoch vysokoškolských učebníc a učebných textov, ktoré sú súhrnom jej práce v oblasti udržateľnosti v dizajne.
Mohlo by vás tiež zaujímať: Ekojazdy budúcnosti, Samolepiace solárne panely.
Mrazivá krása letného neba (Astronómia)
Azda každý z nás sa v živote zadíval na oblohu a užasol: „Aký krásny oblak!” Obdivujeme najmä kumuly, ktoré podnecujú našu fantáziu či napríklad lentikuláry s nezameniteľným klobúkovitým vzhľadom. Všetky oblaky, o ktorých sa bežne rozprávame a ktoré ovplyvňujú naše počasie, sa nachádzajú v troposfére – tie najvyššie vo výškach až do 13 km. V letných mesiacoch sú však aj z územia Slovenska pozorovateľné oblaky, ktoré s touto oblačnosťou nemajú nič spoločné.
Možno ste sa už stretli s pojmom nočné svietiace oblaky, angl. noctilucent clouds – NLC. Možno ste ich niekedy aj zahliadli a čudovali sa, ako je možné, že oblaky dokážu svietiť, no ich výskyt ste pripísali cirrusovitej oblačnosti. Z hľadiska ich výskytu však ide o úplne iný typ oblačnosti.
Opusťme troposféru a vydajme sa až do mezosféry do výšok približne 85 km. To je takmer osemnásobok priemerného výskytu bežných troposférických oblakov. Nájdeme tu veľmi nízke teploty, omnoho redší a miliónkrát suchší vzduch než na Sahare, ale aj mrazivo krásne oblaky, ktoré vzbudzujú záujem astronómov, fotografov či nadšených pozorovateľov.
Teplota vzduchu, ktorý sa v mezosfére nachádza, je približne -135 °C. Práve v období letného slnovratu je teplota v mezosfére najnižšia, preto je výskyt nočných svietiacich oblakov najvyšší. Teplota priamo v mračnách dosahuje asi -138 °C. Logicky tu teda nájdeme vodu v zamrznutom skupenstve. Samotné NLC tvoria miniatúrne kryštáliky ľadu s priemernou veľkosťou 0,3 mikrometra. Na ich tvorbu už samotný ľad nestačí a je potrebná prítomnosť pevných častíc. Pri tejto vete sa však musíme zastaviť, lebo vznik mrazivých mračien nie je doposiaľ stopercentne spoľahlivo preukázaný.
Príbeh objavu NLC opisuje prvú teóriu ich vzniku. V roku 1883 vybuchla indonézska sopka Krakatoa. O tom, že to bol obrovský výbuch, svedčí skutočnosť, že pri erupcii sa do atmosféry uvoľnilo 20 miliónov ton síry a výbuch si vyžiadal životy viac ako 36-tisíc ľudí. Dva roky po výbuchu boli nočné svietiace oblaky pozorované po prvý raz. Prvé domnienky preto tiež smerovali k tomu, že za ich výskytom stojí onen výbuch sopky. V súčasnosti už vieme, že na vznik nočných svietiacich oblakov nie je potrebný výbuch sopky. Jej uvoľnený sopečný materiál (popol) mohol skutočne naviazať čiastočky ľadu v mezosfére, no rovnakú prácu zrejme odvádzajú aj iné častice.
Podľa novších teórií sa na ich vzniku podieľajú napríklad odpadové látky z motorov raketoplánov, rakiet spoločnosti SpaceX či meteory alebo meteoroidy. Všeobecný výskyt je stále otázny. Niektorí vedci sa domnievajú, že za zvýšenú tvorbu NLC v posledných rokoch môže narastajúca priemyselná činnosť a s ňou spojené globálne otepľovanie. Povrch Zeme sa zahrieva skleníkovými plynmi, a vyššie vrstvy atmosféry sa tým ochladzujú, čo spôsobuje vhodné podmienky na výskyt NLC.
Podobný princíp platí aj pri zmenách slnečnej aktivity. S nižšou slnečnou aktivitou klesá teplota v polárnych oblastiach a možnosť výskytu nočných svietiacich oblakov opäť rastie. Presnejšiu a jednoznačnejšiu definíciu zatiaľ nemáme.
Širokouhlá panoráma NLC fotografovaná z geografického stredu Slovenska v júli 2020. Zdroj: Tomáš Slovinský
Viac z astronómie: Hmotnejšie prvenstvo
Raj motýľov (Príroda)
Nie veľmi známa Bystrička je jednou z dolín Národného parku Malá Fatra. Leží v časti zvanej Krivánska Fatra. Preteká ňou potok Bystrička, ktorý sa vlieva do rieky Orava. Podľa pozorovaní žije v doline vyše 70 druhov denných motýľov.
Cez dolinu vedie zeleno značkovaný turistický chodník od autobusovej zastávky Párnica, Bystrička až do sedla Medziholie, ale počas dňa zastavuje na tejto zastávke len málo autobusov. Na začiatku doliny sa nachádza veľký nápadný kameňolom a na jej západných strmých svahoch Národná prírodná rezervácia Šrámková.
Dolina má miestami kaňonovitý charakter so strmými svahmi. V období, keď ešte existovala na začiatku doliny vlaková zastávka a v blízkom lome prebiehala intenzívna ťažba kameňa, bola počas dňa hustejšia vlaková doprava. Dolinou chodilo počas teplejších ročných období viac turistov smerom na sedlo Medziholie a odtiaľ až na vrchol Veľkého Rozsutca. Neskôr však bola táto vlaková zastávka zrušená. Možno preto sa potom stala táto dolina pre niektorých turistov v letnom období menej populárna. No pre tých, ktorí obdivujú prírodu aj z bližšieho pohľadu, je po prírodovednej stránke veľmi zaujímavá. Žije tu veľa druhov živočíchov, ku ktorým patrí aj množstvo pozoruhodného hmyzu. Z nich nás svojou pestrosťou a farebnosťou počas dňa upútajú mnohé denné motýle, ktorých je tu vyše 70 druhov. Najviac ich žije v strednej časti doliny.
Pod lomom a v jeho blízkom okolí popri ceste možno počas prázdninových dní vidieť poletovať viaceré tmavé motýle, ktoré rady zlietajú na mokrú cestu a svojím cuciakom prijímajú zo zeme vo vode rozpustné nerastné látky. K takýmto druhom patria aj motýle z čeľade babôčkovité. Z nich sa dúhovec menší (Apatura ilia) veľmi rád zdržiava za slnečného počasia pri mlákach na ceste, kde svojím žltozeleným ústnym ústrojom nasáva z mokrého prostredia obľúbenú tekutinu. Často zalieta až ku kameňolomu. Len veľmi zriedka prijíma nektár aj z kvetov rastlín. Krídla tohto pomerne veľkého a krásneho motýľa ozvláštňuje nápadný lesk pri dopade slnečného svetla pod určitým uhlom.
Jeho samičke, ktorú možno vidieť zriedkavejšie, sa krídla takto nelesknú. Motýle často vyletujú do korún okolitých stromov a krov nad cestou pri potoku, kde odpočívajú na listoch a v popoludňajších hodinách tam vyčkávajú na samičky. Húsenice žijú najmä na topoľoch.
Pri kráčaní dolinou smerom hore sa častejšie objavuje ďalší príbuzný druh – dúhovec väčší (Apatura iris). Je o niečo väčší ako dúhovec menší, má podobné správanie a pri lesku sa na jeho krídlach zjavuje tmavšie kovovomodré sfarbenie. V horských oblastiach, ku ktorým patrí aj dolina Bystrička, začína spravidla lietať o niečo skôr, teda už začiatkom júla, v porovnaní s jeho menším príbuzným. Často prijíma potravu na okraji mlák na ceste ako predošlý druh. Jeho húsenica žije najčastejšie na vŕbach, najmä na vŕbe rakyte.
Dúhovec menší svojím premenlivým sfarbením krídel pripomína niektoré exotické motýle z Južnej či Strednej Ameriky. Zdroj: Miroslav Kulfan
Ďalšie články z oblasti biológie: Vodné slimáky, Brmbolcový krab, Regeneratívna medicína, Srdce v miske, Sladkí pomocníci.
Čo sa udialo vo výskume?
Ióny magnézia podané injekčne priamo do poškodenej kosti môžu urýchliť regeneráciu kostí.
Európske ohnivé mravce by mohli byť zdrojom prírodných chemikálií odpudzujúcich pavúky.
Štúdia naznačuje, že fajčenie marihuany značne ovplyvňuje dôležité funkcie zraku.
Nové vydanie časopisu Quark nájdete v novinových stánkoch od 1. augusta 2021. Ak nechcete premeškať už ani jedno číslo časopisu, objednajte si zvýhodnené tlačené alebo elektronické predplatné na www.quark.sk/predplatne/. Pre aktuálne informácie a ďalšie zaujímavosti sledujte Quark na Facebooku www.facebook.com/casopisquark.
Zdroj: Quark
(DK)
