Rozvlněný svět

Holanův verš, jehož poslední větu si pro titul jedné ze svých knih vypůjčil i Tomáš Halík, může leckoho inspirovat k teologickému rozjímání. Ale zrovna tak odkazuje i k fundamentální vlastnosti našeho světa, kterou popisují přírodní vědy. Celý vesmír od samotného prostoročasu po proteiny v našich buňkách a atomy v těchto proteinech je v neustálém pohybu. Jsme obklopeni a prostoupeni oscilacemi, vibracemi a vlněním různého druhu. Bez kmitání a jeho šíření v prostoru, tedy vlnění, by vesmír snad mohl být pevný, ale neexistoval by v něm život a na elementární fyzikální úrovni by vypadal úplně jinak než ten náš, oscilující a rozvlněný.

Vlny a vlnění jsou hlavním tématem tohoto čísla Vesmíru. Je to téma, které v sobě obsahuje všechna myslitelná prostorová i časová měřítka. Navštívíme s ním raný vesmír, v němž se sice ještě nemohlo šířit elektromagnetické vlnění, ale dodnes na něj máme památku v podobě „zamrzlých“ baryonových akustických oscilací (s. 626). Gravitační vlny, od jejichž první detekce uplynulo deset let, sice produkuje každé těleso, které se pohybuje se zrychlením, ale umíme je zachytit, jen pokud jsou jejich zdrojem velmi hmotné objekty – srážející se černé díry. I tak jsme museli vyvinout mimořádně citlivé detektory, protože zaznamenané změny vzdáleností odpovídají zlomku průměru protonu (s. 632).

Protože je vlnění neoddělitelnou fyzikální součástí uspořádání světa, můžeme ho využívat i jako zdroj informací. Vynecháváme tentokrát téměř zcela vlnění elektromagnetické, bez kterého by osleply nejen naše oči, ale i všechny obory astronomie od rentgenové po radiovou, stejně jako nejrůznější zobrazovací a spektroskopické metody ve fyzice, chemii, biologii, medicíně i materiálovém inženýrství. Spoustu informací nám poskytují i mechanické vlny včetně akustických, ať o dění v atmosféře (s. 629), nebo v pevných látkách (s. 640) – v tomto případě, pravda, přichází ke slovu i elektromagnetické vlnění v podobě laseru, který mechanické vlny v materiálu indukuje.

Akustické vlny pronikají do Cortiho orgánu v hlemýždi vnitřního ucha, v němž ohýbají stereocilie vláskových buněk (zdobící obálku tohoto čísla) a spouštějí kaskádu dějů, jejichž výsledkem je přenos signálu do mozku. Jak přesně mechanická i elektrická část celého systému slyšení funguje, popisuje počítačový model vytvořený autory článku na s. 622. Bez schopnosti vnímat různé druhy vlnění bychom tedy oslepli i ohluchli. Ale ani další smysly by nám nebyly nic platné, kdyby se informace z nich nešířily jako vlna depolarizace podél nervového vlákna.

Kresba Ivan M. Havel

Každý zdroj informací využívaný živými tvory je předmětem evolučního soupeření. Je výhodné vnímat vlnění, které ostatním zůstává skryto. Platí to pro netopýra využívajícího echolokaci, pro predátora orientujícího se podle ultrafialových stop zanechávaných kořistí i pro vojáka vybaveného nočním viděním. Klikatá čára na hřbetě zmije mate útočníka hned třemi různými způsoby. V klidu pomáhá rozbít obrys hada na skvrnitém pozadí, takže funguje jako kryptické zbarvení. Pokud si predátor zmije přece jen všimne, stejný vzor může fungovat naopak jako aposematické zbarvení: při mírném pohybu upoutá pozornost a slouží jako varování – podobně jako žluto-černé pruhování vos. Jeho nejzajímavější role se však projeví v okamžiku, kdy predátor přece jen zaútočí. Zmije na útěku rozkmitá své tělo, klikatá čára se rozvlní a útočníkovi se před očima začnou míhat různé barvy tak rychle, že se mu zmije doslova ztratí mezi kamínky a kořeny. Rychlost změn barevnosti přesahuje 80 Hz, což stačí na zmatení savčích predátorů. Dravce ale neošálí, protože ptačí oko dovede „snímkovat“ s frekvencí přes 100 Hz, takže vlnící se zmiji stíhá sledovat.¹⁾

Vlnění tedy dovede i mást, ale je to jen nevyhnutelný sekundární důsledek skutečnosti, že nám o světě říká leccos užitečného. V tomto vydání Vesmíru o tom najdete hned několik netriviálních důkazů. Přeji vám inspirativní čtení.