Fyzici ve Vídni zrychlili mikroskopickou dutou částici na 99 % rychlosti světla, čímž potvrdili relativistický nárůst hmotnosti v reálném experimentu. Tento průlom otevírá nové možnosti výzkumu extrémních jevů ve fyzice, od černých děr po budoucí technologie.
Představte si objekt tak malý, že je téměř neviditelný, ale pohybuje se tak rychle, že by mohl obkroužit Zemi více než sedmkrát za jedinou sekundu, přičemž jeho hmotnost se exponenciálně násobí. To není science fiction, to je úspěch, kterého dosáhl tým fyziků z Vídeňského institutu pro kvantovou vědu a technologii v laboratoři, když urychlil nanočástice na rychlost, která hraničí s absolutní hranicí vesmíru: rychlostí světla. Tento experiment nejenže stanovuje nový rekord, ale otevírá dveře k testování základů samotné fyziky, kdy se nemožné stává skutečností: objekt, který se při plném pohybu stává sedmkrát „těžším“.
Tým vedený Dominikem Hornofem publikoval své výsledky v časopise Nature a na rozdíl od toho, jak by se to mohlo jevit, se nejedná o miniaturní kosmickou loď nebo silný svazek subatomárních částic. Hlavním hrdinou tohoto příběhu je křemíková mikrobublina, dutá koule tisíckrát tenčí než lidský vlas.
Experiment Hornofova týmu spočíval v umístění těchto mikrobublin do vakuové komory a jejich zavěšení do vzduchu pomocí „optické pinzety“, laserového světelného paprsku, který dokáže znehybnit drobné částice. Po jejich uvěznění na ně dopadne neuvěřitelně krátký a intenzivní puls laserového světla, který jim ve zlomku sekundy předá monumentální množství energie. Výsledkem je tak brutální zrychlení, že tyto mikrobublinky dosáhnou 99 % rychlosti světla (0,99c).
For the first time, physicists have simulated what objects moving near the speed of light would look like — an optical illusion called the Terrell-Penrose effect. https://t.co/rG3bAzFBGD
— Live Science (@LiveScience) October 12, 2025
A tady začíná být experiment zajímavý. Podle Einsteinovy speciální teorie relativity se při přiblížení objektu k rychlosti světla jeho kinetická energie projeví jako nárůst hmotnosti. Nejde o to, že by získal více atomů, ale o to, že se energie uvedená do pohybu „zhmotní“, takže se objekt chová, jako by byl mnohem hmotnější.
O kolik je hmotnější? Výpočty jsou přesvědčivé. Při 99 % rychlosti světla je Lorentzův faktor, veličina, která tento efekt kvantifikuje, přibližně 7. To znamená, že mikrobublina má během své ultrarychlé cesty relativistickou hmotnost asi sedmkrát větší, než když je v klidu. Pokud by její hmotnost v klidu byla 1 mikrogram, chovala by se v daném okamžiku, jako by vážila 7 mikrogramů. Nejedná se o abstraktní pojem, ale o fyzikální realitu, která objektu neuvěřitelně ztěžuje udržení zrychlení a působí jako „relativistická brzda“, která brání jakémukoli objektu s hmotností dosáhnout rychlosti světla.
Proč je dosažení těchto rychlostí tak důležité? Urychlit makroskopické objekty (i extrémně malé) na tyto rychlosti, aniž by se zničily a bylo možné tyto relativistické efekty měřit, je titánská výzva. Tento experiment je kvantovým skokem v několika ohledech. Zaprvé, je to přímá praktická demonstrace relativity v praxi na ovladatelném objektu v laboratoři, která Einsteina podrobuje zkoušce. Umožňuje vědcům testovat fyzikální zákony v dříve nedostupných energetických a rychlostních režimech.
Zároveň se tyto mikrobubliny se svou znásobenou hmotností stávají dokonalými vysokoenergetickými projektily. Studiem jejich srážek mohou fyzikové simulovat a lépe pochopit prudké procesy, k nimž dochází v okolí černých děr nebo v kosmickém záření.
A nakonec je tu budoucnost. Schopnost kontrolovat a měřit hmotu v tomto extrémním režimu by mohla mít dlouhodobé využití v pohonu kosmických lodí, při vytváření nových materiálů nebo při vývoji kompaktních zdrojů záření.
Zajímavé je, že tento úspěch není koncem, ale začátkem nové éry. Hornofův tým plánuje posunout experiment ještě dál a pokusit se dosáhnout 99,9 % rychlosti světla, kde by nárůst hmotnosti byl více než 22násobný, a s nebývalou přesností změřit, jak relativita utváří chování hmoty.
Možnost dostat se tak blízko rychlosti světla také otevírá řadu otázek o hranicích známé fyziky. Pokud by se teoreticky podařilo tuto hranici překonat, otevřelo by to dveře k jevům, které si dnes můžeme jen představovat, například k cestování v čase. Podle současné fyziky však objekt s hmotností nemůže překročit rychlost světla, protože by k tomu potřeboval nekonečné množství energie.
Kromě toho by tyto experimenty mohly mít významné důsledky v oblasti částicové fyziky. Urychlovače částic, jako je Velký hadronový urychlovač (LHC), již pracují s extrémními energiemi, ale přístup mikrobublin by mohl nabídnout novou perspektivu studia základních interakcí hmoty na dosud nedosažitelných škálách.
V oblasti technologií by manipulace s částicemi při těchto rychlostech mohla způsobit revoluci ve způsobu navrhování a používání elektronických zařízení. Vytvoření materiálů, které jsou schopny odolat tak extrémním podmínkám, by mohlo vést k pokroku v miniaturizaci elektronických součástek a účinnosti energetických systémů.
Tento experiment je nejen výzvou pro naše současné chápání fyziky, ale také příslibem budoucnosti plné možností. Pokud budou vědci pokračovat ve zkoumání těchto limitů, mohli bychom se ocitnout na pokraji vědecké revoluce, která změní naše chápání vesmíru a naši schopnost s ním komunikovat.