Radujte se milovníci rampouchů. Dr. Freeze přinesl své opus magnum.
Pro pořádek dodejme, že Stephen Morris, profesor fyziky na Torontské univerzitě, si neříká Dr. Freeze. Ale jak sám přiznává, je rampouchy posedlý. Pozoroval je v životním prostředí a pěstoval je ve své laboratoři. Shromáždil tisíce fotografií a stovky videí rampouchů vznikajících za různých podmínek.
A snažil se – a stále se snaží – rozluštit základní teorii, která řídí jejich chladnou a špičatou podstatu.
A teď to všechno rozdává.
Nazývá to Atlas rampouchů. Jde o online databázi, která obsahuje téměř veškerý jeho dosavadní výzkum rampouchů a kterou může zdarma a bez omezení využívat kdokoli, ať už jde o vědce, umělce nebo tvůrce vánočních pohlednic.
Je to nezvykle velké množství vědeckých dat, které lze zveřejnit – odpovídá více než 200 DVD – a je věnováno rampouchům. Něco takového tu ještě nebylo. A v době, kdy fyzikové obvykle získávají Nobelovy ceny za studium neviditelných částic a jevů, které leží daleko mimo dosah lidských smyslů, je to tak trochu rebelie.
„Zajímají mě zákonitosti v přírodě obecně,“ říká prof. Morris, jehož obor se oficiálně nazývá experimentální nelineární fyzika, ale stejně dobře by se dal popsat jako věda o každodenní zkušenosti.
„Mám velkou motivaci porozumět věcem, které vidím před sebou … věcem, které jsou pro každého zřejmé, ale jsou relativně nevysvětlené.“
A když se profesor Morris prochází po kampusu a ulicích torontské čtvrti, kde žije, vidí před sebou rampouchy.
Podívejte se na fascinující proces sestavování Atlasu rampouchů
PLANETA rampouchů
První věc, kterou je třeba na rampouších ocenit, je, že ačkoli jsou přírodním jevem, v přírodě je nenajdete snadno.
Projděte se v zimě lesem a všude najdete led a sníh, ale jen málo rampouchů. Cestujte po sluneční soustavě a zmrzlou vodu objevíte prakticky v každém zákoutí, od rozpraskaného povrchu kluziště Jupiterova měsíce Europa až po hlubiny trvale zastíněných kráterů na sluncem rozpáleném Merkuru. Ale žádné rampouchy.
Jen zde na Zemi – a to většinou jen v severních městech – jsou rampouchy poměrně běžným jevem. Je to proto, že rampouchy vyžadují dvě věci: atmosféru, která umožňuje existenci vody, a vhodné podmínky, kdy tato voda kape a lze ji přimět, aby předala vzduchu dostatek tepla k zamrznutí.
V čistě přírodních podmínkách takové okolnosti vznikají pouze tam, kde je voda blízko bodu mrazu a ve vertikálním pohybu, například kolem vodopádů nebo prosakuje podél skalních stěn, které mohou vytvářet zamrzlé kaskády.
Ale taková místa jsou vzácná. Teprve příchod městské krajiny způsobil, že se náš svět stal ledovým. Typické kanadské město 19. století je v podstatě obří stroj na výrobu rampouchů. Pokud potřebujete kapající vodu, nemůžete překonat převislé okapy a špatně izolované střechy.
To vysvětluje, proč je tolik rampouchů mimo jiné ve starších částech Ottawy, Montrealu a Toronta. A protože žije v části světa, která je pro tvorbu rampouchů optimalizovaná, zdá se nevyhnutelné, že se rampouchy nakonec dostanou do povědomí profesora Morrise.
HORNÍ PRAVDA
Rampouchy jsou pro fyziky ze své podstaty zajímavé, protože na rozdíl od oběžné dráhy Měsíce nebo struktury atomu neexistuje fyzikální teorie, která by spolehlivě předpověděla jejich přesný tvar a vlastnosti při určitém souboru počátečních podmínek. A tento problém není jen akademický. Icicle patří do většího souboru jevů, které je stejně náročné předpovědět a zmírnit, od růstu krup až po hromadění ledu na křídlech letadel, elektrickém vedení a mostech.
Krátce řečeno, rampouchy představují „dobře definovaný, kompaktní vědecký problém s praktickým využitím,“ říká Lasse Makkonen, vedoucí vědecký pracovník finského technického výzkumného centra VTT v Espoo.
Doktor Makkonen patří mezi hrstku vědců, kteří se zabývají detaily struktury a chování rampouchů. Od 80. let 20. století vypracoval matematický popis růstu rampouchů, který pomáhá vysvětlit, proč jsou rampouchy dlouhé a špičaté.
Ačkoli zdravý rozum říká, že voda by měla mrznout stejně rychle na všech částech rampouchu, je jasné, že špička roste rychleji než strany – až 20krát rychleji, říká Dr. Makkonen. Je to proto, že špička rampouchu tvoří dutou trubičku, která roste do visící kapky vody v místě, kde se zužuje. Jak kapka pravidelně padá, odvádí teplo a vystavuje špičku vzduchu. Vzduch pak ukrajuje další teplo a podporuje další růst ledu.
Doktor Makkonen vzpomíná, že dospěl k závěru na papíře, že rampouchy musí mít duté špičky, a pak to jednoho dne šel vyzkoušet do reálného světa.
„Vzal jsem jehlu z borovice a strčil ji do špičky rampouchu. Vjela dovnitř celá, asi pět centimetrů. Byl to zvláštní pocit: Prostě jsem to zaznamenal, žádné překvapení. Muselo to tak být.“
Později Raymond Goldstein a jeho kolegové z univerzity v britské Cambridgi navrhli teorii tvaru kapajícího rampouchu – nebo spíše platónského ideálu rampouchu. Teorie sice reprodukovala dlouhý špičatý tvar, ale některé rysy reprodukovat nedokázala, včetně zvlnění.
Všechny rampouchy nalezené „ve volné přírodě“ mají zvlněný povrch, přičemž vzdálenost mezi jednotlivými zvlněními je v průměru asi jeden centimetr. Toto číslo je pozoruhodně stálé bez ohledu na teplotu a rychlost proudění.
Vlnění rampouchů studovali japonští vědci z Institutu vědy o nízkých teplotách na ostrově Hokkaido. V publikaci z roku 2002 vyslovili domněnku, že vlnky vznikají v důsledku „povrchové nestability“ vody stékající po rampouchu – mírné odchylky, která má tendenci v průběhu času narůstat. Ale k tomu, proč tato nestabilita existuje, se japonští vědci nedokázali vyjádřit.
V té době, počínaje rokem 2008, se záhady rampouchů chopil profesor Morris – nebo možná naopak.
Klíč k fyzice rampouchů lze odhalit pouze s pomocí dat, rozhodl se profesor Morris, a to ve velkém množství.
Čekání na to, až se rampouchy vytvoří venku, však není ani vhodný, ani vhodný přístup pro kontrolovanou studii. Ve spolupráci s postgraduálním studentem Antony Szu-Hanem Chenem se profesor Morris pustil do stavby stroje na výrobu rampouchů ve své laboratoři.
Zvenčí vypadá stroj jako polystyrenem obložená krabice s úzkým okénkem pro kameru, která snímá obraz toho, co se nachází uvnitř. Chladicí stěny tam uzavírají asi metr vysoký chlazený prostor s otočným dřevěným kolíkem nahoře, na který pomalu kape chlazená voda a kde mohou růst rampouchy. Rotace vyrovnává účinky vzdušných proudů v boxu a umožňuje kameře zachytit všechny strany rampouchu při jeho vývoji. Vyvinula se spousta dalších úprav, aby stroj mohl spolehlivě pěstovat rampouchy.
„Všichni říkají, že to vypadá jako vědecký projekt, ale je to klamně složité,“ říká.
Stroj umožnil profesoru Morrisovi a panu Chenovi dělat to, co nikdo předtím systematicky nedělal: pěstovat rampouchy, znovu a znovu, za nejrůznějších podmínek. Pořídili spoustu a spoustu snímků.
Nakonec objevili něco, co si nikdo předtím neuvědomil: Vlnění rampouchů způsobují nečistoty ve vodě, například soli. Když se ve stroji na výrobu rampouchů použije destilovaná voda, vlnění zmizí a rampouchy se nakonec mnohem více podobají platónskému ideálu doktora Goldsteina.
Stačí přidat nepatrné množství soli, asi dva díly na 100 000 – což je méně než celkové množství nečistot v běžné vodovodní vodě – a vlnění se vrátí.
Práce je „ohromující“, říká Dr. Goldstein, „protože odpovědi jsou tak nečekané.“
Prof. Morris také použil přístroj k vypěstování rampouchů, které jsou rozhodně neplatónské, s hranatými tvary, rozsáhlým vlněním a mnoha větvemi nebo „nohami“. Všechny tyto příklady lze nalézt v Atlasu rampouchů, který tvoří zásobárnu dobře změřených tvarů ledu.
Ale většího cíle ještě nebylo dosaženo: souboru matematických rovnic, které správně předvídají celou škálu tvarů rampouchů a okolnosti, za kterých se objeví.
„Chystám se k tomu,“ říká profesor Morris o nepolapitelné teorii rampouchů. „Je to dlouhodobý projekt.“
THE ATLAS
Zjištění profesora Morrise vzbudila pozornost i mimo výzkumnou komunitu. Lidé z celého světa mu posílali fotografie rampouchů v různých stavech růstu. Jednou se na něj obrátil jistý podnikatel s tím, jak vyrobit ochucené rampouchy, které by se daly pěstovat v obchodě. (Je to těžší, než se zdá, a není to příliš chutné.) Letos na jaře zahraje torontský hudební soubor Continuum skladbu, která byla částečně inspirována rampouchy profesora Morrise.
Je to právě estetická přitažlivost rampouchů, která ho přiměla zveřejnit svá data bez omezení: „Doufám, že budu překvapen, co s nimi lidé udělají,“ říká.
Pro některé bude odpověď spočívat jednoduše v prohlížení digitálních stránek atlasu a sledování videí rampouchů rostoucích ve stroji profesora Morrise. Jsou fascinující.
Připomínají nám také, že rampouchy mají ještě jeden smysl – kromě toho zřejmého. Jako vedlejší produkty našeho promarněného tepla jsou důkazem naší vytrvalosti a dokonce i prosperity tváří v tvář chladnému a nelítostnému ročnímu období. Je to forma spontánní krásy, která se děje, protože jsme tu náhodou, abychom jí byli svědky.
Považujte rampouchy, říká Stephen Morris, a radujte se.
.