Ferreira, Pedro G.: Nádherná teorie: Sto let obecné teorie relativity

Ferreira, Pedro G.
Nádherná teorie: Sto let obecné teorie relativity

recenze přírodní vědy

Fyzika se počátkem dvacátého století probudila ze sebevědomého snu domněle vševědoucího člověka do vibrující reality obtížně představitelných poznatků, jejichž podstata je přirozeným lidským smyslům zcela skrytá. Hlavním tématem knihy je Einsteinova teorie relativity, která hraje v této napínavé hře o poznání světa stěžejní roli.

Od relativity ke strunám
Pedro G. Ferreira: Nádherná teorie: Sto let obecné teorie relativity. Přel. Jiří Langer, Vyšehrad, Praha, 2015, 310 s.

Bruslení i potápění
Einsteinovu obecnou teorii relativity v roce 1919 poprvé experimentálně ověřil Arthur Eddington na ostrově Príncipe, když přes řadu technických obtíží změřil odchylky světelných paprsků hvězd procházejících v blízkosti Slunce při jeho zatmění. Líčení tohoto milníku staví Pedro G. Ferreira jako centrální scénu, jíž svoji knihu začíná i uzavírá. Není zřejmě třeba příliš zdůrazňovat, že právě Albert Einstein svojí teorií zásadně přispěl k rozbouření fyzikálních vod, jež se ještě koncem století devatenáctého zdály být spíše klidnou a prozkoumanou hladinou. Autor Nádherné teorie čtenářům nepředkládá pouze vysvětlení samotných teoretických principů a pozorování, jež jim předcházely nebo sloužily coby experimentální ověření. Líčí také historický kontext, myšlenkovou atmosféru doby i charaktery mnoha protagonistů moderní vědy. Píše čtivě a témata předkládá přehledně a srozumitelně, ovšem bez přílišného zjednodušování. Jako astrofyzik se netají ani se svým vlastním názorem, přičemž tam, kde je třeba se ponořit do větších hloubek, neváhá a v mžiku nasazuje pomyslné potápěčské brýle. Relativita se svým významem rozprostírá do širokých tematických mezí, pozornost se proto z Alberta Einsteina postupně přesouvá na celou řadu dalších významných myslitelů, teoretických přístupů a transformovaných myšlenkových konceptů. Centrální otázkou však po celou dobu zůstává: co je gravitace a jak souvisí se vším ostatním?

Kdo se bojí Alberta Einsteina?
Obecná teorie relativity se brzy po svém uveřejnění ocitla mimo výhradní Einsteinův vliv a nejrůznější teoretici začali formulovat interpretace, které sám Einstein někdy přijímal zdráhavě, jindy zcela odmítal. Jedním z hlavních sporných bodů byla od počátku tzv. kosmologická konstanta – ta Einsteinovi umožňovala vnímat vesmír jako stacionární celek, kde jsou celkové síly v rovnováze. S alternativním řešením Einsteinových rovnic nejprve přišel nizozemský matematik Willem de Sitter, jenž předložil ideu rozpínajícího se vesmíru, v němž není žádná hmota, jen ona kontroverzní kosmologická konstanta. Následně nezávisle na sobě do diskuse přispěli také ruský matematik Alexander Friedmann a belgický vědec a římskokatolický kněz Georges Lemaître. První z nich došel k názoru, že Einsteinův a de Sitterův vesmír jsou jen speciální případy v řadě řešení, přičemž kosmologická konstanta je nadbytečný vklad; druhý přišel s revoluční myšlenkou expandujícího vesmíru, který mohl být „počat“ z nějakého „primordinálního atomu“ či „kosmického vejce“.

O tom, že fyzika rozhodně není jen strojově chladné předkládání a zamítání hypotéz skrze proces teoretického zpracování a experimentálního ověření, svědčí řada emocionálně naplněných diskusí, jež tvoří nedílnou součást dějin vědy. Na větvení mezi předpokládané slepé uličky a nadějná koryta výzkumu se tak iracionalita podílí větší měrou, než by si mnozí badatelé přiznali. Einsteinův nedůtklivý výrok stran kvantových podivností, že „Bůh nehraje v kostky“, je již okřídlený. V životě věhlasného nobelisty však nebyl svého druhu zdaleka jediný. Kupříkladu Georgesu Lemaîtrovi nejprve sdělil: „I když jsou vaše výpočty správné, vaše fyzika je ohavná.“ Později však svůj názor opravil pod vlivem nadšení z Lemaîtrovy výborně zvládnuté a sugestivně podané přednášky.

Citová výchova
Nádherná teorie tak zajímavě nastiňuje i tento rub vývoje vědeckého myšlení – dějiny osobních sporů, předsudků, vášnivého odmítání i akademické politiky. Ke zmiňovaným antagonistickým postojům Alberta Einsteina lze dodat mnohé podobné reakce jiných vědců. Arthur Eddington, který jako jeden z prvních pochopil obecnou relativitu a obhajoval ji před pochybovači, už ovšem neměl tolik vhledu, aby svůj obraz rozšířil o důsledky, jako jsou černé díry. Na slavnou přednášku indicko-amerického vědce Subrahmanyana Chandrasekhara tak reagoval předem připraven s tím, že se musí jednat o pouhé výpočetně kuriózní řešení, které jistě neodpovídá realitě. Díky své autoritě tak astronomickou komunitu na několik let zbytečně odvrátil ze správného směru. Později však zase Chandrasekhar projevil skepsi vůči Kerrovu modelu rotující černé díry. Filozof Gaston Bachelard v roce 1934 ve své knize Nový duch vědy líčil proměny vědeckého myšlení, které si již nemůže vystačit s imaginací a vhledem. Přestože právě u Einsteinovy relativity hrála schopnost představit si povahu fyzikálních zákonitostí klíčovou roli, stejně tak se jindy ukázala být spíše na překážku. Při tom, jaké složitosti a míry abstrakce dosáhly současné fyzikální modely, se Einsteinova stále dosti přímočará vědecká imaginace stala krajně obtížnou, ne-li nemožnou.

Mnoho světů
Proměnami, jimiž relativita prošla v současnosti, se autor zabývá zejména v poslední části knihy. Kosmologická konstanta je předmětem diskusí dodnes. Vzhledem k problematické interpretaci některých pozorovaných dat mnoho fyziků dokonce mluví o tom, že obecná relativita je nedostatečný a jen přibližný popis skutečnosti, a proto by potřebovala revizi v podobě komplexnější teorie, podobně jako ona sama před sto lety revidovala klasickou mechaniku sira Isaaca Newtona. Podivný je zejména předpoklad, že v současnosti přijímaný model rozpínajícího se hmotného vesmíru by měl být dle obecné relativity z většiny vyplněn jakousi exotickou temnou hmotou, kterou nikdo nikdy skutečně nezpozoroval. Názory ohledně toho, co bude touto komplexní „teorií všeho“, jež sjednotí na hlubším základě všechny čtyři síly (elektromagnetickou sílu, malou a velkou jadernou sílu a gravitaci), jsou podnětem bouřlivých polemik. Již delší dobu je nejdominantnějším kandidátem strunová teorie, jejíž jednotlivé alternativy se v druhé polovině devadesátých let díky práci Edwarda Wittena, vůdčího představitele „druhé superstrunové revoluce“, spojily v složitý komplex nazývaný M-teorie. Jde o nebývale obtížný model, s nímž lze dle Pedra Ferreiry získat 10500 různých řešení, což odpovídá stejnému množství teoreticky spočitatelných modelů alternativních vesmírů.

Temné hvězdy S gravitací, Einsteinovou relativitou, a tím pádem i s celou Ferreirovou knihou však zásadně souvisí ještě jedno velké téma – již zmiňované černé díry. Temné hvězdy, jak byly zpočátku nazývány, se coby hypotéza velmi hmotného tělesa, které svou gravitací připoutá i světlo, objevuje již u přírodních filozofů 18. století (jmenovitě u Johna Michella, který vypočítal, že takové těleso by mělo mít 500krát větší poloměr, než je poloměr Slunce). V roce 1915 pak německý fyzik Karl Schwarzschild dle Einsteinových rovnic pro gravitační pole sférického objektu spočítal kritický poloměr pro danou hmotnost. Ten představuje vzdálenost, na níž musí být hmota stlačena, aby z ní vznikla černá díra. Teoretický koncept rozvedl právě Subrahmanyan Chandrasekhar, který vypočítal mez hmotnosti pro hvězdu, nad níž jí nezbyde nic jiného, než se po jisté době zhroutit do singularity a vytvořit onu tajemnou černou díru (tato mez činí 1,44násobek hmotnosti Slunce). Následně vyvstala dlouhotrvající vášnivá diskuse, zda takové bizarní objekty ve vesmíru existují a jaké mají vlastnosti, jejíž současný ozvuk lze vnímat i v jásotu nad prvním skutečným zachycením gravitačních vln, které byly změřeny 14. září 2015 detektorem LIGO. Jde o předpokládaný ozvuk konečného stadia hroutících se hvězd, výbuchu supernovy či srážky černých děr. Temné a záhadné objekty byly také důležitým impulsem pro vznik moderní astrofyziky, neboť přiměly astronomickou odbornou veřejnost, aby začala vážně studovat gravitaci právě v rámci obecné relativity.

Nádherná teorie se svým zevrubným exkursem do obecné relativity i oblasti černých děr přibližuje již klasické knize Černé díry a zborcený čas astrofyzika a jednoho z vůdčích představitelů projektu LIGO Kipa S. Thornea. Ferreira je však v líčení méně osobní (Thorneova publikace je proložena popisy mnohých setkání se slavnými fyziky – Thorne je žákem Johna Wheelera a osobně se účastnil mnohých mezníků v oboru) a v jednotlivostech méně detailní. Předkládá v tomto směru uměřenější a kompaktnější přehled o daném vývoji. Pro ty, kdo se s uvedenými tématy chtějí seznámit, bude jeho text představovat fascinující úvod. Protože však nezůstává na povrchu, bude v tomto směru jistě zajímavý i pro obeznámenější čtenáře. Kromě toho hraje v její prospěch také fakt, že představuje poměrně dosti aktuální vhled do astrofyzikálních výzkumů (originál vyšel v roce 2014). A o tom, že se jedná o živý a dynamický obor, v němž se nejspíše dočkáme ještě řady zajímavých průlomů, nesvědčí jen podobná autorova tvrzení plná entuziasmu, ale i to, že přinejmenším v jednom bodě stihla kniha od svého vydání již zastarat: Ferreira v ní tvrdí, že projekt LIGO má za sebou sice řadu dílčích úspěchů, ale na zachycení gravitačních vln si prý budeme muset počkat ještě alespoň několik desítek let… Co se týká samotného českého vydání Nádherné teorie, lze vytknout pouze drobné opomenutí v redakční péči, s nímž je u v rámci bibliografie u některých titulů opomenuto jejich české vydání.

 

© Marek Jančík

Ohodnoťte knihu

0%

Hlasovalo 11 čtenářů.

Diskuse

Vložit nový příspěvek do diskuse
Vaše jméno:
E-mail:
Text příspěvku:
Kontrolní otázka: Kolik je prstů na jedné ruce
Kontrolní otázka slouží k ochraně proti vkládání diskusních příspěvků roboty.

Více k článku

80%autor článku   59%čtenáři

zhlédnuto 2323x

katalogy

Koupit knihu

Inzerce
Inzerce
Inzerce