Vaas, Rüdiger: Prostě Einstein!

Vaas, Rüdiger
Prostě Einstein!

recenze přírodní vědy

Co je to fotoelektrický jev a proč za něj dostal Albert Einstein Nobelovu cenu? O čem pojednává kosmologický princip? Jak se liší speciální a obecná teorie relativity? A proč nemůže být vesmír statický? To je jen několik otázek, na něž jasně, stručně a s humorem odpovídá kniha věnovaná jednomu z nejikoničtějších fyziků všech dob.

Einstein a (nejen) teorie relativity
Rüdiger Vaas
: Prostě Einstein!: Geniální myšlenky vtipně a jasně. Přel. Michal Šmíd, Grada, 2019, 128 s.

Albert Einstein patří bezesporu k nejvýznamnějším vědcům dvacátého století a vzhledem k vlivu, jaký měl na vývoj moderní fyziky a naše nahlížení na svět, včetně místa člověka v něm, patrně i k nejvýznamnějším vědcům celé historie. Po právu je tak veleoblíbeným terčem autorů populárně-naučné literatury. Ani v nejmenším se nezdá, že by čtenářský zájem o jeho osobu a dílo nějak uvadal, spíš naopak. I v českém jazyce nalezneme o tomto velikánovi fyziky bez přehánění desítky knih. Tuto neustále se rozrůstající řadu po nedávném obsáhlém svazku Waltera Isaacsona Einstein: Jeho život a vesmír (Paseka, 2018) nyní rozšiřuje poněkud méně vyčerpávající knížka německého vědeckého novináře Rüdigera Vaase Prostě Einstein! (Einfach Einstein!, 2017).

Speciální teorie relativity
Už název leckomu napoví, že Prostě Einstein! v jistém smyslu navazuje na předešlý autorův titul Prostě Hawking!, který vyšel u příležitosti pětasedmdesátých narozenin slovutného britského vědce Stephena Hawkinga (byť český překlad byl spíše nekrolog, jak jsme poznamenali v příslušné recenzi) a měl za cíl vysvětlit především nezasvěceným čtenářům základní milníky jeho díla. V podobném duchu se co do obecných cílů, struktury textu i stupně náročnosti nese též svazek věnovaný Einsteinovi. Čtenáři se tudíž mohou opět těšit na vydařené ilustrace, jež notně pomáhají porozumět občas nesnadnému tématu, obligátní testy doprovázející každou kapitolu a ověřující, nakolik byl člověk při čtení pozorný, potažmo jestli se mu podařilo zachytit to nejpodstatnější, i na celou plejádu Einsteinových citátů. Užijeme-li tedy staršího příměru, i tentokrát se jedná o knihu navýsost hravou.

Vedle stručného úvodníku, který letmo shrnuje Einsteinovy nesnadné vědecké začátky (místo na patentovém úřadě), se svazek dělí do pěti tematických částí. V zásadě začíná přelomovým rokem 1905, v němž tehdy šestadvacetiletý Einstein napsal během pouhých šesti měsíců pět stěžejních fyzikálních prací. Jednou z nich byl i článek, který světu představil speciální teorii relativity, jež v rozporu s Newtonovými stále obecně přijímanými názory prohlašovala, že prostor a čas jsou koncepty nikoli absolutní, nýbrž relativní. Teorie stála na dvou základních myšlenkách. Tou první byl princip relativity postulující, že: „Fyzikální zákony mají ve všech vztažných soustavách, které jsou v klidu nebo v rovnoměrném pohybu (tj. bez zrychlení), stejnou formu.“ Druhou, že rychlost světla je univerzální: „Světlo se ve všech vztažných soustavách pohybuje stejně rychle (pokud ho měříme ve vakuu).“ Z těchto předpokladů plynou zajímavé důsledky jako dilatace času, tradičně ilustrovaná na příkladu stárnutí dvojčat, z nichž jedno se pohybuje rychlostí blízkou rychlosti světla, či zkracování délek (pozorovateli pohybujícímu se téměř světelnou rychlostí se zdají nepohybující se předměty kratší). Tehdy se zrodila i slavná rovnice E=mc2, která měla rovněž mnoho pozoruhodných implikací: od jaderné energetiky po sestrojení atomové bomby.

Obecná teorie relativity
Jenže speciální teorie relativity byla opravdu speciální, neboť platila pouze pro poměrně specifické vztažné soustavy a nezohledňovala gravitaci. To Einsteinovi začalo vrtat hlavou, a jak už dnes všichni víme, výsledkem tohoto vrtání byla obecná teorie relativity formulovaná roku 1915. S tímto obvyklým konstatováním se však Vaas nespokojil a jednu z kapitol cele zasvětil vylíčení dlouhého a spletitého zrodu teorie, během nějž se Einstein musel vypořádat se spoustou chyb, omylů i nesprávných předpokladů. Jeden z klíčových problémů představovala samotná gravitační síla, jejíž působení bylo podle Newtona okamžité, což by znamenalo (podle klasického příkladu), že kdyby zničehonic zmizelo Slunce, vzápětí by na Zemi přestala působit jeho gravitační síla a naše planeta by odletěla do hlubin vesmíru. To by ovšem znamenalo, že gravitace je rychlejší než rychlost světla, což odporuje speciální teorii relativity.

Aby se Einstein s gravitací nějakým způsobem vypořádal, přišel s takzvaným principem ekvivalence, podle nějž lze gravitační sílu ztotožnit se silou setrvačnou, což se stalo zásadní součástí obecné teorie relativity. Důležitá byla i představa čtyřrozměrného prostoročasu, která vlastně vyplývala již z původní teorie a na niž v roce 1908 upozornil Hermann Minkowski. Na základě těchto a jiných v knize vylíčených úvah dospěl Einstein k přesvědčení, že k popisu gravitačního pole je nutné využít neeuklidovskou geometrii. Po letech snažení konečně přišel průlom, jenž vyústil v již zmíněném roce 1915 a nadobro propojil prostoročas s gravitací: „Prostor a čas tedy nepředstavují pasivní jeviště událostí, nýbrž jsou ovlivňovány hmotou a dokonce i částicemi – a stejně tak je to i obráceně. Gravitace je tedy vlastností samotné geometrie prostoru – důsledkem hmotou zakřiveného prostoročasu.“

Z obecné teorie relativity plynula celá řada důsledků, jež se v následujících letech dařilo postupně ověřovat, ať už šlo o vysvětlení pohybu perihelia Merkuru (dříve byl fenomén připisován neznámé planetě na dráze mezi Merkurem a Sluncem), ohyb světelných paprsků (změřen během úplného zatmění slunce 29. května 1919, čímž se Einstein proslavil po celém světě), ohyb radiových signálů (před lety ověřen například při komunikaci se sondou Cassini), existenci gravitačních čoček, černých děr či gravitačních vln (tyto vlny se poprvé podařilo detekovat teprve před pár lety).

Z nekonečného vesmíru do mikrosvěta
Einstein se v dalších letech s oblibou věnoval i snahám o aplikaci svých teorií na strukturu či povahu vesmíru, o němž se domníval, že je konečný, neohraničený, statický a ve velkých měřítkách homogenní (homogenní povaha vesmíru se později začala označovat termínem kosmologický princip). O kosmologických úvahách Einstein často diskutoval s nizozemským matematikem a astronomem Willemem de Sitterem, jenž přišel na zajímavou věc, totiž že rovnice navržené Einsteinem lze použít k popisu prostoru, v němž není žádná hmota, což Einsteinovi připadalo absurdní. Statický model vesmíru se nicméně ukázal být extrémně nestabilní, jelikož z rovnováhy by jej dokázala vychýlit sebenepatrnější změna. Po zásadních objevech Edwina Hubblea se tak Einstein své původní představy vzdal a přijal myšlenku, že vesmír se rozpíná. V ten moment rovněž dospěl k názoru, že jím zavedená kosmologická konstanta, která měla umožnit existenci stacionárního vesmíru, už není potřeba, byť jak se později ukázalo, bylo její zneplatnění patrně předčasné.

Třebaže se většina knihy zabývá právě speciální a obecnou teorií relativity, Einsteinovo pole působnosti bylo mnohem širší, jak naznačuje závěrečná kapitola, která se věnuje například objasnění Brownova pohybu či Einsteinovu vlivu na formulaci a rozvoj kvantové mechaniky – například vysvětlením fotoelektrického jevu (za nějž dostal v roce 1921 Nobelovu cenu za fyziku), ačkoli mnoho aspektů této teorie jej poněkud dopalovalo. Zejména mu vadila role náhody v kvantovém světě, neboť jak tvrdil: „Bůh nehraje v kostky.“ Proslulými se staly nejrůznější myšlenkové experimenty, jejichž prostřednictvím se snažil upozornit na slabiny kvantové teorie. O její propojení s teorií relativity nakonec neúspěšně usiloval až do konce života. Nutno dodat, že ani v současnosti se hledání „teorie všeho“ neblíží ke konci, třebaže určití kandidáti se již rýsují – například teorie superstrun či smyčková kvantová gravitace.

Jak už padlo výše, Prostě Einstein! je rozhodně zábavný a přístupný úvod zejména do Einsteinova ústředního díla – teorie relativity –, a i přesto, že rozsahem se jedná spíše o kratší publikaci, informačně nijak nezaostává. Je příjemné, že jen neklouže po povrchu ani neopakuje (pouze) mnohokrát omletá moudra a historky, nýbrž mimo jiné nastiňuje složitou genezi probírané teorie, a to mnohdy přímo vlastními slovy jejího tvůrce, protože Einsteinovými citáty je doslova prošpikovaná.

 

© Pavel Pecháček

Ohodnoťte knihu

0%

Hlasovalo 10 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

související články

70%autor článku   55%čtenáři

zhlédnuto 551x

katalogy

Koupit knihu

štítky k článku

Inzerce
Inzerce