Neuplyne rok, aby se na českém trhu neobjevil nějaký nový titul o teorii relativity, kvantové mechanice, teorii strun či jiných palčivých tématech současné teoretické fyziky. Nicméně často se jedná jen o jemné variace téhož: neměnné historické pozadí, entuziasticky vylíčené, leč už nesčetněkrát zopakované historky, několik tradičních ilustrativních příkladů a k tomu samozřejmě i něco málo navíc (tedy většinou). A koneckonců, čtenář už to tak nějak očekává: oživí si staré a doplní to kouskem nového. O to překvapivější bývá, když se v těchto vodách občas vyskytne titul, který na to jde, alespoň v rámci možností, trochu jinak. A právě to je případ knihy O gravitaci (On Gravity, 2018) čínsko-amerického fyzika Anthonyho Zeeho (nar. 1945), která je už devětašedesátým svazkem zavedené populárně naučné edice Aliter a po Povaze prostoru a času (Argo, Dokořán, 2019) Stephena Hawkinga a Rogera Penrose druhým, jenž vychází v trochu pozměněném hávu (na první pohled lehce fádnějším, ale nejspíš jde pouze o zvyk).

Vlny a pole
Gravitace je v mnoha ohledech fascinující silou. Na jednu stranu je, alespoň „ve srovnání s elektromagnetickou silou absurdně slabá“, na tu druhou zodpovídá například za to, že naše planeta krouží kolem Slunce a neodsviští do hlubokého vesmíru nebo že ono pověstné jablko spadlo Newtonovi na hlavu (která se náhodou vyskytla na dráze mezi původní polohou plodu a středem zeměkoule) a neodletělo někam úplně jinam. V posledních letech téma gravitace rezonuje ještě víc než dřív, a to díky objevu gravitačních vln, který vědci oznámili zkraje roku 2016 – sto let od teoretické předpovědi jejich existence vyplývající z Einsteinovy teorie. (O strastiplné cestě od úvodní myšlenky až k prvnímu detekování gravitačních vln v rámci experimentu LIGO viz třeba Vesmírné blues Janny Levinové.) A právě gravitační vlny jsou de facto i jakousi červenou nití, která se vine celou knihou, od předmluvy až po dovětek o udělení Nobelových cen za fyziku (v roce 2017) badatelům, kteří se o první detekci těchto vln zasloužili.

Co je vlastně gravitace? To se Zee pokouší rozplést prostřednictvím devatenácti krátkých kapitol poskládaných do čtyř tematicky kompaktních celků. V prvním gravitaci jen tak zlehka oťukává a uvádí ji do kontextu jako jednu ze čtyř fundamentálních sil působících mezi částicemi, kterými jsou vedle gravitace elektromagnetismus, slabá a silná interakce. Poslední dvě pro text v zásadě nejsou důležité, a v dalších částech se proto autor zaměřuje už jen na gravitaci a elektromagnetickou sílu, kterou už máme přece jen prozkoumanou poněkud lépe a jež nám může pomoci porozumět mnoha aspektům gravitačního působení, například gravitačním vlnám či gravitačnímu poli. Díky tomu se čtenář v knize věnované gravitaci dozví leccos i o objevu elektromagnetického vlnění, o nějž se velkou měrou zasloužil Heinrich Hertz, či o Michaelu Faradayovi, jehož důmyslné pokusy vedly ke zrodu konceptu elektromagnetického pole.

Otázka však zůstává: co je to gravitace? Zhruba v polovině knihy autor čtenáře patrně maličko znejistí, když prohlásí, že žádná gravitace vlastně neexistuje, nebo lépe řečeno: „gravitace, jak ji pozorujeme, je důsledkem zakřivení prostoročasu, [respektive] gravitace a zakřivení prostoročasu jsou ve skutečnosti jedno a totéž.“ To jsme si však moc nepomohli. Co je tedy ono zakřivení prostoročasu? Jak vzniká? Obecně (slovy Johna Wheelera) lze říci, že „prostor [prostoročas] říká hmotě, jak se má pohybovat, a hmota říká prostoru [prostoročasu], jak se má zakřivit.“ Dobře. Ale co si představit pod zakřiveným prostoročasem? To už je námětem dalších kapitol, jejichž hlavní postavou se samozřejmě stává Albert Einstein a jeho teorie relativity. Ještě předtím nás však autor seznamuje s takzvanou „akční“ formulací, která nám o některých fyzikálních problémech, například pohybu částic, dovoluje uvažovat daleko jednodušeji než standardní formulace „diferenciální“. Zde se do samotného vysvětlení akce (jako fyzikální veličiny) pouštět nebudeme. Snad jen stručně autorovými slovy: „Princip akce říká, že hmotná částice (na rozdíl od světla) ‚si vybírá‘ tu dráhu, která akci buď minimalizuje, nebo maximalizuje.“ Třebaže přinejmenším laickému čtenáři to zní složitě (soudě i dle vlastní zkušenosti), Zee názorně ukazuje, že pro pochopení, jak hmota zakřivuje prostor a jak zakřivený prostor říká hmotě, kterak se pohybovat, je vysvětlení s využitím akce intuitivnější a snadněji pochopitelné. Samotná gravitace potom v zásadě logicky vyplývá z Einsteinovy teorie relativity.

Kvantová gravitace a kvantová astronomie
Poslední část knihy se věnuje především důsledkům, které plynou z částí předešlých, a objasňuje například, co je to černá díra a jak se jí může nějaký vesmírný objekt stát, leč upozorňuje také, co se stane s naším pohledem na gravitaci, když se na ni pokusíme podívat optikou kvantové fyziky. Zde už se dostáváme k jednomu z nejoblíbenějších témat teoretické fyziky a většiny popularizátorů, totiž pokusům propojit teorii relativity s kvantovou mechanikou, a ke slovu přichází kvantová teorie pole. (Jedno řešení, jak tohoto spojení docílit – smyčkovou kvantovou gravitaci –, nedávno představil Carlo Rovelli v knize Realita není, čím se zdá). A co by z takového úspěšného spojení mohlo vzejít? Zee doufá, že kvantová gravitace, „v níž bude zakřivený prostoročas [na kvantové úrovni] neustále fluktuovat.“ Potíž je v tom, že současné pokusy o „kvantování“ gravitace jsou stále neúspěšné. Je otázkou, jestli se současná fyzika vůbec nějaké řešení najít může, nebo jestli jej přinese až nějaké zcela nová fyzika.

Na základě analogie s elektromagnetismem autor dochází k závěru, že podobně jako je fundamentální částicí elektromagnetického záření foton, „musí se i gravitační vlna skládat z porcí gravitační energie, které příhodně nazýváme gravitony.“ Jak ovšem obratem dodává, na rozdíl od fotonů zůstane existence gravitonů patrně jen v oblasti teorie, protože gravitony jsou, pokud víme, nedetekovatelné. A k čemu to vlastně všechno je? S trochou jízlivosti se dá říct, že skoro k ničemu. V běžném životě si bohatě vystačíme s gravitací, tak jak ji popsal už Isaac Newton, nicméně podle autora je vyřešení těchto otázek naší „morální povinností.“ (A domnívám se, že motivovat vědce morálkou je víceméně zbytečné, poněvadž lidská zvědavost a touha „vědět“ jsou nekonečné). V samém závěru se pak Zee ještě nakrátko dostává k otázce složení vesmíru, a co jsme se o něm dozvěděli díky gravitaci, načež se pokusí i nahlédnout do blízké budoucnosti zdůrazněním, v čem je vlastně zásadní schopnost detekce gravitačních vln. Není totiž jen triumfem teorie, ale díky „gravitační astronomii“ i příslibem nových možností zkoumání vesmíru, potažmo zcela novým zdrojem informací o něm.

Celkově Zeeho kniha přináší docela osvěžující pohled na gravitaci i řadu otázek s ní souvisejících a může být vhodným doplněním trochu tradičněji pojaté Osudové přitažlivosti gravitace (Argo, Dokořán, 2013) Mitchella Begelmana a Martina Reese. I přesto, že rozsah recenzovaného svazku není ve srovnání s podobnými tituly nijak přehnaný, text umožňuje celkem slušné proniknutí do podstaty gravitačního působení, potažmo zakřivování prostoročasu, na nějž jiní autoři často jen poukážou, ale nijak hlouběji jej nerozebírají a zaměřují se spíše na samotné důsledky gravitačního působení. O gravitaci se naproti tomu snaží vyjít vstříc i trochu náročnějším čtenářům (ne však na úkor méně pokročilých), a to dodatkem, který podává základy matematického popisu zakřiveného prostoročasu. Trochu rozpačitě naopak působí autorův místy až příliš uvolněný styl, který se leckdy snaží o humornou vložku i tam, kde úplně nesedí. Jistá uvolněnost se promítá i do samotného řazení témat, jež někdy působí zmatečně, byť ve výsledku se ono jádro přece jen nějak vyloupne. Tak či tak, Zeeho kniha si pozornost určitě zaslouží a jasně ukazuje, že gravitace ještě neřekla poslední slovo.