NEZNÁMÝ VESMÍR V 10 KAPITOLÁCH Stuart Clark
KNIŽNÍ KLUB
Neznamy vesmir.indd 3
9.2.2017 17:15:15
Stuart Clark THE UNKNOWN UNIVERSE IN TEN CHAPTERS Copyright © 2015 by Stuart Clark Translation © 2017 by Petr Sumcov All rights reserved
ISBN 978-80-242-5689-4
Neznamy vesmir.indd 4
9.2.2017 17:15:15
Obsah
Předmluva: Den, kdy jsme spatřili vesmír 1. Vesmírný architekt
23
2. Tajemství Měsíce
47
3. Tavicí kotlík gravitace
73
4. Hvězdný bestiář
103
5. Díry ve vesmíru
125
6. Kvetoucí zahrada
161
7. Šerosvit
185
8. Den bez včerejška
209
9. Kosmologie „timescape“ a mnohovesmír
231
10. Řešení singularity
Neznamy vesmir.indd 5
7
255
Zdroje obrázků
281
Rejstřík
283
9.2.2017 17:15:15
Předmluva DEN, KDY JSME SPATŘILI VESMÍR
Neznamy vesmir.indd 7
9.2.2017 17:15:15
Nadešel den, na který všichni kosmologové dlouho čekali.
Den, v němž jsme měli spatřit obraz vesmíru tak, jak vypadal na svém počátku. Bylo 21. března 2013, pouhých 24 hodin po jarní rovnodennosti, a symbolika onoho dne snad ani nemohla být bohatší. Společně s tím, jak bezútěšnost zimy ustupovala naději jara, vstupovali jsme i my do nové epochy kosmologie, do období, kdy odpověď na otázku, jak vznikl náš vesmír, bude ležet před našima očima. Byla zachycena na jediném snímku, který se nám právě chystala ukázat Evropská kosmická agentura (ESA) na tiskové konferenci ve své pařížské centrále. Snímek pořídila kosmická sonda ESA, obíhající Zemi ve vzdálenosti zhruba 1,5 milionu kilometrů. Nesla jméno Planck, podle velkého německého fyzika Maxe Plancka, a trvalo jí dva a půl roku, než snímek s mravenčí trpělivostí složila pixel po pixelu. Obrázek ukazoval, co bychom spatřili, kdyby naše oči namísto světla dokázaly vnímat mikrovlnné záření. Na první pohled na něm nebylo nic zvláštního, pouhý ovál z modrých a zlatých skvrn, ale přitom je to zřejmě ten nejdůležitější snímek vesmíru, jaký byl kdy pořízen. Mikrovlny jsou v podstatě stejné povahy jako světlo. Obojí je vlnění, které nese energii prostorem. Liší se pouze ve vlnové délce. Mikrovlny ji mají přibližně desettisíckrát delší než vlny světla. To vůbec neznamená, že by byly obrovské. Mikrovlny 9
Neznamy vesmir.indd 9
9.2.2017 17:15:15
10 Neznámý vesmír
zachycené na obrázku mají vlnovou délku od 0,3 do 11,1 milimetru a každá z nich cestovala vesmírem téměř 14 miliard let. Byly úplně prvním zářením, které vesmír vyrobil, a svou pouť zahájily o více než 9 miliard let dříve, než se začala utvářet naše planeta. Snímky těchto vln se pořizovaly i v minulosti, žádný z nich však nebyl tak detailní jako ten, který nyní poskytla sonda Planck. Žádný z nich nenesl takový příslib, že porozumíme počátku našeho vesmíru. Z důvodů, které rozeberu v osmé kapitole této knihy, nám mikrovlny ukazují, že vesmír měl počátek, nebo se alespoň kdysi dramaticky odlišoval od stavu, v jakém jej známe dnes. Zní jako vtip, že toto mikrovlnné záření, když je dvojice amerických radiotechniků v roce 1964 poprvé zachytila, bylo považováno za signál způsobený exkrementy. Doslova exkrementy. Arno Penzias a Robert Wilson pracovali se starým radioteleskopem, který byl přechodně vyřazen z provozu. Sdíleli jej s párem holubů, kteří se na něm uhnízdili a celé zařízení pokáleli (holubi, nikoli naši radiotechnici). Když teleskop zachytil neměnný šum přicházející ze všech stran, Penzias a Wilson ho mylně připisovali elektrickým interferencím způsobeným holubím trusem. Holuby proto odvezli na druhý konec státu a vypustili je. Radiopřijímač potom důkladně vyčistili. A co na to holubi? Pochopitelně přiletěli zpátky na hřad. Problém se vrátil a Penzias s Wilsonem museli vymyslet něco jiného. Tentokrát přišli s radikálním řešením, do kterého zapojili muže s brokovnicí. Pak přijímač opět vyčistili a obnovili pozorování. Šum nezmizel. Nakonec z toho bylo mnohem více než holubí trus, totiž Nobelova cena za objev reliktního záření (kosmického mikro-
Neznamy vesmir.indd 10
9.2.2017 17:15:15
Předmluva 11
vlnného pozadí), nejstaršího záření ve vesmíru. Jako takové se stalo nepostradatelnou složkou kosmologie, vědy o chápání vesmíru. Bylo vysláno pouhých 380 000 let poté, co se vesmír, jak se předpokládá, zrodil při tajuplné události, které astronomové říkají velký třesk. Stejně jako archeolog odkrývá hlubší a hlubší zemské vrstvy, aby porozuměl evolučnímu vývoji, také astronomové hledají stále dál a dál ve vesmíru. Čím dále hledí, tím déle světlu trvá, než k nim doletí, a tím starší nebeská tělesa vidí. Jak si ukážeme ve čtvrté kapitole, světlo letí velmi rychle, ne však nekonečně rychle. Za jediný rok urazí, pokud mu nic nestojí v cestě, 9,5 tisíce miliard kilometrů, a této vzdálenosti astronomové říkají světelný rok. Pokud je od nás něco vzdáleno jeden světelný rok, pak světlu trvá jeden rok, než tuto vzdálenost překoná. Vidíme tedy to, co se stalo před rokem, v době, kdy světlo z onoho místo vylétlo k nám. Neexistuje způsob, jak uvidět to, co se tam děje nyní. Je to stejné jako s dopisem, který pošta ztratila a doručila až po roce. Čtete jej a lámete si hlavu, jestli je ta zpráva ještě aktuální. Výhodou konečné rychlosti světla je, že astronomové mohou zkoumat, jak se vesmír proměňuje. Uvažujme například naše vesmírné sousedství. Rozprostírá se do vzdálenosti několika stovek světelných let od nás. Hvězdy z okraje této oblasti vidíme takové, jaké byly v dobách, kdy v Evropě panovala doba osvícenství. Velká mlhovina v Orionu, nejbližší plynný oblak, ve kterém se tvoří hvězdy, je vzdálená 1 300 světelných let. Jeví se nám tak, jak vypadala v 7. století po Kristu, když byly národy Arabského poloostrova poprvé sjednoceny pod vedením proroka Mohameda a začalo šíření islámu. Ve vzdálenosti 158 tisíc světelných let leží nevelká blízká galaxie Velký Magellanův oblak. Vidíme ji tak, jak vypadala
Neznamy vesmir.indd 11
9.2.2017 17:15:15
12 Neznámý vesmír
v dobách, kdy moderní lidé obývali pouze africký kontinent. Světlo z Galaxie v Andromedě, nejbližšího velkého systému hvězd, se vydalo na cestu vesmírem před 2,3 milionu let, když se právě na Zemi z čeledi hominidů vyčlenila linie rodu Homo, z níž vzešli dnešní lidé. Další velká galaxie Centaurus A je vzdálená 13 milionů světelných let a světlo nám přináší její vzhled z doby, kdy se na naší planetě skupina hominidů teprve vyvíjela. Studium řady takových objektů nám umožňuje sledovat, jak se věci v našem vesmíru mění. Samo reliktní záření se svou 13,7 miliardy let starou historií představuje nejstarší obraz vesmíru, jaký jsme na těchto vlnových délkách schopni zachytit. V té době neexistovaly ani planety ani hvězdy, pouze obří oblak atomů vyplňující celý vesmír. Skvrny na snímku Planckovy sondy ukazují jemné odchylky hustoty záření. Jak vesmírné hodiny odtikávaly čas, gravitace každou hustější oblast stahovala ještě těsněji k sobě, až se z nich nakonec zrodily první hvězdy. Snímek Planckovy sondy může být v pravém smyslu chápán jako nic menšího než plán výstavby našeho vesmíru. Přístroje Planckovy sondy fungují na samé hranicí možností fyziky, nikoli techniky. Jinými slovy je prakticky nemožné vytvořit lepší zařízení. Co se týče pohledu na plán výstavby vesmíru, tento obrázek je tím nejlepším, co lidstvo kdy dostane do ruky. Takže jak ho využijeme? Vesmír, v němž nyní žijeme, je hierarchií zářících struktur.
Hvězdy jsou mezi sebou gravitačními silami vázány v rotujících seskupeních, kterým říkáme galaxie. Galaxie jsou navzájem spojené gravitací do takzvaných galaktických kup a kupy jsou zase napjaty prostorem jako vlákna, která vytvářejí kosmickou síť. Celá tato velkolepá struktura vzešla z nepatrných
Neznamy vesmir.indd 12
9.2.2017 17:15:15
Předmluva 13
odchylek hustoty, viditelných na snímku kosmického mikrovlnného pozadí. Tyto odchylky jsou tudíž základním východiskem počítačových programů, zvaných modely, které napodobují vývoj vesmíru. Velmi přibližně – celý trik spočívá v tom, že se vezme vzor mikrovlnného záření na snímku a hledá se, zda by se z něj při našich znalostech fyziky mohla odvodit struktura dnešního vesmíru. Modely samy o sobě jsou matematické recepty, založené na fyzikálních zákonech, k nimž jsou přidány vesmírné „ingredience“. Základním fyzikálním zákonem pro kosmologii je gravitace. Existují ještě další tři přírodní síly (ve čtvrté kapitole probereme elektromagnetismus a v sedmé kapitole dvě jaderné síly), ty ale hrají v utváření vesmíru celkově pouze menší roli. Ingredience standardního modelu jsou dány šesti parametry. První dva vycházejí ze skvrnitosti mikrovlnného pozadí. Jedním je amplituda skvrn, jinými slovy velikost rozdílů mezi hustotou plynů ve vesmíru. Druhý má co do činění s objemem prostoru, v němž se tyto rozdíly vyskytují. Někde jde o fluktuace v malém objemu, jinde v objemu mnohem větším. Tento parametr měří rozdíl amplitudy mezi nejmenšími a největšími objemy. Dále přicházíme k tomu, co vesmír obsahuje. Ústředním tématem této knihy je cestička, kterou kosmologové vyšlapali ve snaze určit průměrnou hustotu hmoty a energie ve vesmíru. Ukázalo se, že to vůbec není jednoduché. Aby jejich model zdárně fungoval, museli připustit, že běžné atomy, z nichž jsou složeny hvězdy, planety a život, netvoří více než pouhá 4 % vesmírné hmoty. Zbývajících 96 % tvoří formy hmoty a energie, jež dosud neznáme. A aby to bylo ještě složitější, výpočty
Neznamy vesmir.indd 13
9.2.2017 17:15:15
14 Neznámý vesmír
ukazují, že těchto 96 % neumíme zachytit přímo. Tento neznámý materiál vědci nazvali temnou hmotou a temnou energií a na jeho existenci usuzují z měření pohybů galaxií. Zdá se, že většina galaxií se otáčí příliš rychle nebo se od nás vzdaluje stále se zvyšující rychlostí. Z toho kosmologové usuzují, že potřebují temnou hmotu, která galaxie urychluje v jejich rotaci, anebo temnou energii, která urychluje jejich vzdalování od nás. Tři jmenované složky vesmíru – běžné atomy, temnou hmotu a temnou energii – lze shrnout do pouhých dvou parametrů, neboť všechny tři složky na sobě vzájemně závisejí. Pokud znáte podíl kterýchkoli dvou, snadno určíte ten třetí. Pátý parametr standardního kosmologického modelu souvisí s dobou, kdy vznikaly první hvězdy. Tento bod vesmírných dějin leží zatím za dosahem pozorování i těch našich nejlepších teleskopů. Byla to katastrofická událost, během níž byl téměř veškerý vodík obsažený ve vesmíru roztrhán, neboť nově vzniklé hvězdy uvolňovaly obrovská množství ničivého ultrafialového záření. Stalo se to až po uvolnění reliktního záření a určilo, že mikrovlnné záření mohlo bez překážek cestovat prostorem. Šestým, posledním parametrem je rychlost rozpínání vesmíru. Této rychlosti se říká Hubbleova konstanta, podle amerického astronoma Edwina Hubblea, jenž v roce 1929 zveřejnil důkazy o rozpínání vesmíru (viz osmou kapitolu). Za ideálních podmínek by kosmologové změřili každý z výše uvedených parametrů zcela nezávisle na sobě, zapojili je do modelu a dostali by řešení, které by souhlasilo s rozmístěním galaxií v našem dnešním vesmíru. Ve skutečnosti je to ale složitější. Některé z parametrů měřit lze, avšak jiné musí být odhadnuty.
Neznamy vesmir.indd 14
9.2.2017 17:15:15
Předmluva 15
Pak tu máme určité výchozí předpoklady, například ten, že existuje temná hmota a temná energie, a dále jisté matematické fígle, které je nutné do modelu zabudovat, aby se choval jako model matematický. Pokud by byl byť jen jediný z předpokladů špatně, pak bude špatně celý model a vše, co jsme si mysleli, že o vesmíru víme, se zhroutí jako domeček z karet. Důvěra ve standardní model značně vzrostla poté, co poskytla své informace družice WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe). Byla vypuštěna agenturou NASA v červnu roku 2001 jako předchůdkyně sondy Planck. Po devět let opakovaně zkoumala fluktuace reliktního záření v raném vesmíru. Tím se obrovsky zpřesnily první dva parametry standardního modelu a ve výsledku i celý model více než 68 000krát. Tváří v tvář tomuto úspěchu se zdálo téměř jisté, že standardní model je v podstatě správný, a kosmologové začali své vítězství hlasitě vytrubovat do světa. Webové stránky WMAP uvádějí seznam deseti úspěchů dosažených na základě údajů sondy a standardního modelu, od zpřesnění stáří vesmíru po procentuální obsah běžných atomů. Začalo se říkat, že kosmologie vstoupila do věku „přesnosti“. O čem se ale na webových stránkách pomlčelo, byly údaje, s nimiž si standardní model neumí poradit. WMAP zjistila, že skvrny v jednom místě oblohy jsou temnější, než odpovídá standardnímu modelu. Tomuto místu se začalo říkat „chladná skvrna“, protože fluktuace vlnových délek lze přeložit do řeči teploty. Detekce byla ovšem tak slabá, že se někteří vědci domnívali, že jde pouze o šum. Klíčovou otázkou tedy bylo: Zahlédne to také sonda Planck? Pak tu byly další, obecnější nejasnosti týkající se složek standardního modelu, zejména temné hmoty a temné energie. Ani po desetiletích teoretické práce a experimentů nikdo nebyl
Neznamy vesmir.indd 15
9.2.2017 17:15:15
16 Neznámý vesmír
schopen detekovat jediný kousek temné hmoty. V sedmé kapitole uvidíme, že stopy, které máme z různých detektorů po celém světě, jsou jednak zmatené a jednak si navzájem protiřečí. Temná energie je ještě záhadnější. Z fyziky, jak jí dnes rozumíme, se nevynořil jediný přirozený kandidát. Některé z moderních hypotéz, jako je teorie supersymetrie v částicové fyzice (viz sedmou kapitolu), byly koncipovány speciálně pro to, aby temnou energii vyloučily. Takže je možné, že temná hmota ani temná energie neexistují. Třeba jsou to pouhé fantomy, které vznikly z našeho nedostatečného porozumění vesmíru. Pokud tomu tak je, bude třeba standardní model opustit. Nicméně žádnou z těchto obav nezmínil astrofyzik a laureát Nobelovy cenu za fyziku John Mather. V předvečer tiskové konference ESA podle BBC prohlásil: „Doufám, že se dozvíme něco překvapivého. Pokud pouze řeknou ‚Dobře, ostatní měli pravdu‘, nebude to nic, co by člověka nadchlo. Poslední desetinná místa nejsou nikdy příliš zajímavá. Co potřebujeme, je nějaký nový fenomén.“* Mather získal v roce 2006 Nobelovu cenu za fyziku za svou práci na reliktním záření, při které používal data z družice COBE (Cosmic Background Explorer), vypuštěnou NASA. O rok později jej časopis Time zařadil mezi 100 nejvlivnějších lidí světa. V současnosti řídí největší vesmírný projekt na světě – projekt vesmírného dalekohledu Jamese Webba (JWST), který vede NASA a stojí ukrutných 8 miliard dolarů. Ať je to jakkoliv, jeho názor má skutečnou váhu. Veřejně řekl něco, o čem se zatím šuškalo jen v kuloárech. Několik kosmologů mi „mimo záznam“ řeklo, že sonda Planck jsou jen vyhozené peníze, protože všechny skutečně užitečné *
http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-21828202
Neznamy vesmir.indd 16
9.2.2017 17:15:15
Předmluva 17
informace již získala družice WMAP z mikrovlnného pozadí. Co z toho vyplývalo, bylo jasné: Planck pouze s vyšší přesností potvrdí to, na co už přišla WMAP. Je ironií, že právě Mather pohrdal „posledními číslicemi za desetinnou čárkou“. Nobelovu cenu získal společně s Georgem Smootem za objev stavebního plánu vesmíru, jak ho ukázaly odchylky teplot reliktního záření. Rozdíly teplot se totiž projevují právě až na posledních místech za desetinnou čárkou. Teplota plynu v raném vesmíru činila 3 000 K, kdežto plán vesmíru je zakódován do odchylek o průměrné velikosti dvacet miliontin stupně z místa na místo. A přece z této takřka nezachytitelné variace teplot povstaly galaxie, z nichž každá v sobě obsahuje stovky tisíc až stovky miliard hvězd. Poslední místa za desetinnou čárkou, která ještě dokážeme změřit, tedy nejsou vůbec nezajímavá. Naopak by měla být předmětem nejvyššího zájmu, protože v nich lze spatřit náznaky toho, čemu ještě nerozumíme – všechny ty zapeklité detaily, které si žádají vysvětlení. Poslední desetinná místa jsou přesně tím důvodem, proč vědci chtějí stále větší, lepší a přesnější techniku. Základem pravé vědy jsou stále detailnější pozorování. Vypovídají o vesmíru, jaký doopravdy je, a nikoli o tom, co nějaký teoretik vypočítá a řekne, jaký by měl vesmír v průměru být. A za 24 hodin se to svět měl dozvědět. Když konference ESA začala, všichni byli jako na trní. Kdo
se nemohl dostavit osobně, sledoval živě přenos na internetu nebo v televizi. Twitter byl zahlcený. Aby ukázal, jak je událost důležitá pro celou agenturu, jako první se ujal slova generální ředitel ESA Jean-Jacque Dordain.
Neznamy vesmir.indd 17
9.2.2017 17:15:15
18 Neznámý vesmír
Zasmušilým hlasem lámanou angličtinou oznámil, že sonda Planck objevila „téměř dokonalý“ vesmír. Co ale myslel tím „téměř dokonalý“? Vysvětlení už nechal na profesoru George Efstathiouovi z Cambridgeské univerzity v Anglii. Tento přední kosmolog kdysi zastával na Oxfordu stejnou funkci jako Edmond Halley, slavný astronom ze 17. století. Efstathiou byl na začátku tiskové konference dosti napjatý, rty pevně stisknuté do úzké linky, ramena shrbená. Když se dal do řeči, jeho napětí povolilo a zdál se klidný, hovořil plynule a velmi zdrženlivě, takřka znuděně. Bez zvláštních fanfár oznámil, že obrazovka ukazuje nejpřesnější mapu kosmického mikrovlnného pozadí, jaká kdy byla k mání. Uvedl, že se jedná o zlatou studnici informací, ačkoli „to možná vypadá jako špinavý míč na ragby nebo dílo moderního umělce“. Nikdo se nezasmál, a tak pokračoval a ujistil posluchače, že existují vědci, kteří „ by jistě rádi hackli naše počítače, nebo by se dokonce vzdali svých dětí, jen aby se k této mapě dostali“. Zase se nikdo nezasmál. Efstathiou řekl, že mapa sondy Planck je neuvěřitelně skvělá, ale nezdůvodnil proč a místo toho vykládal o základech kosmologie. Pro naprostou většinu lidí shromážděných v místnosti to nebylo nic nového. Když prezentoval výsledky, v podstatě jen drobně doplnil to, co všichni věděli. Běžné hmoty nejsou ve vesmíru 4 procenta, ale 5 procent, poměr temné hmoty k temné energii je trochu jiný, vesmír je o 80 milionů let starší než při posledním měření, takže to teď dělá 13,8 miliardy let namísto 13,7 miliardy. Celkový závěr je, že standardní kosmologický model velice dobře odpovídá tomu, co zjistila sonda Planck.
Neznamy vesmir.indd 18
9.2.2017 17:15:15
Předmluva 19
Sledoval jsem to doma na počítači připravený nad klávesnicí, abych mohl závěry hned sepsat do svého astronomického blogu Across the Universe, který mám na stránkách The Guardian.* Začal jsem být nervózní. Přišel mi e-mail od kamaráda, redaktora vědeckých článků: „No, jestli tohle je všechno, co řeknou, tak je to děs.“ Skutečně, obavy Johna Matherse se začaly před našima očima naplňovat. Pak ale Efstathiou pokračoval: „Je tu ovšem několik skutečností, kvůli kterým jsme výsledky popsali jako vesmír téměř dokonalý.“ Najednou stěží hledat slova a při řeči koukal do stolu. Znovu zopakoval, jak dobře data odpovídají standardnímu modelu a že prý „by tady už mohl skončit a prohlásit, že kosmologie došla na konec cesty“. Nejistě však pokračoval dál: „Nicméně protože nám data (celkově) tak dobře zapadají, měli bychom více kriticky zkoumat to, co podle všeho nesedí. Je třeba se podívat na to, co nevyhovuje, protože právě to by mohlo být náznakem nové fyziky.“ Takže to konečně přišlo. Zde tedy byly ty „nové fenomény“, které si Mather (stejně jako my všichni ostatní!) toužebně přál. Stáli jsme před krokem do neznáma. Efstathiou vysvětlil, že na největším kosmickém měřítku jsou teplotní fluktuace menší, než se očekávalo, a že takové chování je ve standardním kosmologickém modelu neproveditelné. A ještě také průměrná fluktuace teplot na jedné straně oblohy je větší než na druhé, což opět standardní model vylučuje. A konečně se v průběhu konference potvrdilo** – i když * www.theguardian.com/science/across-the-universe/2013/mar/21/europeanspace-agency-astronomy ** http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Planck/Planck_reveals_ an_almost_perfect_Universe
Neznamy vesmir.indd 19
9.2.2017 17:15:15
20 Neznámý vesmír
to Efstathiou neřekl –, že sonda Planck zachytila chladnou skvrnu, kterou zjistila i sonda WMAP. Kvalita detekce tentokrát vylučovala veškeré pochyby o existenci anomálií. Šlo o skutečné znaky raného vesmíru – a nebylo možné je vysvětlit pomocí standardního modelu. Bylo nade vši pochybnost jasné, že tým dělal, co mohl, aby tyto anomálie vysvětlil. Nakonec to Efstathiou shrnul slovy, že „data ze sondy Planck ukazují, že kosmologie ještě není uzavřena“. V únoru roku 2015 Chuck Bennett, profesor fyziky a astronomie z Hopkinsovy univerzity, spolu se svými kolegy zevrubně prozkoumal a porovnal kosmologický model, který poskytla sonda WMAP, s modelem podle sondy Planck.* Jaké bylo jejich znepokojení, když se ukázalo, že modely jsou ve vzájemném rozporu – každý popisuje jiný vesmír. Něco je evidentně špatně. Ani jeden z modelů nemusí být stoprocentně správný, nicméně měly by spolu být alespoň konzistentní. Chyba se nyní zkoumá – buď byla některá sada dat špatně kalibrována, nebo se standardní model mýlí. Jenomže jak můžeme postoupit vpřed, když obrázek poskytnutý sondou Planck je tím nejlepším, co z mikrovlnných fluktuací – našeho hlavního zdroje informací o raném vesmíru – můžeme získat? Přes veškeré naše úspěchy, skutečně žijeme v neznámém vesmíru, který čeká na to, až ho prozkoumáme a pochopíme? Upřímně řečeno, Douglas Adams to ve Stopařově průvodci Galaxií nemohl napsat lépe. Odpověď opravdu zatím vypadá jako „čtyřicet dva“. Spousta kosmologů se domnívala, že s údaji ze sondy Planck dostanou odpověď na podstatu života, *
https://arxiv.org/abs/1409.7718v2
Neznamy vesmir.indd 20
9.2.2017 17:15:15
Předmluva 21
vesmíru a všeho (čímž míním původ vesmíru), jenomže teď si s odpovědí nikdo nevěděl rady. Většina si myslí, že všechny tyto potíže jsou pouhými detaily, které se brzy vyjasní. Stačí se v tom jen trochu vědecky pošťourat, doplnit tu tečku, tu čárku, a bude to. Jenomže rostoucí počet jiných dochází k názoru, že existují náznaky, že se ohledně vesmíru zásadně pleteme. A právě do těchto neprozkoumaných končin se s touto knihou chceme vydat. Výlet za odpověďmi nás zavede na nejtajuplnější místa našeho vesmíru. Nahlédneme do srdcí černých děr, dostaneme se do okamžiku velkého třesku a budeme konfrontováni s podstatou reality samé. A všechno to začíná v Anglii na velké severní silnici mezi Londýnem a Cambridge v posledních desetiletích 17. století.
Neznamy vesmir.indd 21
9.2.2017 17:15:15
1 VESMÍRNÝ ARCHITEKT
Neznamy vesmir.indd 23
9.2.2017 17:15:15
Psal se srpen roku 1684, dvacet let po obnovení anglické
monarchie, a novému oblíbenci Karla II. začala docházet trpělivost. Cesty byly ve špatném stavu a ani letní horko zrovna nepomáhalo. Půda byla rozpraskaná a ve větru se z ní zvedal prach. To ale Edmondu Halleymu na jeho cestě z Londýna do Cambridge nejspíš připadalo jako ten úplně nejmenší problém. Necelé dva roky před svými třicátými narozeninami zastával pozici, kterou by mu musel každý závidět. Byl uznávaný jako jeden z předních astronomů své doby a díky tomu, že žil z peněz svého otce, mohl si dovolit věnovat se své zálibě ve hvězdách. Rodinný podnik vyráběl mýdlo a v letech, jež následovala po velkém moru (1665–1666), nečekaně zbohatl, když se mytí mýdlem stalo v Londýně módou. Bohatství otce umožnilo Edmondovi vzdělání na St. Paul’s School v Londýně, načež se odebral do Queen’s College do Oxfordu. Tam se z Edmonda stal pohledný mladý muž, inteligentní, se slabostí pro ženy a s pověstí dobrodruha. Věhlas si získal tím, že opustil studia s prohlášením, že zastaralé osnovy ho dusí. Od krále dostal sponzorský dar, aby na odlehlém ostrově Svaté Heleny v Atlantském oceánu zakreslil mapu jižní oblohy. Ta měla v tehdejších dobách nesmírný význam pro armádu, neboť ji námořnictvo potřebovalo k přesné orientaci na moři. 25
Neznamy vesmir.indd 25
9.2.2017 17:15:16
26 Neznámý vesmír
Halley svůj úkol s přehledem splnil a o 18 měsíců později se vrátil s polohami 341 hvězd. Jedno souhvězdí dokonce nazval Robur Carolinum (Karlův dub) podle stromu, v kterém se prý monarcha ukryl před vojáky Olivera Cromwella po bitvě u Worchesteru v roce 1651.* V jeho hvězdné mapě se později našlo místo i pro něho samotného. Halley po skončeném mapování cestoval celou Evropou, navštěvoval velké astronomy a probíral s nimi jejich výsledky a metody pozorování. V roce 1682 objevil kometu, jež měla jednoho dne nést jeho jméno zásluhou toho, že převratným způsobem vypočítal její dráhu a předpověděl, že se opět vrátí v roce 1704. Ovšem v roce 1684 ještě nepoutaly jeho pozornost dráhy komet, nýbrž pohyby planet. Právě touha rozluštit jejich tajemství jej přiměla vydat se onoho léta na cestu do Cambridge. Na svět se chystal vstoupit nový pohled na vesmír a také zcela nový způsob shromažďování znalostí. Až do té doby byl vesmír považován za dosti jednoduché místo. Bylo tu Slunce, Země a Měsíc, tři nejmarkantnější nebeská tělesa. Dále tu byly hvězdy, které se zdály být pevně zakotvené ve svých souhvězdích, a nakonec ty svůdně tajuplné objekty, totiž pět planet viditelných pouhým okem. Merkur, Venuše, Mars, Jupiter a Saturn se naháněly po obloze, každá planeta vlastním tempem, hnána neznámými silami. Právě proto je staří Řekové nazvali planetes (tuláci). Vědělo se o nich vlastně jen to, že se liší barvou a jasností. Mars byl ohnivě rudý. Jupiter a Venuše vypadaly jako třpytivé bílé body, s tím rozdílem, že Jupiter se ukazoval na noční obloze, zatímco Venuše se toulala vždy jen za rozbřesku * Toto souhvězdí se nedostalo do oficiálního seznamu Mezinárodní astronomické unie, ustaveného v roce 1922. Nacházelo se poblíž novodobých souhvězdí Jižního kříže a Lodního kýlu.
Neznamy vesmir.indd 26
9.2.2017 17:15:16
Vesmírný architekt 27
a soumraku. Podobně se choval slabě svítící Merkur, který se úplné tmě vyhýbal. Naproti tomu Saturn byl v hluboké noci jako doma. Jeho zlověstně žlutavý vzhled se stal synonymem pro trudnomyslnost. Otázka, jak se planety pohybují, zůstávala po celá tisíciletí nezodpovězena. Jedni se domnívali, že je pohánějí legie pochodujících andělů, jenomže to jen vzbuzovalo další otázku – proč. Jediným nezpochybnitelným předpokladem bylo, že nebesa jsou uspořádaná a věci na nich se dějí za určitým účelem. Jakému účelu tedy měl pohyb těch nepokojných nebeských koulí sloužit? Tuto prázdnotu vyplňovala astrologie, systém přesvědčení vycházející z předvídání budoucnosti. Podle astrologie planety vyzařují na Zemi jistý vliv, ovlivňují naše nálady a formují naši osobnost. Saturn byl zodpovědný za pochmurné, apatické myšlenky. Naopak Jupiter byl spojován s duchem lovce. V planetách mělo svůj původ všechno od vášně přes hudbu až po válku. Poloha nebeských tuláků v okamžiku narození jedince se do něj vtiskává a zanechává v něm určité povahové rysy. A čím výše je určitá planeta na obloze, tím více nás ovlivňuje. Astrologie byla v mnoha ohledech předchůdkyní psychologie, protože se pokoušela vysvětlit naši osobnost a naše chování. Z porovnání současné polohy planet s polohou v okamžiku narození klienta dokázal astrolog vyvodit radu, jak se má v nadcházejících událostech nejlépe chovat. Někdy to znamenalo například počkat, až negativní planeta odejde, nebo až se objeví jiná, která její vliv vyrovná. Německý matematik Johannes Kepler (1571–1630) se po většinu života zabýval astrologií. Pro své předpovědi potřeboval znát co nejpřesněji, kde se hvězdy a planety nacházejí. Zde právě na scénu nastoupila astronomie se svými hvězdnými
Neznamy vesmir.indd 27
9.2.2017 17:15:16
28 Neznámý vesmír
mapami a planetárními efemeridami. Pravá povaha planet a příčiny jejich oběžného pohybu zůstávaly však astrologům naprosto neznámé, jednoduše proto, že tuto informaci pro svou práci nepotřebovali. Obcházeli to tvrzením, že nebeská tělesa jsou dílem Božím, a tudíž mimo rámec lidského mdlého rozumu. Kepler to viděl jinak. Planetární vlivy jej zajímaly, dokonce přemýšlel o speciálním odstínění domů, které by jejich obyvatele izolovalo od (neblahého) působení planet. Tento způsob myšlení jej vedl ke zkoumání povahy jednotlivých planet. Při své práci počátkem 17. století Kepler bojoval, jak to sám později nazval, válku s Marsem. Trvalo mu více než deset let, než konečně zvítězil. Podobně jako jiní, i Kepler byl hluboce zbožný a přesvědčený o tom, že vesmír je uspořádaný. Šel ale ještě o krůček dále v tom, že věřil, že uspořádání vesmíru má matematickou povahu a že pomocí geometrie je možné dojít dokonce až k objevu Božího architektonického plánu vesmíru. Architekturu vesmíru hledal celá léta. Snažil se určit velikost a tvar oběžné dráhy Marsu tím, že se neustále probíral údaji, které během svého pozorování nashromáždil velký dánský astronom Tycho Brahe. Keplerův rozbor byl ztížen faktem, že Země, která se sama pohybuje, tvořila pohyblivou základnu. Musel tudíž nejprve z výpočtů odstranit zemský pohyb. Když se mu to podařilo, to, co zbylo, byl skutečný pohyb Marsu – eliptická oběžná dráha okolo Slunce. Tento triumf jej povzbudil, a tak přešel na ostatní planety a zjistil, že také ty obíhají po elipsách. Výsledky jeho dřiny jsou velkolepé dodnes. Po více než desetiletí snah a celé řadě omylů objevil, že dráhy planet lze popsat pomocí matematických zákonů. Keplerovy zákony jsou
Neznamy vesmir.indd 28
9.2.2017 17:15:16
Vesmírný architekt 29
jednou z prvních věcí, která se vyučuje v současných kurzech astronomie. První Keplerův zákon říká, že planety obíhají kolem Slunce po eliptických drahách. Druhý zákon je přesným matematickým popisem toho, jak planeta zrychluje, když se blíží ke Slunci, a jak zpomaluje, když se od Slunce vzdaluje. Třetí zákon se týká poměru průměrné rychlosti planety k délce její oběžné dráhy a ukazuje, že vzdálenější planety kolem Slunce obíhají pomaleji. Kromě přínosu pro vědu měly Keplerovy výsledky i obrovskou kulturní hodnotu. Měřením poloh hvězd Tycho Brahe zachytil Přírodu samu a přeložil ji do řeči čísel. Kepler pak použil matematiku, aby z jeho údajů – byly to stovky stránek – vybral použitelné informace, totiž popis planetárního pohybu, který bylo možné shrnout do pouhých tří matematických vět. A aby toho úspěchu nebylo málo, celý se odehrál v oblasti, o níž si všichni do té doby mysleli, že je mimo možnosti lidského chápání: na nebeské sféře. Byl to budíček pro lidský intelekt. Ukázalo se, že pomocí pozorování a síly mysli je možné rozluštit tajemství míst, která člověk nikdy nenavštívil, pouze je vidí. Přes všechen pokrok zůstaly některé otázky nezodpovězené. Kepler dokázal popsat pohyb planet, ale neřekl, proč se vlastně pohybují. Jeho intuice mu říkala, že nějaký vliv vychází ze Slunce, nicméně jeho matematická povaha mu unikala. Keplerův triumf byl pouhým prvním krokem na cestě, nikoli její cíl. O desetiletí později se na této cestě ocitl Edmond Halley, a nebyl na ní sám. Pod královským patronátem Karla II. se v Londýně spo-
jila skupinka gentlemanů oddaných studiu přírodních věd,
Neznamy vesmir.indd 29
9.2.2017 17:15:16
30 Neznámý vesmír
a vznikla Královská londýnská společnost pro zlepšování znalostí o přírodě. Dnes se jí říká zkráceně Královská společnost (Royal Society), její motto však zůstává stejné: Nullius in verba (volně přeloženo: „Nepřijímat ničí slova jako danou pravdu“). Vyjadřuje pravidlo, že ve vědě osobní přesvědčení nestačí. Pravdu není možné přijmout, dokud nebylo měřením prokázáno, že se shoduje s přírodou. Již v lednu 1684 se Halley setkal se dvěma kolegy z Královské společnosti, astronomem a architektem Christopherem Wrenem a experimentátorem a průzkumníkem Robertem Hookem. Oba muži řídili stavební obnovu Londýna po velkém požáru v roce 1666, tento večer však hovořili o tom, co nutí planety, aby se chovaly podle Keplerových zákonů. Pohrávali si s jednoduchou matematikou a všichni tři narazili na princip třetího Keplerova zákona, který vyjadřuje poměr průměrné oběžné rychlosti planety k její průměrné vzdálenosti od Slunce. Plynulo z něj totiž, že síla působící na planetu klesá se čtvercem vzdálenosti. Pokud bychom zdvojnásobili vzdálenost některé planety od Slunce, síla se zmenší čtyřikrát. Pokud vzdálenost ztrojnásobíme, síla poklesne na devítinu původní hodnoty. Teď bylo třeba matematicky prokázat, že zákon o poklesu působení síly s druhou mocninou vzdálenosti je schopen oběžnou dráhu planety zakřivit do tvaru elipsy. Jak si tak tito tři filozofové mudrovali v příjemně provoněném teplíčku Jonathanovy kavárny v jedné ze zapadlých uliček v srdci Londýna, Hooke prohlásil, že by tento důkaz uměl podat, ale že ho nikomu neukáže, dokud to ostatní alespoň nezkusí a nebudou úspěšní. Wren mu za důkaz nabídl 40 šilinků, ale Hooke byl neoblomný. Proč se choval tak podivně, to už se přes závoj času nedozvíme. Snad se chtěl hádavý experimentátor jen chvástat. Jisté
Neznamy vesmir.indd 30
9.2.2017 17:15:16
Vesmírný architekt 31
je, že uvedený důkaz není matematicky zrovna jednoduchý a Hooke nijak zdatným matematikem nebyl. Mnohem lépe s čísly zacházel Halley, jenže ani on na to nestačil. A právě to jej v srpnu roku 1684 přimělo, aby se vydal na cestu do Cambridge, kde hodlal požádat o pomoc Isaaca Newtona. Tou dobou byl Newton ještě neznámou osobou, na míle vzdálenou veřejnému obdivu, jehož se dočkal v pozdějším životě. Stranil se londýnské společnosti a právě rašící disciplíny – přírodní filozofie, neboť se vážně zabýval mnohem pochybnějším zkoumáním – alchymií. Sedával celé dlouhé dny v potemnělých místnostech Trinity College, ponořen do omamných výparů sloučenin, které míchal, aby objevil tajemství transformace. Cílem pravého alchymisty není bohatství, nýbrž nalezení kamene mudrců – hypotetické látky, která dokáže zprostředkovat proměnu jiných látek. Proměna obecného kovu ve zlato byla pouze jednou z jeho mocných schopností. Kámen mudrců měl rovněž být klíčem k nesmrtelnosti. Newtonovi šlo právě o tohle. Chtěl najít moc nad životem a smrtí. Prohlásit, že Halleyova návštěva změnila Newtonovi život, by možná znělo hodně dramaticky, ale pravda je, že jeho návštěva toho léta změnila celé světové dějiny. Svět, v němž dnes žijeme, stojí na Newtonově práci, do níž se pustil v důsledku rozhovoru s Halleyem. A přece když Halley vstupoval do Newtonova kabinetu na Trinity College, ani jeden z nich nemohl tušit, jaká říše zázraků se otevře před jejich očima. Podle vyprávění Newtonova přítele, francouzského matematika Abrahama DeMoivrea, Halley položil jednoduchou otázku, která zněla: „Jakou oběžnou dráhu by měla planeta, pokud by podléhala zákonu obrácených čtverců?“ Na to mu Newton odpověděl, že by byla eliptická, neboť to plyne
Neznamy vesmir.indd 31
9.2.2017 17:15:16
32 Neznámý vesmír
z prvního Keplerova zákona. Halley byl zasažen „úžasem a radostí“ a požádal ho o matematický důkaz. Newton prohledal své poznámky a řekl, že důkaz bohužel někde ztratil. Asi si dokážete představit Halleyho zklamání. Měl před sebou již druhého muže, který tvrdil, že důkaz dokáže podat, ale nemá jej u sebe. Na rozdíl od Hookea však Newton alespoň slíbil, že to spočítá znovu a výpočet pošle Halleymu poštou do Londýna. Halley se vrátil s prázdnýma rukama. Měsíce míjely a při každém dalším otočení stránky v kalendáři musel Newtonův slib působit stále méně věrohodně. Co ale Halley neviděl, bylo duševní úsilí, které Newton v Cambridge vynaložil. Alchymie šla stranou a Newton se zavrtal do přírodních věd jako nikdy předtím. Po nepodařeném začátku, kdy Newtonovy výpočty zničilo chybné označení os na kvapně načrtnutém obrázku, začal se přeci jen rýsovat pokrok. Newton dokončil odvození prvního Keplerova zákona, jenže zjistil, že bude potřeba ještě více práce. Mnohem více. Nakonec byl hotov v listopadu. Dokument, který Halleymu poslal, obsahoval odvození všech tří Keplerových zákonů a zobecnění prvního zákona tak, aby ukazoval, že přesný tvar oběžné dráhy je určován průměrnou rychlostí nebeského tělesa. Elipsy byly pouze jednou z možností. Byly přípustné i jiné matematické tvary. Halley po přečtení materiálů užasl a ihned spěchal znovu do Cambridge, aby Newtona požádal o svolení, zda může dát obsah kolovat. Newton to odmítl se slovy, že práce ještě není zcela dokončena. Ve výpočtech, proč se planety pohybují tak, jak se pohybují, zahlédl záblesk zcela nové vědy o tom, proč se věci hýbou. Nejen planety – všechno. Newton spočítal dráhy planet přesně, aniž bral v potaz tření či jiný odpor proti pohybu. Jenže kdyby takové faktory
Neznamy vesmir.indd 32
9.2.2017 17:15:16
Vesmírný architekt 33
do výpočtu zahrnul, vyšly by mu jiné tvary oběžných drah, tvary, jež připomínají křivku, po které padají předměty na zem. To podnítilo jeho zvědavost a učitel z Cambridge se vrhl na objekt svého zkoumání jako medvěd na kořist. Chrlil dopis za dopisem. Ve všech žádal další filozofy, aby prováděli všelijaká měření a pozorování, jež by pak mohl použít pro testování svých nových nápadů. Požadoval časy přílivu a odlivu v Deptfordu, pozorování planet Jupiteru a Saturnu, když se k sobě blížily na obloze, a dráhy komet, které krášlily noční nebe. V jednom z takových dopisů, adresovaném královskému astronomovi Johnu Flamsteedovi, Newton sliboval, že tato práce zůstane tajná, dokud nebude uspokojivě dovršena. „Než svou práci zveřejním, rád bych tomu přišel na kloub úplně,“ napsal. Trvalo mu to téměř tři roky. Po tu dobu sám sobě v podstatě uložil domácí vězení a nedělal skoro nic jiného, než pracoval. Bydlel tehdy se svým písařem Humphreyem Newtonem. Nebyli příbuzní, jak by mohlo naznačovat příjmení, nicméně Humphrey Isaaca poznal mnohem lépe než členové jeho vlastní rodiny. Vyprávěl o nutkavém chování velkého filozofa a popisoval, že Isaac byl do své práce natolik zabrán, že jedl jen velmi málo a někdy na jídlo zapomněl úplně. Chodil prý po bytě jako tělo bez duše a běžné praktické úkony prováděl bezmyšlenkovitě, s hlavou v oblacích. Z jeho pokoje se čas od času ozval výkřik a pak jako Archimedes uháněl ke stolu, kde si divokou rychlostí ve stoje poznamenával, co ho právě napadlo, zapomínaje na to, že již byla vynalezena židle. Newtonovo mistrovské dílo Philosophiæ naturalis principia mathematica (Matematické principy přírodní filozofie) bylo vydáno v roce 1687. Dílo i jeho autor se vynořili v proměněné Anglii.
Neznamy vesmir.indd 33
9.2.2017 17:15:16
34 Neznámý vesmír
Karel II. zemřel a jeho bratr, katolický Jakub II., byl jen s nevolí korunován protestantskou vládou. Jakub II. totiž zosobňoval hrozbu nadvlády Vatikánu a pouhé pomyšlení na ni Anglii znervózňovalo. V politice panoval zmatek a nad vším se vznášel strašák občanské války. Nejistota byla na každodenním pořádku a chaos na obzoru. Ale pro ty, kteří porozuměli anebo uvěřili Newtonově složité matematice, představovala tato kniha maják jistoty. Jeho dílo ukázalo, že každý pohyb je vždy důsledkem působení síly. Pokud se něco hýbe, je možné spočítat sílu, která to má na svědomí. Někdy je tato síla evidentní – např. osel táhnoucí vůz, člověk házející míč nebo skupina lidí snažících se povalit zeď. Jindy působící síla vidět není, jako třeba u předmětů padajících na podlahu, oblázku kutálejícího se z kopce nebo planety pohybující se po své dráze. Newton ukázal, že tato neviditelná síla nese podpis gravitace. Může to znít neuvěřitelně, ale déšť padá na zem ze stejného důvodu, z jakého kometa opisuje na obloze určitou dráhu: za vším stojí gravitace. Za tento hluboký vhled bylo nutné něco zaplatit. Podle Newtonova konceptu je gravitace síla, která působí skrze prázdnotu bez nutnosti fyzického kontaktu. Nazýval to „působením na dálku“ a inspiraci pro to získal v alchymii, jež ho naučila, že vesmír je prostoupen duchovními bytostmi, které mohou zprostředkovávat pomoc alchymistovi při jeho konání. Tehdy se věřilo, že alchymie tvoří hranici mezi fyzickým a duchovním světem, přičemž alchymista měl schopnost stavem své mysli ovlivňovat výsledek experimentu. Newton nejprve chápal gravitaci jako jednu z těchto duchovních mocností, ale když nalezl její matematické vyjádření, došel k závěru, že takto přesně zákonem definovanou sílu není nejspíš možné myslí ovlivňovat. Jediné faktory, které gravitaci
Neznamy vesmir.indd 34
9.2.2017 17:15:16
Vesmírný architekt 35
ovlivňují, jsou hmotnost obou vzájemně se přitahujících těles a čtverec vzdálenosti mezi nimi. Ať se Newton soustředil sebevíce, jeho mysl nedokázala sílu gravitace změnit. Byla to tedy čistě materialistická přírodní síla. Problém tkvěl v tom, že sílu, která působí na dálku přes prázdný prostor, vnímali mnozí jako cosi zcela nevědeckého. Většina přírodovědců chápala přírodu jako mechanismus, a tudíž podle jejich představy mohlo být pohybu dosaženo pouze prostřednictvím kontaktu. Pro ilustraci si představte, že stojíte na okraji dlouhé řady knih a chcete povalit tu, která je od vás nejvzdálenější, aniž byste k ní museli dojít. Dosáhnete toho tím, že strčíte do nejbližší knihy, a ostatní se začnou poroučet jako domino, dokud se síla nepřenese až na druhý konec řady. Filozofové se pokoušeli vysvětlovat gravitaci pomocí takzvaného éteru, substance podobné fluidu, která nese planety po jejich oběžné dráze podobně, jako voda v potoce unáší listí. Jenomže Newtonova rovnice přítomnost éteru nezahrnovala. Naopak, když se pokusil analyzovat planetární pohyby z hlediska proudění, se zahrnutím tření a odporu, čísla nevycházela. Jediné, co fungovalo, bylo působení na dálku, ale to zase znamenalo, že nikdo nevěděl, jak se toto působení uskutečňuje a co to vlastně je. Některým lidem to až příliš připomínalo astrologii a mystické vlivy nebes, proto raději celý Newtonův koncept zavrhli. Začínala se však ukazovat skutečná povaha matematické vědy, která spočívá v tom, že dokáže činit předpovědi a testovat je pomocí pozorování. Pokud je matematická předpověď pozorováním potvrzena, pak je nutné ji akceptovat jako pravdu, ať se někomu líbí, nebo ne. A zde právě přichází na scénu Halley se svou kometou.
Neznamy vesmir.indd 35
9.2.2017 17:15:16
36 Neznámý vesmír
Mladý astronom byl s přípravou a vydáním Newtonových Principií natolik propojen, že by bez něj kniha nemohla vyjít. Pracoval na ní jako editor, vydavatel a dokonce vydání financoval, protože Královská společnost vyčerpala všechny své finanční zdroje na vydání knihy The History of Fishes (Dějiny ryb), kterou považovala za „jistý bestseller“, v čemž se šeredně spletla. Společnost byla neúspěchem publikace natolik ekonomicky podlomená, že jeden měsíc dokonce musela Halleymu, který byl jejím tajemníkem, měsíční mzdu vyplatit ve výtiscích neprodejného tlustospisu. Oběžné dráhy komet byly stejně šalebné jako dějiny ryb. Dokonce ani v dnešní době o těchto tělesech nevíme mnoho, ale v 17. století se o nich nevědělo prakticky nic. Byly považovány za atmosférické jevy, které se ukazují jako předzvěst nadcházejících katastrof. V 16. století uveřejnil německý malíř a astronom Georg Busch nezvyklý komentář, v němž o kometách prohlásil, že „povstávají ze země kvůli hříchům a zkaženostem lidským, do jistého druhu plynu se formujíce, kterýž pak jest podpálen hněvem Božím. Jedovaté látky z komet padají zpět lidem na hlavy a způsobují všeliké neplechy, jakož například nákazy morové, úmrtí náhlá, počasí psí a Francouze“. Opravdu to napsal. Jedním z těch, kdo Busche za tyhle absurdní, ničím nepodložené závěry kritizovali, byl Tycho Brahe. Ve spoustě astronomických pozorování, která společně se svými pomocníky prováděl v posledních desetiletích 16. století, bylo mimo jiné i pozorování jasné komety, jež se na nebi objevila v roce 1577. Bylo zřejmě, že kometa se pohybuje kosmickým prostorem, a nikoli atmosférou Země. Z toho důvodu Brahe naprosto zavrhl Buschovy názory jako „třesky-plesky“
Neznamy vesmir.indd 36
9.2.2017 17:15:16
Vesmírný architekt 37
a předložil výpočty, z nichž vyplývalo, že tato kometa letí minimálně ve čtyřikrát větší vzdálenosti, než je vzdálenost Měsíce. Byl to sice velmi podhodnocený odhad, nicméně jednoznačně z něj plynulo, že komety pocházejí z vesmíru a jsou ovlivňovány přitažlivostí Slunce. Proto je jasné, že kolem něho také obíhají. Aby to dokázal, zkoumal Newton dvě komety. První se ukazovala na večerním nebi v roce 1680, druhá na ranní obloze v roce 1681. Usoudil, že jde o stejný objekt, který se pohybuje po silně protáhlé dráze kolem Slunce, a že tvar jeho dráhy nejlépe odpovídá parabole. Výpočet byl ovšem natolik pracný, že Newton od výpočtů dalších komet raději upustil. V roce 1704 se toho ujal Halley. Odvodil dráhy dvaceti tří komet, které se objevily mezi lety 1337 a 1698. Tři z nich ho okamžitě zaujaly. Komety z let 1531, 1607 a 1682 sledovaly velmi podobnou dráhu, sice ne úplně stejnou, ale natolik si blízkou, že to vzbudilo jeho podezření. Chvíle jeho génia přišla, když si vzpomněl, že by mohl aplikovat Newtonův princip „univerzální gravitace“. Po působení gravitace na dálku šlo o druhý Newtonův velký objev, o němž Newton později řekl, že ho k němu inspirovalo jablko padající ze stromu. Onen pomíjivý okamžik jej prý přiměl k zamyšlení nad dosahem gravitačního působení. Uvažoval, kolik síly by bylo potřeba, kdybychom chtěli nějaký předmět vystřelit přímo vzhůru tak, aby již nikdy nespadl zpět na Zemi. Když tento problém zkoumal matematicky, uvědomil si, že gravitace se rozprostírá od nebeských těles do dáli a slábne se čtvercem vzdálenosti, ale nikdy nedosáhne nuly. Její působení je samozřejmě nezbytné pro vedení planet, měsíců a komet po jejich oběžných drahách.
Neznamy vesmir.indd 37
9.2.2017 17:15:16
38 Neznámý vesmír
Všechno tahá za všechno ostatní – tomu Newton říkal univerzální gravitace. Halley usuzoval, že komety na své cestě ke Slunci budou při průletu kolem planet poněkud ovlivněny. Proto si našel polohy dvou největších planet, Jupiteru a Saturnu, a spočítal účinek jejich gravitace na prolétající komety v letech 1531, 1607 a 1682. Náhle to celé začínalo dávat smysl. Jde o totéž těleso, jeho dráha je jen pokaždé trochu pozměněna přitažlivostí Jupiteru a Saturnu. Vypočítal, kdy se tato kometa pravděpodobně znovu vrátí, výsledek upravil tak, aby zahrnoval předpokládaný vliv obou obřích planet, a výsledky publikoval latinsky v časopise Královské společnosti Philosophical Transactions. O rok později své výpočty zveřejnil ještě jednou, tentokrát i anglicky. Předpověděl, že kometa se vrátí na přelomu let 1758 a 1759. Německý farmář a astronom-amatér Johann Georg Palitzsch ji spatřil na Vánoce roku 1758. Halley měl pravdu. Newtonovo pojetí gravitace bylo správné. Halley udělal to, o čem všichni věštci a astrologové pouze mluvili. Předpověděl budoucí událost. Pokud bychom chtěli vybrat okamžik v dějinách, ve kterém se doopravdy zrodila věda, pak by to měl být tento. Jeho úspěch byl přesvědčivým argumentem, že svět je uspořádaným místem, jehož řád lze zkoumat měřením a matematickou analýzou. Co Kepler pouze zahlédl, co Newton objevil, to Halley potvrdil: matematická analýza přírody může určit příčinu událostí a odhalit uspořádání vesmíru. Astronom Halley se svého úspěchu nedožil. Na jaře roku 1742, po dvaadvacetileté kariéře druhého královského astronoma, požádal Halley o sklenku červeného vína. Vypil ji, postavil na stůl vedle svého křesla a pokojně odešel. *
Neznamy vesmir.indd 38
*
*
9.2.2017 17:15:16
Vesmírný architekt 39
Předpovězený návrat Halleyovy komety perfektně zapadl
do plánů osvícenců. Osvícenství, někdy také nazývané věk rozumu, bylo kulturní hnutí šířící se Evropou té doby a usilující o reformaci společnosti pomocí racionality namísto tradic. O poznání bylo možné usilovat třemi cestami. Newtonovo dílo zosobňuje přístup teoretický, při kterém se pozorované jevy vysvětlují pomocí principů, které lze vyjádřit matematicky. Takto popsaná teorie podává vysvětlení důvodu, proč se něco děje. Jiní členové Královské společnosti, jako například Newtonův úhlavní soupeř Robert Hooke, prováděli experimenty. Při nich jsou přírodní jevy izolovány, nebo dokonce uměle napodobovány pomocí laboratorních přístrojů, aby je bylo možné detailně prozkoumat. Také je lze matematicky vyjádřit a výsledným rovnicím se říká empirické zákony. Popisují, jak se něco děje. Oba tyto přístupy patří do vědy, jak ji dnes známe. Během doby osvícenství přibyl ještě třetí přístup, a to přístup racionalistický. V dnešní době už značně upadl v nemilost, nicméně tehdy se filozofové snažili dobrat vysvětlení světa pouze zapojením samotného rozumu. Jedním z největších osvícenských filozofů byl Immanuel Kant. Ve věku rozumu cítili Kant a další, že je načase jeho pomocí zkoumat, jak se formovaly planety. Asi nejnápadnějším aspektem planet je jejich uspořádanost. Každá z nich putuje noční oblohou svým vlastním tempem, ale všechny opisují v podstatě stejnou dráhu. Říká se jí ekliptika a prochází dvanácti znameními zvěrokruhu, například Beranem, Býkem, Blíženci atd. Uspořádání planet je ohromující zvláště ve srovnání s kometami, které přilétají ze všech možných směrů. Už to samo
Neznamy vesmir.indd 39
9.2.2017 17:15:16
40 Neznámý vesmír
přesvědčilo Newtona, že planety se nemohly dostat do stejné oběžné roviny pouhou náhodou. Rozmístění planet sluneční soustavy viděl jako dílo ruky Boží. Kant a ostatní filozofové si to nemysleli. Pro ně mohl být takový řád výsledkem slepé fyziky a pokoušeli se představit si posloupnost událostí, které by vedly k tomu, že se všechny planety utvoří v jedné rovině – v rovině ekliptiky. To ještě neznamená, že byli ateisté. Většina z nich věřila v Boha jakožto prvotní příčinu existence vesmíru, nicméně všední věci chápali jako záležitost fyziky. Zapadalo jim to do pohledu na přírodu jako na mechanismus. Hodiny či jiný mechanický přístroj je také třeba nejprve sestrojit, ale dál už pak fungují samy, podle fyzikálních zákonů. V novém věku rozumu již nestačilo si myslet, že Bůh stvořil planety podle Bible. Teď, když se ukázala síla matematiky odemykat tajemství přírody, toužili intelektuálové zkoumat a chápat procesy, podle kterých se všechno v přírodě děje, včetně vzniku planet. První vědecká hypotéza se objevila několik desetiletí před tím a jejím autorem byl francouzský filozof René Descartes. V knize, která vyšla až po jeho smrti v roce 1677, usuzoval, že planety jsou zachyceny ve víru částic éteru, a tento vír má svůj střed ve Slunci. Cirkulace éteru nutí k pohybu planety, podobně jako proud řeky nese na hladině listy. Descartes se také domníval, že planety se nejspíše utvořily zhuštěním částic éteru. Přestože Newton matematicky prokázal, že pohyb vířící látky nemůže vést k pohybu podle Keplerových zákonů, myšlenka kondenzace planet z éteru se stala převládajícím přesvědčením filozofů. Byla elegantní, dalo by se říci skoro dokonalá, a v 18. století ji mnozí, kteří se do ní zamilovali, různě upravovali.
Neznamy vesmir.indd 40
9.2.2017 17:15:16
Vesmírný architekt 41
Švédský filozof Emanuel Swedenborg (1688–1772) přišel s myšlenkou, že planety jsou zhuštěnou hmotou vyvrhovanou ze slunečního rovníku. Terno ale udělal Kant se svojí knihou Všeobecné dějiny přírody a teorie nebes. Kantův scénář vzniku planet se nazývá nebulární (mlhovinová) hypotéza. Dal si dohromady některá astronomická pozorování, která do sebe zapadla jako puzzle. Během historie zaznamenalo vícero astronomů jakési mlžné skvrny na obloze. Studium těchto objektů však naplno začalo až po vynalezení teleskopu v roce 1610 a postupovalo pomalu. V roce 1656 obrátil dánský astronom Christiaan Huygens svou pozornost k Mlhovině v Orionu, mlžnému útvaru, který se prostému oku jeví jako narůžovělá hvězda v Orionově meči, avšak v silně zvětšujícím teleskopu se ukáže, že jde o mlhovinu. V roce 1715 Edmond Halley zveřejnil seznam šesti mlhovin, které objevil dalekohledem, a následně jejich počet neustále rostl. Jak postupovalo století, byly nacházeny stále další. Některé vypadaly jako hvězdy zabalené v mlžném závoji, jiné byly prostě mlhoviny bez zvláštního zhuštění. Kantovu představivost to podnítilo natolik, že si začal představovat, jak se oblaky plynu postupně vlivem přitažlivosti zhušťují, až se v centru nashromáždí dostatek plynu a hvězda se rozsvítí. Planety chápal jako oddělené menší zhuštěniny, které se utvořily kolem ústřední hvězdy. Později v témže století jeho myšlenky dále rozvedl francouzský filozof Pierre-Simon Laplace (1749–1827). Usoudil, že oblak hmoty hroutící se do sebe musí rotovat a následkem toho se vytváří disk, z něhož se později vydělují planety. Spekuloval o tom, že ze smršťujícího se disku se postupně odlučují prstence materiálu, takže planety na vnějším okraji jsou starší
Neznamy vesmir.indd 41
9.2.2017 17:15:16
42 Neznámý vesmír
než ty vnitřní. V tomto bodě se mýlil, nicméně myšlenka disku byla správná. Vytvoření plochého disku je následek odstředivé síly. Ta na rozdíl od gravitace není základní silou, nýbrž vzniká při rotaci, a vnímáme ji tak, jako bychom byli tlačeni pryč od centra rotace. Čím rychleji se něco otáčí, tím větší je odstředivá síla. Proto pokud řidič najede do zatáčky příliš rychle, jeho automobil opustí silnici. Na rotující oblak plynu působí gravitace, která ho stahuje do středu, a odstředivá síla, která jí vzdoruje. Nejsilnější je kolem rovníku, protože tam je otáčení nejrychlejší. Kolem osy otáčení na pólech se oblak neotáčí téměř vůbec, takže tu odstředivá síla působí jen slabě, nebo vůbec ne. Oblak se proto hroutí do sebe nejvíce podél osy otáčení, méně podél rovníku, což časem vede ke zploštění do tvaru disku. Uvnitř disku se z menších gravitačních zhustků vytvoří planety. Tato představa byla přivítána s velkým zájmem, jenže aby mohla být přijata po stránce vědecké, musela být průkazná i matematicky. Tehdy přišli na pomoc astronomové se svými výpočty – a tehdy také začaly problémy. Jistě jsme už všichni někdy viděli krasobruslaře při piruetě. Čím více přitiskne ruce k tělu, tím rychleji se otáčí. Slunce by se mělo chovat podobně. Čím více do sebe stahovalo další a další plyn z hroutícího se oblaku, tím rychleji se mělo otáčet. Jenže dnes se otáčí jen lenivě, přibližně jednou za měsíc. Naproti tomu planety se ženou po svých drahách docela rychle, přestože by se měly pohybovat pomaleji, protože se utvořily ve vnějších vrstvách oblaku. Jako by praxe ukazovala pravý opak toho, co tvrdila tzv. Kantova-Laplaceova nebulární hypotéza. Počátkem 20. století se od ní astronomové odvrátili a začali vymýšlet nové, některé docela krkolomné teorie.
Neznamy vesmir.indd 42
9.2.2017 17:15:16
Vesmírný architekt 43
Jedna z nich předpokládala, že Slunce kdysi prošlo oblakem plynu a přitom s sebou strhlo jakýsi závoj, z nějž se později zhustily planety. Tato teorie ovšem nedokázala vysvětlit, proč se Slunce otáčí tak pomalu. Další nabídla vysvětlení, že Slunce mělo původně dvojče, do nějž narazila třetí, kolem procházející hvězda. Při kolizi vzniklo množství odpadu, jenž se zhustil a dal vzniknout planetám. Podle třetí představy ke srážce s jinou hvězdou nedošlo, ale při průletu její gravitace vytrhla ze Slunce část materiálu, z něhož se vytvořily planety. Ani jedna z těchto hypotéz nefungovala. Matematické modely nevycházely a oproti nebulární hypotéze byly jiné teorie zbytečně složité. Co dál? Posun vpřed přinesl v osmdesátých letech 20. století teleskop. Nebulární hypotéza sice působila jako nepravděpodobná, avšak díky jednomu pozorování jí astronomové opět začali přicházet na chuť. Hodiny ukazovaly teprve šestou večerní, ale už nastala
velká pacifická noc. Bylo 25. ledna 1983 a jediným zvukem slyšitelným na odpalovací rampě bylo šumění vln na blízkém pobřeží. Na startovacím podstavci byla připravena 35 metrů vysoká raketa, nasměrovaná vzhůru ke hvězdám. Čekala, až skončí odpočítávání. V okamžiku nula tmu prozářil oslepující záblesk a nad Vandenbergovou leteckou základnou v Kalifornii si obr začal razit cestu k nebi. Jak stoupal, horké plyny z výfuků dočasně zahnaly zimní chlad. Ve špici rakety se ukrýval IRAS, astronomický satelit snímající infračervené záření, společné dílo USA, Velké Británie a Nizozemska. Měl astronomům ukázat vesmír v jiném druhu záření, než na jaký je citlivé lidské oko.
Neznamy vesmir.indd 43
9.2.2017 17:15:16
44 Neznámý vesmír
Infračervené záření leží v elektromagnetickém spektru za oblastí viditelného záření. Toto záření nevidíme, avšak dokážeme je vnímat jako teplo. IRAS byl vybaven infračervenýma očima, aby snímal teplo přicházející z nebeských těles, podobně jako některé bezpečnostní kamery sledují tělesné teplo lidí. Družice zkoumala celou oblohu a pátrala po objektech, které vyzařují významné množství infračerveného záření. Místy nalezla mnohem více, než její tvůrci doufali. Několik hvězd, včetně Beta Pictoris (řecké písmeno beta znamená, že je druhou nejjasnější hvězdou v souhvězdí Pictor – Malíř), vysílalo skutečně obrovská kvanta infračerveného záření. Ta byla o tolik větší oproti očekávání, že se astronomové začali škrábat za uchem. V dubnu následujícího roku se našlo řešení. Tehdy Bradford Smith z Arizonské univerzity společně s Richardem Terrilem z Laboratoře proudového pohonu namířili na observatoři Las Campanas, umístěné v chilské poušti, na Beta Pictoris svůj teleskop vybavený uvnitř speciální clonou, která stínila světlo přicházející z hvězdy, podobně jako si dáte ruce nad oči, aby vás neoslňovalo slunce. Potom pořídili snímek. Bylo to zklamání. Snímek neukazoval nic moc. Jenže když jej doma v Kalifornii vložili do počítače a začali jej jako vždycky analyzovat, vše se dramaticky změnilo. U hvězdy něco spatřili. Vypadalo to jako dva jehlovité výběžky, které hvězdou procházejí proti sobě. Útvar byl natolik zřetelný, že se oba astronomové obávali, že vznikl omylem při počítačovém tisku. V dalších dnech zkoušeli snímek zpracovat jinými způsoby, avšak jev nemizel a oni začali věřit, že je skutečný. Zkoumali také snímky pořízené v jiném uspořádání, ale na všech byl jev orientován stejně. Musela to být skutečnost.
Neznamy vesmir.indd 44
9.2.2017 17:15:16
Vesmírný architekt 45
Jednalo se o diskovitý útvar obklopující hvězdu a jevil se jako tenká čára proto, že z našeho úhlu pohledu leží bokem. Z jeho velikosti na snímku Terrile a Smith odhadli, že obsahuje dostatek materiálu pro vytvoření 200 planet o velikosti Země. Další výpočty pak ukázaly, že pravděpodobná teplota tohoto oblaku je dostatečná na to, aby IRAS mohl detekovat jeho infračervené záření. Skutečně podivuhodné ale bylo, že disk vypadal přesně tak, jak jej Swedenborg, Kant a Laplace popsali před dvěma stoletími. Lidský rozum učinil předpověď, která se prokázala. Sice nadále zůstávaly problémy s momentem hybnosti, astronomy to ale povzbudilo k hledání dalších řešení. V následujících letech bylo objeveno mnoho dalších oblaků prachu kolem mladých hvězd a také proudy atomů, které hvězdná omladina vypouští v závěrečných fázích svého vzniku. Jde o hvězdný vítr T-Tauri, nazvaný podle první hvězdy, na které byl pozorován. Byl to první krok k porozumění, jak se hvězda zbavuje svého momentu hybnosti. Vítr putující od hvězdy účinkuje podobně jako ruce, které krasobruslař natahuje, aby snížil rychlost otáček. Velmi pravděpodobně dochází časem také ke zpomalování vlivem magnetického pole hvězdy, o tom ale Terrile a Smith tehdy ještě neuvažovali. Chtěli spatřit prachový disk na vlastní oči, počítačový obrázek jim už nestačil. Sestavili tedy speciální masku, která umožňovala vytvořit obraz pro lidské oko, nejen pro kameru. Masku dali dohromady během snídaně, z kartónu a nití, slepili ji pomocí želé z hroznového vína, které zakoupili v kantýně observatoře, a vlastních slin. V noci masku nasadili na okulár a splnili si své přání stát se prvními lidmi, kteří spatří disk kolem hvězdy. *
Neznamy vesmir.indd 45
*
*
9.2.2017 17:15:16
46 Neznámý vesmír
Na základě tohoto kardinálního objevu a mnoha násled-
ných pozorování vytvořili astronomové pracovní hypotézu, jak vlastně vznikla naše sluneční soustava. Zdá se, že dnešní planety a jejich oběžnice, měsíce, se zrodily před 4,5 miliardy let z množství obrovských kamenů zvaných planetesimály. Ty tvořily obří pás planetek, který se rozprostíral od Slunce až do pásma stovek vzdáleností mezi Sluncem a dnešní Zemí. V tomto hustě zaplněném prostředí docházelo k častým srážkám. Jelikož se vše točilo přibližně stejným směrem, kolize byly většinou poměrné mírné. Planetesimály se nerozbíjely, protože nedocházelo k čelním srážkám¸ ale energií nárazu se tavily, což jim umožňovalo se spojit a znovu ztuhnout jako jedno větší těleso V roztaveném stavu klesal hustší materiál do středu tělesa a vytvořilo se kovové jádro, zatímco lehčí horniny vyplavaly do vrchní vrstvy. V průběhu půl miliardy let se roj planetesimál pospojoval do dnešní rodiny planet a měsíců. V závěrečných fázích se dohotovila velká tělesa a zbylé planetesimály pokračují v ostřelování těles, na nichž vytvářejí krátery. Jsou to takové krátery, jaké vidíme například na povrchu Měsíce. Scénář je to elegantní a stojí za ním mnohá pozorování a výpočty, takže musí být blízký skutečnosti. Rozum, pozorování i teorie spolu souhlasí. Jenomže není vyřešeno všechno a jednu z největších hádanek máme rovnou před naším vesmírným prahem – totiž Měsíc.
Neznamy vesmir.indd 46
9.2.2017 17:15:16
Rejstřík Adams, Douglas, 20 Alhazen 112–113, 277 Alpher, Ralph, 218–219 Amelino-Camelia, Giovanni, 262 Amesová, Adelaide, 178 Anderson, Carl, 197 Anderson, John, 150 Andromeda, galaxie, 12, 171, 175–176, 179–180 Andromeda, mlhovina, 166 anizotropie, 245–246 antigravitace, 239–240 Apollo, 49, 54, 154–155 astrologie, 27, 35 atomová bomba, 88, 192–193 Bacon, Francis, 274, 278 Bahcall, John, 195–196 Bardeen, James, 268 Beeckman, Isaac, 273 Bekenstein, Jacob, 206, 268–270 Bennett, Chuck, 20 Bessel, Friedrich, 168 Beta Pictoris, 44 BICEP2, 223, 226–228 Bieverová, Celeste, 227 bílý trpaslík, 235, 238 bledé mladé slunce, 97, 99–100 Bohr, Niels, 83–84 Bond, William Crunch, 105
Neznamy vesmir.indd 282
Bradley, James, 115–117 Brahe, Tycho, 28–29, 36, 66 Brans, Carl, 156 Brown, Mike, 65 Buchert, Thomas, 249–250 Bunsen, Robert, 108 Busch, Georg, 36 Cannonová, Annie Jump, 110 Carnot, Nicolas Léonard Sadi, 265 Carringtonova událost, 88, 92 Carter, Brandon, 268 Cavendish, Henry, 51 cefeidy, 169, 173, 176 CERN, 202, 262, 264 COBE, 16 Cowan, Clyde, 193 CRESST II, 199–201 Curie-Skłodowská, Marie, 78 Curtis, Heber, 146, 171 Cygnus X-I, 141–145, 147–149 časoprostorové kontinuum, 134, 136, 139, 212, 220–222, 237, 243, 250, 259, 264–265, 275 černé díry, 21, 138, 140, 143–149, 159, 183, 198, 204, 219, 235–236, 238, 252, 261, 267–270
9.2.2017 17:15:24
Rejstřík 283
červený posuv, 212–213, 215, 234 d’Arrest, Heinrich, 65 Darwin, George, 51–52 Davis, Raymond Jr., 195 Desaga, Peter, 108 Descartes, René, 40, 272–274 Dicke, Robert, 155 dipólová anizotropie, 245, 247 Dirac, Paul, 196 Dolan, Joseph, 147 Doppler, Christian, 62, 142 Dopplerův jev, 142, 180, 245–246 Dordain, Jean-Jacques, 17 Dyson, Frank, 136
Ford, Kent, 180 Foucault, Léon, 121 Fraunhofer, Joseph von, 106–109 Freundlich, Erwin, 135
Eddington, Arthur, 76–86, 96–97, 136, 170, 195, 202, 205, 211–213, 216, 218, 220, 223, 233, 276, 279 Efstathiou, George, 18–20 Einstein, Albert, 76–78 Ellis, John, 262 Empedokles, 111 entropie, 266–268, 270 ESA, 9, 16 Euklides, 112 exoplanety, 61, 63
galaxie, 10, 12, 14, 17, 145, 146, 168, 177–183, 204, 212, 215, 223, 234–238, 243, 245, 260–262 Galileo, 113–114, 157, 168, 271–273 Galileo, sonda, 151–152 Galison, Peter, 131 Galle, Gottfried, 65 Gamow, George, 217 Geiger, Hans, 141, 188, 190 Genesis rock, 50, 52–53, 157 georeaktory, 54–57 Gingerich, Owen, 66 gravitace, 12, 34, 37–38, 58, 67, 71, 75, 88, 101, 119–120, 128, 132–135, 140, 149, 151, 154, 158–159, 182–183, 198, 205–207, 219, 223, 240, 249, 252, 260–261, 263, 267, 270, 275 Gurzadyan, Vahe, 237 Guth, Alan, 221
Faraday, Michael, 119, 134 Fermi, Enrico, 191–192 Finkelstein, David, 139 Fizeau, Armand Hippolyte, 116 Flamsteed, John, 33 Flemingová, Williamina, 105
Hagaoka, Hantaro, 187 Haighová, Joanna, 94 Hale, George Ellery, 169 Halley, Edmond, 25–26, 29–33, 35–41, 164, 174 Hawking, Stephen, 143–144, 237, 267–270
Neznamy vesmir.indd 283
9.2.2017 17:15:24
284 Neznámý vesmír
Heisenberg, Werner, 83–85, 214 Heisenbergův princip neurčitosti, 84–85, 220, 261 Herman, Robert, 218 Herschel, William, 65–67, 163–165, 168 Higgsův boson, 202, 264–265 Hooke, Robert, 30 Horgan, John, 228 Hubble, Edwin, 14, 167, 174–178, 212, 215–216, 242, 244 Hubbleova konstanta, 14 Hubbleův teleskop, 147–148, 173 Huggins, William, 109 Hugginsová, Mary, 109 Hui, Hejiu, 53 Humason, Milton, 215 Huygens, Christiaan, 41 hvězdný vítr, 45 hvězdy, 11–13, 26–27, 41, 66, 78–83, 86, 106, 110–112, 116, 132, 140, 163, 166, 223, 233–237, 243, 252, 258, 262 Chadwick, James, 190 Chandrasekharova mez, 238 CHEOPS, 64 chladná skvrna, 15 inflace, 113, 220, 222–229, 248 inflační teorie, 223, 228–229, 247, 253, Io, 114 IRAS, 43–45
Neznamy vesmir.indd 284
Irwin, James, 49–50 Janssen, Jules, 109 Jeans, James, 77–81, 193, 195, 279 Jupiter, 26, 27, 33, 38, 58–60, 62, 68, 98, 114–115, 150, 177 Kant, Immanuel, 39 Kashlinsky, Alexander, 246 Kenyon, Scott, 69 Kepler, Johannes, 27–32, 38, 40, 66, 115, 142, 168, 241 Kirchhoff, Gustav, 108–109 Kolb, Rocky, 239 komety, 26, 33–39, 71, 152, 174 konformní cyklická kosmologie, 237 Koperník, 115, 242, 271 kosmická síť, 244 kosmologický princip, 243 Kuhn, Thomas, 275 kupa galaxií, 243 Kupa galaxií v Panně, 243 kvantová gravitace, 149 kvantová mechanika, 85, 189, 214, 270 kvasary, 146 Lang, Rafael, 201 Laplace, Pierre-Simon, 41, 42, 45 Laskar, Jacques, 98 Le Verrier, Urbain, 66 Leavittová, Henrietta Swan, 111, 168–169
9.2.2017 17:15:24
Rejstřík 285
Leibnitz, Gottfried, 258 Lemaître, Georges, 210, 212–219, 225, 234 Leob, Abraham, 235 LISA-Pathfinder, družice, 204–206, 220 Livingston, William, 96 Lockwood, Mike, 92 Lorentzova transformace, 130 LSST, teleskop, 70–71 Lunární laserové měření, 155 Lundmark, Knut, 216 MAGIC, teleskop, 261–262 Magueijo, João, 206 Mach, Ernst, 259 malá doba ledová, 89 Marsden, Ernest, 188 Mather, John, 16 Mayor, Michael, 61 Maxwell, James Clerk, 118–120, 134 Meijer, Rob de, 54 Měsíc, 47–71 meteority, 51 Mezinárodní astronomická unie, 65–66 Michell, John, 141 Michelson, Albert Abraham, 120–124 Milgrom, Mordehai, 182, 205 Minton, David, 99 Misner, Charles, 221 Místní skupina galaxií, 234, 244–246 Mléčná dráha, 71, 101, 145, 166, 169–172, 176–177, 179–180
Neznamy vesmir.indd 285
mlhoviny, 11, 41, 59–60, 164–173, 175–177, 213, 258 mnohovesmír, 172, 229, 231–254 modrý posuv, 9, 236–237 Morley, Trevor, 123–124 Mozaffari, Ali, 206 Mullen, George, 98 Murphy, Tom, 154, 157 nadkupa, 244, 248 nebulární hypotéza, 41–42 neutralino, 198, 201–203 neutrino, 56–57, 192–197, 203 Newton, Humphrey, 33 Newton, Isaac, 31–40, 51, 76–78, 84–85, 89–100, 111, 119, 122, 128, 133–136, 155, 182, 257–258, 260–261, 264, 270, 275, 277–278 obecná relativita, 131–132, 136–138, 140, 143, 155, 198, 205, 211, 213, 215, 234, 237, 240, 243, 256, 259–260 oligarchický scénář, 69–70 Orion, 11, 41, 165 Palitzsch, Johann Georg, 38 paradigma, změna, 275–276 Parsons, William, 165 Pauli, Wolfgang, 189–192, 196 Peacock, John, 224
9.2.2017 17:15:24
286 Neznámý vesmír
Penrose, Roger, 237 Penzias, Arno, 10 Pickering, Edward Charles, 105–106, 110–111, 169, 170 Pioneer, sondy, 149–150, 153 Planck, Max, 9, 270 Planck, sonda, 9–10, 12, 15–20, 226–228, 248 planetesimály, 46, 58, 60 planetky, 58, 67, 281 planety, 10, 12–13, 26–46, 50, 52, 54, 57–66 planety, trpasličí, 68, 71 PLATO, družice, 64 „planetství“, 66 Pluto, 65–69 Poe, Edgar Allen, 129 Popper, Karl, 275 prapůvodní gravitační vlny, 220, 223, 225, 228 Preskill, John, 269 princip ekvivalence, 132, 156–158 Principia, 100 problém plochosti, 221 vesmírný dalekohled Jamese Webba, 16 proměnné hvězdy, 111, 162, 168–169 Pryke, Clement, 227 Ptolemaios, 100 Queloz, Didier, 61 Randerson, James, 219 Reines, Frederick, 193 relativita, 128
Neznamy vesmir.indd 286
reliktní záření (kosmické mikrovlnné pozadí) 10, 12, 14–17, 219, 223–224, 249 Rosetta, sonda, 152–154 rozpínání vesmíru, 14, 157, 212, 216–217, 236, 238–241, 246–247, 249, 260 Rubinová, Vera, 179 Russel, Henry Norris, 169, 172–173 Rutherford, Ernest, 78, 188–189 rychlost světla, 76, 113–124 Sagan, Carl, 98 Sagittarius A, 145, 147 Scott, David, 49–50 Shannon, Claude, 266 Shapley, Harlow, 167, 212 Shifman, Mikhail, 253 Schwabe, Heinrich, 86 Schwarzschild, Karl, 138–139 Schwarzschildův poloměr, 139, 144–145 Sitter, Willem de, 259 Slipher, Vesto, 212 Slunce, 26, 28–31, 37, 42–44, 46, 54, 58–61, 68–72, 74, 77–78, 80, 86–87, 90–97, 99–101, 109, 111, 114–116, 133–137, 166, 195–196, 218, 220, 264, 275, 279 sluneční cyklus, 91–93, 95–97 sluneční erupce, 88 sluneční skvrny, 86–91 Smith, Bradford, 44 Smoot, George, 17 Sobelová, Dava, 66
9.2.2017 17:15:24
Rejstřík 287
Solvay, Ernest, 211 speciální relativita, 129–131, 133, 196 spirální mlhovina, 166–167, 169–173, 175–177, 181, 212 Starobinskij, Alexej, 222 Steinhardt, Paul, 228 strunová teorie, 251–252 supermasivní černé díry, 145–147 supernovy, 144, 232, 237–238 superstrunová teorie, 253 supersymetrie, 16, 198, 202, Susskind, Leonard, 270 svítivost, 81, 97, Swedenborg, Emmanuel, 41 Tegmark, Max, 225 teleskopy, 10, 41, 43–45, 58, 61, 68, 70, 71, 106, 107, 116, 146–148, 154, 164–168, 173, 175, 178, 203, 228, 238, 244, 247, 261–263 temná energie, 14–16, 18, 100, 156, 239–243, 247, 250–251, 277 temná hmota, 14–16, 18, 100, 167, 179, 181–184, 189, 199–207, 235, 241, 243, 277 temné hvězdy, 140–142 temný proud, 247 teorie čehokoli, 229
Neznamy vesmir.indd 287
Terrile, Richard, 44 TESS, družice, 64 Theia, 53 Thorne, Kip, 143 Tombaugh, Clyde, 66 T-Tauri, hvězdný vítr, 45 Turing, Alan, 267 Turyshev, Slava, 150 Uhuru, 141–142 Uran, 59, 65, 68,70, 163 van Westrenen, Wim, 54 Velká stěna, 246 Velký atraktor, 247 Velký hadronový urychlovač, LHC, 202, 264 velký kolaps, 234, 236 velký třesk, 11, 21, 181, 204, 219–221, 224–226, 237, 247, 250 Wands, David, 224 Wells, H. G., 129 Wheeler, John, 268 Wilson, Robert, 10 Wiltshire, David, 243, 246, 250 WMAP, sonda, 15, 17, 20, 248 Wollaston, William, 106 Wren, Christopher, 30 Young, Steven, 64 Zwicky, Fritz, 177–179, 243
9.2.2017 17:15:24
NEZNÁMÝ VESMÍR v 10 kapitolách Stuart Clark Z anglického originálu The Unknown Universe in 10 Chapters vydaného nakladatelstvím Head of Zeus v Londýně v roce 2015 přeložil Petr Sumcov Redigovala Jitka Zykánová Odpovědná redaktorka Petra Diestlerová Technický redaktor David Dvořák Počet stran 288 Vydala Euromedia Group, a. s. – Knižní klub v edici Universum, Nádražní 30, Praha 5, 150 00, v roce 2017 jako svou 8920. publikaci Sazbu zhotovil Vladimír Fára Tisk TBB, a. s., Banská Bystrica Vydání první www.universum.cz Naše knihy na trh dodává Euromedia – knižní distribuce, Nádražní 30, 150 00 Praha 5 Zelená linka: 800 103 203 Tel.: 296 536 111 Fax: 296 536 246 objednavky-vo@euromedia.cz Knihy lze zakoupit v internetovém knihkupectví www.knizniklub.cz
Neznamy vesmir.indd 288
9.2.2017 17:15:24