Tato kniha byla vydána s laskavou podporou společnosti TESCAN ORSAY HOLDING, českého producenta elektronových mikroskopů a rentgenových mikrotomografů.
Edice QUANTUM Edici řídí Petr Dub Sv. 1 (2003) E. Nagel, J. R. Newman: Gödelův důkaz Sv. 2 (2004) E. Schrödinger: Co je život? − Duch a hmota − K mému životu Sv. 3 (2005) A. Einstein: Teorie relativity Sv. 4 (2018) E. Schrödinger: Co je život? − Duch a hmota − K mému životu (2. vydání) Sv. 5 (2022) A. Einstein: Teorie relativity (2. doplněné vydání)
ALBERT EINSTEIN TEORIE RELATIVITY
Obsah
Publikace vychází u příležitosti 105. výročí prvního německého vydání Einsteinovy knihy.
Jan Novotný EINSTEIN PO STO (A DALŠÍCH PATNÁCTI) LETECH Einstein po sto letech ..................................... Zázračný rok 1905 .................................................. Einstein a druzí .................................................. Cesta a cíl ................................................................ … a druzí ................................................................ Pozdější život relativit .................................................. Pozdější život Einsteina .................................................. Ne pouze fyzik ................................................................ Co číst o Einsteinovi? ................................................. A dalších patnácti letech .................................... Co ještě číst a na co se dívat? .................................... Poznámky ................................................................
13 15 25 31 35 39 46 51 55 60 69 76
Jiří Podolský GRAVITAČNÍ VLNY aneb co Einstein do své knihy také mohl přidat, ale nepřidal
Kniha vyšla poprvé v roce 1917 v nakladatelství Friedrich Vieweg, Braunschweig První české vydání vyšlo v roce 1923 v nakladatelství František Borový, Praha První úplné české vydání připravilo VUT v Brně, Nakladatelství VUTIUM v roce 2005 u příležitosti Světového roku fyziky © 1956 The Hebrew University of Jerusalem © Translation Václav Štíbr 1923, Jan Novotný 2005 © 2005, 2022 Prologue Jan Novotný © 2022 Prologue Jiří Podolský © 2022 Editor Petr Dub © 2005, 2022 Brno University of Technology ISBN 978-80-214-5888-8
Pravdivost teorie .................................................. 87 Klasické testy obecné teorie relativity .................... 87 Einsteinova předpověď gravitačních vln .................... 91 Příběh gravitačních vln ve 20. století ...................... 94 Příběh gravitačních vln ve 21. století .............................. 109 Závěrem ................................................................ 126 Literatura ................................................................ 128 Albert Einstein THEORIE RELATIVITY, SPECIÁLNÍ I OBECNÁ Ediční poznámka (Milan Jelínek) .................................... 135 Předmluva ................................................................ 141 Dodatek k třetímu vydání .................................... 142 Vorwort des Autors zur tschechischen Ausgabe ........... 143 Předmluva autora k českému vydání ...................... 145
Obsah
8–9
První část SPECIÁLNÍ THEORIE RELATIVITY § 1. Fysikální obsah geometrických vět ...................... 147 § 2. Systém souřadnic ................................... 149 § 3. Prostor a čas v klasické mechanice ........ 152 § 4. Galileiův systém souřadnic ...................... 153 § 5. Princip relativity (v užším slova smyslu) .......... 154 § 6. Addiční theorém rychlostí podle klasické mechaniky 157 § 7. Zdánlivá neslučitelnost zákona o šíření se světla s principem relativity ................................... 157 § 8. O pojmu času ve fysice .................................... 160 § 9. Relativita současnosti .................................... 163 § 10. O relativitě pojmu prostorové vzdálenosti ........ 165 § 11. Lorentzova transformace ..................................... 166 § 12. Jak se chovají tyče a hodiny v pohybu ........ 170 § 13. Addiční theorém rychlostí. Pokus Fizeauův ........ 172 § 14. Heuristická cena theorie relativity ....................... 175 § 15. Obecné výsledky theorie ..................................... 176 § 16. Speciální theorie relativity a zkušenost ......... 179 § 17. Minkowského čtyřdimensní prostor ........ 183 Druhá část OBECNÁ THEORIE RELATIVITY § 18. Speciální a obecný princip relativity ........ 186 § 19. Gravitační pole .................................................. 189 § 20. Rovnost setrvačné a těžké hmoty jakožto argument pro obecný postulát relativity ..................... 191 § 21. Pokud nemohou základy klasické mechaniky a speciální theorie relativity uspokojovati? ....... 194 § 22. Některé důsledky obecného principu relativity .... 196 § 23. Jak se chovají hodiny a měřítka na rotujícím vztažném tělese ................................................ 199 § 24. Euklidovské a neeuklidovské kontinuum ........ 202 § 25. Gaussovy souřadnice .................................... 205
Obsah
§ 26. Časoprostorové kontinuum speciální theorie relativity jakožto euklidovské ...................... 208 § 27. Časoprostorové kontinuum obecné theorie relativity není euklidovským kontinuem ........ 210 § 28. Exaktní formulace obecného principu relativity ... 212 § 29. Řešení gravitačního problému na základě obecného principu relativity .................................... 215 ÚVAHY O SVĚTĚ JAKOŽTO CELKU § 30. Kosmologické potíže Newtonovy theorie ........ 219 § 31. Možnost konečného a přece neomezeného světa .... 220 § 32. Struktura prostoru podle obecné theorie relativity 224 DODATKY I. II. III.
Jednoduché odvození Lorentzovy transformace (Doplněk k § 11) ................................................. 227 Minkowského čtyřdimensní svět (Doplněk k § 17) .. 231 Jak jest obecná theorie relativity potvrzena zkušeností ................................................. 233
DODATKY Z POZDĚJŠÍCH LET IV. V.
Struktura prostoru podle obecné teorie relativity (Doplněk k § 32) .................................................. 241 Relativita a problém prostoru ...................... 243
JMENNÝ REJSTŘÍK
................................................. 266
Obsah
8–9
První část SPECIÁLNÍ THEORIE RELATIVITY § 1. Fysikální obsah geometrických vět ...................... 147 § 2. Systém souřadnic ................................... 149 § 3. Prostor a čas v klasické mechanice ........ 152 § 4. Galileiův systém souřadnic ...................... 153 § 5. Princip relativity (v užším slova smyslu) .......... 154 § 6. Addiční theorém rychlostí podle klasické mechaniky 157 § 7. Zdánlivá neslučitelnost zákona o šíření se světla s principem relativity ................................... 157 § 8. O pojmu času ve fysice .................................... 160 § 9. Relativita současnosti .................................... 163 § 10. O relativitě pojmu prostorové vzdálenosti ........ 165 § 11. Lorentzova transformace ..................................... 166 § 12. Jak se chovají tyče a hodiny v pohybu ........ 170 § 13. Addiční theorém rychlostí. Pokus Fizeauův ........ 172 § 14. Heuristická cena theorie relativity ....................... 175 § 15. Obecné výsledky theorie ..................................... 176 § 16. Speciální theorie relativity a zkušenost ......... 179 § 17. Minkowského čtyřdimensní prostor ........ 183 Druhá část OBECNÁ THEORIE RELATIVITY § 18. Speciální a obecný princip relativity ........ 186 § 19. Gravitační pole .................................................. 189 § 20. Rovnost setrvačné a těžké hmoty jakožto argument pro obecný postulát relativity ..................... 191 § 21. Pokud nemohou základy klasické mechaniky a speciální theorie relativity uspokojovati? ....... 194 § 22. Některé důsledky obecného principu relativity .... 196 § 23. Jak se chovají hodiny a měřítka na rotujícím vztažném tělese ................................................ 199 § 24. Euklidovské a neeuklidovské kontinuum ........ 202 § 25. Gaussovy souřadnice .................................... 205
Obsah
§ 26. Časoprostorové kontinuum speciální theorie relativity jakožto euklidovské ...................... 208 § 27. Časoprostorové kontinuum obecné theorie relativity není euklidovským kontinuem ........ 210 § 28. Exaktní formulace obecného principu relativity ... 212 § 29. Řešení gravitačního problému na základě obecného principu relativity .................................... 215 ÚVAHY O SVĚTĚ JAKOŽTO CELKU § 30. Kosmologické potíže Newtonovy theorie ........ 219 § 31. Možnost konečného a přece neomezeného světa .... 220 § 32. Struktura prostoru podle obecné theorie relativity 224 DODATKY I. II. III.
Jednoduché odvození Lorentzovy transformace (Doplněk k § 11) ................................................. 227 Minkowského čtyřdimensní svět (Doplněk k § 17) .. 231 Jak jest obecná theorie relativity potvrzena zkušeností ................................................. 233
DODATKY Z POZDĚJŠÍCH LET IV. V.
Struktura prostoru podle obecné teorie relativity (Doplněk k § 32) .................................................. 241 Relativita a problém prostoru ...................... 243
JMENNÝ REJSTŘÍK
................................................. 266
Jan Novotný
12−13
Einstein po sto (a dalších patnácti) letech
EINSTEIN PO STO LETECH
Prof. RNDr. Jan Novotný, CSc., (*1944) vystudoval fyziku na Přírodovědecké fakultě Masarykovy univerzity v Brně. Zde působí od roku 1968. Zabývá se hlavně obecnou teorií relativity (souvislost zákonů zachování a symetrií, přesná řešení Einsteinových rovnic) a také historickými a filosofickými otázkami fyziky. V posledních deseti letech jakožto emeritní profesor vede kurzy kosmologie a přírodní filosofie. Podílel se na nalezení kosmologického řešení Einsteinových rovnic (Carter–Novotný–Horský solution). Je autorem i spoluautorem učebnic teorie relativity, kosmologie, řady učebních textů a článků ve fyzikálních časopisech. Významně se podílel na českém překladu a komentáři výboru z Newtonova díla Isaac Newton, Matematické principy přírodní filosofie v edici Prameny novověké vědy (2019). Spolu s J. Malinou redigoval knihu Kurt Gödel (Nadace Universitas Masarykiana, 1996). Stal se zakládajícím členem a prvním předsedou Gödelovy společnosti v Brně. Patří mezi dlouholeté esejisty časopisu Listy. Angažoval se v samizdatové tvorbě např. Křest svatého Vladimíra, parafráze Havlíčkovy básně (pod pseudonymem Pavel Hořanský, Atlantis, Brno 1991). Napsal soubor esejů Proč Platón nepral zeleninu (Doplněk, Brno 2001). V knihovně Listů vyšly jeho sbírka próz Jednou za život (2014) a humorné příběhy ze školních lavic Mizol a ti druzí (2019). V roce 2021 vyšel bestseller Jak pracuje věda (Burian a Tichák, spoluautorka J. Svobodová), který je kritickým zamyšlením nad vědeckým přístupem ke světu. V roce 2016 přeložil knihu Alberta Einsteina Smysl relativity (Vyšehrad). Je téměř dvorním překladatelem knih J. D. Barrowa: Teorie všeho, Teorie ničeho, Kniha o nekonečnu, Nové teorie všeho: Hledání nejhlubšího vysvětlení, Vesmírná galerie: Klíčové obrazy v dějinách vědy. Přeložil také knihu Peter Woit: Dokonce ani ne špatně: Lesk a bída strunové teorie.
Kniha O speciální a obecné teorii relativity (Über die spezielle und die allgemeine Relativitätstheorie, Friedrich Vieweg, Braunschweig 1917) má v Einsteinově díle zvláštní postavení jako jediná práce, v níž velký tvůrce vykládá podstatu svých teorií širokému okruhu čtenářů. První vydání v roce 1917 čerstvě zachytilo kulminaci Einsteinovy tvorby: speciální teorii relativity z roku 1905 a obecnou teorii relativity s klíčovým rokem 1915, kdy formuloval své rovnice gravitačního pole. Einstein se však ke knize vracel a doplňoval ji přílohami, které odrážejí jeho pohledy na pokrok relativistické fyziky. Brzy ji rozšířil o prosté odvození Lorentzovy transformace a o výklad čtyřrozměrného světa Minkowského, čímž se prohloubila matematická složka. Od roku 1920 patří ke knize obsáhlejší pojednání o experimentální prověrce teorie relativity, jež reaguje zejména na Eddingtonovo pozorování z roku 1919, kterým tato prověrka k radosti světa znaveného válkou slavně začala. Dalším obohacením byl dodatek o struktuře prostoru ve velkém měřítku, kde Einstein komentuje Friedmannův teoretický objev rozpínání vesmíru z roku 1922 a jej potvrzující Hubblovo pozorování rudého posuvu spekter galaxií z roku 1929. Naposledy se vrátil ke svému dílu na sklonku života, když je v roce 1952 doplnil nejrozsáhlejší a filosoficky pronikavou přílohou o problému prostoru. Od té doby je kniha i nadále vydávána v řadě jazyků.1 Publikace připravená Nakladatelstvím VUTIUM Vysokého učení technického v Brně přináší spolu s reprintem
Jan Novotný
12−13
Einstein po sto (a dalších patnácti) letech
EINSTEIN PO STO LETECH
Prof. RNDr. Jan Novotný, CSc., (*1944) vystudoval fyziku na Přírodovědecké fakultě Masarykovy univerzity v Brně. Zde působí od roku 1968. Zabývá se hlavně obecnou teorií relativity (souvislost zákonů zachování a symetrií, přesná řešení Einsteinových rovnic) a také historickými a filosofickými otázkami fyziky. V posledních deseti letech jakožto emeritní profesor vede kurzy kosmologie a přírodní filosofie. Podílel se na nalezení kosmologického řešení Einsteinových rovnic (Carter–Novotný–Horský solution). Je autorem i spoluautorem učebnic teorie relativity, kosmologie, řady učebních textů a článků ve fyzikálních časopisech. Významně se podílel na českém překladu a komentáři výboru z Newtonova díla Isaac Newton, Matematické principy přírodní filosofie v edici Prameny novověké vědy (2019). Spolu s J. Malinou redigoval knihu Kurt Gödel (Nadace Universitas Masarykiana, 1996). Stal se zakládajícím členem a prvním předsedou Gödelovy společnosti v Brně. Patří mezi dlouholeté esejisty časopisu Listy. Angažoval se v samizdatové tvorbě např. Křest svatého Vladimíra, parafráze Havlíčkovy básně (pod pseudonymem Pavel Hořanský, Atlantis, Brno 1991). Napsal soubor esejů Proč Platón nepral zeleninu (Doplněk, Brno 2001). V knihovně Listů vyšly jeho sbírka próz Jednou za život (2014) a humorné příběhy ze školních lavic Mizol a ti druzí (2019). V roce 2021 vyšel bestseller Jak pracuje věda (Burian a Tichák, spoluautorka J. Svobodová), který je kritickým zamyšlením nad vědeckým přístupem ke světu. V roce 2016 přeložil knihu Alberta Einsteina Smysl relativity (Vyšehrad). Je téměř dvorním překladatelem knih J. D. Barrowa: Teorie všeho, Teorie ničeho, Kniha o nekonečnu, Nové teorie všeho: Hledání nejhlubšího vysvětlení, Vesmírná galerie: Klíčové obrazy v dějinách vědy. Přeložil také knihu Peter Woit: Dokonce ani ne špatně: Lesk a bída strunové teorie.
Kniha O speciální a obecné teorii relativity (Über die spezielle und die allgemeine Relativitätstheorie, Friedrich Vieweg, Braunschweig 1917) má v Einsteinově díle zvláštní postavení jako jediná práce, v níž velký tvůrce vykládá podstatu svých teorií širokému okruhu čtenářů. První vydání v roce 1917 čerstvě zachytilo kulminaci Einsteinovy tvorby: speciální teorii relativity z roku 1905 a obecnou teorii relativity s klíčovým rokem 1915, kdy formuloval své rovnice gravitačního pole. Einstein se však ke knize vracel a doplňoval ji přílohami, které odrážejí jeho pohledy na pokrok relativistické fyziky. Brzy ji rozšířil o prosté odvození Lorentzovy transformace a o výklad čtyřrozměrného světa Minkowského, čímž se prohloubila matematická složka. Od roku 1920 patří ke knize obsáhlejší pojednání o experimentální prověrce teorie relativity, jež reaguje zejména na Eddingtonovo pozorování z roku 1919, kterým tato prověrka k radosti světa znaveného válkou slavně začala. Dalším obohacením byl dodatek o struktuře prostoru ve velkém měřítku, kde Einstein komentuje Friedmannův teoretický objev rozpínání vesmíru z roku 1922 a jej potvrzující Hubblovo pozorování rudého posuvu spekter galaxií z roku 1929. Naposledy se vrátil ke svému dílu na sklonku života, když je v roce 1952 doplnil nejrozsáhlejší a filosoficky pronikavou přílohou o problému prostoru. Od té doby je kniha i nadále vydávána v řadě jazyků.1 Publikace připravená Nakladatelstvím VUTIUM Vysokého učení technického v Brně přináší spolu s reprintem
Jan Novotný
14–15
Einstein po sto (a dalších patnácti) letech
prvního (a dosud jediného) českého vydání, které vyšlo v roce 1923 pod názvem Theorie relativity speciální i obecná v nakladatelství František Borový, Praha, s předmluvou Alberta Einsteina k tomuto vydání, také dva později vzniklé dodatky. Mezi čtenáři prvního vydání byli jistě návštěvníci památné Einsteinovy přednášky v pražské Uránii v únoru 1921. Knihu bychom mohli považovat za součást volné trilogie odrážející Einsteinovy názory na vlastní teorii a na její místo ve stavbě a dějinách fyziky. Spolu s Infeldem napsaná Evoluce fyziky z roku 1938 (přeložená do češtiny pod šťastně zvoleným názvem Fyzika jako dobrodružství poznání) se věnuje především historickému vývoji fyziky jako celku, byla však napsána z Infeldovy iniciativy a zahrnuje jeho podstatný autorský přínos, takže pro sledování vývoje Einsteinových názorů nemusí být vždy směrodatná. Kniha The Meaning of Relativity2 [česky snad nejlépe Podstata relativity] z roku 1921, rovněž doplňovaná až téměř do autorovy smrti, nebyla zatím bohužel do češtiny přeložena. Je určena náročnějším čtenářům a nevyhýbá se složitějšímu matematickému aparátu. Můžeme tedy říci, že dnes čtenáři znovu předkládané dílo je opravdu tou nejlepší zprávou z první ruky, jakou mohl zájemce o velkou kapitolu fyziky dostat. Je hodno ocenění, že se tak brzy objevila v češtině, a bylo by nepochybně zajímavé blíže sledovat její ohlas v české kultuře (o kontrakci délek a o obrovské energii obsažené v látce ví např. inženýr Prokop v Čapkově Krakatitu z roku 1924, o neeukleidovské geometrii, překonání klasické fyziky či o Einsteinově vesmíru uvažuje F. X. Šalda na více mís-
tech ve svém Zápisníku a pro Konstantina Biebla je ideálem dokonalosti umět psát jako Rimbaud a počítat jako Einstein). Chvála a detailní rozebírání knihy jsou jistě zbytečné; troufal bych si jen říci, že z odstupu je nejlépe vidět, jaký cit měl Einstein pro výběr toho, co je podstatné a perspektivní − dnes by sice mohl rozšířit knihu o nové kapitoly, ale ty by hladce navazovaly na původní text, v němž by nemusel měnit téměř nic. Co za této situace zbývá autorovi úvodního slova? Snad pokusit se zasadit knihu do historické perspektivy. Co bylo předtím a co bylo potom?
Zázračný rok 1905 Pod tímto názvem byly téměř sto let po svém vzniku znovu vydány s aktuálními komentáři čtyři Einsteinovy články publikované roku 1905. Výraz annus mirabilis učinil známým britský básník John Dryden v souvislosti s rokem 1666, kdy Anglie zvítězila v námořní bitvě nad Holandskem a Londýn se úspěšně vzpamatoval z velkého požáru. Dnes je však zmíněný rok vnímán jako zázračný především proto, že tehdy 23letý Isaac Newton, který se během morové epidemie uchýlil na venkov, dospěl k převratným matematickým a fyzikálním závěrům, na nichž pak založil svá Principia určující směřování fyziky na dvě další století. Srovnatelným mezníkem v jejím vývoji je díky 26letému Einsteinovi i rok 1905. Představa o meteoru, který náhle ozářil vědecké nebe, je však již poněkud romanticky přehnaná. Je pravda, že Einsteinova cesta k vědecké kariéře je neobvyklá.
Jan Novotný
14–15
Einstein po sto (a dalších patnácti) letech
prvního (a dosud jediného) českého vydání, které vyšlo v roce 1923 pod názvem Theorie relativity speciální i obecná v nakladatelství František Borový, Praha, s předmluvou Alberta Einsteina k tomuto vydání, také dva později vzniklé dodatky. Mezi čtenáři prvního vydání byli jistě návštěvníci památné Einsteinovy přednášky v pražské Uránii v únoru 1921. Knihu bychom mohli považovat za součást volné trilogie odrážející Einsteinovy názory na vlastní teorii a na její místo ve stavbě a dějinách fyziky. Spolu s Infeldem napsaná Evoluce fyziky z roku 1938 (přeložená do češtiny pod šťastně zvoleným názvem Fyzika jako dobrodružství poznání) se věnuje především historickému vývoji fyziky jako celku, byla však napsána z Infeldovy iniciativy a zahrnuje jeho podstatný autorský přínos, takže pro sledování vývoje Einsteinových názorů nemusí být vždy směrodatná. Kniha The Meaning of Relativity2 [česky snad nejlépe Podstata relativity] z roku 1921, rovněž doplňovaná až téměř do autorovy smrti, nebyla zatím bohužel do češtiny přeložena. Je určena náročnějším čtenářům a nevyhýbá se složitějšímu matematickému aparátu. Můžeme tedy říci, že dnes čtenáři znovu předkládané dílo je opravdu tou nejlepší zprávou z první ruky, jakou mohl zájemce o velkou kapitolu fyziky dostat. Je hodno ocenění, že se tak brzy objevila v češtině, a bylo by nepochybně zajímavé blíže sledovat její ohlas v české kultuře (o kontrakci délek a o obrovské energii obsažené v látce ví např. inženýr Prokop v Čapkově Krakatitu z roku 1924, o neeukleidovské geometrii, překonání klasické fyziky či o Einsteinově vesmíru uvažuje F. X. Šalda na více mís-
tech ve svém Zápisníku a pro Konstantina Biebla je ideálem dokonalosti umět psát jako Rimbaud a počítat jako Einstein). Chvála a detailní rozebírání knihy jsou jistě zbytečné; troufal bych si jen říci, že z odstupu je nejlépe vidět, jaký cit měl Einstein pro výběr toho, co je podstatné a perspektivní − dnes by sice mohl rozšířit knihu o nové kapitoly, ale ty by hladce navazovaly na původní text, v němž by nemusel měnit téměř nic. Co za této situace zbývá autorovi úvodního slova? Snad pokusit se zasadit knihu do historické perspektivy. Co bylo předtím a co bylo potom?
Zázračný rok 1905 Pod tímto názvem byly téměř sto let po svém vzniku znovu vydány s aktuálními komentáři čtyři Einsteinovy články publikované roku 1905. Výraz annus mirabilis učinil známým britský básník John Dryden v souvislosti s rokem 1666, kdy Anglie zvítězila v námořní bitvě nad Holandskem a Londýn se úspěšně vzpamatoval z velkého požáru. Dnes je však zmíněný rok vnímán jako zázračný především proto, že tehdy 23letý Isaac Newton, který se během morové epidemie uchýlil na venkov, dospěl k převratným matematickým a fyzikálním závěrům, na nichž pak založil svá Principia určující směřování fyziky na dvě další století. Srovnatelným mezníkem v jejím vývoji je díky 26letému Einsteinovi i rok 1905. Představa o meteoru, který náhle ozářil vědecké nebe, je však již poněkud romanticky přehnaná. Je pravda, že Einsteinova cesta k vědecké kariéře je neobvyklá.
Jan Novotný
14–15
Einstein po sto (a dalších patnácti) letech
prvního (a dosud jediného) českého vydání, které vyšlo v roce 1923 pod názvem Theorie relativity speciální i obecná v nakladatelství František Borový, Praha, s předmluvou Alberta Einsteina k tomuto vydání, také dva později vzniklé dodatky. Mezi čtenáři prvního vydání byli jistě návštěvníci památné Einsteinovy přednášky v pražské Uránii v únoru 1921. Knihu bychom mohli považovat za součást volné trilogie odrážející Einsteinovy názory na vlastní teorii a na její místo ve stavbě a dějinách fyziky. Spolu s Infeldem napsaná Evoluce fyziky z roku 1938 (přeložená do češtiny pod šťastně zvoleným názvem Fyzika jako dobrodružství poznání) se věnuje především historickému vývoji fyziky jako celku, byla však napsána z Infeldovy iniciativy a zahrnuje jeho podstatný autorský přínos, takže pro sledování vývoje Einsteinových názorů nemusí být vždy směrodatná. Kniha The Meaning of Relativity2 [česky snad nejlépe Podstata relativity] z roku 1921, rovněž doplňovaná až téměř do autorovy smrti, nebyla zatím bohužel do češtiny přeložena. Je určena náročnějším čtenářům a nevyhýbá se složitějšímu matematickému aparátu. Můžeme tedy říci, že dnes čtenáři znovu předkládané dílo je opravdu tou nejlepší zprávou z první ruky, jakou mohl zájemce o velkou kapitolu fyziky dostat. Je hodno ocenění, že se tak brzy objevila v češtině, a bylo by nepochybně zajímavé blíže sledovat její ohlas v české kultuře (o kontrakci délek a o obrovské energii obsažené v látce ví např. inženýr Prokop v Čapkově Krakatitu z roku 1924, o neeukleidovské geometrii, překonání klasické fyziky či o Einsteinově vesmíru uvažuje F. X. Šalda na více mís-
tech ve svém Zápisníku a pro Konstantina Biebla je ideálem dokonalosti umět psát jako Rimbaud a počítat jako Einstein). Chvála a detailní rozebírání knihy jsou jistě zbytečné; troufal bych si jen říci, že z odstupu je nejlépe vidět, jaký cit měl Einstein pro výběr toho, co je podstatné a perspektivní − dnes by sice mohl rozšířit knihu o nové kapitoly, ale ty by hladce navazovaly na původní text, v němž by nemusel měnit téměř nic. Co za této situace zbývá autorovi úvodního slova? Snad pokusit se zasadit knihu do historické perspektivy. Co bylo předtím a co bylo potom?
Zázračný rok 1905 Pod tímto názvem byly téměř sto let po svém vzniku znovu vydány s aktuálními komentáři čtyři Einsteinovy články publikované roku 1905. Výraz annus mirabilis učinil známým britský básník John Dryden v souvislosti s rokem 1666, kdy Anglie zvítězila v námořní bitvě nad Holandskem a Londýn se úspěšně vzpamatoval z velkého požáru. Dnes je však zmíněný rok vnímán jako zázračný především proto, že tehdy 23letý Isaac Newton, který se během morové epidemie uchýlil na venkov, dospěl k převratným matematickým a fyzikálním závěrům, na nichž pak založil svá Principia určující směřování fyziky na dvě další století. Srovnatelným mezníkem v jejím vývoji je díky 26letému Einsteinovi i rok 1905. Představa o meteoru, který náhle ozářil vědecké nebe, je však již poněkud romanticky přehnaná. Je pravda, že Einsteinova cesta k vědecké kariéře je neobvyklá.
Jan Novotný
16–17
Einstein po sto (a dalších patnácti) letech
Síť vědeckých institucí byla v té době dostatečně hustá, aby se v ní většina pozdějších velikánů vědy spolehlivě zachytila. Patrně Einsteinova vzpurnost a neúcta k autoritám způsobily, že se zpozdil začátek jeho odborného studia a ani úspěšné absolvování curyšské Polytechniky v roce 1900 mu hledání zaměstnání neusnadnilo. Vynikající učitelé, s nimiž se tu setkal (sám uvádí Adolfa Hurwitze a Hermanna Minkowského), nerozpoznali jeho talent. Lze se kacířsky ptát, zda to nakonec nebylo štěstí − talent zůstal nespoután a otevřen myšlenkám přesahujícím horizonty učitelů. Teprve roku 1902 získává Einstein místo experta ve Švýcarském úřadu pro ochranu duševního vlastnictví (obvykle se mluví o Patentním úřadu) v Bernu. Roku 1905 však již není osobou ve fyzikálním světě zcela neznámou. V předchozích letech publikoval pět prací ve špičkovém vědeckém časopise Annalen der Physik (dále též „Anály“).3 První dvě práce, věnované kapilaritě a rozdílu elektrických potenciálů mezi látkami, sám později pokládal za bezvýznamné, stojí však za zmínku, že již zde bylo jeho snahou odvodit z pozorovaných jevů informace o vlastnostech mikrosvěta (rozměrech a pohybu molekul). V závěru práce o kapilaritě zaujme poznámka, že otázka o souvislosti mezi molekulárními a gravitačními silami zůstává otevřena − její řešení se mělo stát později Einsteinovi osudem. V dalších třech pracích Einstein rozvíjel statistické základy termodynamiky, a jak sám později napsal, řešil v nich otázky, které už dříve v podstatě vyřešili Ludwig Boltzmann a Joshua Willard Gibbs. Články přesto nejsou bez zajímavosti − prokazují vynikající ovládání metod statistické fyziky a autorův zájem
o přesvědčivý důkaz existence molekul a atomů. Některé jejich myšlenky přešly i do prací z roku 1905. Naproti tomu se ve zmíněných pracích nikde neprojevuje zájem o problémy prostoru, času a relativity. Víme o nich jen díky dochované korespondenci mezi Einsteinem a jeho kolegyní ze studia Polytechniky Milevou Marićovou, která se roku 1903 stala jeho ženou. Einstein zde mluví o přípravách společné práce o relativním pohybu. To vedlo později k dohadům, že Mileva byla spoluautorkou teorie relativity a snad i dalších Einsteinových objevů. Při vší sympatii ke smutnému osudu Milevy (vztah skončil hlubokým odcizením a rozvodem) to považuji za zcela nepravděpodobné: v době, z níž korespondence pochází, se ještě nemohlo jednat o teorii relativity a společnou prací Einstein sotva myslel víc než diskuse a popřípadě kontrolu formulací a výpočtů, i když chápavá rezonance byla pro něho jistě důležitá.4 V seznamu Einsteinových prací lze najít 22 spoluautorů, posledním, již v roce jeho smrti, byla mladá žena Bruria Kaufmanová.5 Proč by zamlčel podíl vlastní − tehdy ještě milované − ženy? Děkuje-li Einstein na závěr slavné práce o relativitě příteli Michelovi Bessovi, nepochybuji o tom, že pouze on měl na vzniku teorie relativity podíl hodný uznání. Přejděme nyní k pracím zázračného roku. Tři z nich vyšly v jediném čísle „Análů“. Jako první byla dodána 18. března 1905 práce O jistém heuristickém hledisku na vznik a přeměnu světla. 6 Je poněkud paradoxní, že Nobelův výbor se neodhodlal dát Einsteinovi Nobelovu cenu za rok 1921 za teorii relativity pokládanou ještě za příliš revoluční a neověřenou a udělil ji hlavně za výsledky této práce, která je fakticky revolučnější.
Jan Novotný
16–17
Einstein po sto (a dalších patnácti) letech
Síť vědeckých institucí byla v té době dostatečně hustá, aby se v ní většina pozdějších velikánů vědy spolehlivě zachytila. Patrně Einsteinova vzpurnost a neúcta k autoritám způsobily, že se zpozdil začátek jeho odborného studia a ani úspěšné absolvování curyšské Polytechniky v roce 1900 mu hledání zaměstnání neusnadnilo. Vynikající učitelé, s nimiž se tu setkal (sám uvádí Adolfa Hurwitze a Hermanna Minkowského), nerozpoznali jeho talent. Lze se kacířsky ptát, zda to nakonec nebylo štěstí − talent zůstal nespoután a otevřen myšlenkám přesahujícím horizonty učitelů. Teprve roku 1902 získává Einstein místo experta ve Švýcarském úřadu pro ochranu duševního vlastnictví (obvykle se mluví o Patentním úřadu) v Bernu. Roku 1905 však již není osobou ve fyzikálním světě zcela neznámou. V předchozích letech publikoval pět prací ve špičkovém vědeckém časopise Annalen der Physik (dále též „Anály“).3 První dvě práce, věnované kapilaritě a rozdílu elektrických potenciálů mezi látkami, sám později pokládal za bezvýznamné, stojí však za zmínku, že již zde bylo jeho snahou odvodit z pozorovaných jevů informace o vlastnostech mikrosvěta (rozměrech a pohybu molekul). V závěru práce o kapilaritě zaujme poznámka, že otázka o souvislosti mezi molekulárními a gravitačními silami zůstává otevřena − její řešení se mělo stát později Einsteinovi osudem. V dalších třech pracích Einstein rozvíjel statistické základy termodynamiky, a jak sám později napsal, řešil v nich otázky, které už dříve v podstatě vyřešili Ludwig Boltzmann a Joshua Willard Gibbs. Články přesto nejsou bez zajímavosti − prokazují vynikající ovládání metod statistické fyziky a autorův zájem
o přesvědčivý důkaz existence molekul a atomů. Některé jejich myšlenky přešly i do prací z roku 1905. Naproti tomu se ve zmíněných pracích nikde neprojevuje zájem o problémy prostoru, času a relativity. Víme o nich jen díky dochované korespondenci mezi Einsteinem a jeho kolegyní ze studia Polytechniky Milevou Marićovou, která se roku 1903 stala jeho ženou. Einstein zde mluví o přípravách společné práce o relativním pohybu. To vedlo později k dohadům, že Mileva byla spoluautorkou teorie relativity a snad i dalších Einsteinových objevů. Při vší sympatii ke smutnému osudu Milevy (vztah skončil hlubokým odcizením a rozvodem) to považuji za zcela nepravděpodobné: v době, z níž korespondence pochází, se ještě nemohlo jednat o teorii relativity a společnou prací Einstein sotva myslel víc než diskuse a popřípadě kontrolu formulací a výpočtů, i když chápavá rezonance byla pro něho jistě důležitá.4 V seznamu Einsteinových prací lze najít 22 spoluautorů, posledním, již v roce jeho smrti, byla mladá žena Bruria Kaufmanová.5 Proč by zamlčel podíl vlastní − tehdy ještě milované − ženy? Děkuje-li Einstein na závěr slavné práce o relativitě příteli Michelovi Bessovi, nepochybuji o tom, že pouze on měl na vzniku teorie relativity podíl hodný uznání. Přejděme nyní k pracím zázračného roku. Tři z nich vyšly v jediném čísle „Análů“. Jako první byla dodána 18. března 1905 práce O jistém heuristickém hledisku na vznik a přeměnu světla. 6 Je poněkud paradoxní, že Nobelův výbor se neodhodlal dát Einsteinovi Nobelovu cenu za rok 1921 za teorii relativity pokládanou ještě za příliš revoluční a neověřenou a udělil ji hlavně za výsledky této práce, která je fakticky revolučnější.