Neviditelný čert

Jeden mohl být kameníkem či prodavačem, druhý uměleckým řezbářem. Zdravý selský rozum zprvu jejich otcům velel zabezpečit budoucnost synů jistotou řemesla. Ale ani Dopplerův, ani Machův otec se nebáli překročit meze jistoty a umožnili synům náročné studium. A synové se zase nebáli jít neprošlapanými cestami, aby dosáhli výsledků, které stojí na prahu moderní vědy. To nejplodnější období obou, Dopplera i Macha, je těsně spjato s naším hlavním městem – jak o tom svědčí i pamětní desky nebo názvy institucí. „Každá změna je poruchou stability systému – vyvolá pochyby o zavedených vztazích, znepokojuje nás, dává vznik novému problému, nutí nás hledat nové souvislosti a pátrat po jejich příčinách. Hlavní funkcí při získávání nových poznatků má právě abstrakce a fantazie. Právě taková fantazie nás může dovést jak k novému poznatku, tak i k omylu. Poznání i omyly mají tedy stejný původ a rozlišit je můžeme jen prostřednictvím zkušenosti. Jenom díky fantazii lze v empirických vědách použít tak významnou metodu, jakou je myšlenkový experiment.“ (Ernst Mach)

Stella

Klikatá bývá cesta umělce nebo vědce k úspěchu a k všeobecnému uznání. Na vlastní kůži její zákruty poznal také Christian Doppler, zakladatel rakouské fyziky, matematik a profesor geodézie. Do učebnic vstoupil především jako autor tzv. Dopplerova principu.

Když bylo zřejmé, že je chlapec Christian příliš slabý na práci uměleckého kameníka v rodinné firmě, měl se stát obchodním příručím. Ale otec dal na radu profesora vídeňské polytechniky, a tak se Christian stal studentem této instituce (o 9 let mladší než pražská polytechnika). Stalo se tak roku 1822, tedy ve stejném roce, kdy byl odvolán církevní zákaz Koperníkova učení (!). Dopplera zastihla šťastná doba širokého uplatňování parního stroje a zavádění plynového osvětlení. Doba, kdy se měnil také pohled na fyziku, do té doby chápanou více jako společenská zábava s uštědřováním elektrických ran. Obor se konstituoval pomalu. Ještě v Dopplerových studentských letech se fyzika přednášela na filozofické fakultě, a to jako pouhý doplněk přípravy ke studiu práv, medicíny nebo teologie.

Když Doppler studia polytechniky ukončil, marně hledal práci. Přitom cítil, že mu velmi schází klasické vzdělání. Přihlásil se tedy na lyceum v rodném Salcburku a zde si osvojil latinu, francouzštinu, italštinu a angličtinu. Poté si vydělával doučováním a občasným zveřejňováním básní. V roce 1829 úspěšně absolvoval konkurs na místo asistenta na vídeňské polytechnice. Přestože pilně učil a pilně publikoval práce z matematiky, po předepsaných čtyřech letech musel místo opustit. Byrokracie byla v tomto ohledu neústupná a na „povýšení“ čekaly zástupy suplentů nebo učitelů dlouhé roky. Několik let trvalo i samotné oznámení výsledku konkursu… Dopplerovi nezbylo, než aby během dvou let čekání na rozhodnutí příslušných úřadů přijal místo účetního v přádelně. V očekávání neúspěchu prodal majetek a chystal se odplout do Ameriky. Když už vyřizoval poslední cestovní záležitosti, obdržel nabídku profesorského místa na pražské reálce.

V Praze pak od roku 1835 prožil dvanáct let naplněných prací, nadšením i smutkem. Konečně ale byl zabezpečený natolik, aby se oženil se svou láskou ze Salcburku. Během sedmi let se manželům narodilo pět dětí. Tou dobou se Doppler stal suplentem pražské polytechniky, ale až v březnu 1841 se mu podařilo získat místo řádného profesora. Nakonec přednášel matematiku pěti stovkám studentů a geodézii třem stům. Všechny posluchače musel Doppler ústně i písemně zkoušet a absolvovat s nimi měření v terénu. Když jako vážně nemocný omezil jedny zkoušky na písemné, následoval nekonečný kolotoč potíží s úřady.

Útěchou tak Dopplerovi byla vědecká práce a činnost v Královské české společnosti nauk. Podporu mu všestranně poskytoval Bolzano a Palacký (sekretář společnosti). Bolzanův příchod do Prahy byl pro Dopplera velikou vzpruhou: realizoval mnoho nových nápadů, nové konstrukční a experimentální postupy, navrhoval a zkoušel vylepšení přístrojů.

Jedním z Dopplerových zájmů byla astronomie. Jeho fantazie spjaté s tímto oborem nikdo nebral vážně, neboť nebyly ničím podložené: ani výpočty, ani studiem. Stalo se ale, že onoho slavného roku 1842 na schůzi Královské české společnosti nauk v Karolinu Doppler vyslovil geniální myšlenku, ač ji prý zdůvodňoval nešikovně a nevěrohodně. Nastala éra sporů o pravdivost tzv. Dopplerova principu. Zatím se v Praze rozhořely hladové bouře a doba spěla k revolučním událostem osmačtyřicátého.

Doppler onemocněl rakovinou hrtanu a přestal přednášet. Jako dar z nebe přišla roku 1847 nabídka profesorského místa v Banské Štiavnici, navíc s titulem báňského rady. Při nástupu Doppler složil předepsanou služební přísahu, jež obsahovala také povinnost hlásit úřadům, pokud bude mít informace o jakýchkoli aktivitách namířených proti zájmům panovníka… Báňská a lesnická akademie v Banské Štiavnici byla založena už roku 1763 a stala se prý vzorem pro založení francouzské École Polytechnique. Její věhlas byl značný už proto, že úspěšně spojovala teoretické obory se zkušenostmi z důlní praxe. Štiavnická akademie totiž mohla navázat na mnohem starší tradici hornických škol a na místní bohaté intelektuálské prostředí. Vždyť členy zdejší mezinárodní učené hornické společnosti byli např. James Watt, Antoine Lavoisier, Alessandro Volta, J. W. Goethe.

V důsledku maďarského povstání roku 1847 se štiavnická akademie stala uherskou institucí a Doppler skládal novou přísahu: věrnost uherské ústavě. (Generál Artur Görgey, Dopplerův žák, prý uprostřed bojů prováděl se svým učitelem pokusy s Foucaultovým kyvadlem.) Když bylo uherské povstání roku 1849 potlačeno, utekl Doppler s rodinou do Vídně. Zde se mu dostalo zaslouženého uznání: stal se členem Císařské akademie věd a získal místo profesora. František Josef I. roku 1850 založil při filozofické fakultě fyzikální ústav a na doporučení hraběte Lva Thuna se Doppler stal jeho prvním ředitelem. Pracoval velmi intenzivně a totéž požadoval od ostatních. Všichni učitelé se museli zabývat vědeckou a experimentální činností. Dokladem jeho náročnosti je např. to, že osmadvacetiletý student Gregor Johann Mendel musel po celý rok chodit každý den na dvě hodiny doučování z fyziky.

Konečně se tedy Doppler dočkal zasloužených poct i přiměřeného příjmu. Tížily ho jen dlouhodobé spory o obhajobu jeho ústředního tématu, kterým byl vliv pohybu zdroje a přijímače vlnění na frekvenci vlnění snímané pozorovatelem v přijímači. Zejména pře s vynikajícím (a poněkud výstředním) vědcem Petzvalem (prý původně Peciválem) zhoršovala jeho zdravotní stav. Odjel se léčit do Itálie, ale zde ve věku 49 let zemřel.

Už dávno před formulováním tzv. Dopplerova principu dostávali studenti matematickou úlohu o poslech, kteří přinášejí zprávy o průběhu bitvy. Když vojsko postupovalo, prodlužovaly se intervaly mezi příchody poslů. Když vojsko ustupovalo, intervaly se zkracovaly. Na podobném principu byla změřena také rychlost světla.

Myšlenka o změnách barvy hvězd byla také starší než Dopplerův matematicky podložený závěr. Navíc, jak to tak bývá, téměř současně objevil slavný fyzikální princip i Francouz Armand Fizeau, který Dopplerův princip formuloval pro zvukové vlny.

Ovšem Christianu Dopplerovi se podařilo zcela podstatné: pomocí intuice a matematiky dospěl roku 1842 k principu, jenž spojuje různé oblasti moderní fyziky a techniky. Ještě, když probíhaly ostré diskuse o platnosti nového objevu, už na něm stavěli astronomové: roku 1868 byla změřena radiální rychlost Siria, poté byly změřeny úhlové rychlosti planet, rychlost rotace některých hvězd a roku 1929 Edwin Hubble zjistil závislost rychlosti pohybu galaxií na jejich vzdálenosti. Pomocí Dopplerova jevu se dala změřit rychlost Země kolem Slunce a rychlost slunečních erupcí. K tomu všemu byly zapotřebí moderní přístroje: zdokonalila se pozorovací technika, teleskopy, spektrografy. Zrodila se astrofyzika. K technickým aplikacím patří i měření rychlosti automobilů policejním radarem, moderní navigace, měření rychlosti rotujících strojních částí, obtékání profilů křídel letadel… Od 50. let 20. století se rozšířilo použití akustického Dopplerova jevu v medicíně, v sonografii: např. odraz ultrazvuku od červených krvinek pomůže rozpoznat hrozbu mrtvice…

Doppler viděl vesmír „barevně“ a v pohybu. Ale pokud jde o jeho další teorie, volil metody naivní a fantastické a docházel k závěrům v praxi neověřitelným a neuskutečnitelným. Ostatně, i jeho fundamentální objev se takovým zprvu jevil.

Když už zdraví Dopplerovi nedovolovalo, aby pokračoval v obhajobě své myšlenky, postavil se za něj mladý Ernst Mach, žák Dopplerův i Petzvalův, Ernst Mach. Mach dokazoval, že Dopplerův princip platí pro všechny druhy vlnění, a tento názor podpořil experimenty: přítel mu nad hlavu střílel provrtané kulky, aby Mach mohl sledovat jejich svist. Roku 1886 Ernst Mach jako první vyfotografoval střelu letící nadzvukovou rychlostí a zachytil rázové vlny: zrodila se aerodynamika vysokých rychlostí. Platnost akustického Dopplerova jevu pak předváděl také např. na speciálním zařízení s rotujícími píšťalami (v této souvislosti se zabýval i fyziologií ucha). Dále poukázal na využití Dopplerova efektu při určování rychlosti hvězd z rozboru spekter – Macha můžeme označit za zakladatele spektrální astronomie. Machovo číslo, Machův princip, to jsou pojmy dnes běžné v učebnicích.

Je zajímavé, že Ernst Mach, rodák z Chrlic u Brna, se neúspěšně pokoušel studovat na gymnáziu, a proto se jeho vzdělání ujal sám jeho otec. Naučil ho kritickému, analytickému myšlení a předal mu vědomosti, jež by syn sotva jinde získal. Zatímco Doppler měl být kameníkem, Mach se vedle studia vyučil uměleckým řezbářem. Podobně jako Doppler, i Machův otec totiž předpokládal, že rodina odejde za moře, a řemeslo se bude synovi hodit víc než nějaké teoretické vzdělání.

Osud tomu chtěl, že také Ernst Mach, rakouský fyzik a filozof prožil své nejplodnější roky v Praze, na německé části Karlo-Ferdinandovy univerzity (češtinu ovládal). Tady 28 let prováděl experimenty z oblasti fyziky, mechaniky, optiky, dynamiky plynů, zde psal učebnice a také se jako děkan i rektor zabýval organizační prací. Po odchodu do Vídně mu byl císařem nabídnut šlechtický titul, který ovšem Mach nepřijal, ale stal se členem císařské Akademie věd ve Vídni a dvorním radou. Ani ve stáří Mach nezahálel. Jeho syn, lékař a optik, mu ve svém domě poblíž Mnichova zřídil fyzikální laboratoř. V synově domě také tento vědec a filozof roku 1916 zemřel.

Alberta Einsteina inspirovalo Machovo pojetí základních principů mechaniky. Mach tvrdil, že všechny setrvačné síly jsou výsledkem dynamického působení vzdálených kosmických těles a vznikají relativním pohybem pozorovací soustavy a vesmíru. Všechno, co se děje, je výsledkem působení hmotných těles. Pohyb sám o sobě neexistuje a čas je vztahem mezi událostmi.

Mach prosazoval empirickou metodu, proto příliš nevěřil atomistice apod. – nevěřil tomu, co nelze ověřit smysly: jen prostřednictvím počitků můžeme poznat svět. Jak je ale zřejmé z úvodního citátu, Mach nepochybně dospíval k tomu, že větší abstrakce je přijatelná, ba nutná. Cítil, že tehdy vládnoucí empiriokriticismus má své meze. Jak Doppler, tak Mach nakonec vycházeli z názoru, že myšlenkový experiment stojí na počátku, ale uspořádaná fakta a zkušenosti nakonec dojdou smyslu až s uplatněním v praxi.

Roku 1866 Mach řekl: „Žádná myšlenka není zbytečná, každá, i ta nejméně významná nebo i falešná, připravuje půdu pro další, nové a správné myšlenky.“ Jak dokazuje Machovo i Dopplerovo vědecké úsilí založené jak na rozumu, tak na intuici.

Zdroj: Vědci, vynálezci a podnikatelé v českých zemích, svazek čtvrtý (Doppler, Mendel, Mach, Ježkové, Kaplan, Roučka), Jonathan Livingston, s.r.o., Praha 2017

30.10.2018, 00:00:00   Publikoval Luciferkomentářů: 14