Ludwig Boltzmann a Emmy Noetherová

rubrika: Populárně naučný koutek


Dnešní příspěvek do Populárně naučného koutku věnuji jednomu fyzikovi a jedné matematičce. Oba měli společného to, že se významně zapsali do dějin fyziky a že byli vystaveni osobním útokům, každý však z jiného důvodu. Ludwig Boltzmann pro svou fyzikální myšlenku a Emmy Noetherová kvůli tomu, že byla ženou. Boltzmann to nakonec neunesl a svůj život předčasně ukončil.

 

Lucifer


ludwigboltzmann.gifLudwig Boltzmann byl jedním z nejdůležitějších fyziků, kteří stáli u formulace tří základních zákonů termodynamiky, jež jsou jedním z vrcholných úspěchů vědy 19. století. První zákon říká, že celkové množství hmoty a energie nelze vytvořit ani zničit. Druhý zákon říká, že celkové množství entropie (neuspořádanosti) stále roste. (Zjednodušeně řečeno, teplo proudí samovolně jen z teplejšího k chladnějšímu tělesu.) Třetí zákon říká, že nelze dosáhnout absolutní nuly. Druhý zákon je vyrytý na jeho náhrobním kameni ve tvaru S = k log W, kde S je entropie, k Boltzmannova konstanta, log přirozený logaritmus (dnes se značí ln) a W reprezentuje volně řečeno celkovou neuspořádanost (počet mikrostavů představujících stejný makrostav).

Boltzmann byl malé postavy, s mohutným hrudníkem a obrovským divokým plnovousem. Úctyhodným a hrozivým zjevem však skrýval rány, které utrpěl při obraně svých myšlenek. Ve vědě 19. století kralovala newtonovská fyzika. Boltzmann ovšem věděl, že tyto zákony dosud nikdo neuplatnil na kontroverzní koncepci atomů, kterou doposud mnozí fyzikové nepřijali. (Někdy se zapomíná, že před pouhým stoletím zástupy přesvědčených vědců hlásaly, že atom není nic jiného než chytrý výmysl, nikoli realita. Tvrdilo se, že atomy jsou tak nemožně malé, že patrně vůbec neexistují.)

Newton ukázal, že k uvedení předmětu do pohybu není třeba myšlenek nebo přání, stačí k němu jen mechanické síly. Boltzmann z toho elegantně odvodil mnohé ze zákonů fyziky plynů. Vycházel z jednoduchého předpokladu, že plyny se skládají z nepatrných atomů, které stejně jako kulečníkové koule splňují zákony sil stanovené Newtonem. Pro Boltzmanna byla komora s plynem jako krabice obsahující triliony nepatrných ocelových kuliček narážejících do stěn a do sebe navzájem v souladu s Newtonovými pohybovými zákony. v jednom z největších děl na poli fyziky Boltzmann (a nezávisle na něm James Clerk Maxwell) za pomocí matematiky ukázal, jak takový jednoduchý předpoklad může vést k oslnivým novým zákonům a podnítil zrod zcela nového odvětví fyziky, statistické mechaniky. Z Newtonových zákonů přímo plyne, že energie musí zůstat zachována i pro atomy, takže i každá srážka mezi atomy zachovává energii, a stejně tak i celá komora zaplněná triliony atomů.

boltzmanngravestone.jpgV devatenáctém století však byla existence atomů stále předmětem ohnivých debat a nezřídka i posměchu předních vědců, mezi něž patřil kupříkladu filosof Ernst Mach. Z Boltzmanna, citlivého a často depresivního člověka, se stal hromosvod a cíl zuřivých útoků anti-atomistů, což těžce nesl. Pro jeho odpůrce to, co nebylo možno změřit, neexistovalo. Boltzmanna pokořovalo, že mnohé jeho články nebyly přijaty k uveřejnění ve významném německém fyzikálním časopisu, protože jeho redaktor trval na tom, že atomy jsou výlučně výhodné teoretické konstrukce a nikoli něco, co v přírodě skutečně existuje.

Boltzmanna všechny tyto útoky vyčerpávaly a rozhořčovaly (a kromě toho trpěl stále většími depresemi, trápila ho slepota a silné astma). A v roce 1906, v době, když byl s rodinou na letní dovolené a jeho žena a děti byly zrovna na pláži, se oběsil na okenním kříži italského hotelu Duino. Je smutné, že se nedozvěděl, že jen rok předtím odvážný mladý fyzik Albert Einstein dokázal nemožné: napsal první článek, který dokládal existenci atomů.

emmy_noether.gifEmmy Noetherová byla slovy Alberta Einsteina: „...podle názoru největších žijících matematiků, ...nejvýznačnější matematický génius od dob, kdy se mohly ženy začít vzdělávat na univerzitách...“ Proslula obdivuhodnou schopností náhledu na problémy a elegantními abstrakcemi. V roce 1918 objevila jeden ze základních principů fyziky (teorém E. Noetherové). Princip říká, že je-li systém symetrický, pak v něm platí i zákon o zachování. Každé spojité lokální symetrii, vůči které jsou invariantní rovnice popisující fyzikální systém, přísluší veličina, která se zachovává. V důsledku teorému Noetherové můžeme říci, že zákon zachování energie je důsledkem symetrie fyzikálních zákonů vůči posunutí v čase, zákon zachování hybnosti je důsledkem symetrie vůči posunutí v prostoru a zákon zachování momentu hybnosti souvisí se symetrií vůči otočení. Jedná se o tzv. slabé zákony zachování (nebo také on-shell zákony zachování), což znamená, že se daná veličina zachovává, pokud platí pohybové rovnice.

Jestliže přírodní zákony jsou v čase neměnné, pak tedy systém musí zachovávat energii. Analyzujeme-li světlo z hvězd, zjišťujeme, že světelné spektrum je identické se spektry na Zemi. Ve zbytkovém záření vzniklém miliardy let před zrozením Země nebo Slunce vidíme nezaměnitelné "otisky prstů" spekter vodíku, helia, uhlíku, neonu a tak dále, jak je vidíme na Zemi dnes. Jinými slovy, základní fyzikální zákony se po miliardy let nezměnily a jsou stejné i v nejvzdálenějších končinách vesmíru. Věta Noetherové znamená, že zachování energie bude patrně platit po miliardy let, ba dokonce navždy. Důsledky věty Noetherové jsou pro moderní fyziku dalekosáhlé. Kdykoli přijdou fyzikové s novou teorií, ať už o vzniku vesmíru, interakci kvarků a jiných jaderných částic, nebo antihmotě, zkoumají nejprve symetrie daného systému. Dnes se ví, že symetrie jsou vůdčím principem při vytváření nové teorie. V minulosti se na symetrie hledělo jako na vedlejší produkt teorie - její roztomilý, avšak bezcenný rys, pěkný, ale nepodstatný.

Je smutné, že Emmy Noetherová, podobně jako dříve Boltzmann, musela o uznání bojovat zuby nehty. Této matematičce bylo z důvodů pohlaví na univerzitách upíráno stále místo. Její učitel, velký matematik David Hilbert, byl tak znechucený nemožností získat pro Noetherovou učitelské místo, že zvolal: "Kde to jsme, na univerzitě, nebo v lázních?"

Na základě objevu Noetherové vzniká znepokojivá otázka. Jestliže se energie zachovává proto, že se fyzikální zákony nemění v čase, mohla by tato symetrie být za vzácně neobvyklých okolností narušena? Je tu stále ještě možnost, že zachování energie je porušováno v kosmickém měřítku, naruší-li se symetrie našich zákonů v neobvyklých a nečekaných místech. Zachování energie (uvnitř našeho vesmíru) by kupříkladu mohlo být narušeno, pokud se ve vesmíru objevují otvory, takzvané červí díry. Další skulinou, o níž se právě živě debatuje, je možnost, že energie může vznika z "ničeho", kupříkladu ze vzduchoprázdna. Fyzikové si jen nedávno uvědomili, že vzduchoprázdno není vůbec prázdné, ale aktivitou jen kypí.

Jak je vidět, i poměrně vzdělaní jedinci dokáží pro jiný názor uštvat stejně vzdělaného člověka. Je třeba říct, že alespoň na poli fyziky, je to již povětšinou opuštěná metoda oponentury. Podobně to platí nejen ve fyzice i s omezováním člověka z důvodů pohlaví či sexuální orientace apod. Jin a jang by měly být v rovnováze a jakýkoli názor, který bezdůvodně neútočí na nějakého člověka, by měl být respektován. V případě, že s ním nesouhlasím, v klidu říci či napsat vlastní názor - přímo oponentovi, ne někde za bukem, nenapadat ho však osobně.


komentářů: 1         



Komentáře (1)


Vložení nového příspěvku
Jméno
E-mail  (není povinné)
Název  (není povinné)
Příspěvek 
PlačícíÚžasnýKřičícíMrkajícíNerozhodnýS vyplazeným jazykemPřekvapenýUsmívající seMlčícíJe na prachySmějící seLíbajícíNevinnýZamračenýŠlápnul vedleRozpačitýOspalýAhojZamilovaný
Kontrolní kód_   

« strana 1 »

1 Sehnat místo pro Židovku tenkrát nešlo
Mgr.Milda (neregistrovaný) 13.03.2011, 21:08:53
a paní Noetherová se nakonec dostala do USA, kde velmi záhy zemřela, ve věku pouhých 53 roků.
Nakonec každému, kdo se ve fyzice nějak angažuje, muselo napadnout, že je tolik stejně vypadajících vzorců ve zcela odlišných oblastech, že zde musí být nějaký systém, který vše udržuje podle stejných zákonů v neustálém koloběhu. Ke každému plusu se najde i mínus, vše se vzájemně udržuje v šachu a tím i stabilizuje. Zda jsou nějaké výjimky, můžeme pouze tušit- černé díry jako singulární body jiných vesmírů, jiných světů a zda i tam platí stejné zákony, jako v našem vesmíru, to je věc spekulace. Kdo věří v Boha, má to jednodušší, ten věří také, že to všude bylo stejné stvoření. Ale stvoření by také logicky znamenalo i konec. Kde není konce, nemohlo být ani stvoření, není-liž pravda? Pokud tedy odmítneme stvoření, prohlašujeme, že svět je nekonečný a pak zde také není místo pro Boha. Pokud ovšem Boha s tímto světem nechceme přímo identifikovat. Nemám na mysli fousatého dědouška, ale celý systém přírodních zákonů, nepsaný, ale všude přítomný. Všude znamená, že i v nás a bez výjimky. Vše souvisí se vším a řídí se nepřekročitelnými zákony. Takže za vším tušíme jakousi nosnou ideu, něco, co ty nám teprve na samém začátku zjevené zákony určilo a určuje a bude určovat, v našich měřítcích neměnné. Takže chceme-li se přiblížit tomu, kterého Starý Zákon nazývá Adonaí, musíme studovat jeho zákony.
To považuji za příčinu toho, že zrovna Židé se tak intenzívně zabývají přírodními vědami. Jsou k tomu vedeni už od malička, studiem Thory a Starého Zákona. Každý krůček k poznání zákonů světa je krůčkem blíže k tomu, koho nazýváme Bůh. Dogmatismus středověku je proto dnes už zcela jistě slepou uličkou vývoje. Co se nemění, je mrtvé, nežije.

«     1     »