Neviditelný čert

Po Fraktálových vesmírech jsem z Knihy vesmírů vyhrabal vesmír, který Einstein zplodil spolu s Rosenem. Zajímavé na něm je, že se v něm poprvé objevují gravitační vlny, ačkoli tento vesmírný model v sobě nemá ani kapku hmoty. I přes tento „drobný“ nedostatek, a i přes Einsteinův počáteční odpor, se gravitační vlny dostaly na přetřes až tak, že je většina fyziků začala brát vážně jako něco, co v našem vesmíru zcela reálně existuje. Jako třešničku na dortu (takový „lepkavý korálek“) si můžete vychutnat gravitačně konferenční zážitek nenapodobitelného Richarda Feynmana. 

Lucifer

V roce 1932 Einstein odjel z Německa a po krátkém přednáškovém a badatelském pobytu na Christ Church College v Oxfordu Evropu natrvalo opustil. Jeho cílem byl nově založený Institut pro pokročilá studia v Princetonu v americkém státě New Jersey, kde začal přemýšlet o řešení svých gravitačních rovnic. Od roku 1935 mu byl k ruce matematicky zdatný asistent Nathan Rosen. V roce 1936 společně nalezli nový typ řešení těchto rovnic, které popisovalo rozpínající se vesmír, pracovalo však s válcovou symetrií, takže všechny fyzikální veličiny závisely jen na čase a jedné prostorové souřadnici. Nalezený vesmír měl novou vlastnost, která jej dynamicky odlišovala od všech do té doby objevených řešení Einsteinových rovnic. Obsahovala totiž vlny, které se šíří prostorem a na své cestě mění jeho geometrii.

Pro Einsteina a jeho současníky byla nejzajímavější právě přítomnost těchto „gravitačních vln“. Pozoruhodné na tom však ještě bylo to, že Einsteinův-Rosenův vesmír neobsahuje žádnou hmotu, takže jakékoli vlny jsou jen v čase se šířící vlnky v geometrii prostoru. Myšlenka gravitačních vln se přetřásala už delší dobu a někteří vědci věřili, že jsou reálné. Jiní tvrdili, že jde jen o „vlny na papíře“, pouhý důsledek volby souřadnic v prostoročase, a že nevyvolávají žádné fyzikální efekty.

Einstein s Rosenem si rychle uvědomili, že jejich nové řešení může tuto kontroverzi rozhodnout bez nějakých přibližných či numerických metod. Jejich první závěr kupodivu zněl, že cylindrické gravitační vlny reálné nejsou, že jsou to jen artefakty volby souřadnic. A že je to něco podobného, jako kdybychom z pohledu na glóbus usoudili, že na severním či jižním pólu se děje něco významného, protože se tam všechny poledníky protínají v jednom bodě. Jenže nic takového není pravda, reálné poledníky tam nejsou nijak stlačovány do jednoho bodu – zeměkouli bychom mohli popisovat i v souřadnicích, jejichž pól by byl na kterémkoli místě. Einstein a Rosen museli rozhodnout, zda jejich vlnky v křivosti představují něco podobně reálného jako zvlnění mapované vrstevnicemi, čí zda je to jen zdánlivý efekt, odpovídající volbě zvlněných čar konstantní zeměpisné délky. V této fázi se rozhodli pro druhou variantu.

Počátkem léta 1936 poslali do nejvýznačnějšího amerického fyzikálního časopisu Physical Review článek, ve kterém tvrdili, že gravitační vlny v jejich novém matematickém vesmíru nejsou reálné. (Luciferova poznámka: Ani se jim nedivím, když uvážím, že své gravitační vlny vyprodukovali v modelu vesmíru bez hmoty.) Článek byl kupodivu jistým recenzentem odmítnut. Kupodivu proto, že nebylo zvykem odmítat článek, pod nějž se podepsal jeden z nevýznamnějších fyziků té doby. Einstein s tím recenzentem navázal přátelství, a ten ho nakonec přesvědčil, že jeho a Rosenovo řešení bezpochyby obsahuje reálné cylindrické gravitační vlny. Rosen, který se mezitím nacházel v Sovětském svazu na univerzitě v Kyjevě, s tím nesouhlasil.

Základním argumentem ve prospěch reálnosti těchto gravitačních vln byla úvaha Richarda Feynmana vyslovená v roce 1957 – dva roky po Einsteinově smrti – na konferenci v Chapel Hillu v Severní Karolíně. Feynman tam ukázal, že korálek navlečený na zdrsněnou tyčinku (hovořil o „lepkavém korálku“, aby zdůraznil, že na něj působí tření) se bude po tyčince posouvat nahoru a dolů, jestliže tyčinku postavíme kolmo ke směru šíření vlny. Drsný povrch tyčinky vyvolá tření a to vede k zahřívání, podobně jako když si mnete ruce, abyste si je ohřáli. Teplo se vyvinulo účinkem gravitační vlny, a proto vlna musí nést energii, neexistuje tedy jen na papíře.

Feynmanův argument o „lepkavém korálku“ přesvědčil skoro všechny ty, kdo do té doby o realitě gravitačních vln pochybovali. K jeho argumentu se pojí humorná historka. Feynman se přihlásil na konferenci v Chapel Hillu pod pseudonymem, patrně neměl o jejím programu valné mínění, a svůj argument o „lepkavém korálku“ poslal anonymně. Ve svých pamětech To snad nemyslíte vážně, pane Feynmane! vypráví o svých potížích se na konferenci dostat:

Jednou, bylo to v roce 1957, jsem se vydal na gravitační konferenci na Univerzitě Severní Karolíny. Předpokládalo se o mně, že jsem odborníkem v jiné oblasti, který se chce seznámit s problematikou gravitace. Nestačil jsem přijet na její začátek a tak jsem přistál na letišti až den nato. Šel jsem na stanoviště taxíků a řekl dispečerovi: „Potřebuji se dostat na Univerzitu Severní Karolíny.“

„Kterou máte na mysli,“ řekl, „Státní univerzitu Severní Karolíny v Raleigh, nebo Univerzitu Severní Karolíny na Chapel Hillu?“

Jak snad nemusím říkat, neměl jsem ponětí. Zeptal jsem se: „Kde to je?“ Představoval jsem si totiž, že obě instituce musí být blízko sebe.

„Jedna je odsud na sever, druhá na jih, k oběma je to asi stejně daleko.“

Neměl jsem u sebe žádný materiál, ze kterého bych vyčetl, kam vlastně mířím, a nikdo zřejmě nejel na konferenci s denním zpožděním jako já. To mi vnuklo myšlenku. „Poslyšte,“ řekl jsem dispečerovi, „jedu na konferenci, která vlastně začala už včera, a tak tu včera musela být spousta chlapíků, kteří tam mířili. Já vám popíšu, jak asi vypadali. Tvářili se trochu nepřirozeně, živě spolu diskutovali, nekoukali na cestu a přitom si mumlali něco jako gé-mí-ný, gé-mí-ný.“

Dispečerův obličej se rozzářil. „Ano, ano,“ řekl, „vy chcete na Chapel Hill!“ Pokynul nejbližšímu taxi a řekl: „vezměte toho pána na univerzitu na Chapel Hillu!“ Poděkoval jsem a odjel na konferenci.

Zdroj: John D. Barrow, Kniha vesmírů

28.02.2014, 00:00:38   Publikoval Luciferkomentářů: 24