Neviditelný čert

Přicházím s dalším zahřívacím kolem seriálu o neznámém vesmíru. Předchozí zahřívací kolo se týkalo opravdového bastarda, jemuž se říká „temná hmota“. Druhým, ještě kulatějším, je „temná energie“, ale k tomu se dopracuji až téměř v samotném finále. Dnešní zahřívací kolo se týká historických základů moderní kosmologie, jakožto obecně i fyziky či všeobecněji přírodovědného pohlížení na náš všeobjímající svět. Do hry vstoupí tři hlavní protagonisté, na něž bychom mohli s jistou nadsázkou pohlížet jako na vesmírné architekty. Díky nim se k světu začal klubat skutečný vědecký přístup. Zajímavé přitom je, že dva z nich se podstatnou dobu své tvůrčí kariéry věnovali dvěma nepříliš vědeckým záležitostem, astrologii a alchymii. Ten třetí, vůdčí představitel první eskadry vesmírných architektů, se zase ukájel myšlenkou o duté Zemi. Každý prostě nějak ujíždíme. Podstatné je, zda jsme schopni i na tomto podkladě vymyslet něco, co se nakonec ukáže dostatečně věrohodně sjízdné.

Lucifer

U zrodu nového pohledu na vesmír stál anglický astronom (geofyzik, matematik, meteorolog, fyzik a demograf) Edmond Halley, který se mimo jiné věnoval pozorování komet, přičemž se snažil vypočítat jejich dráhy. Roku 1696 dospěl k závěru, že jisté komety pozorované v letech 1531, 1607 a 1682 mají velmi podobné oběžné dráhy. Postupně dospěl k závěru, že se jedná o jednu kometu, a navíc předpověděl, že se vrátí v roce 1758. Tahle kometa dostala později jeho jméno. Halleyova kometa se v blízkosti Země objevuje jednou za 75-76 let. Naposledy se tak stalo v roce 1986, příště se objeví v roce 2061.

V roce 1682, kdy Halley pozoroval svoji budoucí kometu, jeho pozornost mnohem více poutaly pohyby planet. Právě touha rozluštit jejich tajemství jej přiměla zamířit v létě 1684 do Cambridge, kde hodlal požádat o pomoc Isaaca Newtona. Na svět se chystal vstoupit nový pohled na vesmír a také zcela nový způsob shromažďování znalostí.

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. Jenže jakému účelu měl pohyb těchto nebeských koulí sloužit?

Tuto prázdnotu vyplňovala astrologie, systém přesvědčení vycházející z předvídání budoucnosti. Podle astrologie planety jakýmsi podivuhodným vyzařováním ovlivňují naše nálady a formují naši osobnost. Saturn byl zodpovědný za pochmurné myšlenky, 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. Astrologie byla v mnohých pohledech předchůdkyní psychologie. Z porovnání současné polohy planet s polohou okamžiku narození klienta dokázal astrolog vyvodit radu, jak se má klient v nadcházejících událostech nejlépe chovat. Někdy to znamenalo například počkat, až negativní planeta odejde, nebo až se objeví jiná, která její vliv vyrovná.

Astrologií se po většinu života zabýval i německý matematik Johannes Kepler. Pro své předpovědi potřeboval znát co nejpřesněji, kde se hvězdy a planety nacházejí. V tomto okamžiku vstoupila na scénu astronomie se svými hvězdnými 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 však viděl jinak. 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. Výsledky jeho dřiny jsou velkolepé dodnes. Po mnohaletém snažení naplněném řadou omylů objevil, že dráhy planet lze popsat pomocí matematických zákonů. Keplerovy zákony jsou 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. Kepler dokázal popsat pohyb planet, ale nedokázal stanovit, co je příčinou či zdrojem onoho pohybu.

Na počátku roku 1684 se Halley sešel se svými dvěma kolegy z Královské společnosti, aby s použitím jednoduché matematiky diskutovali o tom, co nutí planety pohybovat se podle Keplerových zákonů. Tenhle debatní kroužek zaujal především princip třetího Keplerova zákona, z něhož plynulo, že síla působící na planetu klesá se čtvercem vzdálenosti od Slunce. Dospěli k závěru, že je třeba matematicky prokázat, že tento zákon je schopen oběžnou dráhu planety zakřivit do tvaru elipsy. Neokázali si s tím poradit, a tak v srpnu téhož roku Halleye napadalo, že se vydá na cestu za Isaacem Newtonem do Cambridge.

Tou dobou byl Newton ještě neznámou osobou. Stranil se londýnské odborné společnosti, jež se právě zabývala rašícími výhonky nové přírodní filosofie, neboť se vážně zabýval mnohém 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. Kámen mudrců měl rovněž být klíčem k nesmrtelnosti a Newtonovi šlo právě o tohle. Netušil, že ho čeká jiná proměna, jež ho učiní, na rozdíl od kamene mudrců, který nenašel, svým způsobem skutečně nesmrtelným. Tu proměnu mu přinesl Halley.

Když se Halley Newtona zeptal, jakou oběžnou dráhu by měla planeta, pokud by podléhala zákonu obrácených čtverců, dostalo se mu okamžité odpovědi, že by byla eliptická, neboť to plyne z prvního Keplerova zákona. Halleye tak jednoduchá odpověď fascinovala a požádal o matematický důkaz. Newton prohledal své poznámky a řekl, že důkaz bohužel někde ztratil. Neuvěřitelné. Alchymista Newton už měl počátky nové kosmologické éry v kapse, ale nijak tím zasažen se v poklidu věnoval jakýmsi omamným výparům hledaje onen podivuhodný šutr. Tomu však díky Halleyovi měl být konec.

Newton zanechal alchymistických snah a zavrtal se do přírodních věd jako nikdy předtím. Pustil se do matematického odvození všech tří Keplerových zákonů a v listopadu téhož roku poslal Halleyovi dokument, jenž kromě toho obsahoval i 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 geometrické tvary.

Newtonovi trvalo ještě téměř tři roky, než svoje výpočty dovršil tak, aby tomu přišel na kloub úplně. Po tu dobu sám sobě v podstatě uložil domácí vězení a nedělal skoro nic jiného, než pracoval. Jeho písař, který měl bez jakéhokoli příbuzenského vztahu též příjmení Newton, vyprávěl, 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 filosofie) bylo vydáno v roce 1687 a ukázalo, že každý pohyb je vždy důsledkem působení síly. Někdy je tato síla evidentní – např. osel táhnoucí vůz –, jindy vidět není. V případě pohybu planet či jablka padajícího ze stromu nese tato síla podpis gravitace. 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. Nakonec však díky matematickému vyjádření dospěl k závěru, že takto přesně zákonem definovanou sílu není nejspíš možné myslí ovlivňovat. Jediné faktory, které gravitaci ovlivňují, jsou hmotnost obou vzájemně se přitahujících těles a čtverec vzdálenosti mezi nimi. Tedy čistě materialistická přírodní síla.

Problém byl v tom, že sílu, která působí na dálku přes prázdný prostor, vnímali mnozí jako cosi nevědeckého. Většina přírodovědců chápala přírodu jako mechanismus, a tudíž podle jejich představy mohlo být pohybu dosaženo pouze prostřednictvím kontaktu. Pokusy o nalezení onoho kontaktu vedly kupříkladu k implementaci takzvaného éteru, substance podobné fluidu, které nese planety po jejich oběžné dráze podobně, jako voda v potoce unáší listí. Newtonova teorie přítomnost éteru nezahrnovala, a 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. Až po více jak dvou stech letech onen mechanismus dešifrovala kvantová fyzika. Definoval polní částice, které čtyři základní fyzikální interakce zprostředkovávají. Jedna z nich je graviton, který zprostředkovává gravitační interakci, je však dodnes hypotetický.

Pokud je matematická předpověď pozorováním potvrzena, pak je nutné ji akceptovat jako pravdu, ať se to někomu líbí, nebo ne. A zde právě přichází na scénu Halley se svou kometou. Když v roce 1704 zkoumal dráhy komet, napadlo ho, že by mohl aplikovat Newtonův princip „univerzální gravitace“. Po působení gravitace na dálku šlo o druhý Newtonův velký objev, o němž později řekl, že ho k němu inspirovalo jablko padající ze stromu. Onen pomíjivý okamžik jej přiměl k zamyšlení nad dosahem gravitačního působení. Uvažoval, kolik síly by bylo třeba, kdybychom chtěli nějaký předmět vystřelit přímo vzhůru tak, aby již nikdy nespadl 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 a komet po jejich oběžných drahách. Díky této úvaze vypočítal návrat své komety v roce 1758, jehož se však už nedožil. Na jaře roku 1742, po dvacetileté kariéře druhého královského astronoma, požádal Halley o sklenku červeného vína. Vypil ji, postavil na stůl vedle svého křesla a pokojně odešel.

Edmond Halley udělal to, o čem všichni věštci a astrologové pouze mluvili. Předpověděl budoucí událost. Pokud bychom měli vybrat okamžik v dějinách, ve kterém se doopravdy zrodila věda, pak by to měl být tento. Halley ukázal, že svět je uspořádaným místem, jehož řád lze zkoumat měřením a matematickou analýzou.

Zdroj: Stuart Clark, Neznámý vesmír v 10 kapitolách, Euromedia Group, a.s. – Knižní klub v edici Universum, Praha 2017

04.12.2017, 00:00:00   Publikoval Luciferkomentářů: 3