VYŠEHRAD PRAHA MUDr. František Koukolík, DrSc., 1995 Lenochod a vesmír. Illustrations Adolf Born, 1995 ISBN VĚNOVÁNÍ

Transkript

1 Název: Lenochod a vesmír Autor: František Koukolík Nakladatelství: Vyšehrad, 1995 Stav: od nakladatele Tato kniha pochází z Knihovny digitálních dokumentů. Slouží pouze pro potřeby těžce zrakově postižených. Doplňující informace naleznete v přiloženém souboru. * * * VYŠEHRAD PRAHA 1995 MUDr. František Koukolík, DrSc., 1995 Lenochod a vesmír Illustrations Adolf Born, 1995 ISBN VĚNOVÁNÍ Pavle, Ondřejovi, Janě, Františkovi, Lence a Vojtovi. Právě jim je čtrnáct nebo patnáct let. Dospělým, kteří mají žíznivé a zvědavé děti a chtěli by jim o těchto věcech povídat, přestože už za rok bude skoro všechno trochu jinak. Tím lépe, jsou-li učiteli, kteří nepřestali mít radost z dětí a učení. Vždyť v časopisech jako jsou Nature, Science, New Scientist nebo Scientific American, odkud jádra vy právění pocházejí, se poznání vyvíjí právě touto rychlostí. PODĚKOVÁNÍ

2 Děkuji paní doc. ing. L.Junkové, CSc., pánům RNDr. J. Grygarovi, CSc., RNDr. P. Jakešovi, doc. RNDr. I. Šetlíkovi, CSc., a ing. J. Záworkovi, DrSc. za připomínky i laskavou a trpělivou péči, kterou věnovali rukopisu. Bez jejich pomoci by kniha v této podobě nevznikla. Za případné nepřesnosti ovšem nese odpovědnost autor. František Koukolík Praha, O POVAZE VĚDECKÉHO MYŠLENÍ Tenhle příběh jistě oběhl svět už mnohokrát v ne spočetných podobách tak, jako je tomu s pohádkami Tisíce a jedné noci. Nechť se tedy, prosím, nehněvají ti, kdo jej už slyšeli. Byl jednou jeden bohatý sedlák. Málo mu dojily krávy. Ať dělal co dělal, krávy dojily pořád málo. Pozval si proto odborníky, aby mu poradili. "Mezi kravami musíte zvětšit rozestupy," řekl zemědělský inženýr. "A také zcela jistě změňte dávky a složení jejich krmě," pokračoval, "nadto vám doporučuji upravit způsob větrání stáje a nezapomeňte na výběhy." "Ti ubozí čtvernožci jsou v trvalém duševním napětí," navázal psycholog, "stěny stáje vymalujte veselými barvami, nechť zní jemná hudba, každý den budiž každá kráva políbena na čumák a vzata kol krku, aby měla komu sdělit své starosti." "Je to prostinké, přátelé," pronesl skromně teoretický fyzik, "vyjdeme z předpokladu, že kráva je koule letící ve vakuu třímiliontinou rychlosti světla," na čež s plachým úsměvem odkryl obrovskou trojkřídlou tabuli pokrytou rovnicemi... NEJVĚTŠÍ A NEJMENŠÍ SVĚT O RUDÉM POSUVU, EDWINU HUBBLOVI A ROZPÍNÁNÍ VESMÍRU

3 Vlastně vám nejdřív musím povědět o mlhovinách. Lidé se na ně dívali dlouho předtím, než před málem čtyřmi sty lety vynalezli dalekohled. Mlhoviny byly jemné, mlhavé obláč ky, které se na rozdíl od komet mezi hvězdami nepohy bo va ly. Nikdo nevěděl, a po pravdě řečeno asi ani moc ne pře mý šlel, co takový obláček je. Před dvěma sty padesáti lety věděli ti, kdo vědět mohli a chtěli, že Země obíhá Slunce a Slunce je jednou z mnoha hvězd naší Galaxie neboli Mléčné dráhy. Byla pro ně celým vesmírem. V roce 1755 přišel s neuvěřitelným nápadem Im ma nuel Kant, známější coby filozof než astronom, přestože vy my slel skvělou domněnku o vzniku slu neční soustavy. Kant pro hlásil, že by aspoň některé mlhoviny mohly být velmi vzdálenými ostrovy tvo řenými obrov ským počtem hvězd. Jinými Mléčnými drahami. "Vidíme je jako jemné, mlhavé obláčky jen proto, že jsou velmi daleko," uvažoval, "naše dalekohledy v nich jednotlivé hvězdy nedokážou rozlišit." Už jste potkali v horském lese na hřebeni ne pa tr ný pramínek? Voda z něj někam teče, spojuje se s dalšími, vzniká potok. Několik potoků splyne v říčku, další v řeku, až se objeví veletok. Nebo stará, rozházená mozaika. Nikdo neví, co zobrazovala. Sklá dá se kamének po kaménku, trpělivě, s omyly. Až se začnou objevovat první tvary. Nesouvisející kousky se začnou měnit na sou vis lost. S po znáváním je to podobné. Všimli jste si zvuku rychle jedoucí motorky, která kolem vás prolétla na dálnici? Když se přibližovala, zvuk stoupal. Jak vás minula, začal klesat. Proč zvuk předmětu, jenž se rychle přibližuje, stoupá a proč klesá, když se předmět začne rychle vzdalovat, vy světlil v první polovině

4 minulého století profesor pražské techniky Christian Doppler r Jeho tvrzení dokázal pokusem Holanďan Chris to pher Heinrich Dietrich Buys-Ballot r Užil při něm trubače někteří říkají, že celou dechovou kapelu na jedoucím železničním vagónu. Christian Doppler řekl: "Zvuk je podmíněn vlněním nějakého prostředí, nej čas těji vzduchu. Každá vlna má nějakou délku. Když se k nám zdroj zvuku rychle přibližuje, zkracuje se délka zvukové vlny, kterou vydává, úměrně rychlosti jeho pohybu. Jak je známo, vlnění s kratší délkou vnímáme jako vyšší tón. A opač ně. Když se zdroj zvuku pohybuje rychle od nás, délka vydávaných zvukových vln se úměrně rychlosti pohybu zdroje prodlužuje. Čím delší jsou vlny zvukového vlnění, tím hlubší tóny vnímáme." Jistě už někdo z vás nabírá dech, aby se zeptal, jak může souviset hra trubače na jedoucím železničním vagónu s ml ho vinami. Jistě máte na jazyku, abych si nedělal hloupou legraci. Jestliže k té jízdě opravdu došlo, pak zvuk dechové kapely s mlhovinami souvisí. A nejen s nimi. S něčím daleko hlubším a obecnějším. S tím, jak je vesmír velký a starý. Duhu jste jistě viděli. Jemné kapénky vody rozloží bílé sluneční světlo. Je vidět červený, žlutý, zelený, a modrý proužek. Něco podobného je možné udělat hranolem, což roku 1666 uvedlo do takového úžasu Isaaca Newtona, že vymyslel celou teorii, z čeho světlo vlastně je. Myslel si, že je to proud nesmírně jemných tělísek. Rozložené světlo New ton pojmenoval spektrem. Víte, že se ještě v r.1790 objevu říkajícímu, že je sluneční světlo vlastně barevné, neposmíval nikdo menší, než Jeho Excelence, dvorní rada a geniální spisovatel (napsal na příklad Fausta), nadto člověk přírodovědecky velmi vzdělaný, Johann Wolfgang Goethe? Upřímně to považoval za nesmysl. Géniové se také mýlí. Duha je sluneční světlo rozložené podle vlnových délek. Nejdelší má červené světlo, nejkratší má světlo modré. Po daří-li

5 se dalekohledem zachytit světlo nějaké hvězdy nebo galaxie, je možné je rozložit na spektrum, stejně jako to dělají dešťové kapičky, skleněný hranol nebo jemná mříž ka. Spadlo vám někdy do plamene plynového hořáku zrnko soli? Zazářil žlutě. Může za to prvek sodík, jeden ze dvou prvků, z nichž je kuchyňská sůl. (Druhý prvek je chlor, chemici proto kuchyňské soli říkají chlorid sodný.) V roce 1818 si prohlížel spektrum slunečního světla německý op tik J. Frauenhofer. Všiml si, že se v krásném pásu barev objevují úzké tmavé čárky. Odpovídají světlu vydávanému kovy rozžhavenými natolik, že jsou v plynném stavu, zrov na tak jako je v žáru plynového plamene proměněn sodík. Jenže jejich světlo pohlcuje obal hvězd, který je chladnější než jejich žhavé nitro. Proto se v pásu barevného spektra hvězd objevují úzké tmavé čárky. Poloha čárek odpovídá prvku, který pohlcené světlo vyzářil. Čímž se dá zjiš ťovat, které prvky jsou ve hvězdách. Vidíte to? Světlo hvězd k nám letí tisíce světelných let. A vy dokážete z barevných proužků a tmavých čárek zjis tit, kte ré prvky ve hvězdách jsou. Edwinu Hubblovi bylo pětadvacet let, když v srpnu roku 1914 na schůzi Americké astronomické společnosti na slou chal přednášce Vesto M. Sliphera. Slipher předváděl fo tografie spekter spirálních mlhovin, těch, o nichž si mnozí mysleli, že by mohly být jinými Mléčnými drahami. Dokázal, že spirální mlhoviny jsou vzdálenými hvězdnými ostrovy. Slipher svůj objev předváděl skromně, klidně a střízlivě, jak se na vědce sluší, přestože jak sám, tak jeho po sluchači věděli, že přišel na velkou věc. Nebude vám vadit, když se zase vrátím do minulosti? Budu vám vyprávět o dalším pramínku. Začnu u něj, půjdu v ča su a prostoru podél něj až do chvil, kdy začne splývat s Hub ble ovými objevy. Tenhle pramínek vytryskl 10. září Edward Pigott, anglický

6 astronom, se díval sedm nocí po sobě na jednu z hvězd v souhvězdí Orla a všiml si, jak její jas kolísá. Do kázal to sdělit svému hluchoněmému dvacetiletému ka marádovi. Jmenoval se John Goodricke. O měsíc později našel John hvězdu v souhvězdí Cefea, jejíž jas kolísal po dob ně. Cefeus je dostatečně vysoko na severní obloze a John byl trpělivý. Svou hvězdu sledoval celý rok. Zjistil, že její jas kolísá zcela pravidelně. Rychle vzroste a pak zase klesá. Umíte na nebi najít hvězdu Polárku? Souhvězdí Cefea je v její blízkosti. Dokážete-li se na souhvězdí Cefea dívat pět večerů po sobě, jistě si Johnovy hvězdy všimnete. Hvězdy měnící svou jasnost stejně, jako ji mění hvězda Johna Goo d ricka, se jmenují cefeidy. Zvětšují se a zmenšují, jejich jasnost při tom klesá a stoupá. Johnova hvězda to dělá v období malinko delším než je pět dnů. Cefeidy jsou nápadné, některé z nich září stokrát i ti síc krát víc než Slunce, hledají se snadno a astronomové jich také spoustu našli. Dlouhou dobu byly krásnou zajíma vostí. R se však zjistilo, že cefeidy je možné chápat jako milníky, jejichž prostřednictvím se měří vzdálenosti. Přišla na to Henrietta Leavittová. Dnes vás asi nezatahá za uši, že na to přišla žena. Na počátku našeho století byly vysokoškolsky vzdělané ženy velkou vzácností, natož aby po promoci ještě pokračovaly ve vědecké nebo jakékoli jiné dráze. Úlohou ženy bylo držet pusu (což nikdy nikde ženy nedělaly), rodit děti a pracovat v domě, zejména v kuchyni. Úlevu mohly podle dobové, ze jmé na německé představy, nalézt v kostele. Většina i vel mi vzdělaných mužů měla za to, že je inteligence žen nižší než je inteligence mužská (přestože jim denně některé dokazovaly opak), že ženy nejsou schopné logického, natož vě deckého myšlení. Asi tak, jak se to dokazovalo, dokazuje a dokazovat bude o lidech majících jinou barvu pleti než je právě ta naše, vyznávajících jiné náboženství nebo naopak nevěřících, lidech, kteří se dívají na uspořádání světa jinak, než se díváme my nebo majících odlišné představy o tom, co je dobré a špatné.

7 H. Leavittová pracovala na Harvardově univerzitě a pro hlížela si cefeidy v Malém Magellanově mračnu, což je, jak víme dnes, naše nejbližší galaxie. Dívala se a krok za krokem uvažovala. "Hvězdy svítí. To, co vidíme, je jejich jasnost. Můžu ji změřit fotometrem. Stejně svítící baterka bude mít nějakou jasnost ve vzdálenosti 10 m, jinou ve vzdálenosti 100m. Jasnost je ale něco jiného než je svítivost. Svítivost je zářivý výkon hvězdy neboli energie, kterou hvězda každou sekundu vyšle. Jak je Magellanovo mračno daleko a jak je samo velké, nevím, ale vím, že je strašně daleko. To mi ulehčuje přemýšlení. Představím si, jako by byly všechny jeho cefeidy stejně daleko. V tom případě je vztah mezi jejich periodou světelných změn a jasností zároveň vztahem mezi jejich periodou a svítivostí. A teď si ulehčím přemýšlení ještě jednou. Budu si před stavovat, že jsou cefeidy v celém vesmíru stejné. Jestliže jsou stejné, pak ty z nich, které mají stejnou periodu svě telných změn, mají i stejnou svítivost. Jejich jasnost bude různá podle toho, jak jsou od nás daleko. Určím-li jasnost i vzdálenost cefeid v naší vlastní galaxii, Mléčné dráze, získám tím měřítko vzdálenosti ce feid v galaxiích jiných." Slečna Leavittová dosáhla tímto objevem jistý druh vě decké nesmrtelnosti, přestože měření vztahu mezi periodou a svítivostí má své obtíže dodnes. A z nich plynou obtíže s určováním přesné vzdálenosti galaxií. Zda se Edwin Hubble dokázal oženit, když stále bádal? Dokázal. Jeho žena o něm psala s náramným nadšením, uchovala si je po celý život: "...byl vysoký, silný, nádherný, s rameny Praxitelova Hermese. Vyzařoval umírněnou vy rovnanost."

8 Je vidět, že paní Hubbleová mávala zvučným perem, seč jí síly stačily. Hubble byl vynikající astronom a stejně do brý sportovec. Postavu měl podle toho. Začínal jako ama térský boxer. V roce 1924 Edwin Hubble rozlišil šest proměnných hvězd v proslulé mlhovině viditelné v souhvězdí Androme dy. Po vedlo se mu to proto, že používal tehdy největší dalekohled na světě. Jedna z hvězd, na kterou se v mlhovině Andromedy Hubble díval, svítí krát slaběji než hvěz da, kterou rozlišíme prostým okem. Hubble dokázal změřit její jasnost třiaosmdesátkrát po sobě. Dovede si někdo před stavit jeho pracovitost, vytrvalost a trpělivost? Zjistil, že jas nost této slabounce svítící hvězdy pravidelně kolísá. "Je to cefeida," ozvala se v něm radost, "takže půjde spo čítat, jak je daleko včetně galaxie, která je kolem ní." Což se mu povedlo. Jak v případě mlhoviny v souhvězdí Andromedy, která se v katalogu jmenuje M 31, tak v pří padě mlhoviny M 33 v souhvězdí Trojúhelníku. Tu je také vidět bez dalekohledu. Z M 33 letí světlo na Zem dva miliony sedm set tisíc let. Světlo, které vidíme dnes, ji opus tilo v době, kdy v Africe chodili australopitekové, naši před ci, a nebylo nijak jisté, kdo nebo co se z nich vyvine. Vůbec nevadí, že Edwin Hubble 1. ledna 1925 uveřejnil sdělení říkající, že z obou galaxií letí světlo na Zemi 930 tisíc let, tedy asi polovinu skutečné vzdálenosti. Další, přes nější měření jeho chybu opravila. Všichni věděli, že mlhoviny M 31 a M 33 jsou daleko za známými hranicemi naší Mléčné dráhy. Jsou tedy jinými galaxiemi, obrovskými ostro vy hvězd v nekonečném prostoru. Immanuel Kant měl pravdu. Ještě si vzpomínáte na tichého a skromného Vesto M. Slip hera a jeho setkání s Edwinem Hubblem na schůzce Ame rické astronomické společnosti v srpnu r. 1914? Na to, jak Slipher dokazoval pomocí tmavých čárek naleze ných ve spek tru jejich světla, že mlhoviny

9 musí být ostrovy hvězd pouze po dob né Mléčné dráze? Zjistil však ještě něco dalšího. Snad ještě vý znam něj šího. Čárky byly jinde, než by "správně" měly být. Byly posunuté. Vědci okamžitě pochopili, že se dívají na jev popsaný pro zvukové vlny Christianem Dopplerem. Světlo je také vlnění, nikoli vzduchu, ale elektromagnetického po le. Jest liže se zdroj světla pohybuje od nás, jeho vlny se "natahují". Nejdelší vlny má světlo červené. Délka svě telných vln vysílaných zdrojem, jenž se pohybuje od nás, se tudíž " natahuje" směrem k červené části spektra a mlu ví se proto o červeném, případně rudém posuvu. (A opač ně světelné vlnění zdroje, jenž se pohybuje k nám, se "zkracuje", nej kratší je vlnění světla modrého, proto se mlu ví o posuvu modrém.) Edwin Hubble se svým spolupracovníkem M. Humaso nem měřil několik let rudý posuv čím dál většího počtu čím dál vzdálenějších galaxií. Výsledky měření je ohromily. Zjis tili, že čím jsou galaxie dál, tím je jejich rudý posuv větší. Čím tedy jsou galaxie dál, tím rychleji se vzdalují. Edwin Hubble, Vesto M. Slipher a Milton L. Humason tedy dokázali, - že naše galaxie, Mléčná dráha, není jedinou galaxií ve vesmíru, ale že je jich ohromné množství, - a že se vesmír ve všech směrech zvětšuje, rozpíná. To byly objevy, jejichž význam se dá přirovnat k objevu Koperníkovu, jenž v polovině 15. století usoudil, že Země obíhá Slunce nebo k objevům Keplerovým, člověka, jehož matka byla ještě souzena za čarodějnictví. Kepler po čát kem 17. století objevil, podle jakých zákonů se kolem Slu nce pohybují planety. Proč jsou tyhle objevy tak významné? Dovedly nás rozhodujícím způsobem dál na cestě pochopení kde jsme, co je svět i kým jsme. Mnoha lidem přinesly a přinášejí radost z poznávání. Jsou krásné. Mohou dát po cit důstojnosti,

10 že jsme s to aspoň něco z toho zázraku, krásy a tajemství, jež nás obklopují, pochopit. Odstraňují omyly, pověry i lži, které mnohým lidem sloužily a slouží jako zdůvodnění moci nad lidmi jinými. Ale lidskou povahu samy o sobě změnit nemohou. Ne udělají nás lepšími ani horšími. Poznání tohoto druhu jsou nástrojem, podobně jako je nástrojem třeba oheň. Nejsou kontrolním systémem, jenž by lidem říkal, co mají a nemají dělat. Záleží jen na lidech, jak oheň využívají. Máme se začít ohně bát? Vždyť naši předkové se od zvířat kromě jiného odlišili právě tím, že se přestali bát ohně! Měli bychom oheň opustit proto, že se někdo spálil, nebo proto, že byl užit k válce a vrátit se do tmy? Válka se přece dá vést i ve tmě. Jsou lidé zazlívající vědcům objev neutronu, který nakonec vedl k vynálezu neutronové zbraně. Hi storik vám řekne, že se důsledky nájezdu například Čin gischánovy armády do severní Indie nebo vpád řím ských legií do Galie pro lidi od důsledků účinku neutronové zbraně příliš nelišily. Města, zavodňovací zařízení i pole změnili vojáci na poušť. Mongolové u měst, která zničili, stavěli z hlav jejich pobitých obyvatel pyramidy. Lidé se tam báli vrátit desítky let. Že se vesmír zvětšuje, neboli rozpíná? Že je tedy větší a větší, jako když se nafukuje balónek? Jestliže je tedy dnes nějaký a zítra bude větší, musel být včera menší a pře devčírem ještě menší? Mnoho vědců si myslí, že před nějakou dobou byl vesmír nepatrný, mnohem menší než jádro nejmenšího atomu. To je atom vodíku. Dovedete si představit, že v tak malém objemu byla stlačena všechna hmota a záření, všechny mi li ardy galaxií? Ne? Já také ne. Nikdo si to neumí představit. Připomíná to pohádku o džinovi skrytém v lahvi s tím roz dílem, že vesmír nikomu neslouží. Stlačení tak ohrom ného množství hmoty a záření do tak malého objemu zna mená nesmírně vysokou teplotu a tlak. Z tohoto nesmírně ne pa trného objemu čehosi tak strašně horkého a hustého vznikl podle názoru těchto badatelů vesmír výbuchem. Vý buch pojmenovali Velkým třeskem.

11 Takhle to snad bylo, jestliže je vesmír uzavřený. Jestliže je v něm takové množství hmoty, že po čase přitažlivost převáží nad rozpínáním. Kosmologové, vědci zabývající se vznikem vesmíru, v tomto případě mluví o uzavřeném mo delu, jenž se podobá kouli, proto modelu sférickém. Ale je možné, že je vesmír otevřený, takže se rozpíná nekonečně. Geometrie těchto modelů odpovídá parabole nebo hyperbole. V tom případě byl nekonečný i ve chvíli Velkého třesku. Nechápete? Zdravý selský rozum se vzpírá? To nevadí. Matematicky to možné je. Podobně jako je matematicky možných pět, šest a více rozměrů, které si také neumíme představit, protože jsme od narození, vlastně celý svůj bio logický vývoj, zvyklí jen na výšku, šířku, délku a čas. Nitro přírody, pravidla, podle nichž je postavená, jsou tak krásně podivná, nečekaná a složitá zároveň, že na ta obecnější z nich naše tři rozměry a čas nestačí. Připadá vám to těž ké? Není to tak strašně těžké. Ještě nedávno většina na šich předků počítala jen na prstech, případně s kaménky nebo jinými předměty. Číslo větší než dvacet bylo "strašně moc." Dnes umí většina dětí na konci druhé obecné sčítat a odčítat jednoduchá čísla, aniž by se přitom musely dívat na ka mén ky, dřívka nebo lasturky. Matematicky nadaní lidé pracují stejně snadno s mnoha rozměry a nemusejí si je představovat. Proč vesmír vznikl? To nikdo neví. Jak vznikl? Výpočty ukazují, že lidem známé fyzikální zákony začínají platit až nepatrnou chvilku po vlastním výbuchu Vel kého třesku. Tak nepatrným zlomečkem vteřiny, že by jej vyjádřila jednička dělená číslem, na jehož počátku by byla také jednička, za kterou by následovalo celkem 43 nul. Předpokládá se, že tlak a teplota byly před touto dobou tak vysoké a objem vesmíru (nebo jeho zárodku) podle jedné z teorií tak nepatrný, že v něm nám známé fyzikální zákony neplatí. Čímž část vědců dává poctivě najevo, že neví, co to bylo a co se v tom

12 dělo. Vzdala to lidská zvědavost, přemýšlivost a touha pochopit? Kdepak. Jsou badatelé, kteří uvažují a počítají, co se mo hlo dít před touto nepatrnou chvilkou. Až si budeme povídat o atomech a jejich součástech, řeknu vám o tom víc. SIR KARL K čemu je vlastně věda? Strašně dlouho se tvrdilo, že k hledání pravdy. Vědci při tom prý postupují bez hněvu a zaujetí, objevují a ověřují skutečnosti a jejich souvislosti. Chytrého Karla Poppera napadlo, že by to mohlo být opačně. "Jestliže věda slouží zjišťování pravdy," uvažoval Karl Popper, "slouží stejně zjišťování toho, co pravda není." Karl Popper je Sir Karl proto, že jej anglická královna povýšila do šlechtického stavu, přestože jde o člověka, jenž se narodil v Rakousku. Zaslouží si to. Je považován za jed no ho v nejvýznamnějších myslitelů našeho století mezi vše mi, kdo se zabývali otázkou co je věda a čemu slouží. Věda je jen jednou z mnoha větví činnosti lidského du cha. Jinými jsou třeba politika a právo, náboženství, filozofie nebo umění. Politici, právníci, filozofové, umělci i věd ci si kladou nejrozmanitější otázky. Odpověď na ně buď znají, nebo hledají. Jak se pozná, že některá otázka patří nebo nepatří do vědy? Sir Karl si myslel, že do vědy patří jenom ty otázky, na které se dají najít (vědeckými prostředky) ověřitelné odpovědi. Ostatní otázky a odpovědi do vědy nepatří. Nej sou z toho důvodu špatné ani mylné, jenom patří někam jinam. Vědeckými prostředky není možné ověřit, zda jsou obraz, socha, báseň nebo hudební skladba krásné nebo oš kli vé,

13 ani zda bůh je nebo není. Krása je do značné míry věcí dohody a zvyku. V boha lidé buď věří, nebo nevěří. Zato zemskou přitažlivost si ověří každý, kdo něco upustí. Při tažlivost není krásná ani ošklivá, dobrá ani špatná. Lidi, kteří by nevěřili, že přitažlivost je a skutečně se podle toho chovali, by jejich chování poškodilo nebo zahubilo. Na otázky, které do vědy patří, hledají vědci odpovědi. Vědecké odpovědi se jmenují vědecké teorie. Sir Karl si představoval, že vědecké teorie mezi sebou soutěží podobně jako sportovci lámající rekordy. Každý vynikající sportovec se snaží nějaký zlomit. Každý vynikající vědec se snaží vědeckou teorii zamítnout a najít novou, lepší. Vědecká teo rie, která nejdéle odolává, se považuje za "pravdivou" v tom smyslu, že je při současných možnostech "nejméně ne prav di vá". Nejlepší vědecké teorie platí celá staletí. Pří kladem je teorie přitažlivosti Isaaca Newtona vysvětlující, proč spad ne jablko ze stromu, stejně jako proč obíhají pla ne ty kolem Slunce. Newtonova teorie umožnila vyslat astro nauty na Měsíc stejně jako sondu k Marsu. Takto skvělé teorie nebývají zamítnuty. Po čase se zjistí, že platí jen pro část skutečnosti a je nutné najít obecnější teorii, která by popsala její větší část. V tomto případě to byla Einsteinova teorie relativity. O VELKÉM TŘESKU Odpovědi na otázky jsou cenné tím, co dokážou vysvětlit. Ještě cennější jsou však tím, co dokážou předpovědět. Prá vě z toho, do jaké míry se potvrzují předpovědi vyplývající z nějaké teorie, se soudí, zda je teorie pravdivá nebo mylná, čili jak vědci říkají, zda teorie platí nebo neplatí. Nejlepší vědci se poznávají podle toho, že si uvědomí, co všechno z nějaké teorie plyne, jinými slovy, co všechno zkoumaná teorie předpovídá a pak to začnou ověřovat. Postupují dle pravidla "jestliže pak". Jestliže se tvrdí to či ono, pak z toho plyne, že...

14 Tohle pravidlo užívají stejně dobře policisté, právníci, filozofové, politici, všichni lidé, kterým to jen trochu myslí, aniž by šlo o vědu. Jestliže tedy Edwin Hubble s ostatními dokázal, že se ves mír v čase rozpíná, pak v něm musely být vzdálenosti před nějakou dobou menší. A před delší dobou ještě menší. V roce 1948 nápad George Gamowa, což byl ruský fyzik, jenž odešel do USA, pak výpočty a nakonec pokusy podle názoru mnoha vědců ukazují, že vesmír vznikl Velkým třes kem někdy před 10 20ti miliardami let. Jestliže pak. Jestliže vesmír skutečně vznikl z něčeho nesmírně ne patrného, nesmírně hustého a nesmírně horkého Velkým třeskem, musí se od té doby rozpínat. Začneme tedy ově řovat: Rozpíná se? Všechna pozorování dokazují, že se sku tečně rozpíná. Svědčí pro to rudý posuv galaxií a dalších útvarů vesmíru, který je tím větší, čím jsou ve vesmíru od nás vzdálenější. Jestliže vznikl výbuchem z něčeho nesmírně horkého a roz píná se, muselo v něm trochu všudypřítomného záření zbýt. Zbylo. V roce na ně přišli Arno Penzias a Ro bert Wilson. Hledali zdroje poruch při spojení s umělými družicemi Země. Předpověď teorie Velkého třesku ří kající, že ve vesmíru má být zbytek všudypřítomného záření, ne zn ali. Za dobu, která od Velkého třesku uplynula, se ves mír nesmírně rozepjal. Původně velmi vysoká teplota ves míru proto výrazně klesla. Zbytkové záření má teplotu jen 2,7 stupně nad nejnižším stupněm teploty, který je ve ves míru možný. Penzias a Wilson je zjistili v podobě šumu, který je v pásmu mikrovln. Jestliže měl vesmír na počátku tak obrovskou teplotu a hustotu,

15 byl v něm stejně nesmírný tlak. Hmota je z ato mů. Při tak velké teplotě a tlaku, jaké podle teorie Velkého třesku na počátku vesmíru byly, nevydrží žádná hmota "pohromadě". Atomy musely být rozložené na nej zá klad nější složky. Vesmír byl tvořen plynem nebo chcete-li po lévkou, velice horkou, složenou z nejjednodušších částic (po vím vám o nich) nerozlišitelně prostoupených zářením. Teprve v průběhu chladnutí vesmíru, daného jeho rozpínáním, se nejjednodušší částice spojovaly na složitější a od dělovaly se od záření. Jestliže tomu na počátku tak skutečně bylo, pak by se ve vesmíru měly objevit na počátku jen ty nejjednodušší ato my, jinými slovy nejjednodušší prvky. A měly by převládat. Nejjednodušším prvkem je vodík. Druhým nejjednodušším prvkem je helium, třetím lithium. Převládají ve vesmíru? Pozorování ukazuje, že převládají. Jestliže pak. Velký třesk vypadá na krásnou teorii. Jakmile vám kdokoli nabídne jakkoli krásně vypadající vysvětlení čehokoli, přemýšlejte o TŘECH, nikoli jedné vě ci. Většina z nás se totiž zaraduje, jak vysvětlení něco krás ně vysvětlilo. To je věc první. Ta druhá, důležitější, na niž většinou nemyslíme, se zeptá co z takového vy světlení vyplývá, co předpovídá? A věc třetí, stejně důležitá, jako je ta druhá : co svědčí proti? Není někde něco skrytého, o čem krásné vysvětlení (a přesvědčování, že to tak musí být) raději nemluví a nebo o tom neví? Je v předkládaném vysvětlení krásného horkého Velkého třesku něco, s čím jsou potíže? Je a nemálo. Už před koncem minulého století k překvapení všech fyziků pokusy dokázaly, že je rychlost světla nejvyšší ry chlostí, které je možné ve vesmíru docílit. Dosud nic, s vý jim kou obrazotvornosti spisovatelů vědecko-fan tas tic kých románů, nesvědčí pro možnost, že by ji bylo možné překročit.

16 S čímž se narodila první obtíž teorie horkého Velkého třesku. Opět platí: jestliže pak. Jestliže je rychlost světla nepřekročitelná neboli mezní, je to nejvyšší rychlost, se kterou se mohou přenášet informace. Jestliže se však ves mír podle teorie Velkého třesku na začátku rozpínal tak rychle, jak říká její klasická podoba, nestačila by na přenos informace mezi jeho vzájemně "vzdálenějšími" částmi ry chlost světla. Měly by tedy vypadat vzájemně dost odlišně. Například co do zbytkového záření. Zbytkové záření je však z tohoto ohledu ve všech koutech vesmíru stejné, takže vše chny známé části vesmíru mají tento druh informace spo lečný. Je tu tedy spor. A další potíž? Z teorie horkého Velkého třesku plyne, že by vesmír měl být úměrně době, která uplynula od jeho vzniku, nějak zakřivený. Pozorování však ukazuje, že vesmír nijak za křivený není, že je skoro úplně "plochý". (Asi tak plochý, jako by byla plochá nepatrňoučká ploška na povrchu ne smír ně nafouknutého balónu.) A výpočty zjistily opět jestliže pak. Jestliže je tedy "plochý" vesmír dnes, musel být skoro stejně "plochý" hned na začátku. Jeho zakřivení by se nesmělo od naprosté plochosti lišit o víc, než by řeklo číslo, které vyjadřuje jednička dělená číslem, jež má za svou jed ničkou šedesát nul. To je velmi málo pravděpodobné. Asi tak málo, jako kdybyste jeli lodí na hodně rozbouřeném moři, postavili přitom tužku na špičku a čekali, že se na ní udrží. A třetí potíž? Jestliže byl vesmír na samém začátku tak strašně horký a dokonale promíchaný, byl svým způsobem všude stejný. Když se do něj díváme dnes, je velmi ne stejný. Ohromná množství galaxií a jejich seskupení tvoří stejně tak nepředstavitelně velká "vlákna" a "stěny", jako jsou mezi nimi nepředstavitelně velké "mezery". Uspořádání ve s míru by se mohlo přirovnat ke kostce ementálského sýru s nepravidelnými, velikými bublinami. Jak je možné, že z horké, všude stejné polévky nejjednodušších součástí hmoty a záření vznikne něco tak nerovnoměrně rozloženého?

17 POTÍŽE VĚDECKÝCH TEORIÍ A POTÍŽE UČENCŮ Vysvětlení vzniku vesmíru horkým Velkým třeskem tedy v sobě skrývá potíže. Není samo. Myslím, že není pořádná vědecká teorie, která by neměla potíže. To je proto, že každá z nich vysvětluje jen část světa a nadto neúplně. Úplně mylné teorie se dají vyvrátit podle pravidla "jestliže pak", tedy nejlépe na základě svých mylných předpovědí. Sir Karl poznamenal, že méně záleží na tom, zda je teorie mylná, než na tom, zda je plodná. Zda vyvolá zájem jiných vědců, kteří ji začnou přezkoumávat a buď ji po tvrdí, nebo najdou jiné, lepší vysvětlení. Ale co s teoriemi, které nejsou zcela mylné, jsou jen ne ú pl né, což znamená, že vysvětlují pouze část položené otázky a některé z jejich předpovědí vedou ke sporům? Stanislaw Lem, slavný polský spisovatel, vymyslel hez ké přirovnání toho, co dělá matematika. Možná, že platí nejen o matematice, možná platí o vědeckých teoriích vů bec. Lem přirovnal matematika ke krejčímu zavřenému v domě bez oken a dveří. Krejčí má zařízení, jímž může sáhnout pro něco ven, mimo dům. Neví, co to bude, jak to bude vypadat, k čemu by to mohlo být dobré. Aby to vůbec uviděl, musí na to ušít šatičky. A tak šije šatičky na květiny, na hrochy, na hvězdy, na cokoli, a očekává, že právě na to, co vytáhl zvenčí, se budou jeho šatičky hodit. Hodí se na květinu? Je to květina. Vůbec nesedí hrochovi? Není to hroch, mohla by to být hvězda. Nesedí na to vůbec žádné šatičky? Pak musí ušít takové, jaké zde ještě nebyly. Samozřejmě, že šatičky šije nějakou dobu podle módy, po dle toho, co se zrovna nosí. Ale pak se móda změní. Šatičky šije dál, ale vypadají docela jinak. Na tohle zase přišel Thomas Kuhn, dnešní profesor filozofie a dějin vědy pracující v MIT, což je zkratka pro světově proslulý Massachusettský institut technologie. Říká se o něm, že je líhní géniů. V roce 1962

18 vydal Tho mas Kuhn knížku o tom, jak se věda vyvíjí. Její základní myšlenkou je, že vědci ve všech oborech řeší otázky vždy podle nějakého vzoru. Poněkud podobně, jako se šijí podle módy šaty. S časem se však při řešeních objevují čím dál větší od chylky od toho, jak by to "správně", to jest podle vzoru, mělo vypadat. Až se zjistí, že se vzor nehodí. A je tedy nahrazen vzorem novým. V nejlepším možném pří pa dě se zjišťuje, že je starý vzor popisem části sku teč no sti a nový je popisem její větší části. Tak, jak jsme si už povídali o vztahu Newtonovy teorie přitažlivosti a Ein steinovy teo rie relativity. (Cizí slovo pro vzor je paradigma. Naši i cizí učenci hojně citují knížku Thomase Kuhna. Aby vypadali ještě učeněji, než jsou učení, užívají daleko raději slovo paradigma, než hezké slovo vzor. Když Thomas Kuhn sám na setkání učen ců prosil, aby užívali slovo vzor místo slova paradigma, a aby to, co měl na mysli, nerozšiřovali do oblastí, kam to vůbec nepatří, uslyšel, že zřejmě dobře nechápe vlastní knihu. Což se mezi učenci stává.) NAFUKOVACÍ VESMÍR Roku 1980 vyřešil některé obtíže teorie horkého Velkého třesku Alan H. Guth z Massachusettského institutu tech no logie. Teorii horkého Velkého třesku upravil. Tvrdí, že se vesmír (má na mysli náš vesmír, naši část vesmíru nebo náš vesmírný vzorek) na samém začátku bě hem nesmírně krátké doby nejdřív velmi zvětšil. Pů vodně měl být žhavý, ale rozpínání jej ochladilo. Jakmile se však rozepjal na útvar velikosti grapefruitu nebo snad i kouli o průměru 1 m, měl se opět zahřát na teplotu odpovídající Velkému třesku. MOHLO TO BÝT SE VZNIKEM VESMÍRU

19 JINAK? Někteří vědci si myslí, že teorie Velkého třesku porušuje základní fyzikální zákon, jímž je zákon zachování hmoty a ener gie. Zákon říká, že hmota a energie nevznikají ani ne za nikají, jenom se stále proměňují. Odpůrci teorie Vel ké ho třesku se domnívají, že je vesmír stálý, chcete-li, věč ný. Stálý, věčný vesmír nevznikl, ani nezanikne. Místo jed no ho Velkého třesku v něm postupně dochází k mnoha třes kům menším. Vesmír se má pomalu rozpínat tisíce mi li ard let. Období po malého rozpínání je střídáno krat šími obdobími ry chlej šího rozpínání trvajícími mi liard let. Na še podoba vesmíru by měla spadat do jednoho z těchto krat ších období. Mají tito odborníci pravdu? Nevím. Většina odborníků zastává názor, že vesmír přece jen nějakým druhem Velkého třesku vznikl. Ale nemohou se shodnout jakým. Neměli bychom zapomínat, že většina současných před stav o vzniku a vývoji raného vesmíru jsou jen důmyslnými modely, které si astrofyzici a kosmologové ( kosmologie je odvětví astronomie zabývající se vznikem vesmíru ) vy mýšlejí. Stává se, že nový model odstraní některé obtíže modelu staršího, ale sám přinese na svět nové. O WIMPECH A HNĚDÝCH TRPASLÍCÍCH NEBOLI CO A KDE JE DEVĚT DESETIN HMOTY VESMÍRU Nejprostší otázky bývají nejtěžší otázky. Často z toho důvodu, že dlouhou dobu nikoho nenapadne, že by se vůbec o nějakou otázku mohlo jednat. Věc vypadá naprosto sa mozřejmě. Například otázka, zda Slunce obíhá Zemi. Nebo zda jsou svítící hvězdy vším, co ve vesmíru je. Nebo otázka co ve vesmíru není? Většina z nás si neumí na rozdíl od Sherlocka Holmese položit zápornou otázku. Ptáme se proč se něco stalo nebo proč

20 se něco děje. Jen málokdo se v nějaké souvislosti do káže zeptat jako největší z detektivů proč se něco nestalo, nebo proč se něco neděje, například proč ten pes v době, kdy mohlo dojít ke zločinu, neštěkal? Jaký význam má, že se něco nestalo, když se to předtím pravidelně dělo? Jen opravdový mistr přemýšlení přijde ze záporných od povědí na to, co se dělo. Například: Chcete vědět něco, o čem lidé neradi mluví. Třeba kolik lidí jelo načerno metrem, nezaplatilo daně, případně kolik dětí opisovalo při písemce. Stačí k tomu mince a skupinka lidí ochotných zcela anonymně odpovídat. Hodíte-li poctivě mincí tak, aby se točila, padne s poloviční pravděpodobností její rub nebo líc (jak rub, tak líc tedy padají s 50% pravděpodobnosti, pád na hranu se nepočítá). Poprosíte děti, které psaly písemku (nebo lidi, kteří pla tili daně), aby si hodili mincí a pak na papírek napsali ANO nebo NE. ANO se na papírek píše v případě, že padl líc mince a děti neopisovaly (lidé daně zaplatili). Ve všech ostat ních případech se píše NE. Víme, že líc i rub mince padají se stejnou, to jest poloviční pravděpodobností. To znamená, že polovině dětí, kte ré ne opi sovaly, padl líc, druhé polovině dětí, které také neopisovaly, padl rub. Z toho plyne, že počet odpovědí ANO je polovinou počtu dětí, které neopisovaly, nebo lidí, kteří da ně zaplatili. Odečtete-li tedy dvojnásobek tohoto počtu od celku, zjistíte, kolik dětí opisovalo a kolik lidí jelo me trem načerno. Na tenhle jednoduchý, nesmírně chytrý postup přišel docela nedávno americký statistik Noel Cohen při výzkumu cest, jimiž se šíří smrtelná nemoc AIDS. Lidé se stydí říci, že užívají drogy nebo mají styky s prostitutkami. Má-li se však odhadnout šíření AIDS, je nutné tato čísla znát.