Stephen Hawking - Vesmír v orechovej škrupinke

V roku 1939, keď sa na obzore objavila hrozba ďalšej svetovej vojny, skupina vedcov vedomá si tohto dôsledku presvedčila Einsteina, aby prekonal svoje pacifistické výhrady a svojou autoritou podporil list prezidentovi Rooseveltovi, v ktorom naliehali, aby Spojené štáty odštartovali program jadrového výskumu.

To viedlo k projektu Manhattan a nakoniec k bombám, ktoré v roku 1945 vybuchli nad Hirošimou a Nagasaki. Mnohí ľudia za výrobu atómovej bomby vinili Einsteina, pretože objavil vzťah medzi hmotou a energiou; ale je to, akoby sme obviňovali Newtona za havárie lietadiel, pretože objavil gravitáciu. Einstein nemal žiadnu účasť v projekte Manhattan a zvrhnutím bomby bol zhrozený.

Svojimi priekopníckymi prácami v roku 1905 si Einstein vybudoval povesť významného vedca. Až v roku 1909 mu ponúkli miesto na univerzite v Zürichu a mohol odísť zo Švajčiarskeho patentového úradu. O dva roky neskôr prešiel na Nemeckú univerzitu v Prahe, no v roku 1912 sa opäť vrátil do Zürichu, tentoraz na ETH.

Napriek antisemitizmu, ktorý bol veľmi rozšírený v Európe, dokonca aj na univerzitách, bol Einstein už vtedy vysokocenenou akademickou osobnosťou. Ponuky prišli z Viedne a Utrechtu, ale on si vybral vedecké miesto na Pruskej akadémii vied v Berlíne, lebo to ho oslobodzovalo od pedagogických povinností. V apríli 1914 sa presťahoval do Berlína a onedlho sa k nemu pripojila jeho žena s dvoma synmi. Manželstvo však už bolo určitý čas v kríze a jeho rodina sa čoskoro vrátila do Zürichu. Hoci ich príležitostne navštevoval, nakoniec sa so ženou rozviedli. Neskôr sa Einstein oženil so svojou sesternicou Elzou, ktorá žila v Berlíne. Skutočnosť, že vojnové roky strávil ako neženatý muž bez domácich záväzkov, bola azda jedna z príčin, prečo toto obdobie bolo pre neho také vedecky plodné.

Hoci teória relativity bola v súlade so zákonmi, ktorými sa riadila elektrina a magnetizmus, nebola kompatibilná so zákonom Newtonovej gravitácie. Tento zákon hovoril, že ak sa zmení rozdelenie hmoty v jednej oblasti priestoru, zmena gravitačného poľa sa okamžite prejaví kdekoľvek inde vo vesmíre. To by znamenalo nielen to, že by sa signály mohli šíriť rýchlejšie ako svetlo (čosi, čo relativita nepripúšťa); aby vôbec malo zmysel slovo „okamžitý“, museli by sme prijať aj existenciu absolútneho alebo univerzálneho času, ktorý už relativita zavrhla v prospech osobného času.

Túto ťažkosť si Einstein uvedomoval už v roku 1907, keď' ešte pracoval v patentovom úrade v Berne, ale až v roku 1911 v Prahe sa týmto problémom začal vážne zaoberať. Uvedomil si, že existuje blízky vzťah medzi zrýchlením a gravitačným poľom. Niekto v uzavretej kabíne, napríklad vo výťahu, by nedokázal rozlíšiť, či je kabína v gravitačnom poli Zeme v pokoji, alebo či je vo voľnom kozmickom priestore urýchľovaná raketou. (Toto bolo ešte pred érou Star Treku, a tak Einstein prirodzene uvažoval o ľuďoch vo výťahoch, a nie v kozmických lodiach.) Človek však nemôže byť urýchľovaný alebo voľne padať vo výťahu príliš dlho, lebo skôr či neskôr dôjde ku katastrofe (obr. 1.9).

(OBR. 1.9)

Pozorovateľ v kabíne nemô-že rozlíšiť, či je v stojacom výťahu na Zemi (a), alebo je urýchľovaný na rakete vo voľnom kozmickom priestore (b).

Ak je motor rakety vypnutý (c),zdá sa mu, akoby výťah padal voľným pádom na dno šachty (d).

Ak by bola Zem plochá, mohli by sme rovnako dobre povedať, že jablko padlo na Newtonovu hlavu pôsobením gravitácie, alebo že Newton a povrch Zeme boli urýchľované smerom nahor (obr. 1.10). Zdá sa však, že táto ekvivalencia medzi zrýchlením a príťažlivosťou pre guľatú Zem neplatí — ľudia na opačných stranách zemegule by museli získať zrýchlenie v opačných smeroch, pričom ich vzájomná vzdialenosť by mala zostať rovnaká (obr. 1.11).

Ak by bola Zem plochá (obr 1,10 vľavo hore) mohlo by sa hovoriť, že jablko padlo New-tonovi na hlavu vplyvom gravitácie, ale aj to, že Zem a Newton boli zrý-chlení smerom na-hor. Táto ekvi-valencia ale naplatí na sférickej Zemi (obr. 1,11 vľavo dole), pretože ľudia na jej opačných stranách by sa od seba navzájom vzďaľovali. Einstein tento problém pre-konal tým, že za-krivil priestor a čas.

Einstein pri svojom návrate do Zürichu v roku 1912 zažil okamih inšpirácie, keď si uvedomil, že ekvivalencia by mohla platiť, ak by bol priestoročas zakrivený, a nie plochý, ako sa dovtedy predpokladalo. Jeho predstava bola, že hmota a energia deformujú priestoročas spôsobom, ktorý mal byť ešte len určený. Objekty ako jablká alebo planéty majú snahu pohybovať sa priestoročasom po priamkach, ale ich dráhy vyzerajú zahnuté pôsobením gravitačného poľa, pretože priestoročas je zakrivený (obr. 1.12).

(OBR. 1.12) PRIE-STOROČASOVÉ KRIVKY

Zrýchlenie a gravitá-cia môžu byť rovno-cenné, iba ak hmotné teleso zakriví prie-storočas, a tým zakri-ví aj dráhy objektov vo svojom okolí.

Pomocou svojho priateľa Marcela Grossmanna skúmal Einstein teóriu zakrivených priestorov a plôch, ktorú už predtým rozpracoval Georg Friedrich Riemann. Riemann však uvažoval iba o zakrivenom priestore. Aby sme sa dovtípili, že zakrivený je v skutočnosti priestoročas, na to bolo treba Einsteina. Einstein s Grossmannom napísali v roku 1913 spoločný článok, v ktorom prišli s myšlienkou, že to, čo chápeme ako gravitačné sily, je iba vyjadrenie skutočnosti, že priestoročas je zakrivený. Avšak kvôli Einsteinovmu omylu (aj on bol iba človek) neboli schopní odvodiť rovnice, ktoré by dávali do súvisu krivosť priestoročasu s hmotou a energiou. Einstein pokračoval v práci nad problémom v Berlíne, nerušený rodinnými záležitosťami a z veľkej miery ani neovplyvnený vojnou, až konečne v novembri 1915 našiel správne rovnice. Už v lete roku 1915 počas návštevy na univerzite v Göttingene konzultoval svoje názory s matematikom Davidom Hilbertom, ktorý nezávisle našiel tie isté rovnice pár dní pred Einsteinom. Napriek tomu, ako priznal sám Hilbert, zásluha za vznik novej teórie patrí Einsteinovi. Bola to jeho myšlienka uviesť do súvisu gravitáciu a deformovaný priestoročas. Treba oceniť civilizované pomery v Nemecku tej doby, že takéto diskusie a výmeny názorov mohli nerušene pokračovať aj v čase vojny. Bolo to v príkrom rozpore s podmienkami panujúcimi o dvadsať rokov neskôr, v ére nacizmu.

Nová teória zakriveného priestoročasu dostala názov všeobecná teória relativity, aby sa odlíšila od pôvodnej teórie bez gravitácie, ktorá bola vtedy známa ako špeciálna teória relativity. Senzačným spôsobom bola potvrdená v roku 1919, keď britská expedícia v západnej Afrike pozorovala mierny ohyb lúčov vyslaných z hviezd a prechádzajúcich blízko Slnka počas jeho úplného zatmenia (obr. 1.13). Bol to priamy dôkaz, že priestor a čas sú zakrivené, a dalo to podnet k najväčšej zmene nášho vnímania vesmíru, v ktorom žijeme, od čias okolo roku 300 pred n. 1., keď Euklides z Alexandrie napísal svoje Základy geometrie.