Stephen Hawking - Vesmír v orechovej škrupinke

Už v decembri 1932 si bol Einstein vedomý toho, že nacisti a Hitler sa chystajú uchopiť moc, preto opustil Nemecko a o štyri mesiace neskôr sa vzdal svojho štátneho občianstva. Posledných dvadsať rokov svojho života strávil v Inštitúte pokročilých štúdií (Institute for Advanced Study) v Princetone v New Jersey.

Nacisti v Nemecku začali ťaženie proti „židovskej vede“ a mnohým nemeckým vedcom židovského pôvodu; to bol jeden z dôvodov, prečo Nemecko nebolo schopné zostrojiť atómovú bombu. Einstein a jeho teória relativity boli hlavnými terčami tejto kampane. Keď sa hovorilo o publikovaní knihy s názvom 100 autorov proti Einsteinovi, komentoval to slovami: „Prečo sto? Ak by som sa mýlil, stačil by jeden.“ Po druhej svetovej vojne naliehal na spojencov, aby vytvorili celosvetovú vládu, ktorá by mala pod kontrolou atómovú bombu. V roku 1948 mu ponúkli prezidentský post v novom štáte Izrael, ale odmietol ho. Raz povedal: „Politika je na chvíľu, ale rovnice na večnosť.“ Einsteinove rovnice všeobecnej teórie relativity sú jeho najlepším epitafom a pamätníkom. Vydržia tak dlho ako sám vesmír.

Za posledných sto rokov sa svet zmenil omnoho viac ako v akomkoľvek predchádzajúcom storočí. Príčina nespočíva v nových politických alebo ekonomických učeniach, ale v obrovskom rozmachu technológií, ktorý bol možný iba vďaka pokroku v základnom výskume. A kto lepšie symbolizuje tento pokrok ako Albert Einstein?

ČO JE ČAS? Je to večne sa valiaci prúd, ktorý odnáša preč všetky naše sny, ako o tom hovorí starý hymnus? Alebo je ako železničná trať? Možno má slučky a odbočky, a preto môže pokračovať smerom dopredu, a napriek tomu sa aj vrátiť do predošlej stanice na hlavnej trati (obr. 2.1).

Spisovateľ Charles Lamb v 19. storočí napísal: „Nič nie je pre mňa takou záhadou ako čas a priestor. Pritom mi nič nerobí menej starostí ako čas a priestor, pretože na ne nikdy nemyslím.“ Väčšina z nás sa zvyčajne kvôli času a priestoru netrápi, nech už je to hocičo; ale všetci sa niekedy čudujeme, čo to ten čas je, odkiaľ sa zobral a kam nás vedie.

Každá seriózna vedecká teória, či už o čase, alebo o akomkoľvek inom pojme, by mala byť podľa môjho názoru založená na najužitočnejšej filozofii vedy: pozitivistickom postoji, vypracovanom Karlom Popperom a inými. Podľa tohto spôsobu uvažovania je vedecká teória matematický model, ktorý opisuje a triedi získané pozorovania. Dobrá teória bude opisovať široký okruh javov na podklade malého počtu jednoduchých princípov a presne stanoví jasné predpovede, ktoré sa potom dajú testovať. Ak predpovede súhlasia s pozorovaniami, teória prežije test, aj keď jej správnosť nebude možné nikdy dokázať. Na druhej strane, ak sú

(OBR. 2,1) ŽELEZNIČNÁ DRÁHA AKO MODEL ČASU

Existuje iba hlavná trať vedúca jedným smerom — do budúcnosti — , alebo sa koľaje môžu stočiť späť a pripojiť sa opäť na hlavnú trať na predchádzajúcej výhybke.

pozorovania v rozpore s predikciami, človek musí teóriu zavrhnúť alebo modifikovať. (Aspoň sa predpokladá, že sa tak stane. V praxi však ľudia často spochybňujú presnosť pozorovaní, ako aj spoľahlivosť a morálny profil tých, ktorí ich vykonali.) Ak niekto zaujme pozitivistické stanovisko ako ja, nemôže povedať, čo čas skutočne je. Všetko, čo môže urobiť, je opísať ten matematický model času, ktorý sa považuje za vhodný.

Prvý matematický model času a priestoru nám predložil Isaac Newton v roku 1687 v svojom diele Philosophiae naturalis principia Mathematica (Matematické základy prírodnej filozofie). Newton bol vtedy držiteľom lucasovskej profesúry v Cambridgei, kde sedel v kresle, v ktorom teraz sedím ja, aj keď za jeho čias nebolo ešte na elektrický pohon. V Newtonovom modeli bol čas a priestor iba pozadím, na ktorom sa odohrávali udalosti, a tie neboli časom a

(OBR. 22)

Newtonov čas bol oddelený od priestoru, ako keby bol železničnými koľajnicami vedúcimi v oboch smeroch do nekonečna.

(OBR. 2.3) TVAR A SMER ČASU

Einsteinova teória relativity, ktorá je v súlade s mnohými experimentmi hovorí, že čas a priestor sú nerozlučne previazané.

Nikto nemôže zakriviť' priestor bez toho, aby do toho nezahrnul i čas. Tým aj čas dostáva tvar. Zdá sa však, že navyše postupuje v jednom smere ako lokomotívy na obrázku.

priestorom ovplyvnené. Čas bol oddelený od priestoru a považoval sa za jednoduchú priamku alebo železničnú trať, vedúcu v oboch smeroch do nekonečna (obr. 2.2). Samotný čas sa považoval za večný v tom zmysle, že vždy existoval, a aj večne bude existovať. V rozpore s tým si veľa ľudí myslelo, že fyzikálny vesmír bol vytvorený viac-menej v dnešnej podobe iba pred pár tisíckami rokov. To trápilo filozofov, akým bol aj nemecký mysliteľ Immanuel Kant. Ak bol vesmír skutočne stvorený, prečo sa na stvorenie tak nekonečne dlho čakalo? Na druhej strane, ak vesmír vždy existoval, prečo sa všetko, čo sa malo stať, už nestalo? To znamená, že história vesmíru sa už mala dávno skončiť. A špeciálne, prečo vesmír nedosiahol stav tepelnej rovnováhy s rovnakou teplotou všetkých objektov?

Kant tento problém nazýval „antinómia čistého rozumu“. lebo zdanlivo išlo o logické protirečenie, ktoré nemalo riešenie. Kontradikcia to bola iba v kontexte Newtonovho matematického modelu, kde bol čas nekonečnou priamkou, nezávislou od toho. čo sa vo vesmíre odohráva. Ako sme však videli v 1. kapitole Einstein v roku 1915 predložil úplne nový matematický model;

všeobecnú teóriu relativity. My sme od čias Einsteinovej práce pridali k nej zopár ozdobných stužiek a mašličiek, ale náš model času a priestoru je stále založený na tom, čo navrhol Einstein. Táto a nasledujúce kapitoly hovoria o tom, ako sa naše myšlienky rozvíjali v období po Einsteinovom revolučnom článku. Je to príbeh o úspešnej práci mnohých ľudí a som pyšný, že aj ja mám na tom malý podiel.

Všeobecná teória relativity spája rozmer času s tromi priestorovými dimenziami do niečoho, čo nazývame priestoročas (pozri obr. 2.3). Teória zahŕňa pôsobenie gravitácie hovoriac, že rozloženie hmoty a energie vo vesmíre zakrivuje a deformuje priestoročas tak, že už nie je plochý. Objekty sa v tomto priestoročase usilujú pohybovať po priamkach, ale pretože priestoročas je zakrivený, ich dráhy sa javia ohnuté. Pohybujú sa, akoby na ne pôsobilo gravitačné pole.

Ako hrubú analógiu, ktorú nemožno brať úplne doslova, si predstavme pružnú gumenú podložku. Niekto môže na podložku položiť veľkú guľu predstavujúcu Slnko. Guľa bude tlačiť na podložku a spôsobí, že sa podložka v blízkosti Slnka zakriví. Ak teraz niekto rozsype po podložke malé ložiskové guľôčky, nebudú sa gúľať priamo na druhú stranu podložky, ale namiesto toho sa budú valiť okolo ťažkého závažia, podobne ako planéty obiehajú okolo Slnka (obr. 2.4).