Stručná historie času

Tajemství vesmíru

Těžko si lze představit poutavější pohled, který zároveň nutí k zamyšlení, než pohled na hvězdnou noční oblohu. Něco v tom třpytu hvězd nás nutí zastavit se a přemýšlet o nejhlubších tajemstvích vesmíru.

Stručná historie času vám pomůže tato tajemství osvětlit tím, že odhalí zákony, kterými se vesmír řídí. Kniha je napsána srozumitelným jazykem a pomůže i nevědecky založeným lidem pochopit, proč vesmír existuje, jak vznikl a jak bude vypadat v budoucnosti.

Dozvíte se také o zvláštních jevech, jako jsou černé díry, které do sebe nasávají všechno (no, skoro všechno). A co víc, odhalíte také tajemství samotného času; toto shrnutí vám totiž poskytne odpovědi na otázky například o plynutí času.

Dá se říci, že po tomto shrnutí se už nikdy nebudete dívat na noční oblohu stejným způsobem.

Teorie a jejich výhody

Pravděpodobně jste už slyšeli o teorii gravitace nebo teorii relativity. Ale pozastavili jste se někdy nad tím, co vlastně máme na mysli, když mluvíme o teoriích?

Teorie je v nejzákladnějším pojetí model, který přesně vysvětluje velké množství pozorování. Vědci shromažďují data z pozorování například při experimentech a používají je k vypracování vysvětlení toho, jak a proč k jevům dochází.

Například Isaac Newton vytvořil teorii gravitace poté, co pozoroval mnoho jevů, od jablek padajících ze stromů až po pohyby planet. Na základě údajů, které shromáždil, dokázal gravitaci teoreticky popsat.

Teorie mají dvě velké výhody.

Zaprvé, umožňují vědcům definitivně předpovídat budoucí události. Například Newtonova teorie gravitace umožnila vědcům předpovídat budoucí pohyby objektů, jako jsou planety. Pokud chcete například vědět, kde se bude za šest měsíců nacházet Mars, je možné to pomocí teorie gravitace přesně předpovědět. 

Za druhé, teorie jsou vždy vyvratitelné, což znamená, že je lze přepracovat, pokud se objeví nové důkazy, které teorii neodpovídají. Lidé například kdysi věřili v teorii, že vše ve vesmíru obíhá kolem Země. Galileo tuto teorii vyvrátil, když si všiml, že měsíce obíhají kolem Jupiteru; mohl tedy ukázat, že ve skutečnosti ne všechno obíhá kolem Země.

Ve skutečnosti tedy jediné budoucí pozorování může navždy zneplatnit teorii, bez ohledu na to, jak spolehlivá se v daném okamžiku jeví. To znamená, že správnost teorií nelze nikdy prokázat, a věda se tak neustále vyvíjí.

Newtonovo revoluční myšlení

Před Isaacem Newtonem si lidé mysleli, že přirozený stav objektu je být v absolutním klidu. To znamená, že pokud by na něj nepůsobila žádná síla, zůstal by objekt zcela v klidu. V roce 1600 Newton tento dlouholetý názor vyvrátil. Místo něj zavedl teorii, podle níž všechny objekty ve vesmíru nejsou v klidu, ale naopak se neustále pohybují.

Newton to zjistil na základě svého objevu, že planety a hvězdy ve vesmíru se vůči sobě neustále pohybují. Například Země neustále obíhá kolem Slunce a celá sluneční soustava rotuje kolem galaxie. Nic tedy nikdy není v klidu.

Aby popsal, jak se všechny objekty ve vesmíru pohybují, vytvořil Newton tři zákony.

První z Newtonových zákonů říká, že všechna tělesa se budou nadále pohybovat přímočaře, pokud na ně nebude působit jiná síla. To prokázal Galileo při pokusu, při kterém kutálel kuličky po svahu. Protože na kuličky působila pouze gravitační síla, kutálely se po přímce.

Druhý Newtonův zákon říká, že objekt zrychluje úměrně síle, která na něj působí. Například auto s výkonnějším motorem bude zrychlovat rychleji než auto s méně výkonným motorem. Tento zákon také říká, že čím větší je hmotnost tělesa, tím menší síla působí na jeho pohyb. Například pokud máte dvě auta se stejným motorem, těžšímu autu bude zrychlení trvat déle.

Třetí Newtonův zákon popisuje gravitaci. Uvádí, že všechna tělesa ve vesmíru přitahují jiná tělesa silou úměrnou hmotnosti každého objektu. To znamená, že pokud zdvojnásobíte hmotnost jednoho objektu, bude síla dvakrát větší. Pokud hmotnost jednoho objektu zdvojnásobíte a hmotnost druhého ztrojnásobíte, bude síla šestkrát větší.

Konstantní rychlost světla

Viděli jsme, jak Newtonova teorie popřela absolutní klid. Přesto tato teorie také naznačovala, že rychlost objektu je relativní.

Představte si například, že čtete knihu, zatímco sedíte ve vlaku jedoucím rychlostí 100 mil za hodinu. Jakou rychlostí cestujete? Pro kolemjdoucího, který pozoruje vlak, který projíždí kolem, se pohybujete rychlostí 100 mil za hodinu. Ale vzhledem ke knize, kterou čtete, je vaše rychlost nula mil za hodinu. Vaše rychlost je tedy relativní vůči danému objektu.

Přesto se v Newtonově teorii objevila jedna velká mezera: rychlost světla. Rychlost světla je konstantní, nikoli relativní. Vždy je to 186 000 mil za sekundu. Nezáleží na tom, jak rychle letí něco jiného, rychlost světla zůstává stejná.

Kdyby se například onen vlak řítil k paprsku světla rychlostí 100 mil za hodinu, rychlost světla by byla 186 000 mil za sekundu. Pokud by však vlak zastavil, paprsek světla by měl stále rychlost 186 000 mil za sekundu. Nezáleží na tom, kdo se na světlo dívá nebo jak rychle cestuje, jeho rychlost bude vždy stejná. Tato skutečnost způsobuje v Newtonově teorii problémy. Jak může být rychlost něčeho konstantní bez ohledu na stav pozorovatele? Odpověď byla objevena na počátku dvacátého století, kdy Albert Einstein postuloval svou teorii relativity.

Čas je relativní

To, že rychlost světla je konstantní, bylo pro Newtonovu teorii problematické, protože to dokazovalo, že rychlost není vždy relativní. Vědci proto potřebovali aktualizovaný model, který by rychlost světla zohlednil.

Albert Einstein takový model vyvinul – teorii relativity. Teorie relativity tvrdí, že fyzikální zákony jsou stejné pro všechny volně se pohybující pozorovatele. To znamená, že bez ohledu na to, jakou rychlostí se někdo pohybuje, bude pozorovat stejnou rychlost světla.

Na první pohled se teorie může zdát zcela jednoduchou, ale jedna z jejích hlavních hypotéz je ve skutečnosti pro mnohé velmi obtížně pochopitelná; tvrdí totiž, že čas je relativní.

Znamená to, že vzhledem k tomu, že rychlost světla se pro pozorovatele pohybující se různými rychlostmi nemění, pozorovatelé pohybující se vůči sobě navzájem by ve skutečnosti zaznamenali pro stejnou událost různé časy.

Řekněme například, že záblesk světla je vyslán ke dvěma pozorovatelům – jeden se pohybuje směrem ke světlu, zatímco druhý se pohybuje větší rychlostí v opačném směru. Pro oba pozorovatele by byla rychlost světla stejná, přestože se pohybují relativně různou rychlostí a jdou různými směry.

To by znamenalo, že by každý z nich zažil událost záblesku, jako by k ní došlo ve dvou různých časech. Je to proto, že čas je určen vzdáleností, kterou něco urazilo, vydělenou rychlostí tohoto objektu. Rychlost světla je pro oba pozorovatele stejná, ale protože vzdálenost je různá, čas je pro každého pozorovatele relativní.

Pokud by oba pozorovatelé měli u sebe hodinky, které by zaznamenávaly okamžik vyslání světelného impulsu, potvrdily by tyto hodinky dva různé časy téže události.

Kdo má tedy pravdu? Ani jeden z pozorovatelů; čas je relativní a jedinečný z pohledu obou pozorovatelů.