Einstein chtěl odvrátit zánik vesmíru. Ale udělal chybu v derivaci

  12:14aktualizováno  13:44
Nový objev v archivech ukazuje, jak Albert Einstein hledal řešení, které by dávalo naději, že vesmír se udržuje v rovnováze. Ale brzy poznal svůj omyl a jemu i nám zbyla představa vesmíru, který se stane časem neobyvatelným.

Albert Einstein měl hlavu plnou vesmíru. Ilustrační snímek. | foto: Pavel Kasík, Technet.cz (montáž)Profimedia.cz

Stáhněte si Einsteina

Vytvořili jsme pro vás koláž Vesmírný Einstein z volně dostupných fotografií, můžete si stáhnout na plochu či na zeď.

Albert Einstein měl hlavu plnou vesmíru. Ilustrační snímek.

2,5 MB, ke stažení (licence: Technet.cz CC BY)

Jeden z nejznámější citátů Alberta Einsteina je "Bůh nehraje kostky". Vyjádřil tím svou nedůvěru ke kvantové teorii, podle které některé fyzikální děje jsou vždy náhodné a nelze je přesně předpovědět. Ale kvantová teorie bohužel pro Einsteina odpovídá tak přesně výsledkům lidských fyzikálních experimentů i pozorování, že ani osobní nedůvěra sebevětšího fyzika proti tomu nic nezmůže.

Náhodnost kvantové teorie ale rozhodně nebyla to jediné, co se Einsteinovi na moderní fyzice (i některých jeho vlastních výsledcích) nezdálo. Nelíbila se mu příliš ani představa, že náš vesmír se vyvíjí a spěje zřejmě ke svému konci. Nově objevený dokument také ukazuje, jak se ji pokusil "zabít".

Utíkají nám hvězdy

Základem představ o postupném vývoji vesmíru v moderní fyzice jsou práce a pozorování z 20. let. Tehdy astronomové i fyzici předložili přesvědčivé výpočty i pozorování, podle kterých se vesmír postupně rozpíná. Znamená to, že další galaxie se od té naší vzdalují. My to můžeme pozorovat v tom, jak se protahuje vlnová délka světla vzdálených hvězd, tzv. rudý posuv.

Kdo objevil rozpínání?

Teorie, že náš vesmír se rozpíná, se rodila postupně a z dnešního pohledu poněkud krkolomně. Dnes se s tímto pozorováním nejčastěji spojuje jméno Američana Edwina Hubbla, po němž je pojmenovaný nejznámější vesmírný teleskop.

Hubble má však dva klíčové předchůdce, kteří ho v řadě věcí předběhli, byť fyzikální veřejnost to z valné části netušila. Prvním byl Rus Alexander Friedmann, který přišel s myšlenkou rozpínajícího se vesmíru v matematicky smysluplné podobě zřejmě jako první v roce 1922. (Po něm jsou pojmenované Friedmannovy rovnice, které popisují zakřivení vesmíru.)

Stejného výsledku pak v roce 1927 z Einsteinvoých rovnic dosáhl i belgický kněz a fyzik George Lemaitre z řešení Einsteinových rovnic pro homogenní vesmír. Zároveň určil z existujících dat o vzdálenostech galaxií a rychlostech jejich vzdalování to, co se dnes nazývá Hubbleova konstanta, ale zřejmě by se mělo nazývat Lemaitrova konstanta.

Získal číslo velmi blízké tomu, které o dva roky z o něco většího souboru údajů vypočítal Hubble. Hubble přidal několik dalších galaxií, ale především vynesl graf závislosti rychlosti vzdalování galaxií na jejich vzdálenosti od naší galaxie. To byl jeho hlavní přínos k této věci. Sám Hubble rozpínání prostoru nevěřil a pozorovanou závislost interpretoval jinak.

Důsledkem rozpínání vesmíru i podle selského rozumu musí být, že vesmír bude čím dál řidší. Protože hmoty je v něm stále stejně, ale vesmír se "nafukuje", měl by být čím dále pustším místem. Nakonec by se mohlo stát, že se vesmír v podstatě sám roztrhá na kusy.

Einstein tyto výsledky samozřejmě znal, přitažlivější se mu však zdála představa "statického" vesmíru, tedy neměnného vesmíru v trvalé rovnováze. Již v roce 1917 formuloval model statického vesmíru, v němž vystupovala kosmologická konstanta, která byla nutná proto, aby řešení jeho vlastních rovnic bylo stacionární, tj. nezávislé na čase. (Dosazení kosmologické konstanty, pro níž v rovnicích ani pozorováních neexistovalo žádné opodstatnění, později označil za svou největší chybu, ale to je na jiný článek.)

Einstein nebyl sám, komu se myšlenka stále se rozpínajícího vesmíru zdála nepřijatelná. Ještě o několik desetiletí později například teorii stálého vesmíru tvrdohlavě prosazoval slavný britský fyzik Fred Hoyle, mimo jiné autor výrazu "Velký třesk" pro událost na začátku našeho vesmíru.

Hoyle samozřejmě vycházel z Einsteinových rovnic, ale snažil se ukázat, že by při rozpínání prostoru spontánně vznikala hmota tak, aby hustota zůstávala stále stejná. Hoyle se nápadu držel několik desetiletí, ale nakonec byla hypotéza zdiskreditována, protože astronomická pozorování její předpoklady nepotvrdila.

Einstein měl prakticky stejný nápad jako Hoyle, přesněji zřejmě v roce 1931, . Ukazuje to dokument, který je už několik desetiletí zastrčený v Einsteinově archivu na univerzitě v Jeruzalémě, špatně označený jako koncept úplně jiné vědecké práce. Dokud si ho tam nevšiml fyzik Cormac O’Raifeartaigh a nevytáhl ho na světlo světa. (Originál v němčině najdete zde, překlad do angličtiny O’Raifeartaigh s kolegy zveřejnili ve své práci na severu arXiv dostupné odsud.)

Ve svém konceptu si Einstein klade otázku, zda by hmota mohla ve vesmíru vznikat tak rychle, aby hustota i během rozpínání zůstávala stejná. Dokonce se zřejmě domníval, že by to podle jeho vlastní obecné teorie relativity v podstatě mělo být možné, a snažil se to doložit matematicky. Výsledky vypadaly slibně a řešení se mohlo zdát na první pohled možné.

Ve skutečnosti je ovšem v řešení chyba (v derivaci), které si slavný fyzik evidentně později všiml, protože ji v jednom místě opravil. Původní řešení tím ovšem přestalo být možné a hypotéza přestala dávat matematický smysl. V tu chvíli Einstein poznámky odložil a hypotézu vesmíru v setrvale rovnovážném stavu zřejmě přestal brát vážně a dále se jí nevěnoval. V pozdějších pracích zmiňuje různé kosmologické modely a hypotézy, tato mezi nimi už není.

A to je konec všeho, přátelé...

Měl Einstein pětky?

Zprávy o špatném prospěchu Alberta Einsteina jsou značně přehnané. Neměl pětky, ale dokonce šestky. Vysvětlení najde v našem článku.  

Albert Einstein v dětství

Objevitelé dokumentu se domnívají, že Einsteinovi se nechtělo do poměrně "odvážných" úprav obecné teorie relativity, které byly nutné pro vytvoření smysluplného modelu vesmíru v trvale rovnovážném stavu. Představa rozpínajícího se vesmíru rovnicím odpovídala mnohem lépe, a tak Einstein svou nechuť k téhle myšlence zřejmě uložil k ledu.

Hoyle a jeho kolegové se myšlenky drželi podstatně déle a od 40. až do 60. let byla jejich představa vesmíru předmětem intenzivní debaty, dokud celkem jednoznačně nepřevážily důkazy pro rozpínající se vesmír. Od té doby důkazů jen přibývá a zpřesňují se, a tak podle nejlepšího svědomí dnešních kosmologů žijeme ve vesmíru, který se stále rychleji a rychleji rozpíná.

Existence odpudivé síly, která stojí za rozpínáním vyplývá z Einsteinových rovnic, a zdá se být zřejmě jejich jediným možným řešením, jak ukazuje i výše popsaný neúspěch německého fyzika. Dnes se nám zdá nejpravděpodobnější, že nakonec tato odpudivá síla, jejíž fyzikální podstatu neznáme (dnes se jí říká "temná energie") zcela převáží i nad gravitací a ostatními přitažlivými silami a náš vesmír v praktickém smyslu přestane existovat. Přejde do stavu tepelné smrtí (nebo maximální entropie), ve kterém už v něm nemohou probíhat žádné energetické procesy včetně života.

Autor:


Nejčtenější

Nelíbí se mi, kam se internet vydal, říká vynálezce WWW. Chce to změnit

Tim Berners-Lee představuje vizi nového, decentralizovaného internetu...

V roce 1990 spustil první webový server a odstartoval tak revoluci. Díky němu se internet rozšířil do celého světa, do...

Mučení a vraždu novináře prý nahrály hodinky Apple. Nejspíš to bylo jinak

Apple Watch 2

Údajná vražda opozičního saúdskoarabského novináře Džamála Chášakdžího na konzulátu v Turecku vyvolává mezinárodní...



Ve věku 65 let zemřel na rakovinu Paul Allen, s Gatesem založil Microsoft

Paul Allen na snímku z prosince 2017.

Ve věku 65 letech zemřel v pondělí spoluzakladatel firmy Microsoft Paul Allen. Miliardář, filantrop a hledač lodních...

Návrat „imperialistického brouka“? Výzkumný program USA vzbudil obavy

Program „Hmyzí spojenci“ má změnit škůdce v pomocníky v zemědělství.

Skupina vědců v časopise Science varuje před možným zneužitím amerického výzkumného programu, který vyvíjí zcela nový...

Grafika snů: podrobné srovnání RTX 2080 s GTX 1080Ti

Porovnání grafických karet s čipem Nvidia GeForce RTX 2080 a GTX 1080Ti (vpravo)

Porovnali jsme novou grafickou kartu RTX 2080 s předchozí špičkou GTX 1080Ti. Výsledky jsou zajímavé a ačkoli v mnoha...

Další z rubriky

Začínal v krabičkách od krému na boty. Kardiostimulátor pomáhá už 60 let

Dva „otcové“ prvního kardiostimulátoru. Zleva: primář Ăke Senning, který vedl...

Před šedesáti lety implantovali ve Švédsku první kardiostimulátor, tedy přístroj odstraňující poruchy srdečního rytmu....

Jak asi vypadal vůbec největší známý pták v celé historii

Stehenní kost druhu Vorombe titan, exemplář s katalogovým označením NHMUK A439...

Vědci nedávno oznámili, že objevili obřího ptáka na základě analýzy již dříve známých pozůstatků. Podle výpočtů vážil v...

Návrat „imperialistického brouka“? Výzkumný program USA vzbudil obavy

Program „Hmyzí spojenci“ má změnit škůdce v pomocníky v zemědělství.

Skupina vědců v časopise Science varuje před možným zneužitím amerického výzkumného programu, který vyvíjí zcela nový...

Vyhrajte balíček s mlékem Nutrilon. Stačí se podělit o svou mateřskou zkušenost
Vyhrajte balíček s mlékem Nutrilon. Stačí se podělit o svou mateřskou zkušenost

„To já svým dětem dělat rozhodně nebudu!" Poznáváte se? Tak se nám na toto téma rozepište v deníčku a 5 z vás odměníme balíčkem Nutrilonu s dalšími dárky podle vlastního výběru.



Najdete na iDNES.cz