Obecná teorie relativity slaví sto let. Albert Einstein ji zveřejnil v sérii přednášek v průběhu listopadu, aby 25. toho měsíce představil konečné znění, „jediného zákona gravitace, který odpovídá hmotné realitě“.

První ze čtyř přednášek o své cestě k obecné teorii relativity pronesl Albert Einstein dne 4. listopadu 1915. Konaly se vždy ve čtvrtek v aule Pruské státní knihovny se sídlem ve známé berlínské ulici Unter den Linden, a to v rámci pravidelného zasedání fyzikálně-matematické sekce Pruské akademie věd.

Šestatřicetiletý autor se v nich neostýchal zmínit i své průvodní potíže, omyly, pochybnosti (jeden z životopisců proto Einsteinovu cestu za obecnou relativitou označil za „komedii plnou omylů, třebaže na nejvyšší úrovni“), aby konečně 25. listopadu 1915 své velkolepé fyzikální čtvrtky Pod Lipami završil představením konečného znění, jak řekl, jediného zákona gravitace, který odpovídá hmotné realitě.

Albert Einstein na obraze Ferdinanda Schmutzera, rok 1921. Public domain.

Albert Einstein na obraze Ferdinanda Schmutzera, rok 1921. Public Domain.

Do zobecňování své speciální teorie relativity (ta ignoruje gravitační síly a platí jen pro soustavy v rovnoměrném pohybu) se pustil v roce 1907 poté, co ho napadl princip ekvivalence gravitace a zrychlení.

„Speciální teorie relativity vznikla v Bernu. Počátky obecné teorie relativity rovněž v Bernu. Jasnější se mi však stala teprve v Praze a v Curychu. Do konce jsem ji dovedl až v Berlíně.“

V bezhlavé Evropě

V Praze, kde od dubna 1911 do července 1912 působil jako profesor německé univerzity (se sídlem ve Viničné ulici), Einstein přišel na možnost gravitačního červeného posunu spektrálních čar a na možnost gravitační odchylky světelných paprsků průchodem v blízkosti Slunce. Do Berlína se přesunul v dubnu 1914 z Curychu poté, co mu dva z nejvlivnějších „neživých“ přírodovědců Německa, fyzik Planck a fyzikální chemik Nernst, slíbili vedení nově zřizovaného Fyzikálního ústavu císaře Viléma a profesuru berlínské univerzity s právem, nikoli povinností přednášet. Čestné členství v Pruské akademii věd se rozumělo samo sebou, stejně tak volnost dělat s kýmkoli na čemkoli a možnost ponechat si švýcarské občanství.

Nu, o tři měsíce později Einsteinovi pod okny dupou vojáci a zfanatizovaný dav jim k tomu huláká do kroku. „V bezhlavé Evropě se děje něco neuvěřitelného. Tato doba ukazuje, k jak politováníhodnému druhů živočichů patříme…“ píše v jednom dopise člověk, kterému se válčení příčí tak, že odmítá hrát i šachy… Své vědecké bitvě se však vyhnout nehodlá. Ukáže při ní mimo jiné, jak odolnou má náturu; obklopen všudypřítomným válečným zlořádem podává intelektuální výkon, který podle mínění řady povolaných nemá v dějinách lidstva u jednotlivce obdoby.

„V bezhlavé Evropě se děje něco neuvěřitelného. Tato doba ukazuje, k jak politováníhodnému druhů živočichů patříme…“

Však za to také zaplatil svoji libru: „Jsem zcela vyčerpán a trápí mne žaludeční bolesti,“ píše 15. listopadu významnému matematiku Davidu Hilbertovi, se kterým průběžně konzultoval své početní problémy. (Na základě toho pak Hilbert 20. listopadu 1915, tedy pět dní před Einsteinem, v Göttingenu předložil shodné rovnice gravitačního pole. Einsteinovu prioritu ovšem bezvýhradně uznával.)

Soulad prostoru, času a hmoty

Teorie gravitace (obecná teorie relativity) matematicky popisuje a uvádí do vzájemného vztahu (v „prostředí“ zvaném prostoročas) tři základní atributy přírody – prostor, čas a hmotu-energii. Slovy fyzika Johna Wheelera: „Hmota přikazuje prostoročasu, jak se má zakřivit, a zakřivený prostoročas přikazuje hmotě, jak se má pohybovat.“

Ani obecná teorie relativity není zcela univerzální. Nemáme pro ni odpovídající kvantovou teorii, selhává rovněž v singularitách, které existují před velkým třeskem a po velkém křachu.

Wheelerův mladší kolega Brian Greene je poněkud literárnější: „Z prostoru a času se stávají hráči ve vyvíjejícím se kosmu. Oba ožívají. Kus hmoty tady způsobuje, že se prostor tamhle zřasí, a to způsobí, že se tamhle pohne hmota, což způsobí, že se tamhle prostor nakrabatí ještě víc a tak dále. Obecná teorie relativity řídí choreografii propleteného kosmického tance prostoru, času, hmoty a energie.“

Jak známo, v relativistickém vesmíru neplatí euklidovská geometrie, čas nejen při vyšších rychlostech, ale i v silnějších gravitacích plyne pomaleji atd.

he original 1920 English publication of the paper.

Originál anglické publikace z roku 1920. Public Domain.

V kosmologickém měřítku Einsteinova teorie gravitace mimo jiné předpokládá existenci gravitačních vln, vysvětluje existenci černých děr či připouští existenci děr bílých (z těch mohou objekty pouze ven, ne však dovnitř), tudíž i děr červích („tunelů“ mezi černými a bílými děrami). Teoreticky dovoluje cesty časem, určuje nestabilitu vesmíru a v krajním případě dokonce i cosi jako zamrznutí času ve stavu před velkým třeskem nebo po velkém křachu.

Teorie relativity tedy postihuje věci, které si ani nedovedeme představit. Troufám si tvrdit, že už jejím objevem se lidstvo stalo kosmickou civilizací. Zároveň ovšem ani obecná teorie relativity není zcela univerzální. Nemáme pro ni odpovídající kvantovou teorii, selhává rovněž v singularitách, které existují před velkým třeskem a po velkém křachu. Newtonova gravitace je tedy speciálním případem gravitace Einsteinovy, která zase tvoří jen součást teorie úplně všeho. Ta, zatím pouze v náznacích, představuje herkulovský (doufejme, že nikoli sisyfovský!) úkol pro Einsteiny zítřka.

Na tento text volně navazuje úvaha Co takhle plést košíky?

Titulní foto: Testování obecné teorie relativity pomocí sondy Gravity Probe B. Ilustrace: NASA 

Print Friendly

O autorovi

František Houdek

František Houdek

Ing. František Houdek (*1950) vystudoval Vysokou školu chemicko-technologickou v Praze. Působil v Ústavu jaderného výzkumu v Řeži u Prahy, v Encyklopedickém institutu ČSAV a v Mladé frontě DNES. Je autorem či spoluautorem stovek popularizačních článků a několika knih, např. Jak léčit nemoc šílené medicíny – aneb Hippokratova noční můra (s Janem Hnízdilem a Jiřím Šavlíkem; rec. Vesmír 88, 205, 2009/3). či zatím poslední Moudrost vědy v citátech (rec. Vesmír 94, 272, 2015/5). Články v tištěném Vesmíru.