Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Prostor, světlo a čas

 |  17. 1. 2008
 |  Vesmír 87, 3, 2008/1

Náš vesmír – náš kosmický domov – je sestaven podle jednoduchého receptu, ovšem není zase tak úplně jednoduchý, jak by mohl být.

Martin Rees 1)

Historie fyziky, astronomie a kosmologie je příběhem překračování hranic lidských představ o přirozeném světě. To však neznamená, že nová poznání a nové teorie, třeba i převratné, musí vést k úplnému popření náhledů našich předchůdců či „naivních“ představ našich vlastních; často jen omezují obecnou platnost těchto náhledů, nechávajíce jim roli pouze lokálně platných aproximací. Uvedu dva příklady, jeden hodně starý, druhý současný – oba v něčem vlastně podobné.

Nezkažené dítě otevře oči a vidí celý svět naráz. Dovedu si to představit a vzpomínám si, jak jsem se kdysi divil, když mi dědeček vysvětloval, že světlu to chvilku trvá, než ke mně dorazí. Že Slunce na nebi je teď už o osm minut starší, hvězdy o mnoho let. Že by i ten pták, co se právě chystá vzlétnout, už vlastně letěl? Dnes vím, že nikdy nevidím svět, jaký je právě teď, ale vím také to, že mi to může být celkem jedno. Moje teďteď věcí v mém okolí jsou prakticky stejná. 2) Jako by k šíření světla nebylo třeba času.

To by pak ovšem představa, že světelné paprsky přicházejí ze světa do našich očí, byla rovnocenná opačné představě, že zdrojem takových paprsků jsou naše oči. Nedivme se proto, když řečtí myslitelé od Empedokla přes Eukleida, Platona až k Ptolemaiovi zastávali takzvanou emanační teorii, dle níž světelné paprsky vycházejí z našich očí a ohmatávají okolí. 3) Známe to ostatně i z pohádky o Bystrozrakém. Dnes už víme, jak to je, známe konečnou rychlost světla a máme ji i velmi dobře změřenu – přesto ji pro všechny běžné činnosti v našem dostatečně malém okolí můžeme považovat za nekonečnou. V tom malém okolí mohou ještě tak poletovat ptáci; pro globální navigační systémy už je třeba s rychlostí světla počítat.

Učiňme teď obrovský skok až k našemu vůbec největšímu vědecky myslitelnému „okolí“, jímž se zabývají současné kosmologické teorie. Zde už se nevyskytují ptáci ani hvězdy; galaxie a kupy galaxií nejsou víc než nepatrné hmotné body. Čas se měří v miliardách let a vzdálenosti v miliardách světelných let. Vhodná chvíle, abyste si přečetli (chci říct: prostudovali) v tomto čísle článek Jiřího Jersáka o rozpínání vesmíru (s. 40).

Opět je hlavním protagonistou světlo, 4) ale vše je trochu jinak. V kosmologických škálách pojednou přestává platit mnohé z toho, na co si fyzikové 20. století pod vlivem speciální teorie relativity již začali zvykat: že rychlost světla ve vakuu je nejvyšší myslitelná rychlost jakéhokoliv fyzického pohybu, že nemá smysl mluvit o pevných bodech v prostoru ani o nějakém společném teď pro celý vesmír a že zákon zachování energie je univerzální a nedotknutelný. Zmínka o kosmologických škálách – v oněch miliardách let a miliardách světelných let – je ovšem důležitá. V našem „nedalekém okolí“ s blízkými galaxiemi (stejně jako v každé jiné malé oblasti vesmíru) je speciální teorie relativity dobrou lokální aproximací, podobně jako je newtonovská fyzika dobrou aproximací speciální teorie relativity pro pohyby podstatně pomalejší než světlo.

Na dnešní kosmologii mne zvlášť zaujalo pojetí prostoru jakoby měl svůj vlastní globální život – rozpíná se všude stejně, 5) a přitom v něm přibývá tajemné temné energie. Vzdálené objekty (kvazary, galaxie a shluky galaxií) jsou v tomto prostoru lokálně v klidu, a přesto se od sebe a od nás rychle vzdalují – právě a jen díky rozpínání prostoru. Existují tedy dva druhy „pohybu“, nám známý pohyb z místa na místo (v kosmologických škálách zřejmě zanedbatelný) a unášení vlivem rozpínajícího se prostoru. A teď to hlavní: dostatečně vzdálené objekty se mohou od sebe (a od nás) vzdalovat rychleji než světlo a pokud se rozpínání vesmíru nezpomalí, už nebudeme mít šanci je ještě někdy spatřit.

Jsou četné další zajímavosti, ale nechci zde opakovat to, co je daleko lépe popsáno v citovaném Jersákově článku, kde jsou rovněž zmíněna pozorování, která tyto nové představy potvrzují. Jen bych se rád zmínil o jistém užitečném konceptuálním rozlišování. Jako odchovanci světa, v němž vidíme všechno kolem sebe „naráz“, musíme si teprve zvyknout, že při pohledu do velké dálky mohou mít výrazy „vidět něco“ či „pozorovat něco“ různé významy podle toho, zda pod tímto „něco“ máme na mysli „tehdejší něco“ – to, co k nám kdysi vyslalo světelný signál a mělo tehdy jisté vlastnosti, mimo jiné i určitou vzdálenost od nás, – anebo „dnešní něco“ s vlastnostmi, které to má dnes, kdy už je to daleko starší a notně vzdálenější (pro homogenní a isotropní vesmír má smysl mluvit o jednom společném dnes). Je ovšem ještě třetí možnost, mluvit o tom, jak se něco jeví zde dnes našim očím (například vzhled souhvězdí).

Profesor Jersák nám doporučuje, abychom si každých 10 let zjistili, co je v kosmologii nového. Jsem opravdu zvědav, do jaké míry to bude rozšířením a do jaké míry popřením teorií dnešních.

Poznámky

1) M. Rees: Náš neobyčejný vesmír, Dokořán, Praha 2002, s. 172.
2) Zde se nechci zabývat otázkou, zda je legitimní si taková „teď“ představovat jako geometrické body (k tomu srov. můj úvodník „Zdánlivá přítomnost“, Vesmír 84, 245, 2005/5).
3) Srov. Wikipedia: „Emission Theory“ a „Light“ (kde se mj. dočtete, že 50 % amerických studentů nižších ročníků věří v emanační teorii).
4) Za „světlo“ nadále považujme jakékoliv elektromagnetické záření.
5) Nikoliv stále stejně – což je pro kosmologii důležité (dle různých pozorování se rozpínání v současné době zrychluje). Lokální relativistickou deformaci prostoru hmotou lze v kosmologických škálách zanedbat.

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Filozofie
RUBRIKA: Úvodník

O autorovi

Ivan M. Havel

Doc. Ing. Ivan M. Havel, Ph.D., (*1938) absolvoval FEL ČVUT v Praze. V letech 1969–1971 studoval Ph.D. (počítačové vědy) na University of California v Berkeley. Několik let pracoval jako výzkumný pracovník v Ústavu teorie informace a automatizace ČSAV. V současné době je docentem na Univerzitě Karlově v Praze a působí v Centru pro teoretická studia (společném pracovišti UK v Praze a AV ČR), jehož byl v letech 1990 – 2008 ředitelem. Přednáší na MFF UK.
Havel Ivan M.

Doporučujeme

Tajemná „Boží země“ Punt

Tajemná „Boží země“ Punt uzamčeno

Břetislav Vachala  |  4. 12. 2017
Mnoho vzácného zboží starověkého Egypta pocházelo z tajemného Puntu, kam Egypťané pořádali časté obchodní výpravy. Odkud jejich expedice...
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...
Hranice svobody

Hranice svobody uzamčeno

Stefan Segi  |  4. 12. 2017
Podle listiny základních práv a svobod, která je integrovaná i v Ústavě ČR, jsou „svoboda projevu a právo na informace zaručeny“ a „cenzura je...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné