Proč je v noci tma

Peter Zamarovský vtipně využil záhadu noční tmy jako detektivní tajenku, s jejíž pomocí nenásilně donutil čtenáře, aby s napětím sledoval obsažný výklad dějin filozofické i astronomicko- fyzikální kosmologie, který se čte jako kvalitní detektivka s rozluštěním na samém konci.

Otázka Proč je v noci tma? patří k těm samozřejmostem, na které se občas ptají malé děti, ale které většinou dospělé lidi moc netrápí, alespoň potud, pokud jejich zdravé myšlení nebylo narušeno vědeckou výchovou. Peter Zamarovský se v této souvislosti výstižně odvolává na analogii s gravitací. To, že neupevněné předměty padají samy od sebe k zemi, také obvykle nikoho neudiví, neboť to běžně pozorujeme.

Naproti tomu magnetismus, který lze pozorovat spíše výjimečně a pouze u některých látek, byl považován za velmi vzrušující záhadu již od starověku a patrně i daleko dříve. Otázka noční tmy se přestala jevit jako samozřejmost teprve dlouho po tom, co rozvoj astronomie a filozofie stimuloval vznik prvních racionálních představ o vesmíru jako celku.

Jedním z problémů, který trápil lidstvo od nejstarších dob, byla otázka, zda je vesmír, chápaný jako souhrn všeho existujícího na zemi, na nebi i za nebem a pod zemí, konečný nebo nekonečný. V tradičních náboženských a mytologických systémech se většinou hovoří tak, jako by byl vesmír konečný, jako by měl nějakou hranici. Nicméně již někteří řečtí filozofové si uvědomili, že představa hranice vesmíru je spojena s paradoxem. Tak např. významný pythagorejec Archytás z Tarentu, který byl ve svém městě vedoucím politikem, stratégem a zároveň i zručným technikem, vynálezcem, astronomem a mechanikem, argumentoval, že kdyby byl vesmír zakončen hranicí, muselo by i za ní něco být, museli bychom být schopni rozlišovat mezi tím, co je za touto hranicí a co je před ní. Co se stane s oštěpem, hodíme-li ho proti hranici vesmíru, odrazí se? Pak se můžeme ptát, od čeho? Nebo vyletí z vesmíru? Kam?

Na základě podobných úvah se již v antice objevily filozofické školy (např. atomisté, epikurejci či stoikové), jejichž představitelé považovali vesmír za nekonečný.

Nicméně nejvlivnější antické filozofické směry, ovlivněné přímo nebo nepřímo Platonem a Aristotelem, nekonečnost vesmíru odmítaly. Zvláště Platon byl tak vášnivým odpůrcem myšlenky nekonečného světa, že se prý dokonce nějakou dobu pokoušel spisy atomistů skoupit (naštěstí neúspěšně), aby je mohl všechny spálit.

Na představě konečného vesmíru (Řekové používali snad již od dob pythagorejců termín kosmos, což původně znamenalo mimo jiné uspořádání, soustavu, „lad“) je založen nakonec i vůbec nejúspěšnější antický model uspořádání vesmíru, tj. geocentrická soustava Klaudia Ptolemaia, která předpovídala pohyby nebeských těles s do té doby nevídanou přesností, takže byla s výhodou používána i prakticky mimo rámec astronomie, např. při navigaci v mořeplavbě. Ptolemaiova geocentrická soustava (publikovaná řecky ve spise Megalé syntaxis) byla i mimo vědeckou a filozofickou obec pokládána za natolik významnou, že vydání jejího arabského překladu (pod názvem Almagest) se stalo součástí oslav uzavření míru mezi Byzancí a abásovským chalífátem.

V katolické Evropě se v pozdějším středověku stala Ptolemaiova soustava, spolu s Aristotelovou filozofií, zásluhou Tomáše Akvinského téměř oficiální součástí církevní věrouky a byla církví hájena s takovou (jak doslova praví Peter Zamarovský) vehemencí, že se to v pozdějších dobách negativně podepsalo na její autoritě. Proces s Galileem i jeho odvoláním- neodvoláním je dobře známý, daleko dojemnější je ovšem tragédie nadšeného propagátora nekonečného vesmíru Giordana Bruna, který byl v Římě upálen v r. 1600. Brunova poprava vykopala mezi katolickou církví a některými přívrženci moderní přírodovědy na několik století příkop nenávisti, jehož dozvuky můžeme spatřovat v proticírkevní politice za Francouzské revoluce a v leninských diktaturách 20. století. (Poslední věta představuje ovšem pouze interpretaci autora těchto řádků, nikoliv Petra Zamarovského.)

Brunův konec na hranici měl ale původně dosti poklidnou předehru. Patnácté století bývá mnohými autory považováno za vrchol renesance. V tomto období jsou mimo jiné znovuobjevovány polozapomenuté a zcela zapomenuté poznatky antické civilizace. Vzdělanci si uvědomují, že antická věda a filozofie nebyly dílem pouze Aristotela. V r. 1440 zakládá Cosimo de Medici ve Florencii Akademii, jejíž činnost volně navazuje na tradici platonské Akademie, kterou v 6. století zakázal křesťanský císař Justinián. Později byl v Benátkách objeven latinský překlad díla řeckého historika Diogena Laertského O životě a učení filosofů, v němž autor kromě života popisuje i myšlenky nejznámějších řeckých filozofů. Ve známost tak vešla i nejradikálnější antická kosmologie Epikurova, popisující nekonečný a věčný vesmír, o němž bohové vědí stejně málo jako lidé. Zajímavé je, že již o několik desetiletí před objevením Laertského dějin vyšel spis kardinála Mikuláše Kusánského O vědoucím nevědění, který v některých směrech připomíná názory charakteristické pro epikurovskou kosmologii. Kusánský se ale vyjadřuje značně neprůhledným, abstraktně filozofickým jazykem. Jeho spis nebyl současníky moc pochopen a žádné vzrušení nevyvolal. Opravdovou bouři způsobil teprve Koperník, v polovině 16. století.

Zdá se, že poměry v protestantské části Evropy byly přece jenom o něco liberálnější než na katolickém jihu. Psal se rok 1576, bylo to tedy plných 24 let před ostudnou Brunovou popravou, když anglický astronom a matematik Thomas Digges, velký propagátor heliocentrismu, „vzal Koperníkův planetární systém a vsadil ho do nekonečného vesmíru starých epikurejců“. Zrušil tak poslední relikt aristotelismu, sféru stálic. Digges tedy, stejně jako Bruno, předpokládal nekonečný vesmír s nekonečným počtem hvězd, které představují vzdálená slunce.

Přitom si všiml záhady, kterou antičtí autoři asi nereflektovali (alespoň o tom nemáme žádné zprávy), že v takovémto vesmíru by noční obloha neměla být temná. V nekonečném vesmíru by totiž v každém směru měla ležet nějaká hvězda, byť jakkoli vzdálená. Celá obloha by se tedy měla jevit stejně jasnou jako povrch slunce. Digges tak objevil to, co dnes nazýváme fotometrickým paradoxem nekonečného vesmíru nebo také – nepříliš správně – Olbersovým paradoxem.

Digges se také domníval, že se mu podařilo paradox vysvětlit. Tvrdil totiž, že „většina oněch světel nám zůstává neviditelná právě pro jejich udivující vzdálenost“.

Jeho vysvětlení paradoxu vypadá přirozeně, nicméně odporuje zákonu objevenému o několik let později Keplerem, podle kterého intenzity světla ubývá se čtvercem vzdálenosti. Ve vesmíru náhodně vyplněném hvězdami totiž počet hvězd se vzdáleností roste podle téhož zákona, takže oba efekty se navzájem ruší. Na tento nedostatek Diggesova řešení upozornil také Galileo. Jak tedy vypadala situace v první polovině z hlediska astronomie silně přelomového 17. století?

Musím se přiznat, že speciálně Keplerovo stanovisko mi z knihy Petra Zamarovského není úplně jasné. Cituji: „Ve svém posledním díle Přehled koperníkovské astronomie […] řeší Kepler fotometrický paradox předpokladem, že nevidíme vesmír celý, ale pouze jeho část. Tato část je uzavřena jakousi neprůsvitnou stěnou. Kepler se tak v jistém smyslu vrací k starému modelu aristotelsko- ptolemaiovskému, tedy k vesmíru, který je nějak ohraničen. Na druhé straně se Keplerův přístup podobá i pozdějším řešením, která počítala s absorpcí světla v mezihvězdné látce.“

Pokud právě citované pasáži textu rozumím správně, Kepler uvažuje nekonečný epikurejský vesmír, který dělí na konečné části, aby se vyhnul fotometrickému paradoxu.

Leč citujme další část textu: „K epikurejskému vesmíru měl hluboce věřící Kepler výhrady i ryze teologické. Jak by mohl Bůh zařídit vše pro lidi a jak by mohl být člověk mistrovským dílem Božím, kdyby byl vesmír plný takových zeměkoulí a takových sluncí, jako jsou ta naše? A tak se Kepler, sám pronásledovaný coby protestant, postavil i proti názorům pronásledovaného Giordana Bruna, mezi jehož nejzávažnější prohřešky patřilo právě to, že kosmos považoval za nekonečný. Brunovy názory označil přívlastkem horrida – strašlivé.“

Kepler si podle svých vlastních slov představoval, že „fakticky se v jejím středu (středu oblasti stálic) jistě nachází určité nesmírné prázdno, prázdná výduť, obklopená v semknuté řadě stálicemi, uzavřenými a ohraničenými jakoby stěnou nebo klenbou. Naše Země se Sluncem a pohyblivými hvězdami (planetami) se nachází v lůně této nesmírné prázdné dutiny.“

To by vypadalo na jakousi heliocentrickou variantu aristotelovského, pevnou sférou ohraničeného vesmíru. Jenomže vezmeme-li v úvahu předcházející tvrzení, že nevidíme vesmír celý, že se tedy za sférou hvězd nacházejí další části vesmíru, není jasné, jak se vlastně Kepler „strašlivé“ představě vesmíru Giordana Bruna vyhnul. Navíc není ani jasné, jak je možné se vyhnout představě více „zeměkoulí“, pokládáme-li Zemi za planetu. A konečně také, za co vlastně Kepler pokládal stálice, nechtěl-li je považovat jako Bruno za jiná slunce.

To popis stanoviska Galilea Galileiho mi připadá srozumitelnější. Galileo si vesmír představoval podobně jako staří stoikové, to jest jako konečný oblak hvězd obklopený nekonečnou prázdnotou. Tato představa také umožňovala řešení fotometrického paradoxu. Ovšem jenom dočasně.

Byl to sám Newton, který po svém objevu gravitačního zákona ukázal, že konečný soubor stálic by se vlivem gravitace musel zhroutit do svého středu. Prostor tedy musí být vyplněn stálicemi celý. (Planety se nezhroutí na Slunce jedině díky svému oběžnému pohybu, který jim vtiskl na počátku světa Bůh.) Mezi ostatními tělesy však podle Newtona žádný rotační pohyb neexistuje, Newton se tak plně vrátil k nekonečnému vesmíru, v němž ovšem představuje fotometrický paradox jeden z hlavních problémů.

V dalších stoletích byl fotometrický paradox v rámci newtonovské kosmologie „vyřešen“ nejrůznějšími způsoby. Jak se ale později ukázalo, měla všechna tato řešení vždy nějakou slabinu. Ještě na konci 20. století obsahovala prý většina řešení tohoto paradoxu uvedená ve vysokoškolských učebnicích nějakou chybu. Z tohoto hlediska připomíná zkoumání fotometrického paradoxu nápadně dvaapůltisíciletou snahu dokázat pátý Eukleidův postulát. Mnoho autorů bylo přesvědčeno, že se jim důkaz podařil, ale nakonec se v takových důkazech vždy objevila nějaká chyba. Teprve v 19. století se ukázalo, že pátý postulát je na axiomech eukleidovské geometrie nezávislý, a že je tudíž možná i do té doby naprosto nepředstavitelná geometrie neeukleidovská.

Historie zkoumání fotometrického paradoxu probíhala v jistém slova smyslu opačně. Nejprve byly v prvních desetiletích 20. století v důsledku dramatického vývoje ve fyzice překonány tradiční představy newtonovské kosmologie a nahrazeny do té doby těžko představitelnými modely obecně relativistické, v užším slova smyslu fyzikální kosmologie, a teprve pak se postupně ukázalo, že v nejpravděpodobnějších variantách této nové kosmologie je fotometrický paradox vysvětlitelný vlastně bez jakýchkoli dalších předpokladů.

Nechtěl bych čtenáře připravovat o potěšení z napínavé četby tím, že bych předem prozradil, jak toto vysvětlení v rámci současné kosmologie konkrétně vypadá. Snad ale nic nepokazím, když napíši, že prvním, kdo jej publikoval, byl pravděpodobně americký kosmolog Edward Harrison.

V závěru svého vyprávění si autor klade otázku, zda současné řešení fotometrického paradoxu je řešením definitivním, a odpovídá, že podle jeho názoru ano, i když si v přírodní vědě stoprocentně jisti nemůžeme být ničím. Jsem téhož názoru. Současné řešení kosmologického paradoxu by mohlo být zpochybněno jedině zásadní proměnou našich představ o vesmíru, nikoliv pouze nalezením nějaké dílčí chyby.