Zvětšit obrázek

Michio Kaku

Newtonova teorie vyjevila paradoxy, které jsou vlastní každé teorii nekonečného vesmíru. Zdánlivě prosté otázky vedly do močálu vzájemných rozporů. Newton již v době, kdy se vyhříval na výsluní slávy po vydání Principií, objevil, že jeho teorie gravitace nutně obsahuje paradoxy. Roku 1692 napsal reverend Richard Bentley Newtonovi dopis, který byl sice roztomile jednoduchý, avšak současně budil obavy. Protože gravitace je vždy přitažlivá a nikdy ne odpudivá, psal Bentley, znamená to, že každé uskupení hvězd se nakonec přirozeně zhroutí samo do sebe. Kdyby byl vesmír konečný, pak by noční obloha nebyla věčná a neměnná, ale stala by se scénou plnou nepředstavitelných masakrů, neboť hvězdy by narážely jedna na druhou a navzájem by splývaly do ohromných planoucích superhvězd. Bentley však současně upozornil na to, že pokud je vesmír nekonečný, pak by síla působící na kterýkoli objekt, ať už směrem doleva či doprava, byla rovněž nekonečná, takže by hvězdy měly být roztrhány na kusy v ohnivých kataklyzmatech.

Zpočátku se zdálo, že Bentley dal Newtonovi mat. Buď je vesmír konečný (pak by zkolaboval do ohnivé koule), anebo nekonečný (všechny hvězdy by v takovém případě byly roztrhány na kusy). Obě možnosti znamenaly katastrofu pro mladou teorii, kterou Newton navrhl. Zmíněný problém poprvé v historii ukázal, že teorie gravitace aplikovaná na celý vesmír vede k drobným, ale neodstranitelným paradoxům.

Newton odepsal po pečlivé úvaze a uvedl, že v Bentleyho argumentaci našel mezeru. Osobně dával přednost nekonečnému vesmíru, ale takovému, který je naprosto stejnoměrný. V takovém případě je každá hvězda tažena například směrem doprava nekonečným množstvím hvězd, ale současně je tažena nekonečným počtem jiných hvězd v opačném směru, doleva. Všechny síly ve všech směrech se tak navzájem kompenzují, jsou v rovnováze, takže vesmír může být statický. Je-li tedy gravitace vždy jen přitažlivá, pak jediným řešením Bentleyho paradoxu je homogenita a nekonečnost vesmíru.

Newton opravdu našel skulinu v Bentleyho argumentech. Byl však natolik chytrý, že si byl též vědom slabin ve vlastní odpovědi. V dopise připustil, že ačkoli je jeho řešení technicky správné, je ze své podstaty nestabilní. Newtonův stejnoměrný a nekonečný vesmír připomínal domeček z karet: byl zdánlivě pevný, ale náchylný se i při malé poruše zhroutit. Dalo se spočítat, že vychýlení byť jedné jediné hvězdy by vyvolalo řetězovou reakci, v jejímž důsledku by kupy hvězd začaly okamžitě kolabovat. Newton se v reakci chabě odvolal na „Boží moc“, jež zabraňuje domku z karet, aby se zhroutil. „Je třeba neustálý zázrak, aby se Slunce a stálice nezačaly působením gravitace pohybovat směrem k sobě,“ napsal.
Pro Newtona byl svět podobný gigantickému hodinovému stroji, který byl na počátku času natažen Bohem a od té doby bez jeho intervence tiká v souladu se třemi pohybovými zákony. Ale čas od času musí i sám Bůh zasáhnout a vesmír mírně poopravit, aby nedošlo k jeho zhroucení. (Jinými slovy, občas musí Bůh zasáhnout, aby scéna na jevišti života nespadla hercům na hlavu.)

Vedle Bentleyho paradoxu se vynořil paradox ještě hlubší, jenž se týká jakéhokoli nekonečného vesmíru. Olbersův paradox začíná tím, že si položíme prostou otázku, proč je noční obloha temná. Již Johannes Kepler si uvědomil, že v homogenním a nekonečném vesmíru bychom spatřili světlo přicházející z nekonečného počtu hvězd, ať už bychom pohlédli kterýmkoli směrem. Kdybychom hleděli na libovolné místo na noční obloze, přehlédli bychom zrakem posléze bezpočet hvězd a vnímali bychom nekonečné množství světla. Noční obloha by tudíž měla žhnout jako výheň! Po několik staletí byla skutečnost, že obloha je v noci černá, a nikoli bílá, zdrojem sice jemného, ale zato hlubokého kosmického paradoxu.
Olbersův i Bentleyho paradox je zdánlivě prostý, ale oba sužovaly mnoho generací filozofů a astronomů. Oba paradoxy vycházejí ze skutečnosti, že v nekonečném vesmíru se gravitační síla i světelné paprsky sčítají do nekonečných, nesmyslných hodnot. Během staletí byla navržena spousta nesprávných řešení. Kepler byl Olbersovým paradoxem zneklidněn natolik, že raději postuloval konečnost vesmíru, který je uzavřený uvnitř skořápky, takže do oka pozorovatele může dopadnout jen konečné množství světla hvězd.

Poprvé vyšlo 18.04.2007 (Dokořán)

Zmatení vyvolané tímto paradoxem bylo tak veliké, že ještě v roce 1987 plných 70 procent učebnic astronomie uvádělo jeho chybné vysvětlení.
Především se lze pokusit Olbersův paradox vyřešit tvrzením, že světlo hvězd je absorbováno mračny mezihvězdného prachu. Takové řešení navrhl sám Heinrich Wilhelm Olbers, když v roce 1823 paradox poprvé explicitně zformuloval. Olbers napsal: „Máme velké štěstí, že Země nepřijímá světlo hvězd z každého místa nebeské klenby! Ale i tak, při nepředstavitelné jasnosti a teplotě 90 000krát větší, než jakou nyní zažíváme, by Všemohoucí dokázal snadno stvořit organismy schopné přizpůsobit se tak extrémním podmínkám.“ Aby se Země neutápěla v lázni „tak zářivé jako sluneční disk“ a aby byl pozemský život možný, přišel Olbers s nápadem, že intenzivní teplo je pohlcováno mračny prachu. Kupříkladu žhnoucí centrum naší Galaxie, Mléčné dráhy, které by právem mělo dominovat noční obloze, je ve skutečnosti skryto za prachovými mračny. Pohlédneme-li do souhvězdí Střelce, kde se střed Mléčné dráhy nachází, nevidíme žádnou planoucí ohnivou kouli, ale jen temnou oblast.
Mračna prachu ale Olbersův paradox plně vysvětlit nedokážou. Za nekonečně dlouhou dobu by totiž pohltila světelnou záři z nekonečného počtu hvězd a nakonec by sama žhnula jako hvězdný povrch. Proto by i prachová mračna z noční oblohy sálala.

Podobně lze uvažovat o tom, že vzdálenější hvězdy jsou slabší než ty bližší. To je sice pravda, ale ani to neposkytuje uspokojivou odpověď. Pohlédneme-li na kousek noční oblohy, nejvzdálenější hvězdy jsou opravdu slabší, ale je jich současně více. Oba efekty se v homogenním vesmíru navzájem ruší, takže obloha by měla být bílá. (To by bylo dáno tím, že intenzita světla hvězdy klesá s druhou mocninou vzdálenosti, což se zase vyrovnává faktem, že počet hvězd naopak s druhou mocnou vzdálenosti narůstá.)
Je celkem zvláštní, že první osobou v historii, která paradox vyřešila, byl americký spisovatel tajuplných příběhů Edgar Allan Poe, který se astronomií dlouhodobě zabýval. Těsně před smrtí publikoval mnoho svých pozorování v nesourodé filozofické básni Eureka: báseň v próze. V pozoruhodné pasáži píše:

Byla-li by posloupnost hvězd nekonečná, pak by se nám nebeské pozadí jevilo rovnoměrně zářivé, jako uvnitř Galaxie – neboť nikde by nebylo žádného bodu, v němž by se nenacházela nějaká hvězda. Proto jediný způsob, jak lze za tohoto stavu věcí pochopit existenci prázdnot, které v bezpočtu směrů spatřujeme našimi teleskopy, je předpokládat, že vzdálenost dosud nespatřeného pozadí je tak nesmírná, že žádný paprsek z něj k nám dosud nemohl dorazit.

A svoji myšlenku uzavřel poznámkou, podle níž je tato myšlenka „natolik krásná, že není možné, aby ve své podstatě neobsahovala Pravdu“.
Je to opravdu klíč ke správné odpovědi. Vesmír není nekonečně starý. V jistém okamžiku byl stvořen. Lze proto nalézt hranici světla, jež dosud stačilo dorazit do našeho oka. Světlo z těch nejvzdálenějších hvězd prozatím nemělo dostatek času, aby k nám doletělo.

Pramen: Tento text je úryvkem z knihy
Michio Kaku: Paralelní světy - putování vesmírem, vyššími dimenzemi a budoucností kosmu
Překlad Jiří Podolský, vázaná s přebalem, 352 stran, 8 ilustrací, 398 Kč, ISBN 80-7363-018-4

Podrobnosti o knize
Úryvek z knihy Urychlovače na pracovním stole na Science Worldu 

Anotace vydavatele
Známý fyzik a zkušený popularizátor vědy Michio Kaku vykresluje ve své nejnovější knize fascinující a pozoruhodný obraz vesmíru, jak jej předkládá moderní fyzika na počátku 21. století. Ukazuje, že žijeme ve zlaté éře kosmologie: astronomické observatoře a družice poskytují záplavu unikátních dat, zatímco teoretikové čím dál odvážněji spekulují o zrození našeho světa, existenci paralelních světů, cestování v čase i o konečném osudu vesmíru.