StrucnaHistorieKor2.qxp_Sestava 1 11.07.19 15:15 Stránka 3
Stručná historie téměř všeho BILL BRYSON
StrucnaHistorieKor2.qxp_Sestava 1 11.07.19 15:15 Strรกnka 6
StrucnaHistorieKor2.qxp_Sestava 1 11.07.19 15:15 Stránka 7
Fyzik Leo Szilard kdysi oznámil svému příteli Hansi Bethemu, že uvažuje o zavedení deníku. „Nemám v úmyslu publikovat. Chci jen zaznamenávat údaje, abych mohl informovat Boha.“ „Nemyslíš, že Bůh všechna fakta zná?“ zeptal se ho Bethe. „Ano,“ řekl Szilard. „On zná fakta, ale nezná tuto verzi faktů.“ HANS CHRISTIAN VON BAEYER, TAMING THE ATOM (ZKROCENÍ ATOMU)
StrucnaHistorieKor2.qxp_Sestava 1 11.07.19 15:15 Stránka 9
ÚVOD
Vítejte. A blahopřeji vám. Jsem rád, že jste to zvládli. Dostat se sem nebylo nijak snadné, já vím. Myslím si, že to bylo trochu těžší, než si uvědomujete. Pro začátek vám mohu říct, že k tomu, abyste byli teď zde, bylo zapotřebí bilionů vznášejících se atomů, které musely být nějakým složitým a nezbytným způsobem sestaveny dohromady. Je to uspořádání tak specializované a zvláštní, že nebylo vyzkoušeno nikdy předtím a bude existovat jen jednou. V příštích mnoha letech (doufáme) se budou tyto nepatrné částice trpělivě zapojovat do miliard obratných, kolektivních úsilí, abyste zůstali neporušeni, a umožní vám prožít nanejvýš uspokojivý, ale všeobecně podceňovaný stav známý jako existence. Proč se atomy zabývají tímto problémem, je tak trochu záhada. Být vámi není na úrovni atomu nijak vděčná funkce. Přes veškerou oddanou pozornost se atomy o vás ve skutečnosti nezajímají – opravdu, ani nevědí, že tady jste. Nevědí ani, že ony jsou zde. Jsou to útvary, které nemají mysl, nejsou vůbec živé. (Je to trochu přitažené za vlasy, ale představte si, že kdybyste se rozebrali pomocí pinzety, jeden atom za druhým, vytvořili byste hromádku jemného atomového prachu, v němž by ani jedna částečka nebyla živá, a přesto by všechny dohromady tvořily vás.) Ale v průběhu vašeho života budou jaksi reagovat na jediný převládající impulz – udržet vás tak, abyste to byli stále vy. Špatnou zprávou je, že atomy jsou vrtkavé a čas jejich oddanosti je skutečně pomíjivý. I dlouhý lidský život trvá jen asi 650 000 hodin. 9
StrucnaHistorieKor2.qxp_Sestava 1 11.07.19 15:15 Stránka 10
STRUČNÁ HISTORIE TÉMĚŘ VŠEHO
A když se váš čas zde naplní, z neznámých důvodů vás vaše atomy přestanou tvořit, tiše se oddělí a stanou se jinými věcmi. A ty budou existovat místo vás. Stejně se můžeme radovat, že k tomu vůbec dochází. Obecně řečeno, ve vesmíru se to nestává, pokud víme. Je to rozhodně zvláštní, protože atomy, které se tak hojně a vhodně sdružují, aby vytvořily něco živého na Zemi, jsou přesně tytéž atomy, které to jinde odmítají dělat. Ať je to cokoli jiného, na úrovni chemie je život podivně světský: uhlík, vodík, kyslík a dusík, trocha vápníku, kapka síry, lehký poprašek jiných, velmi obyčejných prvků – nic, co byste nenašli v obyčejné drogerii – a to je všechno, co potřebujete. Jediná zvláštní věc na atomech, které vás tvoří, je, že vás tvoří. To je ovšem zázrak života. Ať atomy tvoří, nebo netvoří život v jiných koutech vesmíru, vytvářejí mnoho jiných věcí. Ve skutečnosti tvoří všechno ostatní. Bez nich by nebyla žádná voda, vzduch, ani skály, žádné hvězdy nebo planety, žádné vzdálené plynné mraky či vířící mlhoviny nebo jakékoli z dalších věcí, které činí vesmír tak užitečně materiálním. Atomy jsou tak početné a potřebné, že snadno přehlédneme, že vlastně nemusejí vůbec existovat. Neexistuje žádný zákon, který by vyžadoval, aby se vesmír zaplňoval malými částicemi hmoty nebo produkoval světlo a tíhu a další fyzikální vlastnosti, na nichž naše existence závisí. Vesmír ve skutečnosti nemusí vůbec být. Velmi dlouho nebyl. Nebyly žádné atomy a žádný vesmír, v němž by se pohybovaly. Nebylo nic – vůbec nikde nic. Takže díkybohu za atomy. Ale skutečnost, že máte atomy a že se ochotně shromaždují, je jen část darů, jichž se vám zde dostalo. Abyste zde byli nyní, žili ve dvacátém prvním století a byli dost chytří na to, abyste to věděli, museli jste mít také mimořádnou záplavu biologického štěstí. Přežít na Zemi je nesmírně náročná věc. Z miliard a miliard druhů všeho živého, které existovaly od úsvitu věků, zde už většina – 99,99 procent – není. Víte, život na Zemi je nejen krátký, ale také neuvěřitelně vzácný. Je zvláštním rysem naší existence, že pocházíme z planety, které se daří podporovat život, ale ještě lépe ho ničit. Průměrný druh na Zemi žije jen asi čtyři miliony let. Chcete-li zde tedy pobývat miliardy let, musíte být stejně nestálí jako atomy, z nichž jste stvořeni. Musíte být připraveni na změnu všeho v sobě – 10
StrucnaHistorieKor2.qxp_Sestava 1 11.07.19 15:15 Stránka 11
ÚVOD
tvaru, velikosti, barvy, příslušnosti k druhu, všeho – a dělat to opakovaně. Mnohem snadněji se to řekne než udělá, protože proces změny je náhodný. Dostat se z „protoplazmatické primordiální atomové globulární částice“ (jak se zpívá v písni Gilberta a Sullivana) a stát se vnímavým vzpřímeným moderním člověkem vyžaduje stále znovu a znovu měnit vlastnosti přesně načasovaným způsobem, a to po značně dlouhou dobu. To znamená, že jste si poslední 3,8 miliardy let v různých obdobích ošklivili kyslík, a pak jste ho zase bezmezně milovali, rostly vám ploutve a končetiny a elegantní lopatky, kladli jste vajíčka, čeřili vzduch rozeklaným jazykem, byli jste hladcí, měli jste srst, žili jste v podzemí, žili jste na stromech, byli jste velcí jako lovná zvěř a malí jako myš a milion dalších věcí. Sebemenší odchylka od některé z těchto evolučních změn, a mohli byste teď lízat řasy ze stěn jeskyně nebo se povalovat na kamenitém pobřeží jako mrož či byste mohli chrlit vzduch otvorem na temeni hlavy, než se potopíte do hloubky dvaceti metrů pro hrst lahodných písečných červů. Měli jste nejenom štěstí, že odnepaměti patříte k privilegované evoluční linii, ale také obrovskou kliku, skoro bych použil přívlastek zázračnou, že patříte k linii svých předků. Uvědomte si výjimečnost skutečnosti, že po dobu 3,8 miliardy let, období delšího, než je stáří hor, řek a oceánů na Zemi, byl každý z vašich předků na obou stranách natolik přitažlivý, že našel partnera, který byl zdravý, takže se mohl rozmnožovat, a byl natolik požehnán osudem a okolnostmi, že se rozmnožování dožil. Ani jeden z vašich případných předků nebyl rozmačkán, sežrán, utopen, vyhladověn, nikde neuvázl, nezranil se a předčasně nezemřel ani se jinak neodklonil od své životní cesty, když doručoval malý náklad genetického materiálu správnému partnerovi v pravý okamžik, aby navěky zachoval řadu dědičných kombinací, které nakonec překvapivě vedly k vašemu stvoření. Toto je kniha o tom, jak se to stalo – zvlášť o tom, jak se stalo, že jsme vzešli z něčeho, co nebylo vůbec nic, a stali se něčím, a potom, jak trocha toho něčeho se změnila v nás, a také o tom, co se stalo mezitím a od té doby. Popis toho všeho by zabral spoustu místa, a proto se kniha nazývá Stručná historie téměř všeho, i když to tak ve skutečnosti není. Nemůže být. Ale s trochou štěstí, než skončíme, budeme mít pocit, že to tak je. 11
StrucnaHistorieKor2.qxp_Sestava 1 11.07.19 15:15 Stránka 12
STRUČNÁ HISTORIE TÉMĚŘ VŠEHO
Mým startovním bodem byla ilustrovaná kniha přírodopisu, kterou jsem měl jako učebnici ve čtvrté nebo páté třídě. Kniha byla standardní učebnicí z padesátých let, hodně opotřebovaná, odpudivá, těžká – ale na začátku měla ilustraci, která mě uchvátila. Průřez zeměkoulí odhalující vnitřek Země, jak by mohla vypadat, kdybyste planetu rozřízli velkým nožem a pečlivě vybrali klín představující asi čtvrtinu jejího objemu. Je stěží uvěřitelné, že jsem takovou ilustraci neviděl nikdy předtím, ale zřejmě to opravdu bylo poprvé, protože si jasně pamatuji, jak jsem byl pohledem na ni přímo ohromen. Upřímně řečeno, mám podezření, že můj zájem byl založen na tajné představě proudů nicnetušících motoristů jedoucích prériemi Spojených států směrem na východ a najednou padajících přes okraj útesu vysokého 6400 kilometrů, vedoucího mezi Střední Amerikou a severním pólem, ale postupně se moje pozornost obracela k vědeckému významu kresby a uvědomil jsem si, že se Země skládá z oddělených vrstev a končí uprostřed ve žhavé kouli ze železa a niklu, která je podle obrázku stejně horká jako povrch Slunce. Vzpomínám si, že jsem si s údivem pomyslel: „Jak to můžou vědět?“ Nepochyboval jsem o správnosti té informace ani na okamžik – stále mám sklon důvěřovat výrokům vědců způsobem, jakým věřím chirurgům, instalatérům a dalším vlastníkům tajných a privilegovaných informací – ale nemohl jsem za žádnou cenu pochopit, jak nějaká lidská mysl může přijít na to, co se nachází tisíce kilometrů pod námi, kam žádné oko nedohlédne a žádný rentgenový paprsek nepronikne, nemůže vidět, jaké to je a z čeho to je. Byl to pro mě naprostý zázrak. Takový je můj postoj k vědě od té doby stále. Vzrušeně jsem si toho večera vzal knihu s sebou domů, otevřel jsem si ji před večeří – čin, který přiměl mou matku, aby mi sáhla na čelo a zeptala se, jestli jsem v pořádku – a začal jsem ji číst od první stránky. A teď to přišlo. Kniha nebyla vůbec vzrušující. Nebyla vlastně vůbec k pochopení. Především neodpovídala na žádné otázky, které ve zvídavé mysli vyvolaly její ilustrace: Jak se stalo, že máme uprostřed planety Slunce? A jestliže tam hoří, proč není půda pod našima nohama horká? A proč se zbytek nitra neroztaví – nebo se roztaví? A když samotné jádro vyhoří, propadne se najednou část Země 12
StrucnaHistorieKor2.qxp_Sestava 1 11.07.19 15:15 Stránka 13
ÚVOD
do prázdnoty a na povrchu vznikne obrovská díra? A jak to víte? Jak jste to vypočítali? Ale autor knihy o takových podrobnostech mlčel – mlčel skutečně o všem kromě antiklinál, synklinál a axiálních zlomů a podobných věcí. Připadalo mi, že toho snad chtěl uchovat hodně v tajnosti tím, že to udělá nepochopitelným. Jak léta míjela, začal jsem mít podezření, že vůbec nejde o soukromý přístup. Zdálo se, že mezi autory učebnic existuje mystifikující všeobecné spiknutí s cílem zajistit, aby se materie, jíž se zabývají, nikdy nedostala do blízkosti něčeho aspoň trochu zajímavého a vždycky byla od něj vzdálená alespoň na délku meziměstského telefonního hovoru. Teď už vím, že je naštěstí mnoho vědeckých autorů, kteří píšou tu nejlépe srozumitelnou a nesmírně zajímavou prózu – Timothy Ferris, Richard Fortey a Tim Flannery jsou tři, kteří vyskočili ze stejného místa v abecedě (a to ani nemluvím o zesnulém, leč bohulibém Richardu Feynmanovi) – ale bohužel žádný z nich nenapsal učebnici, kterou jsem používal. Všechny moje učebnice napsali muži (byli to vždy muži), kteří měli zajímavý názor, že všechno se stane zajímavým, když se to vyjádří jako vzorec, a směšně mylné přesvědčení, že americké děti jsou nadšené, když kapitoly končí oddílem otázek, které si mohou ve volné chvíli samy probírat. A tak jsem vyrostl ve víře, že věda je děsivě nudná, ale doutnalo ve mně podezření, že nemusí být. Nepřemýšlel jsem však o tom, jestli bych tomu mohl nějak pomoci. A tak jsem k tomu také dlouhou dobu přistupoval. Mnohem později – asi před čtyřmi nebo pěti lety – jsem absolvoval dlouhou plavbu přes Tichý oceán. Znuděně jsem hleděl z okna kajuty na oceán zalitý měsíčním světlem, když mě s jistou nepříjemnou naléhavostí napadlo, že nevím ani to nejmenší o jediné planetě, na níž jsem kdy žil. Neměl jsem například ani tušení, proč jsou moře slaná, ale Velká jezera nejsou. Neměl jsem o tom ani nejmenší představu. Nevěděl jsem, jestli se oceány stávají časem slanějšími, nebo méně slanými a zda je úroveň salinity něco, čím bych se měl znepokojovat. (S velkým potěšením vám řeknu, že do konce sedmdesátých let neuměli na tuto otázku odpovědět ani vědci. Jen o tom moc hlasitě nemluvili.) A solnost oceánu samozřejmě představovala jen část mých neznalostí. Nevěděl jsem, co to je proton, nerozeznal jsem kvark od 13
StrucnaHistorieKor2.qxp_Sestava 1 11.07.19 15:15 Stránka 14
STRUČNÁ HISTORIE TÉMĚŘ VŠEHO
kvazaru, nevěděl jsem, jak je možné, že se geologové podívají na vrstvu skály ve stěně kaňonu a řeknou, jak je starý, nevěděl jsem skutečně nic. Začalo mě pevně ovládat tiché, nezvyklé nutkání vědět o těchto věcech trochu víc a pochopit, jak na ně lidé přišli. To pro mě zůstalo největším ze všech divů – jak vědci tyto poznatky zjistili. Jak může někdo vědět, kolik Země váží, jak staré jsou skály či co se opravdu nachází ve středu Země? Jak mohou vědět, jak a kdy vesmír začal a jaký byl, když začal? Jak vědí, co se odehrává v atomu? A jak, když na to přijde – nebo možná především –, to často vypadá, že vědci vědí všechno, ale přitom nedokážou předpovědět zemětřesení nebo nám říct, jestli si máme na závody příští středu vzít deštník? Proto jsem se rozhodl, že část svého života – jak se ukázalo, asi tři roky – se budu věnovat čtení knih a časopisů a hledáním svatých trpělivých odborníků připravených odpovědět na spoustu mých mimořádně prostoduchých otázek. Nápad spočíval v tom, že jsem chtěl zjistit, jestli je možné pochopit a zhodnotit zázraky a úspěchy vědy na úrovni nepříliš odborné či náročné na znalosti matematického aparátu, a přesto ne povrchní. A nejen je pochopit, ale také nad nimi žasnout a radovat se z nich. To byla moje představa a naděje a o tom má být kniha, kterou vám předkládám. V každém případě máme hodně toho, čím se zabývat, a mnohem méně než 650 000 hodin, v nichž to musíme stihnout, a proto začněme.
14
StrucnaHistorieKor2.qxp_Sestava 1 11.07.19 15:15 Stránka 15
I. ČÁST
ZTRACENI VE VESMÍRU
Jsou všechny ve stejné rovině. Všechny obíhají stejným směrem... Víte, je to dokonalé. Je to nádherné. Je to téměř zázračné. ASTRONOM GEOFFREY MARCY POPISUJE SLUNEČNÍ SOUSTAVU
StrucnaHistorieKor2.qxp_Sestava 1 11.07.19 15:15 Stránka 17
1 Jak vytvořit vesmír
Ať se budete snažit sebevíc, nikdy nepochopíte, jak malý, jak prostorově nenáročný je proton. Je až příliš malý. Proton je nekonečně malá část atomu, který je pochopitelně sám neskutečně nepatrná věc. Proton zabírá tak titěrný prostor, že mrňavá kapička inkoustu, velká asi jako tečka nad i, jich v sobě skrývá 500 000 000 000, o něco málo víc, než je počet sekund obsažených v půlmilionu let. Můžeme tedy přinejmenším říct, že protony jsou neobyčejně mikroskopické. Teď si představte, pokud to dokážete (a to samozřejmě nedokážete), jak se jeden z těchto protonů zmenšuje na miliardtinu své normální velikosti do prostoru tak malého, že ostatní protony jsou proti němu obrovské. A teď napěchujte do toho neskutečně maličkého prostoru asi 30 gramů hmoty. Podařilo se vám to? Výborně. Jste připraveni začít tvořit vesmír. Předpokládám samozřejmě, že chcete vytvořit inflační vesmír. Pokud byste raději tvořili staromódnější vesmír typu velkého třesku, potřebovali byste další materiály. Vlastně byste museli shromáždit všechno, co existuje – každé zrnko prachu a částici hmoty mezi tímto místem a okrajem tvoření – a vtěsnat to do prostoru nekonečně kompaktního, prostoru bez jakýchkoli dimenzí. Potom mluvíme o singularitě. V každém případě se připravte na skutečně velký třesk. Budete se samozřejmě chtít uchýlit na nějaké bezpečné místo, odkud byste mohli celé představení pozorovat. Bohužel takové místo není, protože vně singularity neexistuje žádné kde. Jakmile se vesmír začíná 17
StrucnaHistorieKor2.qxp_Sestava 1 11.07.19 15:15 Stránka 18
ZTRACENI VE VESMÍRU
rozpínat, nešíří se, aby zaplnil větší prázdnotu. Jediný existující prostor je ten, který si vesmír vytváří. Je přirozené, ale nesprávné představovat si singularitu jako těhotnou tečku visící v temné, bezhraničné prázdnotě. Není žádný prostor, žádná temnota. Singularita kolem sebe nemá žádné „kolem“. Není žádný prostor, který by zaplnila, žádné místo, kde by se nacházela. Nemůžeme se ani zeptat, jak dlouho zde je – jestli vznikla teprve nedávno jako dobrý nápad, nebo je zde věčně a tiše čeká na správný okamžik. Čas neexistuje. Není minulost, z níž by se vynořila. A tak náš vesmír začíná z ničeho. V jediném oslepujícím pulzu, okamžiku slávy příliš rychlé a expanzivní pro jakékoli slovní vyjádření, si singularita osobuje nebeské dimenze, prostor mimo koncepce. V první živé sekundě (sekundě, které mnoho kosmologů bude věnovat kariéru, aby ji oloupávali na stále tenčí plátky) se vytváří gravitace a další síly, jež vládnou fyzice. Za necelou minutu měří vesmír napříč téměř šestnáct set bilionů kilometrů a rychle se rozrůstá. Teď je velké teplo, šest miliard stupňů Celsia, dost na zahájení jaderných reakcí, které vytvářejí lehčí prvky, hlavně vodík a helium s trochou lithia (asi jedním atomem ve sto milionech). Za tři minuty je vytvořeno 98 procent veškeré hmoty, která existuje nebo bude existovat. Máme vesmír. Je to místo nejzázračnějších, nejvíce uspokojujících možností a je krásné. A to všechno bylo vytvořeno za čas, který potřebujete k přípravě jednoho sendviče. Kdy tento okamžik nastal, je věcí určité diskuse. Kosmologové se dlouho hádali, jestli se okamžik tvoření odehrál před 10 miliardami let, nebo před dobou dvojnásobně dlouhou, či někdy mezitím. Zdá se, že shoda se pohybuje kolem čísla 13,7 miliardy let, ale jak uvidíme později, je nesmírně obtížné to změřit či stanovit. Dá se jen říct, že v určitém neznámém okamžiku ve velmi vzdálené minulosti nastal z neznámých důvodů moment známý vědě jako t = 0. Vydali jsme se na cestu. Je toho samozřejmě mnoho, co nevíme, a mnoho toho, o čem si myslíme, že víme, ale ve skutečnosti nevíme, nebo jsme si jen dlouho mysleli, že víme. I pojem velký třesk je poměrně nedávný. Ta představa se objevovala od dvacátých let 20. století, kdy ho belgický kněz a učenec Georges Lemaître poprvé pokusně navrhl, ale aktivním pojmem v kosmologii se nestal až do šedesátých let 20. století. Tehdy 18
StrucnaHistorieKor2.qxp_Sestava 1 11.07.19 15:15 Stránka 19
JAK VYTVOŘIT VESMÍR
dva mladí radioastronomové uskutečnili bezděčný, přesto mimořádný objev. Jmenovali se Arno Penzias a Robert Wilson. V roce 1964 se pokoušeli využít velkou komunikační anténu, vlastnictví Bell Laboratories v Holmdelu ve státě New Jersey, ale měli problémy s trvalým šumem v pozadí – stálým „živočišným“ syčením, které znemožňovalo jakoukoli experimentální práci. Hluk nepolevoval a byl směrově indiferentní. Vycházel z každého bodu na obloze, den co den, během všech ročních období. Rok dělali astronomové, co mohli, aby zjistili, co je příčinou hluku, a mohli ji pak odstranit. Vyzkoušeli každý elektrický systém. Přestavěli přístroje, zkontrolovali obvody, zkroucené dráty, zaprášené zástrčky. Vlezli do parabolické antény a přelepili všechny spoje a nerovnosti izolační páskou. Znovu vlezli do parabolické antény s koštaty a kartáči a pečlivě ji vyčistili od toho, co v pozdější přednášce popsali jako bílý dielektrický materiál, známější jako ptačí trus. Nic z jejich opatření nefungovalo. Asi o padesát kilometrů dál na Princetonské univerzitě tým vědců, o němž naši dva radioastronomové nevěděli, pracoval pod vedením Roberta Dickea na tom, jak najít přesně tutéž věc, které se oni snažili tak usilovně zbavit. Princetonští výzkumníci šli za myšlenkou, kterou ve čtyřicátých letech předložil astrofyzik ruského původu George Gamow. Její podstatou bylo, že při pohledu dostatečně hluboko do vesmíru by se mělo najít nějaké kosmické záření pozadí, záření zbylé po velkém třesku. Gamow vypočítal, že než se záření rozšíří v celém rozsáhlém kosmu neboli urazí vzdálenost z jednoho jeho konce na druhý, dosáhne Země v podobě mikrovln. V pozdější přednášce dokonce navrhl přístroj, který by je mohl detekovat – Bellovu anténu v Holmdelu. Bohužel ani Penzias a Wilson, ani nikdo z princetonského teamu Gamowovu přednášku nečetl. Šum málem dohánějící Penziase a Wilsona k zoufalství byl právě ten, který Gamow předpokládal. Našli okraj vesmíru nebo alespoň jeho viditelnou část vzdálenou 140 miliard bilionů kilometrů. „Viděli“ první fotony – nejstarší světlo ve vesmíru –, i když je čas a vzdálenost proměnily v mikrovlny. Přesně jak Gamow předpovídal. Alan Guth ve své knize The Inflationary Universe (Inflační vesmír) poskytuje analogii, která pomáhá ukázat tento objev v perspektivě. Jestliže bychom přirovnali nahlédnutí do hlubin vesmíru k pohledu ze stého 19
StrucnaHistorieKor2.qxp_Sestava 1 11.07.19 15:15 Stránka 20
ZTRACENI VE VESMÍRU
poschodí mrakodrapu Empire State Building, které by představovalo dnešek, a s okamžikem velkého třesku na úrovni ulice, pak by se nejvzdálenější galaxie, jaké před Wilsonovým a Penziasovým objevem člověk našel, nalézaly kolem šedesátého poschodí a vzdálenější objekty, kvazary, asi ve dvacátém. Penziasův a Wilsonův objev posunul naši známost s viditelným vesmírem přibližně k místu necelého půldruhého centimetru nad chodníkem. Wilson a Penzias, kteří stále ještě neznali příčinu šumu, zatelefonovali Dickovi do Princetonu a popsali mu svůj problém v naději, že by jim mohl navrhnout řešení. Dick si ihned uvědomil, co ti dva mladí muži našli. „Tak, hoši, právě jsme vyhráli,“ řekl svým kolegům, když položil sluchátko. Brzy nato Astrological Journal publikoval dva články. Jeden od Penziase a Wilsona popisující jejich zkušenosti s oním syčením, druhý od Dickeho týmu vysvětlující jeho podstatu. Přestože Penzias a Wilson nehledali kosmické reliktní záření, nevěděli, co to je, když je našli, a nepopsali ani neinterpretovali v žádné přednášce jeho charakter, dostali v roce 1978 Nobelovu cenu za fyziku. Princetonští výzkumníci získali jen sympatie. Podle Dennise Overbye z Lonely Heart of the Cosmos (Osamělá srdce v kosmu) ani Penzias, ani Wilson vůbec nechápali význam toho, co našli, dokud si o tom nepřečetli v New York Times. Mimochodem – rušení způsobované kosmickým reliktním zářením je něco, co jsme zažili všichni. Nalaďte si svůj televizor na jakýkoli kanál, který nevysílá, a asi jedno procento elektrostatického víření, jež uvidíte, spadá na vrub pozůstatků dávného velkého třesku. Až si příště budete stěžovat, že nic nedávají, vzpomeňte si, že můžete sledovat zrození velkého třesku. Přestože tomu každý říká velký třesk, mnoho knih nás nabádá, abychom tuto událost nepovažovali za explozi v běžném slova smyslu. Šlo spíš o náhlé roztažení neuvěřitelné míry. Co je způsobilo? Podle jednoho názoru je singularita konečnou fází dřívějšího hroutícího se vesmíru a my jsme jen jeden z věčného cyklu roztahujících se a hroutících se vesmírů, poněkud připomínajících měchýř na kyslíkovém přístroji. Další připisují velký třesk tomu, co nazývají „falešným vakuem“ neboli „skalárním polem“ či „energií vakua“ – v každém případě nějaké vlastnosti nebo věci, která vnesla do nicoty nestabilitu. Zdá se nemožné získat něco z ničeho, ale skutečnost, že kdysi nebylo 20
StrucnaHistorieKor2.qxp_Sestava 1 11.07.19 15:15 Stránka 21
JAK VYTVOŘIT VESMÍR
nic a teď existuje vesmír, je jasný důkaz takové možnosti. V úvahu přichází i představa, že náš vesmír je pouze část mnoha větších vesmírů, některých v jiných dimenzích, a že velké třesky probíhají stále všude. Možné je i to, že vesmír a čas měly před velkým třeskem nějaké jiné formy – formy nám natolik cizí, že si je neumíme představit – a velký třesk je nějakým druhem přechodné fáze, v níž vesmír přešel z formy, kterou nechápeme, do formy nám téměř srozumitelné. „Jsou to věci velmi blízké náboženským otázkám,“ řekl v roce 2001 pro New York Times dr. Andrej Linde, kosmolog ze Stanfordu. Teorie velkého třesku se zabývá ne třeskem samotným, ale následnými událostmi, k nimž došlo těsně, velmi těsně po něm. Spousta matematických výpočtů a bedlivého pozorování, co se děje v urychlovačích částic, vede vědce k víře, že se mohou podívat zpět až do 10–43 sekundy po okamžiku stvoření, kdy vesmír byl ještě tak malý, že byste k jeho nalezení potřebovali mikroskop. Nesmíme omdlévat nad každým mimořádným číslem, které se před námi objeví, ale možná stojí za to se nějakého chytit a podívat se na ně zblízka, jen abyste si připomněli jeho nepochopitelnou a neuvěřitelnou šíři. Tak 10–43 vteřiny je 0,0000000000000000000000000000000000000000001 sekundy.* Za většinu toho, co víme (nebo věříme, že víme) o prvních okamžicích vesmíru, vděčíme koncepci zvané inflační teorie, kterou jako první předložil k úvaze v roce 1979 Alan Guth, mladý fyzik zabývající se částicemi tehdy ve Stanfordu, nyní v MIT (Massachusettský technologický institut). Bylo mu dvaatřicet let a podle jeho vlastních slov předtím neudělal nic velkého. Pravděpodobně by nikdy neměl
* Slovo k vědecké poznámce: Vzhledem k tomu, že psaní velkých čísel je velmi těžkopádné, používají vědci zkrácené výrazy obsahující mocniny deseti, v nichž například 10 000 000 000 píšeme 1010 a 6 500 000 jako 6,5 x 106. Princip je jednoduše založen na násobcích deseti: 10 x 10 (neboli 100) je 102; 10 x 10 x 10 (neboli 1000) je 103 ; a tak dále, jasně a neomezeně, třeba až donekonečna. Exponent označuje počet nul po základním čísle. Záporný exponent udává o jedničku zmenšený počet nul za desetinnou čárkou (10–4 znamená 0,0001). I když vítám tento princip, zůstává pro mě záhadou, že někdo vida „1,4 x 109 km3“ okamžitě ví, že to znamená 1,4 miliard kubických kilometrů, a méně mě neudivuje ani skutečnost, že by si při tisku raději vybral první výraz než druhý (zvlášť v knize určené pro běžného čtenáře, kde se příklad nachází). Protože předpokládám, že mnoho běžných čtenářů je stejně nematematicky založených jako já, budu je používat zřídka, i když někdy se tomu nelze vyhnout, přinejmenším v kapitole pojednávající o věcech v kosmickém měřítku.
21
StrucnaHistorieKor2.qxp_Sestava 1 11.07.19 15:15 Stránka 22
ZTRACENI VE VESMÍRU
svou velkou teorii, kdyby náhodou nenavštívil přednášku o velkém třesku samého Roberta Dickea. Inspirovala Gutha k tomu, aby se začal zajímat o kosmologii a především o zrození vesmíru. Konečným výsledkem byla inflační teorie, podle níž se zlomek okamžiku po začátku tvoření vesmír podrobil náhlé dramatické expanzi. Roztáhl se, vlastně sám od sebe utekl, zdvojnásoboval se během každé 10–34 vteřiny. Celá epizoda nemohla trvat víc než 10–30 vteřiny, ale změnilo to vesmír z něčeho, co byste mohli držet v ruce, na cosi nejméně 10 000 000 000 000 000 000 000 000krát většího. Inflační teorie vysvětluje čeření a víry, které umožňují vznik našeho vesmíru. Bez nich by nebyly žádné shluky hmoty, a tedy ani žádné hvězdy, jen vznášející se plyn a věčná tma. Podle Guthovy teorie se v čase jedné desetimiliontiny biliontiny biliontiny biliontiny sekundy objevila gravitace. Po další směšně krátké době se připojil elektromagnetismus a silné a slabé jaderné síly – náplň fyziky. Za okamžik poté vznikly elementární částice – základ základu. Z vůbec ničeho tu najednou byly spousty fotonů, protonů, elektronů, neutronů a mnoho jiného – podle standardní teorie velkého třesku 1079–1089 od každého druhu. Taková množství jsou samozřejmě nepředstavitelná. Stačí vědět, že v jediném okamžiku jsme dostali velký vesmír, podle této teorie měřící napříč nejméně sto miliard světelných let, ale možná jakékoli velikosti až po nekonečno, a dokonale připravený pro vytvoření hvězd, galaxií a dalších složitých systémů. Z našeho hlediska je naprosto mimořádná skutečnost, jak dobře to pro nás dopadlo. Kdyby se vesmír utvářel jen nepatrně jinak – kdyby byla gravitace o zlomek silnější nebo slabší, kdyby rozpínání probíhalo o trochu pomaleji nebo rychleji – neexistovaly by stabilní prvky, z nichž jste stvořeni vy i já i Země, na níž stojíme. Vesmír sám by se při jen nepatrně silnější gravitaci, bez těch přesně vhodných hodnot, které mu daly správné dimenze, zhroutil jako špatně postavený stan. Kdyby však gravitace byla naopak jen o málo slabší, nic by se nespojilo, žádná souvislá hmota by se ve vesmíru nevytvořila a on sám by navždy zůstal nudnou prázdnotou. To je jeden z důvodů, proč někteří z vědců věří, že může existovat mnoho dalších velkých třesků, možná biliony a biliony, rozšířených 22
StrucnaHistorieKor2.qxp_Sestava 1 11.07.19 15:15 Stránka 23
JAK VYTVOŘIT VESMÍR
po velkém rozpětí věčnosti, a my existujeme právě v tomto, protože v něm můžeme existovat. Jak kdysi řekl Edward P. Tryon z Kolumbijské univerzity: „Jako odpověď na otázku, proč se to stalo, nabízím skromné tvrzení, že náš vesmír je prostě jedna z věcí, které se občas stávají.“ Guth k tomu dodává: „I když se stvoření našeho vesmíru zdá velmi nepravděpodobné, Tryon zdůraznil, že nikdo nepočítal neúspěšné pokusy.“ Martin Rees, britský královský astronom, věří, že existuje mnoho vesmírů, možná nekonečně mnoho, každý s jinými atributy, v různých kombinacích, a my prostě žijeme v jednom, který spojuje věci způsobem, jenž nám dovoluje existovat. Uvádí analogii s velkým obchodem s oděvy: „Jestliže je velká zásoba oděvů, nejste překvapeni, když najdete oblek, který vám dobře padne. Je-li mnoho vesmírů, každý ovládaný jiným souborem čísel čili konstant, v jednom z nich bude platit zvláštní soubor čísel umožňujících život. My žijeme právě v tom jednom.“ Rees tvrdí, že konkrétně našemu vesmíru vládne šest konstant a že kdyby se jejich číselná hodnota změnila, třeba jen velmi málo, nebylo by nic, jak je. Například pro existenci takového vesmíru, jaký známe, je nutné, aby se vodík přeměňoval na helium „okázalým“, přesným a stabilním způsobem, při němž se sedm tisícin jeho hmoty mění v energii. Kdyby se tento podíl jen nepatrně snížil, například z 0,7 procenta na 0,6 procenta, nekonala by se žádná transformace prvků. Ve vesmíru by nebylo nic jiného než vodík. Pokud by se naopak jen o málo zvýšil, řekněme na 0,8 procenta, přeměna vodíku na helium by probíhala tak divoce, že by se vodík dávno vyčerpal. V každém případě by sebemenší pozměnění číselné hodnoty základních konstant mělo za následek, že by vesmír tak, jak ho známe a potřebujeme, přestal existovat. Řekl bych, že zatím je všechno v pořádku. Z dlouhodobého hlediska se může ukázat, že gravitace je příliš silná a jednoho dne zastaví roztahování vesmíru a způsobí jeho hroucení do sebe, až se „namačká“ do nové singularity a celý proces možná začne znovu. Na druhé straně může být příliš slabá a vesmír se bude roztahovat dál a dál, až všechny jeho hmotné části budou od sebe tak vzdálené, že nebude naděje na interakce mezi nimi a vesmír se stane velmi prostorným, 23
StrucnaHistorieKor2.qxp_Sestava 1 11.07.19 15:15 Stránka 24
ZTRACENI VE VESMÍRU
ale současně i nehybným, mrtvým místem. Třetí možností je, že gravitace je správná; kosmologové ji označují termínem „vesmír má kritickou hustotu“. V tom případě gravitace postupně zastaví roztahování a bude vesmír držet v pevných dimenzích po neomezeně dlouhou dobu. Kosmologové tento stav ve svých jasnějších chvilkách označují jako Goldilocksův efekt – všechno je správné. Těmto třem možným typům vesmíru se v pořadí, jak jsem je uvedl, dávají přívlastky uzavřený, otevřený a plochý. Všechny nás asi napadla otázka: Co by se stalo, kdybychom přicestovali k okraji vesmíru a prostrčili hlavu oponou? Kde bychom měli hlavu, kdyby se ocitla mimo vesmír? Co bychom našli za ním? Odpovědí bohužel je, že se nám to nikdy nemůže podařit. Ne proto, že by přemístění k okraji vesmíru trvalo nepředstavitelně dlouho, ale z principiálního důvodu: ani v případě, že bychom odhodlaně a neustále cestovali vpřed po přímce, nikdy bychom se k hranicím vesmíru nedostali. Místo toho bychom se ocitli zpět na místě, kde jsme začali (v tom okamžiku bychom asi rezignovali). Vesmír se totiž v souladu s Einsteinovou teorií relativity (k níž se v příslušné době dostaneme) ohýbá způsobem, který si neumíme přiměřeně představit. Pro tuto chvíli nám musí postačit vědomí, že nejsme unášeni v nějaké velké, roztahující se bublině. Ani označení „rozpínající se vesmír“ není přesné, protože – jak poznamenal fyzik a nositel Nobelovy ceny Steven Weinberg – „sluneční soustava a galaxie se nerozpínají, ani vesmír sám o sobě se nerozpíná“. Spíš lze říct, že se od sebe řítí pryč. Je to všechno otázka intuice. Biolog J. B. S. Haldane kdysi prohlásil: „Vesmír je nejen podivnější, než se domníváme; je podivnější, než se dokážeme domnívat.“ Pro vysvětlení zakřivení vesmíru se obvykle uvádí analogie s představou přivedení fiktivního tvora z dvourozměrného, plochého vesmíru, který není schopen vnímat kouli, na Zemi. Bez ohledu, jak daleko půjde po povrchu planety, nikdy nedojde na okraj. Nakonec by se mohl vrátit na místo, odkud se na pouť vydal, byl by naprosto zmatený a neměl by pro tento výsledek žádné vysvětlení. Stejně by se v prostoru s vyšším počtem dimenzí vedlo nám. Podobně jako bychom nenašli okraj takového vesmíru, neexistuje ani místo, o němž bychom mohli prohlásit: „Toto je místo, kde všechno začalo, zde je ten pravý střed všeho.“ My všichni pravděpodobně 24
StrucnaHistorieKor2.qxp_Sestava 1 11.07.19 15:15 Stránka 25
JAK VYTVOŘIT VESMÍR
jsme ve středu toho všeho. Vlastně ani to nevíme jistě a nemůžeme to matematicky dokázat. Vědci se jen domnívají, že nemůžeme být opravdu středem vesmíru – uvažujte, co by to znamenalo –, ale že se to tak jeví všem pozorovatelům, ať jsou kdekoli. Přesto to s naprostou určitostí nevíme. Pro nás vesmír sahá jen tak daleko, kam se dostalo světlo za miliardy let od doby, kdy vesmír vznikl. Rozlehlost tohoto viditelného vesmíru, o němž můžeme mluvit, lze vyjádřit milionem milionů milionů milionů (to je 1 000 000 000 000 000 000 000 000) mil (1 míle je přibližně 1,6 km). Avšak podle většiny teorií vesmír obecně, meta-vesmír, jak se někdy nazývá, je ještě mnohem prostornější. Podle Reese by se rozměr tohoto většího, neviděného vesmíru nepsal „ani číslem s třiceti nulami, ani se stovkou nul, ale s miliony nul světelných let“. Stručně řečeno, je v něm víc prostoru, než si umíte představit, aniž do toho zapojíte představu ještě nějakého dalšího vesmíru za ním. Teorie velkého třesku měla dlouho jednu zející díru, která trápila mnoho vědců a filozofů. Nevyplývalo z ní, jak vzniklo všechno kolem nás a my samotní. I když 98 procent veškeré dnes existující hmoty bylo vytvořeno ve velkém třesku, ta materie se skládala výlučně z lehkých plynů – helia, vodíku a lithia, o nichž jsme se zmínili dříve. Ani jedna částice těžších prvků, tak důležitých pro naši existenci – uhlíku, dusíku, kyslíku a mnoha dalších – nevznikla z plynného odvaru při tvoření. Vynořuje se tedy problematická otázka původu. Na jedné straně je k vytvoření těžkých prvků nutný druh tepla a energie velkého třesku, ale onen jediný velký třesk je nezrodil. Odkud tedy pocházejí? Je zajímavé, že na tuto otázku našel odpověď kosmolog, který teorií vzniku vesmíru v jakési počáteční „explozi“ z hloubi duše opovrhoval a pojem „velký třesk“ vymyslel jako sžíravou ironii. Zakrátko se o něm zmíním, ale než se budeme věnovat otázce, jak jsme se sem dostali, stojí za to věnovat několik minut úvaze, co to „sem“ přesně znamená.
25
StrucnaHistorieKor2.qxp_Sestava 1 11.07.19 15:15 Stránka 26
2 VÍTEJTE VE SLUNEČNÍ SOUSTAVĚ
Dnešní astronomové mohou dělat velmi pozoruhodné věci. Kdyby někdo na Měsíci škrtl sirkou, všimli by si plamínku. Z nepatrného tepání a chvění vzdálených hvězd dokážou určit velikost a charakter a dokonce i obyvatelnost planet tak vzdálených, že je nemůžeme vidět, tak vzdálených, že by nám trvalo půl milionu let, než bychom se tam v kosmické lodi dostali. Pomocí radioteleskopů mohou zachytit tak neskutečně slabé stopy záření, že celkové množství energie přicházející z oblasti mimo sluneční soustavu zachycené jimi všemi dohromady od chvíle, kdy se s tím v roce 1951 začalo, je podle slov Carla Sagana menší než energie jediného slunečního paprsku dopadajícího na zem. Stručně řečeno, ve vesmíru se neděje mnoho věcí, které by astronomové s trochou snahy nenašli. Proto je skutečnost, že až do roku 1978 nikdo neobjevil existenci oběžnice Pluta, velmi pozoruhodná. V létě toho roku mladý astronom James Christy z Americké námořní observatoře ve Flagstaffu v Arizoně prováděl běžnou prohlídku fotografií Pluta a zpozoroval, že tam něco přebývá, něco rozmazaného a nejasného, a přesto rozlišitelného od Pluta. Radil se s kolegou Robertem Harringtonem a dospěl k závěru, že se dívá na měsíc Pluta. A ne na měsíc ledajaký, v poměru k velikosti planety největší měsíc sluneční soustavy. To bylo něco jako rána pro postavení Pluta jako planety, už tak nepříliš pevné. Jelikož prostor obsazený Plutem i jeho měsícem byl doposud považován za jeden a tentýž, objev znamenal, že skutečná hmotnost Pluta je mnohem menší, než se předpokládalo. Dokonce 26
StrucnaHistorieKor2.qxp_Sestava 1 11.07.19 15:15 Stránka 27
VÍTEJTE VE SLUNEČNÍ SOUSTAVĚ
menší než Merkuru. Sedm měsíců ve sluneční soustavě, včetně našeho, ho předčí. Nabízí se otázka, proč trvalo tak dlouho, než někdo našel měsíc v naší sluneční soustavě. Odpověď je částečně dána tím, jaké přístroje se k detekování konstruují, a částečně charakterem planety Pluto a s tím souvisejícím zaměřením těchto přístrojů. Jak řekl Clark Chapman: „Většina lidí si myslí, že astronomové večer chodí do observatoře a pozorují oblohu. To není pravda. Téměř všechny teleskopy na světě jsou zaměřeny na velmi malé úseky oblohy a pozorují vzdálené kvazary či galaxie nebo hledají černé díry. Jedinou skutečnou síť teleskopů pozorujících oblohu navrhla a postavila armáda.“ Zkazily nás představy umělců o jasnosti rozlišování, která v astronomii ve skutečnosti neexistuje. Pluto na Christyho fotografii je slabý a rozmazaný – kus kosmického chuchvalce – a jeho měsíc není romanticky podsvícené nebeské těleso s ostrými konturami, jaké byste našli na obrázku v National Geografic, ale jde o dost malý a nezřetelný náznak další mlhavé skvrny. Byl natolik nejasný, že trvalo dalších sedm let, než si měsíce Pluta všiml někdo jiný a nezávisle tak potvrdil jeho existenci. Christyho objev měl jeden půvabný, vlastně symbolický aspekt spojený s místem. K objevu došlo ve Flagstaffu, právě tam, kde byla v roce 1970 planeta Pluto objevena. Za onu původní událost vděčíme hlavně astronomovi Percivalu Lowellovi. Lowell pocházel z jedné z nejstarších a nejbohatších bostonských rodin (té ze slavné písničky o Bostonu jako domovu fazolí a tresek, kde Lowellovi mluví jen s Cabotovými a Cabotovi jen s Bohem), vybavil slavnou observatoř, která nese jeho jméno. Do historie se ovšem nesmazatelně zapsal svou vírou, že Mars pokrývají kanály postavené Marťany k dopravě vody z polárních oblastí k zavlažování suché, ale úrodné půdy v blízkosti rovníku. Lowellovým dalším pevným přesvědčením byla existence neobjevené deváté planety kdesi za oběžnou dráhou Neptunu, nazvané planetou X. Lowell založil tuto víru na vlastních zjištěních nepravidelností v pohybech Uranu a Neptunu a poslední léta života věnoval snaze najít plynného obra, o němž byl přesvědčen, že tam musí být. Zemřel však bohužel náhle v roce 1916 a přinejmenším zčásti se na tom podílelo jeho vyčerpání z neúspěšného hledání. Výzkum byl 27