Stephen W. Hawking: Ilustrovaná teorie všeho
Autor: Jan Fischer - Číslo: 2006/1 (Recenze)
Stephen W. Hawking, ILUSTROVANÁ TEORIE VŠEHO. Počátek a osud vesmíru. Z anglického originálu The Illustrated Theory of Everything. The Origin and Fate of the Universe, Copyright 2002 by New Millenium Press, přeložil Martin Žofka. Vydalo Argo, Praha 2004, 120 str.
Z Hawkingových knih už vyšly česky např. Stručná historie času (1991)1, Černé díry a budoucnost vesmíru (1995)2 a Vesmír v kostce (2002). Jeho knihy jednají o kosmologii (zrod, vývoj a možná budoucnost vesmíru, otázka Boha). Recenzovaná kniha vznikla z přednášek o názorech na vesmír, proč se musí rozpínat nebo smršťovat, o černých dírách, které mohou vyzařovat energii, o kvantových jevech ve vesmíru, o směru času a budování ucelené teorie.
1 Viz recenzi: Universum 8/1992, s. 30.
2 Viz recenzi: Universum 30/1999, s. 46.
Autor stručně líčí dějiny názorů na vesmír,3 podrobněji se věnuje až době počínaje Newtonem. Jeho Philosophiae naturalis principia mathematica označuje za největší fyzikální dílo v dějinách. Otázka vzniku vesmíru patřila do metafyziky nebo teologie; Hawking na ni hledá vědeckou odpověď, rozlišuje však počátek (jak vznikl) a účel (proč vznikl).
3 Člověk očekává, že odpověď na otázku o původu světa mu vyřeší i existenciální problémy. Proto i náboženské a filosofické soustavy podávají výklad o počátku světa. Přírodovědci hledají vědeckou odpověď, ale ptají se i po existenci Boha. Hawking si tyto otázky klade v této i ve svých dřívějších knihách.
Lidé se těžko loučili s představou statického vesmíru. O jeho rozpínání či smršťování se dalo uvažovat už za Newtona, ale to vylučoval i Einstein (do svých rovnic zavedl proslulou kosmologickou konstantu). Teprve r. 1922 Friedmann ukázal možnost rozpínání, které pak potvrdil Edwin Hubble.4
4 K prvním stoupencům velkého třesku patří slavný abbé Georges Lemaître (1894-1966), později profesor astrofyziky v Lovani a kanovník, který navrhl, že tato idea napomůže teorii relativity k souhlasu s pozorovanou expanzí vesmíru. Od počátku tvrdil, že velký třesk nelze pokládat za argument pro existenci Boha, ani proti ní.
Ve vesmíru se dějí procesy, pro něž nejsou na Zemi podmínky: tvorba hvězd, přeměna vodíku v hélium a těžší jádra, vznik neutronových hvězd, trpaslíků, exploze a kolapsy. Mohou vznikat i černé díry, kdy gravitace rozdrtí atom, jádro i nukleony. Z páru částice-antičástice může být jedna pohlcena a druhá unikne, což se jeví jako vyzáření částice černou dírou.
Tím, že expanze probíhá daným směrem, mohla by přispět k pochopení nevratnosti vývoje vesmíru. Pozoruhodný je inflační model a jeho přesné počáteční „nastavení“. Vesmír asi prošel rychlou expanzí, kdy se ve zlomku sekundy mnohonásobně zvětšil. Při vysoké teplotě velkého třesku byly tři známé interakce slité v jedinou; pak se začaly rozrůzňovat, nastal fázový přechod a podchlazený stav s nízkou teplotou, ale symetrií neporušenou.
Osud vesmíru podstatně závisel na neuvěřitelně přesné volbě počáteční rychlosti expanze. Procentní tolerance je dána číslem s 15 nulami za desetinnou čárkou; je-li rychlost mimo ni, vyjde nám vesmír zcela jiný, než je ten dnešní: buď téměř prázdný, nebo tak hustý, že by nikdy nedosáhl dnešní velikosti. Autor uzavírá (str. 77), že platí-li model horkého velkého třesku od samého počátku času, musel být počáteční stav zvolen velmi pečlivě.
Pojem singularity aproximuje stavy vysokých tlaků, teplot, hustot, rozměrů aj. s cílem popsat extrémní stavy, bodové objekty. V kvantové teorii však objekt nikdy není bodový, hustota nikdy nekonečná, černá díra nikdy plně absorbující, vakuum nikdy zcela prázdné. Singularita je signálem, že známé zákony již neplatí a nastoupily nové (str. 86).
V nutnosti zavést singularity do popisu přírody vidí autor jedny z dveří, jimiž by mohl vstoupit do přírodního dění Bůh (84 dole, 86 nahoře). Mluví o „singularitách, kde přestávají platit fyzikální zákony“, o „okrajích časoprostoru, kde bychom se museli odvolávat na Boha nebo nějaké nové zákony, jež by určovaly okrajové podmínky časoprostoru“. Hawking se zde dotýká jedné ideje Boha, ideje narušitele (či měnitele) známých přírodních zákonů, který zákony, jež sám stanovil, za jistých podmínek zruší a nahradí jinými (které zatím neznáme), zhruba řečeno proto, že ty původní nemají v dané situaci dostatečnou „sílu“.
Jeden model bez singularit a okrajů však vytvořil sám Hawking. Kdyby podal důkaz, že právě ten je tím správným řešením, nebylo by třeba zákony měnit ani zavádět Boha-narušitele. Stačily by známé zákony. Jeho model je však hypotézou (86 střed), již nelze odvodit z nějakého principu.
Stephen Hawking je však dalek redukovat Boha na narušitele či měnitele zákonů. Níže uvažuje o Bohu i v jiném smyslu.5
5 Dále v knize chápe Hawking Boha jako odpověď na otázku „proč se vesmír obtěžuje existovat“ (str. 95, 111 a 113, bod 6 této recenze; viz též jeho knihu Černé díry a budoucnost vesmíru, str. 92 dole, a tamtéž 15. kapitola „Desky pro opuštěný ostrov: rozhovor“, str. 168, kde navrhuje definovat Boha jako odpověď na tuto otázku). Rozlišuje otázky jak a proč vesmír vznikl. Poznamenejme, že idea boha-narušitele obvyklého chodu přírodních dějů je bližší pohanskému myšlení (když Zeus hromovládce domluvil, zatřásl se Olymp; Aiólos povolil uzdu vichrům, které způsobily mořskou bouři, ale pak je rázně zkrotil). Podobná představa se sice najde i v Bibli, ale v ní je i jiný prvek: Bůh přicházející v tichu, řekli bychom bez singularit. V 1. knize Královské, kap. 19 hledá Eliáš Hospodina ve vichřici, zemětřesení, ohni, ale ten v ničem z toho nebyl. Až když vše utichlo a nastal normální stav přírody, Bůh promluvil. Též G. K. Chesterton chápe Boha jako autora a udržovatele (nikoli měnitele) přírodních zákonů, který s pevnou pravidelností zajišťuje jejich stálé opakování. To pro Chestertona není nudné, nýbrž pokaždé znovu zajímavé a vzrušující (Ortodoxie, 1992, s. 51).
Teorií všeho se zpravidla rozumí úsilí o spojení jednotlivých fyzikálních teorií v jedinou. Přes velký pokrok mnohé zbývá dokončit, např. v teorii gravitace. Některé obecné rysy teorie všeho uvádí Hawking v poslední kapitole; například: 1. Základní vlastností vesmíru je princip neurčitosti. 2. K finální teorii se přibližujeme budováním jednotné teorie všech interakcí. 3. Elementární částice je chápána jako bodová. Reálnější je teorie strun, která však je konzistentní jen pro určité počty dimenzí. Proč přebytečné dimenze nevnímáme? 4. K tomu, aby se vyvinuly složité bytosti, nestačí dva prostorové rozměry. 5. Uvěříme-li optimisticky, že k finální teorii máme blízko, zbývají praktické problémy; nemáme měřítko, jímž by se dala aktuální vzdálenost od cíle odhadnout. 6. Autor uzavírá (str. 113 střed), že otázka po Bohu má smysl i tehdy, když úplná teorie (jeho nebo jiná) existuje. Jeho otázka „proč se vesmír obtěžuje vůbec existovat“ nehledá Boha v záhadách nebo mezerách našeho poznání vesmíru, ale v problému jeho samotné existence. Je to otázka po příčině či smyslu světa jako celku, nezávisle na dosaženém stupni vědeckého poznání.
Závěrem: Kniha je velmi zdařilou populárněvědeckou zprávou o základech a aktuálních otázkách kosmologie i výzvou k zodpovědnému přemýšlení o nich. Má vyzrálý sloh, srozumitelnou řeč a bohatý ilustrační materiál. Lze ji doporučit všem zájemcům o diskutovaná témata. Vyžaduje jisté předběžné seznámení s problematikou, ale hlavně pozorné čtení a přemýšlení. Jako připomínku bych uvedl, že ve věci „teorie všeho“ je snad příliš optimistická; uvítal bych také víc pozornosti temné hmotě a temné energii ve vesmíru. Čtenář možná bude muset číst něco víckrát, ale jsem přesvědčen, že pochopí mnohé z toho, s čím zápolí moderní fyzika a astrofyzika a jaký je styl jejich práce.
