Realita není taková, jak se zdá

Od pátého století před naším letopočtem se objevují učenci, kteří využívají vědecké nástroje k lepšímu pochopení našeho světa a fungování vesmíru. Před přelomem dvacátého století došlo k mnoha významným objevům, ale teprve od roku 1900 se tempo skutečně dramaticky zrychlilo. Díky obecné teorii relativity Alberta Einsteina, rozvoji kvantové mechaniky a úžasnému technologickému pokroku přineslo posledních sto let jedno pozoruhodné odhalení za druhým.

Tyto úryvky představují jednak užitečný přehled největších objevů, jednak praktický souhrn toho, kde se dnes nacházíme a jaké záhady fyzikům stále nedají spát. V tomto shrnutí se dozvíte, který starověký Řek měl překvapivě prozíravé myšlenky o atomech, v čem jsou dva pilíře moderní fyziky ve vzájemném rozporu a jaká „zrnka“ podle kvantové gravitace tvoří prostor kolem vás.

Po tisíce let od vzniku prvních lidských civilizací naši předkové vysvětlovali každodenní přírodní jevy odkazem na nadpřirozené duchy a božstva. Změna nastala až kolem roku 500 př. n. l. díky učencům starověkého Řecka. Ti pochopili, že rozum, pozorování a matematika mohou sloužit jako nástroje k vysvětlení světa kolem nás.

Jedním z těchto učenců byl Anaximandros, filozof, který použil racionální metody k vysvětlení toho, jak padá déšť z nebe. Podle něj to nebylo dílo laskavého boha. Vysvětloval, že se voda odpařuje, hromadí v oblacích a poté se vrací zpět na zem v podobě deště.

Nedlouho poté další učenec, Demokritos, vyslovil teorii, že všechno na světě je složeno z malých stavebních bloků, které nazval atomy. Demokritos také usoudil, že atomy musí mít konečnou velikost – hranici, za níž už tyto drobné částice hmoty nelze dále dělit. Tato myšlenka vycházela z úvahy o prostorovém rozšíření: hmota musí mít velikost a zabírat prostor, a proto i atomy musí mít určitou nedělitelnou velikost.

Další pokroky přišly ve třetím století př. n. l., a to zásluhou filozofů, jako byli Platón a Aristotelés. Oba přispěli k rozvoji myšlenky, že matematika může být nástrojem k porozumění vesmíru. Na tuto tradici navázal Klaudios Ptolemaios, narozený kolem roku 100 n. l. Vytvořil výpočtové postupy pro popis pohybů planet, které umožnily předpovídat jejich budoucí polohy.

O více než tisíc let později, ve vrcholném středověku a rané renesanci, se učenci jako Koperník a Galileo vrátili ke starověkým nástrojům matematiky a rozumu. Koperník tak mohl zásadně proměnit astronomii, když ukázal, že dráhy nebeských těles lze mnohem lépe popsat, pokud se za střed sluneční soustavy považuje Slunce, nikoli Země.

V šestnáctém století byl Galileo prvním, kdo díky nově vynalezenému dalekohledu pozoroval hory na Měsíci, prstence Saturnu a měsíce Jupiteru. Zároveň začal své hypotézy ověřovat přísnými a opakovatelnými experimenty a významně tak přispěl k tomu, co dnes nazýváme vědeckou metodou.

Jednou z jeho hypotéz byla představa, že všechna tělesa padají stejnou rychlostí. Galileovy pokusy však ukázaly, že konstantní není rychlost, ale zrychlení – tedy míra, s jakou se rychlost padajících těles zvětšuje. Tento objev vedl k prvnímu matematickému zákonu pro pohyb pozemských těles: rychlost jakéhokoli padajícího objektu na Zemi se každou sekundu zvýší přibližně o 9,8 metru za sekundu.

Přibližně sto let po Galileových výpočtech, v sedmnáctém století, se na jeho práci novým způsobem podíval Isaac Newton. Newton si představil myšlenkový experiment s „malým měsícem“, který obíhá těsně nad povrchem Země, a uvědomil si, že síla určující křivku a rychlost obíhajícího tělesa je pravděpodobně tatáž síla, která způsobuje pád těles k Zemi v Galileových pokusech.

Newton dospěl k závěru, že musí existovat nějaká všeprostupující síla, která zajišťuje jak oběh Měsíce kolem Země, tak pád předmětů k zemi. Tak začal rozvíjet svou přelomovou teorii všeobecné gravitace.

Newtonova teorie nabídla nový obraz vesmíru, v němž jsou tělesa v nekonečném prostoru vzájemně přitahována stálou gravitační silou. Šlo o obrovský skok vpřed v našem vědeckém chápání, protože poprvé byla popsána síla, která sjednocovala zákony platné pro Zemi se zákony, jimiž se řídí nebeská tělesa na obloze.

Newton si však uvědomoval, že jeho obraz světa není úplný. Stále existovaly dosud neznámé síly. V devatenáctém století byla jedna z nich odhalena britskými vědci Michaelem Faradayem a Jamesem Clerkem Maxwellem. Tito mimořádní myslitelé objevili elektromagnetismus – sílu, která váže atomy do molekul a udržuje elektrony v atomech.

Ještě významnější byl však koncept pole. Faraday a Maxwell ukázali, že v prostoru existuje neviditelná struktura – pole –, které umožňuje elektromagnetickým silám působit na dálku.

Myšlenka pole se naplno prosadila v roce 1905 díky Einsteinově speciální teorii relativity, která měla za cíl propojit Newtonovu fyziku s novějšími poznatky. Einstein ve své radikálně nové teorii ukázal, že různí pozorovatelé mohou v závislosti na svém pohybu a podmínkách vnímat čas a prostor odlišně. Najednou už ani čas nebyl univerzální absolutní veličinou. A přestože šlo o převratné zjištění, Einstein byl teprve na začátku.