Stephen Hawking a jeho klíčové objevy  
Zpráva o úmrtí legendárního teoretického fyzika Stephena Hawkinga vzbudila lavinu mediální pozornosti věnované jeho životu a dílu. V tomto článku se nechci věnovat biografii tohoto bezesporu významného vědce, ale rád bych čtenářům přiblížil význam jeho dvou nejvýznačnějších teoretických přínosů.

Stephen Hawking, NASA StarChild Learning Center.
Stephen Hawking, NASA StarChild Learning Center.

O Stephenu Hawkingovi bylo za poslední den napsáno opravdu hodně článků. Mnohé z nich zmiňovaly jeho vysokou inteligenci či dokonce genialitu, neuvěřitelnou vůli k životu a schopnost podávat špičkové vědecké výsledky navzdory jeho osudovému zdravotnímu handicapu. Některé se dokonce dotkly i témat, ve kterých si vybudoval své světové renomé. Přesto ale většina z nich nedokázala přemýšlivějším čtenářům zodpovědět klíčovou otázku – čím byl vlastně tento člověk v řadě tisíců jiných špičkových vědců tak výjimečný? A byl opravdu tak výjimečný, nebo je celá jeho popularita a známost postavená pouze a jen na šikovné mediální obratnosti jeho okolí, plus na okolnosti, že byl po desetiletí tak vážně zdravotně postižen? Cílem tohoto článku není projít kompletní celoživotní vědeckou tvorbou tohoto pozoruhodného člověka, ale pokusit se ukázat význam jeho dvou nejvýznačnějších příspěvků k vědeckému poznání.

 

Pokud bychom se pokusili nejprve heslovitě "zakolonkovat" práci Stephena Hawkinga, s překvapením zjistíme, že např. nemohl být nositelem Nobelovy ceny. Ano, Hawking byl oprávněným nositelem mnoha prestižních ocenění, ale Nobelovu cenu za fyziku nemohl získat z toho důvodu, že jeho teorie nikdy nebyly experimentálně potvrzeny. Má to snad znamenat, že veškerá jeho celoživotní práce byla jen fantazírováním a pouhými spekulacemi, něčím, co v blízké budoucnosti může vzít rychle za své a co zmizí v propadlišti lidského zapomnění spolu s mnoha dnes už s obtížemi vybavitelnými přežitými teoriemi? Ve srovnáním s ním jiní význační teoretičtí fyzici, jako byl Einstein, Schrodinger, Heisenberg, Pauli, Fermi, Feynman, Weinberg, Salam, Higgs a mnozí další vytvořili význačná teoretická díla, která nabídla možnosti experimentální verifikace, a jejichž předpovědi byly opravdu postupně potvrzeny. Práce Stephena Hawkinga ale nic takového neumožňovala nejen ve století, ve kterém jeho největší výsledky vznikaly, ale s největší pravděpodobností nic takového neumožní ani v tomto století. Jak je tedy možné, že se tomuto člověku za jeho života dostalo tolik pozornosti, když nic z jeho díla nemohlo být ať už laboratorně nebo observatorně změřeno, pozorováno, prozkoumáno?

Část z odpovědi na tuto otázku vězí už v tom, co Stephen Hawking chtěl opravdu původně studovat, a pro co měl také nejlepší talent – nebyla to fyzika, ale matematika. Na vysoké škole, na kterou se přihlásil, se ale matematika jakožto samostatný obor nevyučovala, a tak se zapsal na studium fyziky a chemie. Dnes už samozřejmě nemůžeme vědět, jestli by Hawking stejně dobře zazářil, pokud by se tehdy rozhodl přihlásit na nějakou jinou školu, na níž by se mohl věnovat výhradně studiu matematiky; to, co ale s jistotou víme, je, že pro pozdější vývoj teoretické fyziky to byla velice šťastná volba.

Jako mnoho jiných talentovaných studentů před ním i po něm ani Hawking nebyl příliš svědomitým ani pilným studentem. Zpočátku se na škole často nudil a věnoval se všemu možnému, jen ne zrovna studiu. Nakonec si přeci jen našel parketu, která ho oslovila, a rozhodl se plně zaměřit na teoretickou fyziku, ve které ho nejvíce zaujala kosmologie. S cílem ji studovat postoupil do doktorandského studia – a tam ho hned v prvním ročníku zasáhla nemilosrdná diagnóza amyotrofické laterální sklerózy (Lou Gehrigova choroba), podle níž mu měly zbývat maximálně dva až tři roky života.

Dnes je možné slýchat i názory, že ta diagnóza byla mylná, a že Hawking přežil tehdejšími doktory vyměřený čas o celé desítky let vlastně proto, že třeba netrpěl až tak těžkou formou této nemoci. Už v prvních letech se přitom jeho stav zhoršil natolik, že jen s obtížemi chodil a bylo mu velice špatně rozumět. Těžko říct, kolik jím skutečně odžitých let lze přisoudit méně progresivnějšímu vývoji nemoci, kolik jich Hawkingovi přidala obětavá péče jeho manželky a věrného okolí sestávajícího nejen z ošetřovatelů, ale také z jeho studentů a kolegů, kteří udělali mnohé proto, aby mu co nejvíce umožnili dále fungovat, a kolik let navíc získal díky jeho obrovské vůli žít a prát se s nepříznivým osudem. Každopádně, zdaleka ne všichni dokážou nalézt sílu bojovat tváří v tvář tak hrozivé diagnóze, a i Hawking měl namále, když zprvu propadl (nikterak nepochopitelně) těžkým depresím. Měl tehdy krátce před svatbou, a byla to právě neochvějná podpora jeho milující nastávající, která mu dala sílu se vzchopit a přepnout se z deprese do vzdoru, se kterým se rozhodl v předpovídaných několika zbývajících letech jeho života dokázat co nejvíce. Sám Stephen Hawking tehdy rozhodně nemohl tušit, že se tato etapa tak neuvěřitelně protáhne, k radosti všech, kteří s ním mohli vědecky spolupracovat.

 

Stephen Hawking od 1 roku do 75 let

Spolupráce s Rogerem Penrosem a singularita Velkého Třesku

Je nutné říct, že Stephen Hawking měl bezesporu štěstí na výborné spolupracovníky. Jedním z nich byl špičkový vědec, původně "ryzí" matematik a teprve později i teoretický fyzik, Roger Penrose. Penrose se zabýval problémy obecné teorie relativity (OTR) souvisejícími se singularitami v nitrech černých děr. Samotná Penrosova práce byla také průkopnická – zatímco do té doby probíhalo poznávání logických důsledků OTR pouze velice pomalu na základě pomalého získávání nových dílčích, lokálních a velice specifických řešení Einsteinových rovnic pole, Penrose se rozhodl jít na věc exaktními matematicko-analytickými metodami, které mu umožnily získat globálně platná tvrzení v matematickém stylu "Nechť prostoročas má takové a takové obecné charakteristiky, pak nevyhnutelně obsahuje (či naopak neobsahuje) singularitu". Penrosův přístup definitivně přepsal metodologii zkoumání vlastností prostoročasů, které jsou podle obecné teorie relativity přípustné, a díky jím odvozeným matematicky exaktním větám a metodám byly získány mnohé obecné výsledky platné nikoliv pro jedno či několik málo speciálních řešení Einsteinových rovnic, ale pro celé kategorie prostoročasů.

Hawkingovi Penrosův přístup velice imponoval, a už během doktorandského studia se mu podařilo přenést Penrosovy obecné metody analýzy prostoročasů z oblasti černých děr na problematiku počáteční singularity na počátku Velkého Třesku. Tyto metody promítnul také do jeho doktorandské práce s názvem "Singularity a geometrie prostoročasu". Jedním z výsledků jeho práce je teorém dokazující, že pokud jdeme v našem rozpínajícím se vesmíru v čase nazpět a pokud během celé této doby platí Einsteinovy rovnice (nekvantové) gravitace, pak za dosti obecných podmínek kladených na hmotu je naprosto nevyhnutelné, že vesmír někde v minulém čase nevyhnutelně musel obsahovat singularitu. To se nám na jednu stranu může zdát jako dosti banální tvrzení – vždyť co jiného říká Friedmanovo řešení popisující rozpínající se vesmír, které tutéž singularitu v nějakém počátečním čase obsahuje? Rozdíl je v tom, že Friedmanovo řešení popisuje pouze speciální řešení odpovídající vesmíru vyplněnému jistou modelovou matérií chovající se jako ideální tekutina. Mnoho teoretických fyziků se tedy mohlo do té doby oprávněně domnívat, že pouhá změna typu hmoty nebo typu pole počáteční singularitu odstraní. Právě Hawking ukázal, že to s tím odstraněním počáteční singularity Velkého Třesku tak triviální nebude.

Paradoxní je, že v pozdějších letech své vědecké kariéry se Hawking usilovně věnoval problému, zda je přece jen možné počáteční singularitu Velkého Třesku odstranit. A opravdu se mu také mnohem později podařilo dokázat mnohé netriviální věty, podle kterých to možné je, ovšem s využitím kvantových efektů. Proto by byl omyl jeho počáteční a pozdní výsledky smíchávat do jednoho pytle s nekorektním závěrem, že nejprve Hawking dokázal, že na počátku Velkého Třesku singularita je, aby po letech udělal názorový kotrmelec a sám sebe popřel řka, že tam vlastně žádná singularita není. Kdepak – Hawkingův první výsledek se týkal čistě jen nekvantové teorie, tedy čistých důsledků samotných Einsteinových rovnic gravitačního pole, kdy se nebraly v potaz kvantové efekty. Samotný Hawking si už v té době samozřejmě uvědomoval, že zahrnutí kvantových efektů může celý výsledek radikálně změnit, a rozhodně nebyl sám, kdo si to uvědomoval - mezi teoretickými fyziky té doby panovalo stejné přesvědčení. Problém byl ale v tom, že tehdy naprosto nikdo včetně Penrose a Hawkinga netušil, jakým byť jen přibližným způsobem tyto předpokládané kvantově-gravitační jevy započítat. Vyžadovalo to metody, které v té době ještě nebyly vyvinuty, a byl to právě Stephen Hawking a jeho pozdější následovníci, kdo je pomohl později vynalézt. A to už se pomalu začínáme blížit k jeho dalšímu ze dvou nejvýznamnějších vědeckých výsledků.

 

Hawkingův přínos k obecným metodám analýzy prostoročasů se neomezil jenom na výše zmíněný výsledek týkající se podmínek existence či neexistence počáteční vesmírné singularity. Jeho spolupráce s Penrosem byla velice plodná a dlouhodobá, a zúročila se v mnoha dalších vědeckých výsledcích. Ty byly vysoce uznávané nejenom uvnitř vysoce specializované komunity odborníků na obecnou teorii relativity – práce Penrose a Hawkinga se vyznačovaly exaktním analytickým myšlením, přesnou definicí jádra problému, a mnohdy překvapivou aplikací do té doby ještě nepoužitých nových matematických metod. Díky tomu si Penrosovy a Hawkingovy práce rychle našly své čtenáře i u teoretických fyziků mimo obecnou teorii relativity. Jména obou autorů se stala v krátké době renomovanými, a jejich přítomnost v tiráži článku byla garancí vysoké kvality a příslibem, že se i návštěvník z jiného oboru může inspirovat nově použitými přístupy.

 

Poslední rozhovor

 

Globální analýza dynamiky černých děr a jejich vypařování

Během své spolupráce s Penrosem Hawking pokračoval v odkrývání obecných charakteristik prostoročasů obsahujících singularity, zabýval se tedy i obecnými vlastnostmi černých děr. Jeho výsledky signalizovaly, že při jakýchkoliv obecných procesech obsahujících na vstupu různé množství černých děr se nikdy nemůže stát, že by se součet ploch jejich horizontů zmenšil. Pro dvě nerotující černé díry už v té době bylo dávno známo, že při jejich sloučení vznikne černá díra s horizontem o větší ploše, než byl součet ploch horizontů původních černých děr. Hawking různé dílčí výsledky zobecnil do postulátu, že to platí obecně (což mj. např. vylučuje existenci procesu, kdy by se teoreticky při srážce dvou černých děr v obrovských rychlostech tyto rozprskly na tři černé díry). Přitom ale Einsteinovy rovnice obecné teorie relativity jsou striktně vzato časově vratné rovnice, proto se na první pohled může zdát, že pokud existuje proces slití dvou černých děr do jedné, tak musí existovat i proces rozdělení jedné černé díry do dvou. Při bližším pohledu se ale ukáže, že časová vratnost Einsteinových rovnic garantuje pouze to, že pokud existuje proces slití dvou černých děr do jedné, pak musí existovat i proces rozdělení jedné BÍLÉ díry do dvou bílých děr. Což je ale proces, který nikoho nezajímá, protože zatímco černá díra může vzniknout např. kolapsem hmoty v závěrečném stadium exploze supernovy, tak bílou díru žádným gravitačním kolapsem vyrobit nelze, tu bychom museli dostat do vínku už v počátku vzniku vesmíru na začátku Velkého Třesku.

Tato situace je analogická té, kterou známe už v klasické fyzice a v termodynamice. Zatímco rovnice klasické fyziky jsou na mikroskopické úrovni časově vratné, tak jakmile pracujeme s bilióny či více částic, vratnost dějů začíná být iluzorní, a ke slovu se hlásí druhý termodynamický zákon, který tvrdí, že entropie neboli součet míry neuspořádanosti systému nikdy nemůže klesnout. Podobně podle Hawkinga nikdy nemůže klesnout součet ploch horizontů černých děr v systému. Souvislosti mezi entropií systému a plochou horizontů černých děr nekončí u této jednoduché podobnosti, ale dají se vystopovat i v procesech pádu běžné hmoty do černých děr, přičemž se dá ukázat, že entropie padající hmoty pádem pod horizont černé díry přispěje k zvětšení horizontu černé díry. Tyto úvahy nakonec vedly Hawkinga k závěru, že entropie se dá definovat i pro černou díru, a svůj postulát o nezmenšování součtu horizontů černých děr formuloval pod názvem "druhý termodynamický zákon dynamiky černých děr".

Jeho následovníci rychle pochopili Hawkingem nově objevené souvislosti mezi termodynamikou a dynamikou černých děr, a podařilo se jim dokázat, že analogicky ke druhé větě termodynamické se dají pro černé díry formulovat také protějšky dalších termodynamických vět – v termodynamice viz zde, v dynamice černých děr viz zde. Ve skutečnosti ale všichni chápali tyto věty spíše jenom jako analogie než jako doslovně stejné fyzikální veličiny – v jejich pojetí tedy entropie hmoty padající do černé díry se přetvořila v něco chovajícího se JAKO entropie, ale vztažené už nově k horizontu černé díry. K Hawkingově nelibosti jeden talentovaný student, Jacob Bekenstein (byl studentem Johna Wheelera, dalšího uznávaného odborníka na problematiku černých děr), aplikoval tuto analogii naprosto doslovně. Podle Bekensteina entropie černé díry nebyla jen analogií klasické entropie, ona prostě byla toutéž entropií.

 

Hawkingovi se Bekensteinovo pojetí ani trochu nezamlouvalo, a pokoušel se dokázat, že neplatí. To, co se v počátku jevilo jako snadné cvičení, se ale ukázalo být těžkým oříškem, který se Hawking opakovaně a pokaždé neúspěšně pokoušel rozlousknout po několik let. Nakonec dokázal pravý opak, tedy že Bekenstein měl pravdu, plus přidal k tomu svůj největší životní objev, kterým je bezesporu kvantové vypařování černých děr. Nebylo to ovšem tak přímočaré, mezitím se totiž seznámil s ruskými vědci Jakovem Borisovičem Zeldovičem a Alexejem Starobinským, také velice uznávanými experty na problematiku černých děr. Dílčí výsledky Zeldoviče a Starobinského naznačovaly, že u rotujících černých děr by v důsledku kvantových jevů mohlo docházet ke spontánnímu vzniku částic na úkor energie černé díry, jejíž horizont by se tím pádem mohl zmenšit. To by bylo samozřejmě v protikladu ke druhému termodynamickému zákonu dynamiky černých děr, nicméně stejně jako dříve je nutné připomenout, že jeden výsledek byl formulován za předpokladu, že kvantové jevy nejsou přítomny, zatímco druhý už s nimi počítá. Pokud u černých děr neuvažujeme kvantové efekty, součet horizontů černých děr se zmenšit nemůže. Pokud kvantové efekty ale uvažujeme, horizont černých děr se v jejich důsledku postupně zmenšovat může – černá díra se může postupně vypařovat.

Hawkingovo odvození a adekvátní popis kvantových procesů působících vypařování černých děr rozhodně nejde popsat podobnými metodami, jaké používáme v obyčejné termodynamice. Hawkingovi se podařilo na základě relativně obecných předpokladů odvodit formule pro teplotu záření emitovaného černou dírou. Výsledné odvození se dá finálně zkomprimovat na pár stránek a není nijak obtížné, nicméně jako prerekvizity je nutné vzít znalost Unruhova efektu, principu ekvivalence, metriky černé díry, lokální termodynamickou rovnováhu plus pár dalších drobností, a pak už to samozřejmě „jenom“ chytře zkombinovat. Žádný z uvedených předpokladů (zmíněných prerekvizit) přitom nepředstavuje nic specifického, zpochybnění kteréhokoliv z nich by bylo hodně problematické, protože by se musely zpochybňovat i jiné oblasti – tak např. Unruhův efekt vůbec není vázaný na černé díry a předpokládá se, že platí obecně. Proto má Hawkingův výsledek takovou sílu a proto je tak široce akceptován.

Hawking 5. května 2006, tisková konference v Bibliothèque nationale de France při otevření astronomické a částicové laboratoře v Paříži a uvedení francouzské verze své práce Bůh stvořil celá čísla.  Kredit: Wikipedia, volné dílo.
Hawking 5. května 2006, tisková konference v Bibliothèque nationale de France při otevření astronomické a částicové laboratoře v Paříži a uvedení francouzské verze své práce Bůh stvořil celá čísla. Kredit: Wikipedia, volné dílo.

Mimochodem, kolem Hawkingova vypařování černých děr koluje hodně mýtů a zdánlivých vysvětlení celého jevu, většinou postavených na žonglování s virtuálními částicemi. Tak třeba jeden takový příběh vypráví, že černé díry se vypařují tak, že nad horizontem vznikne z vakua virtuální pár částice-antičástice, přičemž mohou nastat tři možnosti – v první pár následně opět anihiluje nad horizontem, ve druhé pod ním, a ve třetí možnosti jedna část páru (je přitom jedno jestli částice či antičástice) spadne pod horizont, zatímco druhá uteče do nekonečna. Ta, co uteče do nekonečna se musí zrealizovat jako obyčejná nově už reálná, nikoliv virtuální částice. Protože ale celý pár vznikl z vakua, tedy měl před vznikem nulový součet energie (a podle vztahu E=mc^2 tedy i nulovou celkovou hmotnost), tak kvůli zákona zachování energie musí mít částice spadlá pod horizont finálně zápornou energii a hmotnost, protože ta uniklá má kladnou. A právě tato záporná energie a hmotnost údajně umenšuje hmotnost černé díry, zatímco ta uniklá částice představuje právě to Hawkingovo záření.

 

Ne, že by na právě popsaném příběhu bylo špatně úplně všechno. Ve skutečnosti je to ale jenom taková pomocná myšlenková berlička, s jejíž pomocí si můžeme to kvantové vypařování představovat. Neexistuje žádný způsob, jak pomocí právě popsaného procesu odvodit jakoukoliv kvantitativní veličinu, jako je teplota Hawkingova záření, rychlost vypařování černé díry nebo třeba procentuální zastoupení různě těžkých částic v emitovaném záření. Na druhou stranu tento proces dobře koresponduje s tím, že Hawkingovo záření opravdu má co do činění s kvantovými efekty (spontánní vznik a zánik virtuálních párů částice-antičástice bezpochyby je kvantovým efektem, který se projevuje i v jiných dějích, jako je např. Casimirův efekt anebo polarizace vakua), plus navíc celkem správně sugeruje, že černé díry se spíše než únikem částic zpod horizontu ven vypařují jiným procesem, a to tak, že místo aby z nich unikala kladná hmota, dopadá na ně záporná hmota. Nicméně přes tyto dílčí shody se dá opravdu říct, že výše popsaný “virtuálně-částicový“ proces kvantového vypařování je spíše takovou útěšnou myšlenkovou berličkou potřebnou pouze k tomu, abychom byli přístupnější celý fenomén kvantového vypařování akceptovat, kvantitativní veličiny se samozřejmě počítají zcela jinak, a v těchto abstraktních výpočtech žádné trajektorie virtuálních částic nefigurují.

 

Také zde je zapotřebí zdůraznit, že tato etapa Hawkingova vědeckého života nevyústila pouze do jedné finální práce, v níž byly odvozeny vztahy pro vypařování černých děr a pro teplotu a spektrum vyzařovaného záření (odbornou komunitou záhy pojmenovaného jako Hawkingovo záření). Výstupem byla spousta vysoce rigorózních prací jak jeho samotného, tak spousty jeho následovníků, ve kterých se objevovaly nové a nové přístupy umožňující získávat dříve nemyslitelné informace o obecné dynamice černých děr. Je také dobré zmínit nepřehlédnutelnou roli špičkových ruských vědců Zeldoviče a Starobinského, se kterými Hawking dlouze spolupracoval, a kteří ho seznámili se svými vysoce pozoruhodnými dílčími výsledky týkajícími se rotujících černých děr. Bez ohledu na to všechno je ale neoddiskutovatelné, že to byl právě Hawking a jeho schopnost hlubokého analytického prozkoumávání problémů ze všech možných stran, co mu umožnilo finálně po několika letech dotáhnout celou problematiku do úspěšného závěru. Zatímco Zeldovič se Starobinským pracovali s hypotézami postavenými na základě Heisenbergova principu neurčitosti, a vůči jejich vývodům bylo možno vznášet připomínky ohledně platnosti či neplatnosti těch kterých předpokladů, tak Hawking finální důkaz postavil na předpokladech, které se dost špatně zpochybňovaly – právě díky tomu byl jeho výsledek tak široce akceptován v teoretické komunitě. Hawkingův důkaz měl navíc mnohem obecnější podobu, ukazoval například, že vypařování černých děr ve skutečnosti vůbec není podmíněno jejich rotací, ale že vzniká v důsledku úplně jiných efektů probíhajících v blízkosti horizontu černých děr. Bez diskuze je ale možné říci, že spolupráce Hawkinga se Zeldovičem a Starobinským vědecky prospěla všem zúčastněným stranám. Hawking by bez Zeldoviče a Starobinského dost možná nezískal dostačující impuls k dokončení výsledku, a naopak Zeldovič se Starobinským se díky Hawkingovi etablovali v západním vědeckém světě jako vědci par excellence, jejichž pracím se vyplatí věnovat tu největší pozornost.

 

Je také užitečné si objasnit, proč je právě tento Hawkingův výsledek tak vysoce ceněný. Laický názor je ten, že Hawking ukázal, že se černé díry nemusí jenom zvětšovat požíráním objektů ze svého okolí, ale že se mohou také vypařovat. Ve skutečnosti je ale samotný fakt vypařování černé díry jen nedůležitým důsledkem Hawkingova objevu. Hawkingův výsledek totiž není ničím větším ani menším, než že jde o vůbec první důvěryhodný výsledek extrahovaný z oblasti kvantové gravitace. Po dlouhá desetiletí se teoretici snažili o syntézu dvou nejklíčovějších teorií, obecné teorie relativity (coby relativistické teorie gravitace) a kvantové teorie, a po dlouhá desetiletí se jim to nedařilo. V dnešní době už sice máme dostatek teorií kloubících obě zmíněné oblasti (tak např. nepřeberně hodně variant strunových teorií, dále teorii smyčkové gravitace, ale i mnohé jiné jako je např. Hořavova teorie gravitace), nicméně neumíme rozhodnout, která z nich je ta pravá – ba dokonce ještě ani nevíme, jestli vůbec některá z nich pravá je. Hawkingovi se podařilo získat výsledek z tajemného pomezí mezi oběma světy, toho obecně-relativistického a toho kvantového, a tento výsledek získal s pomocí natolik obecných předpokladů, vůči kterým ani jeden z těchto světů nemůže vznést výraznější námitky.

Proto se Hawkingův objev stal dokonce jakýmsi neoficiálním etalonem, kterým se dalo poměřovat nové teorie kvantové gravitace, ve smyslu "Máte novou teorii kvantové gravitace? A co předpovídá o vypařování černých děr?". Skutečně, tak třeba strunové teorie naprosto nezávislým způsobem odvodily identický výsledek pro entropii a teplotu černé díry (po pravdě řečeno je to ale také jeden z velmi mála jejich výsledků, které dávají konkrétní předpovědi nezávislé na detailní parametrizaci těchto teorií, především pak na výběru konkrétní kompaktifikace nadbytečných šesti dimenzí, kdy množství těchto možností dosahuje až absurdně velkého čísla 10^500).

Hawkingovy práce také podnítily mnohé další v prozkoumávání právě tohoto zvláštního demilitarizovaného území mezi obecnou relativitou a kvantovou teorií, díky čemuž se podařilo získat spoustu pozoruhodných výsledků. Samozřejmě ne všechny tyto výsledky jsou tak široce akceptovány jako Hawkingova práce. Samotný Hawking se pak pracím kombinujícím obecnou teorii relativity a kvantovou teorii věnoval celý svůj zbývající život, přičemž se obloukem vrátil opět ke svému oblíbenému tématu – Velkému Třesku a otázce singularity v jeho začátku.

 

Pozdější Hawkingova tvorba

V úvodu tohoto článku jsem zmínil, že se zaměřím na dva nejvýznamnější Hawkingovy výsledky, takže v tomto okamžiku bych měl správně skončit. Nerad bych ale, aby to vyznělo, že Hawking ničím jiným do teoretické fyziky ani jinde nepřispěl. Naopak, Hawking napsal i mnohé další práce, ve kterých se věnoval i jiným tématům, než právě zmíněným. Z jeho pera vyšla např. dodnes diskutovaná hypotéza chronologické ochrany, kdy se zabýval kauzálními problémy potenciálně vznikajícími z existence řešení obecné teorie relativity, která formálně umožňovala cestování v čase (při cestování v Godelově vesmíru, anebo s využitím červích děr). Velký ohlas měly jeho práce týkající se tzv. počátku vesmíru "bez hranice", kdy opět s využitím kvantových efektů ukazoval, že počáteční singularita Velkého Třesku, kdy jdeme v čase zpět až do bodu, ze kterého nelze pokračovat dále, se může změnit v něco, jako je severní či jižní pól, na kterých také nelze jít ještě dále na sever či na jih, ale přesto na nich nic singulárního není.

Největší pozornost si ale zcela určitě získala jeho (dle jeho vlastních slov údajně prohraná) sázka ohledně tzv. informačního paradoxu černých děr, kdy šlo o problém, jestli se informace v černých děrách po pádu pod horizont ničí, nebo jestli zůstane zachována dokonce i po vypaření černé díry, a kdy pouze bude rozptýleně zakódována do vlastností výsledného Hawkingova záření. Tuto sázku Hawking uzavřel spolu s Kipem Thornem proti Johnu Preskillovi. Hawking s Thornem tvrdili, že informace se po pádu do černé díry nezachovává, zatímco Preskill tvrdil opak. Jak jsme si naznačili výše, model vypařování černé díry koresponduje spíše s tím, že z černé díry neuniká kladná hmota, ale že je postupně zmenšována dopadající záporně-hmotnou částí virtuálních párů, kdy jejich kladně-hmotné části unikají do nekonečna a tvoří právě ono Hawkingovo záření. Na druhou stranu jsme ale také zmínili, že je to jenom pomocná představa, která rozhodně nemůže nahradit konkrétní matematické, mnohem abstraktnější kalkulace.

Hawking po nějaké době překvapivě odvodil, že by se informace přesto měla zachovávat, přičemž své výsledky opřel o dalekosáhlé extrapolace o kvantovém chování černých a červích děr a přes Feynmanovy sumace přes všechny možné kvantové historie vesmíru. Byla to extrémně abstraktní práce, a rozhodně nelze mít Kipu Thornovi za zlé, že takový výsledek odmítl uznat jako důkaz jejich prohry. Ba dokonce ani protistrana sázky, John Preskill, nepochopil, proč by ji měl vyhrát. Někteří dokonce měli za to, že Hawking prostě chtěl udělat Preskillovi radost, a že jeho hlavním cílem bylo pomocí sázky přitáhnout pozornost ostatních teoretiků k tomuto problému. A tím se maličko dostáváme k dalšímu přínosu Hawkinga, tentokrát přínosu nejen pro vědeckou obec.

 

Stephen Hawking jako popularizátor i jako ikona teoretické fyziky.

V dnešní době pokládáme za samozřejmé, že pokud zajdeme do libovolného většího knihkupectví, najdeme tam sekci věnovanou popularizaci fyziky. Ne, že by snad takovéto knížky neexistovaly ještě před Hawkingem, bylo jich ale bezesporu mnohem méně, většinou porůznu porozstrkaných tu mezi beletrií či science fiction, tu mezi odbornou literaturou, kde si je nacházeli jen ti nejzapálenější fyzikální fandové. I díky Hawkingovi se podařilo celý tento obor posunout do úplně jiné ligy. Jeho Stručná historie času, která zpřístupňovala složité otázky nejen z oblasti kosmologie a černých děr široké čtenářské obci, bylo za třicet let od jejího prvního vydání v roce 1988 prodáno více než deset miliónů výtisků, a stala se tak bezkonkurenčně nejprodávanější nejen populárně-fyzikální knihou, ale populárně-vědeckou knihou vůbec.

V dnešní době už je situace s populárně-vědeckými tituly úplně jiná, nicméně i dnes zůstává toto Hawkingovo dílo nadčasové. Zatímco jiné popularizační tituly se objevují a zase mizí a po nějaké době si už na ně málokdo vzpomene, Stručná historie času zůstává evergreenem. Možná je to i zásluhou Hawkingova vypravěčského stylu, kdy se nenechává strhnout lacinými bombastickými příměry, které tak často využívají mnozí současní popularizátoři, ale umí najít optimální kompromis mezi vědeckou přesností a širokou pochopitelností. Každopádně nepochybuji o tom, že ještě i za deset let bude možné na tuto knihu v knihkupectvích narazit.

 

CNN: Stephen Hawking zemřel



 

Co bychom mohli o Stephenu Hawkingovi shrnout na závěr?

Byl to teoretický fyzik s duší matematika, kterou chtěl původně studovat, což se z pohledu teoretické fyziky naštěstí nestalo. Svůj matematický talent ale promítl do prakticky všech svých fyzikálních prací, a ukázalo se, že to byla voda života pro příslušné fyzikální obory, mezi kterými objevil mnohé do té doby netušené souvislosti.

 

Byl to skvělý popularizátor, díky němuž se o kosmologii, obecné teorii relativity, černých děrách a mnoha dalších tématech dozvěděla obrovská spousta čtenářů a diváků, pro které byly tyto oblasti dříve zapovězeny jakožto tajemná komnata, za jejímiž dveřmi něco nepochopitelného kuchtí podivní vědátoři, kteří se spolu dorozumívají neznámým jazykem.

 

Získal si široké sympatie i díky tomu, že podával špičkové výsledky navzdory svému těžkému postižení. Na tom mělo samozřejmě zásluhu i jeho nejbližší okolí, na které starosti s tím spojené těžce dopadaly. Jeho první žena ho po rozvodu označila za tyrana – a asi každému, kdo dlouhodobě pečoval o nevyléčitelně nemocného blízkého člověka, taková slova zní více než uvěřitelně. Na druhou stranu se ale oběma dvěma po dalších letech podařilo se opět sblížit; ačkoliv stará láska ne vždycky nerezaví, někdy tomu tak je.

 

Stephen Hawking byl ale bezesporu ikonickou postavou teoretické fyziky. Dokonce i dnešní mladí, když se řekne sousloví teoretický fyzik, tak si představí nejspíše doktora Sheldona Lee Coopera ze seriálu Velký Třesk, ale určitě také postavu Stephena Hawkinga. Ten druhý z nich byl přitom skutečný.
Psáno pro osel.cz

Autor: Pavel Brož
Datum: 16.03.2018
Tisk článku

302 Found

Found

The document has moved here.


Apache/2.4.18 (Ubuntu) Server at knihy.abz.cz Port 80
"> -
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní:  Kč
cena:  Kč
302 Found

Found

The document has moved here.


Apache/2.4.18 (Ubuntu) Server at knihy.abz.cz Port 80
" style="color:#5599bb;font-weight:bold;">

Související články:

Temná hmota vesmíru     Autor: Pavel Brož (07.04.2004)
Kdy budou potřeba kapitáni slunečních plachetnic?     Autor: Vladimír Wagner (11.07.2016)
Budeme létat skrz červí díry nebo s warpovým pohonem?     Autor: Vladimír Wagner (29.09.2017)



Diskuze:




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni


















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace