Novákoviny

Nepřekročitelnost rychlosti světla dělá náš vesmír útulným a bezpečným - chrání nás před mimozemšťany i všetečnými návštěvníky z budoucnosti. Současně ale také provokuje: co kdyby se Einstein přece jen mýlil?

Rychleji než 299 792 kilometrů za vteřinu nepojedete, ani kdybyste šlapali na plyn jak zběsilí - ne proto, že jste si koupili špatný model vozu, ale prostě proto, že to nejde. Pan Einstein totiž pravil, že čím rychleji se něco pohybuje, tím větší to má hmotnost a při rychlosti světla by byla hmotnost nekonečná. Ale nejen to: zastavil by se i čas. A při překročení rychlosti světla by se jeho tok dokonce obrátil. Tak by se porušil jeden ze základů fungování našeho vesmíru, totiž že příčiny mají následky a nikoliv naopak.

"Technický pokrok nás může k rychlosti světla přiblížit, ale podle současného názoru ji nikdy nepřekročíme," tvrdí belgický fyzik Ilya Prigogine. Přitom tahle konstanta má pro naše životy zásadní význam dokonce i v případě, že jsme o ní nikdy neslyšeli. Prigodine o tom říká: "Konečná a nepřekročitelná rychlost světla určuje, jak velký je prostor, který má vliv na místo, kde žijeme."

Jenže minulý týden se teoretické fyzice přihodila nepříjemná věc: vědecký tým z evropské organizace pro jaderný výzkum CERN zjistil, že částice zvané neutrino se při jednom pokusu pohybují rychlostí větší než světlo. Fyzikům teď nezbývá než najít v metodice pokusu či použitých přístrojích nějakou vadu - nebo zapomenout všechno, co se kdy učili. Zatím se proto raději ze všech sil věnují tomu prvnímu.

Dlouhý vlak v krátkém tunelu

Výsledky experimentu v CERN nebyly první, které by Einsteina nepotěšily. Roku 2000 například Ital Anedio Ranfagni vysílal mikrovlnné pulsy úzkým prstencem na velké zrcadlo, které je odráželo zpět ke zdroji. Zjistil přitom, že se pohybovaly o celých 5 procent rychleji, než je konečná rychlost světla. V jiném podobném experimentu byly pulsy vysílány skrz prostor s atomy cesia. Také zde se podařilo naměřit "nadsvětelnou" rychlost.

obr: Cestovat rychleji než světlo podle současné fyziky nejde. Ne všichni se s tím ale chtějí smířit.

Oponenti ovšem tvrdí, že pokusy jen nevzaly v úvahu všechny okolnosti. Pro snazší pochopení používají příměr vlaku vjíždějícího do tunelu: pokud budeme na jedné straně měřit okamžik vstupu přídě lokomotivy a na druhé koncového světla posledního vagónu, tak při dostatečné délce vlaku (a dostatečně krátkém tunelu) to bude vypadat, že souprava z podzemí vyjela dřív než do něj vjela. Jinak řečeno: překročení rychlosti světla bylo jen zdánlivé, díky chybné metodice pokusů.

Většina vědců se domnívá, že k něčemu podobnému došlo i v případě nadsvětelné rychlosti neutrina v CERN. Tím spíš, že naměřená rychlost byla oproti rychlosti světla vyšší jen o 20 milióntin její hodnoty. I když autoři metody tvrdí, že je to mimo rozpětí možné chyby jimi použité metody, nelze vyloučit, že jen chybně stanovili její přesnost. Dokud ale příčinu problému neodhalí, pomyslné akcie teorie relativity klesají.

Absolutní zákon

Snad žádné jiné vědecké dílo neovlivnilo moderní myšlení tak jako Einsteinova teorie relativity. Když slavný fyzik roku 1905 uveřejnil její první podobu vztahující se jen na některé jevy (tzv. speciální teorie relativity) a roku 1916 obecnou teorii relativity, rozpoutal skutečnou bouři - tvrdil totiž vlastně, že naše chápání okolního světa vytvořené na základě "zdravého rozumu" vůbec neplatí. Přesněji řečeno, že Newtonovy zákony, na kterých dosud stála celá fyzika, jsou pravdivé jen při nízkých rychlostech. Naproti tomu při rychlostech blížících se rychlosti světla se dějí věci opravdu nevídané: čas se chová, jako by byl z gumy, zdánlivě tuhá tělesa mění rozměry, hmotnost téhož objektu roste s jeho rychlostí. Podle Einsteina je neměnná rychlost světla ve vakuu zákon tak absolutní a neporušitelný, že se mu musejí přizpůsobovat ostatní fyzikální jevy našeho vesmíru. Včetně veličin zdánlivě tak neměnných, jako je prostor a čas.

Odpor vědecké obce byl zpočátku velký. A tak roku 1919 britský fyzik Arthur Eddington zorganizoval pozorování zatmění slunce, při němž chtěl ověřit ohyb světelných paprsků předpovězených teorií relativity. Výsledek souhlasil s Einsteinem - takže dozrál čas na Nobelovu cenu. Jenže vědeckým autoritám teorie relativity dál připadala podezřelá. Nobelovský výbor to nakonec vyřešil šalamounsky: nejslavnějšího fyzika roku 1921 sice ocenil - ale za vysvětlení fotoelektrického jevu.

Mnozí významní vědci se s relativistickou fyzikou přesto nikdy nesmířili; naprosto ji odmítal například Nikola Tesla. Později se navíc ukázalo, že přesnost Eddingtonových měření nemohla relativistické efekty odhalit - přání se zřejmě stalo otcem myšlenky.

Mnoho dalších pokusů však Einsteina potvrdilo. Přesto neuplyne rok, kdy by nebyl oznámen alespoň jeden experiment, který má teorii relativity znovu prověřit. Některé jsou velmi nákladné, například kosmická sonda Gravity Probe B, kterou NASA vypustila roku 2004, neměla žádný jiný účel. Stála americké daňové poplatníky na 750 milionů dolarů a očekávané výsledky nepřinesla. Údajně i tentokrát kvůli chybám v metodice.

Hraje Bůh v kostky?

Každá hranice provokuje k překročení - a o té absolutní to platí dvojnásob. Hledání slabých míst v teorii relativity se zabývá řada vědců i pavědců a nechybí ani tvrzení, že je to jen dobře vymyšlená abstrakce, která ve skutečnosti nemá s povahou vesmíru nic společného. Asi jako když Ptolemaiův model sluneční soustavy se Zemí ve středu dokázal přesně popsat i předvídat pohyby planet na obloze a přesto neodpovídal skutečnosti.

Největší problém konečné rychlosti světla ale leží mimo Einsteina. Jmenuje se kvantová mechanika a jde o teorii, jejíž důsledky jsou ještě fantastičtější. Mimo jiné dovoluje za určitých podmínek i nadsvětelnou rychlost a ještě ke všemu tvrdí, že některé jevy jsou ze samé své podstaty nepoznatelné. Nic z toho se Einsteinovi nelíbilo: "Vnitřní hlas mi říká, že to není to pravé... Jsem přesvědčený, že Bůh v kostky nehraje."

obr: Německý fyzik Burkhard Heim tvrdil, že cestovat rychleji než světlo je možné, protože vesmír má další rozměry.

Jenže britský teoretický fyzik Stephen Hawking usoudil, že Bůh nejenže v kostky hraje, ale dokonce při tom zavírá oči. Právě na předpokladu nadsvětelné rychlosti některých částic postavil svou teorii tvrdící, že černé díry ve vesmíru nemusí být tak úplně černé. Dnes již je teorie "bělení" černých děr končící jejich dramatickou explozí všeobecně přijímána.

O platnosti kvantové mechaniky ostatně svědčí i existence počítačů, televizorů a další elektroniky, protože polovodičové  prvky fungují právě na jejích principech. Největším snem fyziků proto je vytvoření "teorie všeho" nebo také "finální teorie", která vysvětlí všechny síly vládnoucí hmotě a vesmíru - což se neobejde bez smíření kvantové mechaniky s teorií relativity.

K nejznámějším pokusům o tento Svatý grál fyziky patří teorie německého fyzika Burkharda Heima (1925-2001). Ten použil pro vysvětlení fyzikální podstaty našeho vesmíru zvýšení počtu dimenzí - poslední verze jeho teorie předpokládala, že nejsou čtyři (tři rozměry prostoru a čas), ale je jich celkem 12. V takovém vesmíru by už pohyb nadsvětelnou rychlostí nepředstavoval problém. Heim dokonce na základě své teorie správně předpověděl vlastnosti některých subatomových částic, které byly objeveny až později. Přesto ji ale fyzika zatím považuje za nedokázanou.

Jan A. Novák

POZNÁMKA:Stejně jako předešlý text „Nejasná zpráva o pokoření Einsteina“ byl i tento určen pro Hospodářské noviny – využil jsem možnosti toho, že do páteční přílohy Víkend půjde o zajímavém tématu nadsvětelných rychlostí napsat to, co se nevešlo do deníkového článku. Původně jsem měl v úmyslu z obou příspěvků pro Novákoviny udělat jediný delší text, na to ale v dohledné době zřejmě nebude čas, tak tu máte aspoň oba články těsně za sebou..

You have no rights to post comments