9. března 2011 7:00 Lidovky.cz > Relax > Věda

Proč je v noci tma? Studenti to nedokázali vysvětlit, říká filosof a fyzik

Padající hvězdy neboli meteorický roj Perseid. | na serveru Lidovky.cz | aktuální zprávy Padající hvězdy neboli meteorický roj Perseid. | foto: Reprofoto

PRAHA Na naší planetě existuje život nejen díky Slunci, ale také díky tmě, říká filozof a fyzik Peter Zamarovský, autor nové knihy s názvem Proč je v noci tma?

LN Název knihy je tak trochu provokativní. Co vás přivedlo k jejímu napsání?
Lákalo mě napsat knihu pro všechny, které majestátní zjev hvězdné oblohy nejen okouzlil, ale i přiměl k hlubšímu zamyšlení nad stavbou vesmíru. Dalším impulzem byli studenti, které učím. Většina z nich nedovedla vysvětlit, proč je v noci tma. Konečně i v astronomické literatuře dodnes kolují různá překonaná a nesprávná vysvětlení.

Peter Zamarovský

LN Tma je přece proto, že se Země otáčí kolem své osy a Slunce osvětluje vždy jen jednu polovinu naší planety. Když Slunce zapadne, je prostě tma. Co je na tom pozoruhodného?
To je samozřejmě jednoduchá a správná odpověď. Otázkou ale zůstává, proč je tma, když zapadne Slunce. Proč nad našimi hlavami převládá temnota oblohy, a ne svit hvězd? Tomuto rozporu se říká fotometrický paradox nebo paradox noční tmy.

LN Co si pod tímto pojmem mám představit?
Když se v lese kolem sebe rozhlédneme, uvidíme v každém směru nějaký strom. Zaplňují celý zorný úhel, alespoň v horizontální rovině. A podobně jako s lesem na Zemi by to mělo být i s lesem hvězd v kosmickém prostoru. V každém směru by měla nějaká hvězda svítit. Hvězdy by měly bez mezer pokrýt celou klenbu a nebe nad hlavou by mělo silně, přímo nesnesitelně zářit. Měl by tu panovat pekelný žár. Každá hvězda je přece cizí slunce, podobné tomu našemu. Jenže v noci je tma a chlad. A tento rozpor se nazývá fotometrický paradox.

LN Co se změní, když přejdeme od dvojrozměrného pozemského lesa do trojrozměrného lesa hvězd?
Náš "lesní model" funguje stejně i v trojrozměrném vesmíru. Představme si naši zeměkouli a kolem ní nekonečný soubor soustředných sférických slupek. Takovou vesmírnou cibuli. Slupky mají stejnou tloušťku a jsou tak obrovské, že každá obsahuje veliké množství hvězd. Intenzita světla jednotlivých hvězd klesá s druhou mocninou vzdálenosti, tj. s poloměrem slupky. Avšak tento úbytek se vyrovnává větším množstvím hvězd. Jejich počet ve slupkách totiž roste s jejich objemem, tj. také s druhou mocninou poloměru. Takže všechny slupky by měly přispívat k jasu oblohy stejným dílem. Protože jich je nekonečné množství, měla by se z oblohy linout nekonečná záře. Když ale uvážíme, že se hvězdy -podobně jako stromy - navzájem zakrývají, nekonečné množství slupek neuvidíme. Přesto by mělo na Zemi dopadat více než 90 000krát více světla než za slunečného dne. Nemohli bychom existovat my ani žádný život.

Pozorování padajících hvězd (ilustrační foto).

LN Proč hvězdy oblohu zcela nepokrývají? Kde se stala v tomto modelu chyba?
Z fotometrického paradoxu jasně vyplývá, že vesmír našemu modelu neodpovídá. Musí být jiný. Nemůže být současně nekonečný, věčný a rovnoměrně (ba ani náhodně) zaplněný svítícími hvězdami.

LN Co ve skutečnosti na obloze vidíme?
Pouhým okem dokážeme napočítat jen asi dva až tři tisíce hvězd. To není žádné astronomické číslo. Dalekohledem se obraz oblohy zvětší. Zvětšení však nehraje roli, slabé hvězdy nevidíme ne proto, že by se jevily malé, ale proto, že nám od nich přichází málo světla. Podstatné je, že objektiv dalekohledu dokáže soustředit více světla než čočka oka. Takže když má objektiv průměr řekněme pět centimetrů, je jeho plocha asi stokrát větší, než je plocha naší zorničky, a tak zachytí i stokrát více světla. Takovým dalekohledem pak vidíme i hvězdy, které svítí stokrát slaběji, a těch je zhruba stokrát více, tj. asi 300 tisíc. S ještě větším dalekohledem, například o průměru 50 centimetrů, což je běžný profesionální přístroj, uvidíme až 20 milionů hvězd. Dalekohledem sice můžeme pozorovat celkově větší počet hvězd, ale nikoliv najednou, protože úměrně se zvětšením obrazu se zužuje zorné pole. Vidíme tedy zhruba stále podobný obraz - svítící bodové hvězdy a mezi nimi tmu.

Peter Zamarovský (*1952)

* Díky svému otci, spisovateli Vojtěchu Zamarovskému, se seznamoval se starověkou kulturou, antickou mytologií a filozofií, nicméně převážil zájem o exaktní vědu

* Vystudoval fyziku na MFF UK a pak nastoupil do Ústavu fyzikální chemie a elektrochemie Jaroslava Heyrovského ČSAV

* Poté vyvíjel vakuová zařízení v konstrukčním oddělení Tesla Elstroj a působil v Energetickém středisku Evropské unie

* Od roku 1986 přednáší na ČVUT, nejdříve na fakultě strojní, nyní na fakultě elektrotechnické, kde vyučuje filozofii vědy a techniky

* Je předsedou Evropského kulturního klubu, který pořádá besedy s významnými osobnostmi, dále je členem občanského sdružení Sisyfos a historické sekce České astronomické společnosti

* Jeho koníčkem je astronomie a konstrukce astronomických dalekohledů. Rád cestuje, zejména do oblastí starověkých kultur.

LN Tyto úvahy vedou k otázce po struktuře a historii vesmíru...
Tyto otázky jsou předmětem kosmologie. Ještě před půl stoletím se kosmologie nepovažovala za seriózní vědu, dnes se už situace díky pokroku ve fyzice změnila. Přesto kosmologie obsahuje stále jistý spekulativní, či chcete-li metafyzický prvek - pojem samotného počátku světa.

LN Když už jsme u toho, jak vůbec vesmír vznikl?
Už samotný pojem "počátek vesmíru" je diskutabilní z logického hlediska. Předpokládá, že tu něco začalo být, co předtím nebylo. Ale co bylo před vesmírem? Většina kosmologů se domnívá, že tato otázka postrádá smysl, protože neexistovalo žádné "předtím". Domníval se to i svatý Augustin, když napsal, že "Bůh stvořil svět nikoliv v čase, ale spolu s časem".

LN A jak řeší otázku vzniku vesmíru fyzikové?
Většinou hovoří o "singularitě". Vypadá to učeně, ale je to jen eufemistické označení pro to, co neumí fyzika popsat a vysvětlit. Některé teorie vzniku vesmíru spíše připomínají sci-fi. Každopádně samy počátky všehomíra jsou zahaleny tajemstvím. Vědci si musí přiznat, že rozumnou odpověď nemají a možná ani v budoucnu mít nebudou.

LN A existuje nějaká představa o dalším vývoji vesmíru?
Kosmologové jej umí poměrně věrohodně nastínit. Všichni uznávají fakt, že se vesmír rozpíná. Existují dva odlišné scénáře, jak bude toto rozpínání pokračovat. Jeden předpokládá, že se jednou zastaví, obrátí se ve smršťování, a vše skončí velikým křachem. Tento vývoj se případně může i opakovat. Tím se dostáváme k tzv. cyklickým modelům. Před třinácti lety bylo objeveno něco, co kosmology překvapilo. Rozpínání vesmíru se urychluje. A většina odborníků se dnes domnívá, že se rozpínání nezastaví. Vesmír bude neustále řídnout, až se úplně rozptýlíme v prostoru. Kosmologie je však dynamicky se rozvíjející věda, a tak se brzy můžeme dočkat i jiných scénářů kosmické budoucnosti.

LN Vraťme se ale k našemu fotometrickému paradoxu. Jak je to tedy s jeho řešením?
Paradox objevil v roce 1576 anglický astronom a matematik Thomas Digges a od té doby byla navržena řada jeho řešení. Pokusil se o ně už sám Digges, pak také Galileo, Kepler, Halley a mnoho dalších. Paradox zpopularizoval německý astronom Heinrich Olbers, po kterém se dnes často nazývá. Zajímavé je, že s podnětnou myšlenkou řešící paradox přišel i americký básník Edgar Allan Poe. Snad definitivní tečku za fotometrickým paradoxem udělal v roce 1965 americký kosmolog Edward Harrison. Vyšel z poznatků soudobé kosmologie a ukázal, že hvězd září na obloze sice mnoho, ale přesto je jich málo na to, aby zaplnily oblohu celou. Proč? Vzhledem ke svým velikostem jsou navzájem příliš vzdálené. Dohlednost v tomto "řídkém lese hvězd" by proto měla být obrovská, asi 10 na 23 světelných roků do vzdálenosti, a tedy i 10 na 23 let do minulosti. Podle modelu velkého třesku (tj. standardního modelu) svítí hvězdy ale jen asi 10 na 10 roků, takže vidíme do doby před jejich vznikem. Tam však vidíme tmu. Tato tma ale není pohledem na prázdný prostor, jak si mysleli třeba staří stoikové. Je to obraz dávno vyhaslého ohně zárodečného plazmatu, které existovalo před hvězdami v dobách, kdy byl vesmír mnohem mladší, hustší a teplejší. Teplota tohoto plazmatu byla přes čtyři tisíce stupňů, tj. více, než je teplota vlákna běžné žárovky. Dnes se však tento oheň jeví jako černý, protože energie jeho světla vlivem rozpínání kosmu příliš klesla. Žár vychladl. Záření však lze pozorovat citlivými přístroji v oboru mikrovln. Jde o tzv. reliktní čili zbytkové záření kosmického pozadí. Ukazuje se, že v tomto oboru celé nebe slabě a téměř rovnoměrně září. Teplota odpovídající této neviditelné záři nedosahuje ani tři stupně nad absolutní teplotní nulu. Není to už záře žhavého pekla, ale sinalý svit krutého mrazu. Mrazu, který panuje v pekle, nikoliv v našem, ale takovém, jak si ho představují severské národy.

ČTĚTE TAKÉ:

LN A díky tomu máme tmu a noc?
Ano. A díky vesmírné tmě také žijeme. K životu nám totiž nestačí jen energie a přiměřená teplota. I když nás energetici a politici přesvědčují o opaku, energii vlastně ani nepotřebujeme. Pro život je však nutný tok energie a ten je způsobený rozdílem teplot. Energie ze Slunce dopadá ve formě světla na naši Zemi a následně se vyzařuje v podobě infračervených paprsků do vesmírného prostoru zaplněného mrazivou tmou. Takže bez tmy by neexistoval ani život, ani my pozemšťané.