I. Jak vzniká model vesmíru
Četl jsem kdysi o lékaři v starověké Číně, který vyšetřoval ženu císaře ukrytou za závěsem. Přikládala si k různým částem těla jeden konec niti a on, držíc v ruce její druhý konec, pozoroval pouze vibrace. Jen na základě pozorování chvějící se niti určoval diagnózu. Zdálo se mi tehdy, že stanovení správné diagnózy v takových podmínkách je právě nemožné.
Při zkoumání vesmíru jsme v podobné situaci, jako starověký lékař. Nemůžeme se přiblížit, abychom něco prozkoumali. Jediné, co můžeme udělat, je pozorovat různá vlnění, která k nám přicházejí a namáhat svůj rozum.
Obvykle si neuvědomujeme, na základě jak podivné směsi pozorování a teoretických předpokladů vzniká náš model vesmíru.
Samotná pozorování nestačí. Mohou být dokonce matoucí. Pokud odložíme stranou vše co jsme se naučili ve škole a pokusíme se udělat si představu o vesmíru pouze na základě toho, co vidíme, tak co dostaneme? Země se nám zdá nehybná a více méně plochá, během dne se Slunce posouvá po obloze z východu na západ, v noci se nad námi obrací nebeská sféra s hvězdami. Již k vysvětlení toho, jak se Slunce ráno znovu objeví na východě, je třeba přijmout nějaké předpoklady, protože nevyniká to přímo z pozorování. Musíme vymyslit nějakou teorii a to co pozorujeme vysvětlit pomocí této teorie. Jinými slovy: to, co vidíme musíme interpretovat pomocí teorie vytvořené na základě našich pozorování. Je tu jisté zacyklení, které může vést k tomu, že dlouho budeme postupovat špatným směrem a přitom se upevňovat v přesvědčení, že máme pravdu. Nová pozorování se můžeme snažit vysvětlit v rámci našeho současného modelu dodáním nových pojmů a závislostí, anebo můžeme hledat nový model.
Než začneme tvořit nový model, stojí za to si připomenout, jak vznikla i měnila se představa o vesmíru od nejstarších časů. Na základě jakých pozorování a jakých argumentů měnili lidé svoji představu o světě a přecházeli k dalším modelům.
Kdysi dávno na základě přímých pozorování si lidé představovali, že Země je nehybná a nebe s hvězdami se otáčí kolem Země. Přitom vzájemné vzdálenosti mezi hvězdami se nemění. Zdálo se logické, že hvězdy se nacházejí na otáčející se sféře. Slunce a Měsíc bylo možné umístit na samostatných sférách, problémem bylo vysvětlení pohybu planet. Zkoušelo se to různými způsoby, nakonec Ptolemajos navrhl model, ve kterém se planety dodatečně pohybovaly po kružnicích nazvaných epicykly. Byla to dost krkolomná konstrukce a Ptolemajos z ní asi sám nebyl úplně spokojen, ale model se do té míry shodoval s pozorováním, že vydržel více než tisíc let.
Byly nějaké další návrhy? V situaci, kdy všichni byli přesvědčeni, že Země je nehybná, což bylo shodné se zkušeností, těžké bylo přijít s nápadem, že tomu může být i jinak. Přesto Aristarchos ze Samu již několik set let př. n. l. navrhl heliocentrický model vesmíru. Myšlenka byla geniální, jenomže model nesouhlasil s pozorováním. Pozice planet byly jiné, než vyplývalo z výpočtů.
Jak je vidět, není vždy nutné odmítat model, který nesouhlasí s pozorováním. Někdy může stačit malá modifikace modelu nebo jen změna interpretace výsledků měření. Proč výsledky výpočtů nesouhlasily s pozorováním? Protože tehdy nikomu ani na mysl nepřišlo, že by se planety mohly pohybovat po jiných drahách než po kružnicích a ještě k tomu proměnlivou rychlostí. Nebylo také pozorováno paralaktické přesunutí hvězd, které by se mělo ukázat v případě oběhu Země okolo Slunce. Ještě v XVI. století Tycho Brahe po provedení série důkladných měření zpochybňoval z toho důvodu heliocentrickou teorii, kterou publikoval Mikuláš Koperník. Vycházelo to z jiného chybného předpokladu. Tycho Brahe nepřipouštěl, že vzdálenosti hvězd mohou být tak velké, že paralaktické přesunutí je mimo dosah dokonce i těch nejpřesnějších měřicích přístrojů jeho doby. Znovu vidíme, že výsledky pozorování nás mohou splést. Jestliže je nesprávně interpretujeme, můžeme dojít ke špatným závěrům.
Heliocentrický model se začal brát vážně teprve tehdy, kdy Johannes Kepler po analýze ohromného množství dat došel k závěru, že planety se pohybují po drahách eliptických s proměnlivou rychlostí a pozorování se začala shodovat s výpočty.
Odkud se vzal takový zdánlivě podivný pohyb planet nebylo známo. Vysvětlila to teprve gravitační teorie Isaaca Newtona.
Dokud si lidé mysleli, že nebeská sféra se otáčí okolo Země, zdálo se samozřejmé, že vzdálenosti všech hvězd musí být stejné. Když se ukázalo, že pohyb hvězd po obloze je pouze zdánlivý, okamžitě přestala být nutností stejná vzdálenost hvězd od Země. Různé pozorované velikosti hvězd přímo sugerovaly, že vzdálenosti mohou být různé. Jenom jakým způsobem zjistit, jaké jsou rozměry celého Vesmíru? Samotné pozorování nestačí. Znovu jsou potřebné nějaké dodatečné teoretické předpoklady. Newton ukázal, že pro nebeská tělesa platí stejné zákony, jaké platí na Zemi. V případě hvězd se však objevil nový problém. Jestliže se všechna tělesa přitahují, proč všechny hvězdy nespadnou na sebe?
Znovu vidíme, jak nás mohou pozorování mýlit. Hvězdy se nám zdají nehybné pouze proto, že jsou od nás ohromně vzdáleny. Vesmír není statický. Řešení toho problému se ale hledalo jinde. Vznikla koncepce nekonečného vesmíru.
Pod vlivem Euklidovy geometrie se nám nekonečný nezakřivený prostor zdá být něčím přirozeným. Nekonečnost ale nemůže být potvrzena žádným pozorováním ani žádným pokusem a existuje vlastně pouze v naší představě. Kromě toho se ukázalo, že nekonečný prostor vůbec neřeší problém stability vesmíru. Pro zajištění stabilnosti nekonečneho statického vesmíru by bylo třeba zmodifikovat gravitační teorii pro velmi vzdálené objekty. Jak uvidíme později, modifikace Newtonovy gravitační teorie je nutná také v případě konečného vesmíru, protože byla zformulována pro nekonečný nezakřivený prostor.
Proti koncepci nekonečného vesmíru byl podán též jiný argument. Nekonečné množství hvězd více méně rovnoměrně rozmístěných v nekonečném prostoru by mělo způsobit, že nebe i v noci bude jasné. Bylo třeba nějak vysvětlit, proč je temné. Jedním z možných vysvětlení byl předpoklad, že hvězdy nesvítí věčně. V tom případě se jednak objeví otázka, kdy a jak začaly svítit.
Kdysi se zdálo, že o tomto tématu je možné pouze spekulovat. Hvězdy se zdály tak vzdálené a tak nedostupné, že byly pouze světélkem na nebi. Ukázalo se ale, že i z té trošky světla, které k nám přichází, je možné získat ohromné množství informcí. Zkoumáním spektra hvězd můžeme určit jejich chemické složení a z porovnání různých stádií hvězd můžeme vydedukovat, jaké reakce ve hvězdách probíhají.
Musíme ale celý čas pomatovat na to, že je třeba rozlišovat mezi tím, co vyplývá z pozorování a co z modelu, a jakým způsobem z toho vyvozujeme závěry o skutečném vesmíru. Jestliže byl pozorován červený posun ve spektrech vzdálených objektů a to tím větší, čím více je objekt od nás vzdálený, můžeme to interpretovat jako rozpínání se vesmíru. Není to ale pozorování rozpínání vesmíru a můžeme hledat též jinou interpretaci.
Přijmeme-li jako fakt, že se vesmír rozpíná, pak se zdá logické, že dříve byl menší a vznikl kdysi z malé oblasti. Dostáváme tak jakýsi počátek, který byl nazván “Velký třesk”. Velký třesk nemůžeme potvrdit přímým pozorováním, nicméně bylo zaznamenáno reliktní záření, které můžeme interpretovat jako pozůstalost po velkém třesku. Máme též matematický model, který popisuje vesmír v souladu s těmito předpoklady. Znamená to, že náš současný obraz vesmíru je správný? Víme, že není. Již to, že je v rozporu s kvantovou teorií signalizuje, že něco není v pořádku. Čím dál více přesnějších pozorování způsobuje, že jsou potřebné stále divnější konstrukce, aby to vysvětlily. Aby šlo sladit pozorování s teorií byla vymyšlena kosmická inflace (zvětšení vesmíru bilióny biliónů krát ve zlomku vteřiny), temná hmota a temná energie (o kterých kromě toho, že jsou potřebné v rámci stávajícího modelu nikdo nic neví). Ukazují se ale další pozorování, která současná kosmologie neumí vyvětlit, například ohromné černé díry v raném vesmíru.
Myslím, že už přišel čas se zastavit, rozvážit, které naše předpoklady mohou být špatné a vytvořit model vesmíru znovu od počátku.