verze pro tisk

Jestliže každý gram látky obsahuje tak ohromnou energii, proč to zůstalo tak dlouho nepovšimnuto? Odpověď je dosti jednoduchá: pokud se žádná energie nevydává navenek, nemůže být pozorována. Je to jako kdyby člověk, který je pohádkově bohatý, nikdy neutratil ani nevynaložil jediný cent; nikdo by nemohl říci, jak je bohatý.

Albert Einstein

Albert Einstein (14. 3. 1879 - 18. 4. 1955) byl jediným synem spolumajitele malé elektrotechnické továrny. Jevy a věci jiným samozřejmé ho již v mládí udivovali, škola se svým formalizmem a samoúčelnou disciplínou se mu protivila. Kompas jako dítěti, Euklidova geometrie jako školákovi a poznatky čerpané z populárně vědecké literatury, kterou měl raději než školní knihy, mu připadaly jako zjevení. Po pobytech v Německu, Švýcarsku a Itálii nakonec zakotvil v Curychu, kde vystudoval matematiku a fyziku na polytechnice (1901). Následovala několikaletá skromná kariéra soukromého učitele, patentového úředníka v Bernu a zároveň badatele "pro vlastní potěchu". Vědě se ovšem mohl věnovat jen ve volných chvílích a v neděli, a přesto jeho myšlenky z těchto let se staly základem fyziky 20. století. K prvním jeho zájmům patřila problematika Brownova pohybu a statistická fyzika; z této oblasti je také jeho disertace, kterou obhájil na univerzitě v Curychu. Poté aplikoval statistiku na rozptyl světla na nahodilých shlucích částic, vypracoval statistiku bosonů a s úspěchem ji použil k výpočtu měrného tepla. Jeho životním osudem se však stala teorie relativity, ač největšího vnějšího ocenění se mu dostalo za teorii fotoefektu (1905), za nějž dostal Nobelovu cenu (nikoli za teorii relativity); je zajímavé, že tato oblast fyziky je v tomto směru ignorována dodnes.

K většině svých objevů byl Einstein přiveden zkoumáním základních vlastností světla. Po několika nepublikovaných pracích z této oblasti analyzuje v r. 1904 Planckův zákon z hlediska statistické fyziky a klade si za cíl vyřešit rozpory elektrodynamiky pohybujících se prostředí. Záhy zobecnil Maxwellovy rovnice pro případ šíření elektromagnetických vln v pohybujícím se prostředí (1905), přičemž zároveň odhalil jejich rozpor s idejemi Newtonovy mechaniky. Do čela elektrodynamiky a speciální teorie relativity postavil princip stálé rychlosti světla, princip relativity, Maxwellovy rovnice a Lorentzovy transformace. Vybudoval také novou mechaniku kompatibilní s elektrodynamikou, přičemž její kinematiku založil na transformacích Lorentzových. Z jeho teorie automaticky mizí pojem éteru. Jeho teorie nemá logických nedostatků a vede čistě matematickou cestou k řadě překvapujících vztahů, představ a závěrů ověřitelných pokusem. Odezva na jeho objevy byla v řadách fyziků a filozofů nesmírná. Rázem se Einstein stává hvězdou první velikosti; od r. 1909 je mimořádným profesorem v Curychu a r. 1910 rozhoduje profesorský sbor německé univerzity v Praze o zřízení katedry teoretické fyziky pro Einsteina s připomínkou, aby požádal o rakouské občanství. V dubnu 1911 skutečně do Prahy nastupuje, avšak r. 1912 se vrací na přání rodiny do Curychu. V r. 1914 přechází do Pruské akademie věd v Berlíně a stává se ředitelem Fyzikálního ústavu císaře Viléma.

Od r. 1909 se však již upíná Einsteinův zájem k obecné teorii relativity, jež je v r. 1915 v podstatě hotova. Další své snahy zaměřil na unitární teorii polí, jež měla dále zobecnit obecnou teorii relativity na veškerá pole, zejména na pole gravitační a zároveň elektromagnetické. Nešlo však o teorii kvantovou a nedošla proto výsledků přiměřených jeho investované duševní energii. Einstein však nebyl snad jen vědcem, ale byl člověkem se širokými kulturními zájmy, s vyhraněným profilem morálním a politickým. Pro celou jeho tvorbu je příznačné hluboké chápání souvislosti obecných a dílčích problémů, takže bývá charakterizován jako velký filozof základních fyzikálních problémů. Byl rovněž znalcem umění, houslistou, ale i člověkem skromným, který oficiální pocty nejednou pohoršlivě ignoroval. U lidí si vážil více hodnot mravních než vědění a postavení. Neváhal proto na vrcholu slávy odejít z Německa na protest proti antihumánní nacistické ideologie a brutalitě. Nebyl však jen bezmocným pacifistou a chápal, že násilí nelze přemoci jinak než bojem. Proto také se L. Szilárdem a E. Tellerem dal podnět k zahájení nukleárního bádání v USA; v r. 1945 však stál v první řadě bojovníků proti zneužití jeho výsledků a v řadě bojovníků za mír. Za svůj život napsal přes tři sta prací. Patří k velikánům, kteří se rodí za tisíciletí. Zemřel v Princetonu v USA, kde po odchodu z Německa působil.

V r. 1905 tedy položil Einstein základy elektrodynamiky pohybujících se prostředí a odvodil základní vztahy teorie relativity, včetně vztahu mezi hmotností a energií částice. Po dvou letech H. Minkowski zavedl pojem čtyřrozměrného prostoročasového kontinua a novou formu zápisu veličin a zákonů fyziky v čtyřsložkovém tvaru. V r. 1906 Planck odvodil vztah mezi hmotností, energií a hybností částice a prosadil pro celou disciplínu název teorie relativity. V r. 1906 se Poincaré a následujícího roku Minkowski pokusili vytvořit také relativisticky invariantní teorii gravitace. V dalším roce zavedl Planck relativitu do termodynamiky. Od r. 1909 se stává speciální teorie relativity disciplínou zasahující do všech oborů teoretické fyziky; Einstein v té době však již klade základy obecné teorie relativity.

Přes veškeré úspěchy speciální teorie relativity připadalo Einsteinovi jako zbytek antropomorfizmu ve fyzice to, že tato teorie preferuje inerciální vztažné soustavy, vůči nimž je náš popis pohybu nejjednodušší; přírodu však toto naše stanovisko asi nezajímá. Musíme tedy vytvořit takovou teorii, v níž by byl popis přírodních zákonů stejný vůči jakékoli, i neinerciální vztažné soustavě. Protože gravitační působení je vždy možno nahradit účinkem pohybu -- např. tíhu lze simulovat někde v mimozemském prostoru zrychleným pohybem celé laboratoře a také naopak tíži lze odstranit pro pozorovatele v laboratoři tím, že ji celou necháme volně padat -, proto musí nová teorie pohybu zahrnovat i teorii tíže. Taková úvaha vedla Einsteina k formulaci jejího prvního principu, principu ekvivalence; snaha vymýtit subjektivizmus z fyzikální teorie zase vedla k požadavku invariace teorie vůči volbě vztažných soustav. Jasné také bylo to, že aproximací nové Einsteinovy teorie musí být Newtonova teorie gravitace a speciální teorie relativity. Teorie musela také brát v úvahu úměrnost mezi tíhovou a setrvačnou hmotností daného tělesa. Experimentálně ji dokázal maďarský fyzik L. Eötvös (1890); pochyboval o ní sice J. J. Thomson (1907), jeho výsledky však kriticky analyzoval jeho žák Sourthense (1910), takže Planck mohl nakonec prohlásit, že obě veličiny jsou při vhodné volbě soustavy jednotek totožné.

V r. 1911 Einstein tyto otázky podrobně analyzoval, dospěl k prvním fyzikálním závěrům, ne však ještě k úplné teorii. Ukázal přitom omezenou platnost speciální teorie relativity. Einsteinův odpůrce M. Abraham si neodpustil poznámku, že "to je podobné autorovi, který nejednou medovým hlasem Sirény lákal svojí teorií relativity, až se nyní sám přesvědčil o její neplatnosti". Když však Einstein přibral do své matematické výzbroje teorii tenzorů a Riemannovu geometrii vypracovanou předtím matematiky, dokončil v r. 1916 obecnou teorii relativity ve tvaru, který se v podstatě nezměnil dodnes. Vedle jeho teorie upadly v zapomenutí všechny práce, jež směřovali také ke spojení teorie gravitace a teorie relativity, zejména práce Abrahamovy, Nordströmovy, Mieovy a Hilbertovy (1915). Je zajímavé, že Einsteinova teorie byla vytvořena "u stolu", bez přímé opory experimentální.

Proto tím více udivuje, že se našly záhy jevy, které ji potvrdily. Patří k nim anomálie stáčení Merkurova perihélia, jež bylo dlouhou dobu záhadou v astronomii. V r.1922 je důsledky obecné teorie relativity překvapen sám Einstein, když sovětský fyzik A. A. Fridman dokazuje, že vedle stacionárního řešení Einsteinových rovnic existuje řešení nestacionární, jež aplikováno na vesmír znamená, že vesmír se rozpíná. Americký astronom E. P. Hubble r. 1929 dokázal dopplerovský posuv ve spektrech extragalaktických mlhovin svědčící o jejich expanzi, čili o rozpínání vesmíru. Později byl pozorován tzv. Einsteinův rudý posuv u Slunce Saint-Johnem (1923) a u Siriova průvodce, bílého trpaslíka, W. S. Adamsem (1925); tato pozorování však ještě nebyla zcela přesvědčivá.

Obě Einsteinovy teorie vzbudily mezi vědci a filozofy nemenší odezvu než v minulosti teorie Kopernikova a Darwinova. Bylo tomu tak zejména proto, že Einsteinovo zpracování teorie relativity přineslo základní pojmový obrat, tj. nový pohled na prostor a čas a na jejich vzájemný vztah; dále Einstein dospěl matematickou cestou k dosud netušeným relacím mezi klidovou hmotností a energií daného tělesa, čímž mj. vysvětlil, odkud se bere nesmírné množství energie v nitru hvězd i v atomových jádrech. Jeho teorie relativity se stala základní složkou současné fyziky; každá fyzikální teorie musí být relativistická. Není-li tomu tak, je a priori nesprávná, nebo v nejlepším případě pouze přibližná.

---

http://phoenix.inf.upol.cz/~outrata/, outrata@phoenix.inf.upol.cz
Jan Outrata, generováno: 7.1.2013