Pán černých děr: Sedmdesátka Stephena Hawkinga

4. únor 2012

Britský fyzik Stephen Hawking je asi nejpopulárnějším vědcem dneška. Autor neortodoxních hypotéz a popularizátor vědy poutá i svým životním osudem.

Když se ve svých 21 letech dozvěděl o těžké chorobě, kterou trpí, lékaři mu dávali nanejvýš tři roky života. A přesto Stephen Hawking, vědec s ochrnutým tělem, ale stále svěží myslí, oslavil letos v lednu své 70. narozeniny. Připomněli jsme si je v rozhovoru s astrofyzikem Jiřím Grygarem z Fyzikálního ústavu Akademie věd České republiky.

Stephen Hawking bývá přirovnáván k takovým velikánům vědy, jako byli Isaac Newton nebo Albert Einstein. Sedí tohle přirovnání?

„Donedávna byl takzvaným Lukasiánským profesorem na univerzitě v Cambridgi a to je přesně ta katedra, kterou vedl kdysi Issac Newton. Takže v tomto směru to sedí. Na druhou stranu si myslím, že jeho hlavní životní dílo je jistě už tady a nedá se říci, že by se mohl srovnávat ani s Newtonem ani s Einsteinem. Rozhodně ale patří do první ligy světových vědců, zejména v oboru kosmologie a fyziky, a to právě obecné teorie relativity i kvantové mechaniky, což jsou vlastně pilíře moderní fyziky. V tomto směru jistě Hawking patří do velmi exkluzivní skupiny. Ale přece jen, když se vezme dopad díla Newtonova a Einsteinova, tak si myslím, že už se mu to nepodaří dosáhnout. Ale možná se mýlím a že ho podceňuji.“

Stephen Hawking ovšem zaujal veřejnost nejen svým vědeckým dílem, ale také svým těžkým zdravotním postižením.

Stephen Hawking v NASA (1980)

„Jak všichni vidíme, stal se jakýsi zázrak lékařské vědy. To, že jeho duševní schopnosti nejsou tím postižením nijak omezeny, je v jeho prospěch. Dokonce bych řekl, že se může díky tomu daleko lépe soustředit právě na tu vědu, když ho tělo nenutí k nějakým dalším činnostem. V každém případě nese to postižení velmi statečně a jeho výkony třeba z poslední doby jsou naprosto neuvěřitelné. Posluchači možná nevědí, že mu manželka před deseti lety naložila k šedesátinám let v horkovzdušném balonu a on opravdu letěl. A zcela nedávno pro něj zorganizovala NASA dokonce let v beztížném stavu – v takovém tom aeroplánu, co umí letět po parabole, takže tam máte asi 30 sekund beztížný stav. Takže kdo se chce podívat na Internet, tak tam najde snímek Hawkinga v beztížném stavu a letecké kombinéze, jak ho přidržují další členové posádky. Takže on je velice zdatný, navzdory tomu svému velkému omezení. Dokonce cestuje na mezinárodní konference.“

Měl jste někdy příležitost setkat se s ním osobně?

„Potkal jsem ho dvakrát. Poprvé to bylo v Polsku, ve Varšavě, na astronomickém kongresu k výročí Koperníka v roce 1973. Byl tam na té kolečkové židli a myslím, že ještě v té době mluvil svým hlasem, ale bylo mu špatně rozumět. Muselo se to potom ještě vždycky překládat. A podruhé jsem ho zažil v roce 1982 ve Spojených státech. Čili i tam cestoval do Texasu na relativistickou konferenci a zase tam byl velice aktivní. Svým způsobem je to úžasné, ale právě teď má další potíž, že ztratil hlas, takže mluví syntetickým hlasem.“

Podle Jiřího Grygara se nejzajímavější a zřejmě i nejpřínosnější myšlenky Stephena Hawkinga týkají černých děr a prozatím hypotetického jevu, pro který se vžil název Hawkingovo záření.

Co to vlastně je Hawkingovo záření?

Takto by podle umělců mohla vypadat černá díra se svým akrečním diskem

„To je výpočet, který sice pochopitelně zatím nemůže být potvrzen, ale vypadá velmi správně. Podle něj není tak úplně pravda, že z černých děr, jakkoliv jsou černé, neuniká žádné záření. Když použijeme kvantové mechaniky, ukazuje se, že tam je určitá ‚neurčitost‘, a to v okolí jakési membrány, která odděluje černou díru od vnějšího vesmíru a která by měla být normálně propustná jen jedním směrem. Vy můžete spadnout do černé díry, ale nemůžete z ní už potom ven, ať jste cokoliv – člověk, záření nebo nějaké částice. Jenomže Hawking ukázal, že to co platí v obecné teorii relativity beze zbytku, neplatí při použití vztahů kvantové mechaniky. V okolí té membrány, uvnitř v černé díře, může dojít k jevům, kterým říkáme vytváření virtuálních párů. To jsou vlastně dvojice částice/antičástice, čili hmota/antihmota, a ty vznikají obecně ve vesmíru tak, že žijí velice krátkou dobu souběžně – znamená to, že ta částice/antičástice jakoby vznikne ‚z ničeho‘, takže její součet je nula. Chvíli existuje a potom zase zanikne, zase se v tom vakuu ztratí. A když se to stane poblíž té membrány, a to ukázal právě Hawking, tak se může stát, že během té kratičké doby, kdy ty částice existují reálně, jedna z nich se dostane přes membránu (doslova se protuneluje, tunelový jev je znám v kvantové fyzice) a už se nemůže vrátit, protože ta druhá částice zůstane vevnitř.“

A to tedy má za následek, že ta černá díra ztratí hmotu?

„Technicky vzato – tu částici, která vlastně zůstala uvízlá venku a už nemůže zpátky. Je obecnou vlastností černých děr, že to jsou dokonalé koule, a ta koule se trošičku smrští. Existuje základní vztah pro černé díry, známý už od začátku teorie relativity, že poloměr té kulaté černé díry závisí na její hmotnosti. Čím je černá díra méně hmotná, tím je to menší kulička; když je více hmotná, je ta koule větší. Tomu poloměru se říká Schwarzschildův poloměr, protože ho vypočítal německý fyzik Karl Schwarzschild, velice těsně po tom, co Einstein publikoval obecnou teorii relativity. Konkrétně – kdyby se naše Slunce mohlo stát černou díru, tak bude mít poloměr pouze 3 kilometry. Ty ostatní objekty ve vesmíru, které jsou v černých děrách, to jsou většinou hvězdy nebo dokonce veledíry, tak ty mají Schwarzschildovy poloměry velké. Nicméně jakmile bychom ubírali hmotu těm černým děrám, které už vznikly, tak nakonec nastane situace, že ty černé díry mají relativně malou hmotnost a i jejich poloměry jsou velice malé. To znamená, že je jejich povrch velice křivý. A jakmile je ta membrána velice křivá, tak je snazší ji protunelovat, takže ten jev se začne zesilovat.“

Černá díra v rentgenové dvojhvězdě Cygnus X-1

Uniká z ní tedy tím víc částic, čím je poloměr černé díry menší?

„Zatímco z velké černé díry unikne jedna částice, tak když se trošku smrští, tak z ní v dalším okamžiku mohou uniknout čtyři, v dalším třeba 11, pak 25 a potom třeba 150 tisíc. Černá díra se začne lavinovitě zmenšovat, protože čím dál tím víc částic se díky té křivosti dostane k membráně a mohou uniknout ven. A to znamená, že v konečném čase se ty černé díry nakonec vypaří, procesem, který objevil právě Hawking. To je zatím pochopitelně hypotéza, protože nemáme po ruce žádnou černou díru, která by to udělala před našima očima. Ale přesto je ta myšlenka tak solidní, že se většina fyziků domnívá, že Hawking má pravdu. A to je právě to, co určitě Hawkinga přežije a zřejmě to bude jednou i potvrzeno. O tom téměř nikdo nepochybuje.“

Kromě své vědecké činnosti se Stephen Hawking věnuje také popularizaci svého oboru – zejména kosmologie, zákonitostí obecné relativity, kvantové fyziky a černých děr. Jeho knihy jsou opravdové bestsellery, které jsou hojně překládány a vycházejí v mnohatisícových nákladech po celém světě. Jak hodnotí tento velmi důležitý segment Hawkingových aktivit Jiří Grygar? Hawkingovy popularizační spisy, jako je například Stručná historie času, jsou podle Grygara bohužel pro širokou veřejnost nesrozumitelné a užitek z nich má jen opravdu vzdělaný člověk. Vysoce naopak hodnotí tři knihy na pomezí popularizace a science-fiction, které Hawking napsal se svou dcerou Lucy Hawkingovou a které jsou určeny dětskému čtenáři. První z nich vyšla anglicky v roce 2007 a jmenuje se Jirkův tajný klíč k vesmíru.

Stephen Hawking v Cambridge

Na závěr se Jiří Grygar zmiňuje o filozofických názorech Stephena Hawkinga a také o Hawkingově přesvědčení, že jedinou záchranou pro lidstvo musí být v budoucnu expanze do vesmíru.

Všechny zásadní Hawkingovy knihy, včetně těch pro děti, vyšly i v češtině. Astronom a astrofyzik Jiří Grygar z Fyzikálního ústavu Akademie věd České republiky vám možná napověděl, které z nich budou pro vás, jak se říká, to „pravé ořechové“.
Úplně nakonec bychom měli ještě jednou připomenout ten vůbec nejzásadnější přínos čerstvého sedmdesátníka, britského fyzika Stephena Hawkinga. Je to jeho poselství všem nemocným a těžce postiženým lidem. Přináší jim povzbuzení a slouží jako příklad pevné vůle, nezdolnosti a optimismu. To není žádná hypotéza, ale fakt, který nikdo nevyvrátí.


Vysíláno v Planetáriu č. 06/2012, 4. - 10. února.
Přepis: NEWTON Media, a.s., redakčně doplněno a upraveno.

Čtěte také:
Stephen Hawking: Teoretik všeho slaví 70 let
Vesmír plný děr
Černé díry coby kvantové počítače?
Jiří Grygar: "Veřejnost na astrofyzice nejvíce lákají mimozemšťané a černé díry"

autoři: Jiří Grygar , frv
Spustit audio