Všechna práva © Interkom 1984 - 2002
Časem s vědou – měsíc lásky s matematikou
1. května 1902 má v Paříži premiéru první vědeckofantastický film. Jmenuje se Cesta na Měsíc a natočil ho průkopník trikové kinematografie Georges Mélies, přezívaný Jules Verne francouzského filmu. Mezi jeho pozdější trháky patřil mj. snímek Výbuch sopky na Mont Pelé, která týden po této premiéře zabila na Martiniku 30 000 lidí.
14. května 1907 v lipských Annalen der Physik publikuje Albert Einstein jeden z důsledků „své“ speciální teorie relativity z roku 1905 – proslulý zákon ekvivalence hmotnosti a energie: E = mc2. (V jednom gramu hmoty je tedy skryta energie skoro sto bilionů joulů, tedy 25 miliónů kilowatthodin, tedy oněch známých 3 000 spálených tun uhlí.) Tento základní vztah tzv. relativistické mechaniky je (na rozdíl od zákonů mechaniky klasické, operující s nekonečnou rychlostí světla) klíčem k pochopení vazebných energií atomových jader, jaderných reakcí i vzniku a zániku částic. Inicioval též úsilí o uvolnění této energie (právě z jader) s následky dostatečně známými.
„Chci dokázat možnost existence světa, jehož prostorové zakřivení – stálé vzhledem ke třem přijatým prostorovým souřadnicím – se mění s tokem času.“ Tak uvozuje ruský matematik, astrofyzik a meteorolog Alexandr Friedmann (po matčině otci Moravák) práci, kterou dokončil 22. května 1922. Vycházeje z teorie relativity, nastiňuje zde teorii nestacionárního, rozpínajícího se vesmíru. Tři roky nato umírá na tyfus.
Otázka, zdali se toto rozpínání někdy zastaví a obrátí (uzavřený vesmír), nebo bude stále pokračovat (otevřený vesmír) není rozřešena dodnes – neznáme totiž dost přesně střední hustotu vesmíru.
Na pravidelném zasedání přírodovědné sekce Královské české společnosti nauk, konaném 25. května 1842 (jako vždy) ve Vlasteneckém sále pražského Karolina, drží rakouský profesor pražské stavovské polytechniky Christian Doppler přednášku s názvem „O barevném světle dvojhvězd“. V ní podává matematické zdůvodnění změny kmitočtu záření při vzájemném pohybu zdroje a pozorovatele. Dnes se s tímto jevem setkává snad každý, stačí třeba stát na silnici. Blíží-li se auto, zvuk jeho motoru se v okamžiku, kdy nás stroj mine, změní v hlubší. Pokles tónu je tím výraznější, čím rychleji se zdroj zvuku pohybuje.
Vysvětlení Dopplerova jevu je prosté: Při pohybu k posluchači každý další náraz zvukové vlny dorazí o něco dřív než předchozí, takže na ušní bubínek dopadne za jednotku času víc vln. Mají tedy subjektivně vyšší kmitočet, znějí ve vyšší tónině. Při vzdalování je tomu obráceně.
Před sto šedesáti lety to ovšem s důkazem bylo těžší – vlaky v Čechách ještě nejezdily, potřebnou rychlost vyvinul snad jen naplno cválající kůň... Experimentální důkaz poskytl pár let nato holandský fyzik Buys Ballo pomocí lokomotivy, která šedesátikilometrovou rychlostí táhla vůz plný trubačů. Teoretika Dopplera ovšem zajímala spíše matematika věci. Proto „svůj“ princip aplikoval na vlnění světelné. Domníval se, že například barva světla dvojhvězd se musí měnit podle toho, která z obou složek se k nám při svém vzájemném obíhání právě blíží (její světelné vlny se „zkracují“ a posouvají směrem k fialovému konci spektra, takže světlo modrá) a která se vzdaluje (její světlo rudne). V principu měl pravdu, ale zřetelněji by se tak stalo až při mnohem vyšších rychlostech, než předpokládal, a poznat by to bylo pouze na jednotlivých spektrálních čarách, nikoli na složeném světle.
Teprve po objevu spektrální analýzy roku 1859, to už byl tuberkulózou sužovaný Doppler šest let nebožtík, se ukázalo, že Dopplerův jev se ve hvězdných spektrech skutečně vyskytuje.
Dnes má Dopplerův jev (platný pro vlnění optické i akustické) řadu významných aplikací od teoreticky významného důkazu rozpínání vesmíru či objevu spektroskopických dvojhvězd až k velmi praktickému echokardiografu či pátracímu a záchrannému systému pomocí družic.
Ilustrace Jakub Houdek