Únor 2005

Jsme v podobné situaci jako Kolumbus

Josef Greš

S astrofyzikem Janem Paloušem o vesmíru, spojení malého s velkým a čekání na obraz

Na svých přednáškách tvrdíte, že astronomie nabízí člověku pohled na sebe sama z vnějšku. Co o nás říká?

Třeba to, že navzdory všem rozdílům máme všichni společnou historii a jsme všichni součástí stejného prostoru, který nás sjednocuje. Astronomie také dokázala odhalit, jak křehká je celá naše existence. Nejen nás lidí a naší planety, ale univerza vůbec. Od počátku určují jeho vlastnosti čtyři základní síly, které ve vesmíru působí – gravitační, elektromagnetická, slabá a silná jaderná interakce. Kdyby se vzájemný poměr těchto sil i jen nepatrně změnil, byl by vesmír k nepoznání: nevznikaly by atomy a molekuly, a tudíž ani hvězdy, planety a život. A pak je tu ještě jedna věc. V posledních letech se s pomocí moderních dalekohledů podařilo prokázat, že naše planetární soustava není tak ojedinělá, jak by se mohlo zdát – podobné oběžnice má velké procento hvězd. Pokud existuje tolik planet, pak pravděpodobnost, že se na některé z nich vyskytuje i život, roste.

Divokost je za námi

Co jste se o sobě díky astronomii dozvěděl vy sám?

Že odpovědi na naléhavé otázky je někdy třeba hledat jinde, než se může zdát, a že chce-li člověk pochopit „velké“ věci, měl by se zabývat i těmi „malými“. Astrofyzika ukázala, že struktura vesmíru velice intimně souvisí s tím, co se děje na úrovni atomů a molekul, a že pohled do mikroskopu někdy může pomoci odhalit tajemství, s nimiž si u dalekohledu nevíme rady. Podle astronomie se představy o stavbě hvězd odvíjejí především od zákonů mikroskopických atomových reakcí ve hvězdném nitru. Podobně i celý expandující vesmír se rozvíjí z malého objemu, kde elementární procesy hrály podstatnou roli. To nám dokazuje intimní vazbu mezi malým a velkým.

Říká nám astronomie něco o tom, kdo jsme, odkud přicházíme a kam jdeme?

Nerad bych se pouštěl do filozoficko-teologických spekulací. Jako astronom ale myslím mohu s klidným svědomím říci, že vesmír už má za sebou řekněme tu divočejší část své existence a čekají jej poměrně klidné časy. Období intenzivního kosmického kvasu, během něhož vzniklo ohromné množství hvězd, galaxií a dalších vesmírných struktur, patří minulosti. Dnes už počet nových hvězd klesá. V naší galaxii – Mléčné dráze – se jich v současnosti narodí tak pět ročně, tedy pouhý zlomek počtu, který tady vznikal v dobách jejího úsvitu. Je to dáno především tím, že většina látky, z níž se rodí hvězdy, je už zkonzumována.

A pokud jde o naši existenci?

Naše vlastní existence je závislá především na dalším osudu Slunce. I v jeho případě platí, že se dnes nachází v poměrně klidné vývojové fázi. Naše mateřská hvězda je zhruba v polovině svého života, a čeká ji tedy ještě přinejmenším několik miliard let vcelku poklidného záření.

Takhle to vypadá, jako by se toho ve vesmíru moc nedělo. Astronomové dnes ale přece říkají něco jiného.

Vesmír byl skutečně v představách vědců dlouho poněkud ztuhlý. To se změnilo. Nejdřív v průběhu 18. a 19. století padla věky přetrvávající domněnka, že hvězdy jsou stálice, které se nehýbou. Ve 20. letech století minulého se ukázalo, že hvězdy jsou seskupeny v galaxiích – jakýchsi obřích ostrovech – a prosadila se představa (opět poněkud statická), že tyto ostrovy jsou od sebe poměrně vzdáleny a mezi nimi prakticky nic není. Pak ale přišla padesátá léta, kdy astronomie odhalila, že zdánlivě prázdný a pustý kosmos je plný nejrůznějšího záření a částic – mezi-hvězdné hmoty.

Jak se to astronomům podařilo zjistit?

Díky tomu, že se začaly využívat vedle optických dalekohledů také radioteleskopy. O něco později nástup družic umožnil pozorovat vesmír i v těch částech spektra, v nichž to není na zemském povrchu možné, protože nám v tom brání atmosféra. To nám umožnilo spatřit věci, které před našimi zraky zůstávaly skryty. A vědci nepřestávali žasnout. Když například zaměřili Hubbleův vesmírný teleskop do míst, kde se podle hvězdných map nemělo nacházet nic, zjistili, že v určité části spektra tam září ohromné množství galaxií, které jsou ve stadiu zrodu a vzájemně spolu reagují. Nové technologie nám tak otevřely úplně nová okna do vesmíru a představa o jeho strnulosti vzala za své.

Pět procent

Časopis Scientific American před časem publikoval stať, z níž vyplývá, že vesmír mohl existovat již před velkým třeskem. Jak tomu rozumět? Dosud astronomové tvrdili, že otázka Co bylo před velkým třeskem a případně Co bude po velkém kolapsu nemá žádný smysl, neboť čas nelze oddělit od prostoru a hmoty.

To je poměrně komplikovaná otázka. Lze snad ale zjednodušeně říci, že pokud by měla platit teorie velkého třesku, pak čím více se blížíte k jeho okamžiku, tím větší potíže musíte řešit. Prudce totiž roste hustota hmoty, takzvaná počáteční singularita je těžko popsatelná fyzikálními zákony a věda si s ní moc neví rady. Proto část vědců přišla s teorií, podle níž náš současný vesmír nepochází ze singularity, ale z jakéhosi stavu, do kterého se před tím zhroutil.

Z čeho ta hypotéza vychází?

Její autoři předpokládají, že vesmír v nějaké podobě existoval i před velkým třeskem, a že tedy vlastně může existovat v několika variantách. Neoddělitelnost prostoru, času a hmoty však nadále platí. Astronomie je disciplínou, která nahlíží do vesmíru, objevuje tam spoustu překvapivých věcí a dějů, které se pak snaží vysvětlit a popsat tak, aby odpovídaly fyzikálním zákonům, o nichž věříme, že jsou obecně platné za všech okolností.

Co tedy dnes víme o vzniku a vývoji vesmíru a o jeho budoucnosti?

Všude v kosmu můžeme dnes pozorovat nápadný přebytek deuteria. Intenzita atomových reakcí ve hvězdách přitom není taková, aby jeho přítomnost vysvětlovala. Z toho vyplývá, že vesmír kdysi musel být velmi horký a velmi hustý. Dnes už takový není, a proto je jasné, že se rozpíná, chladne a řídne. Víme také, že vesmír, který můžeme pozorovat, je starý necelých 14 miliard let. Nedokážeme však již s jistotou říci, zda je konečný či nikoli. Především ale víme, že naše současné vědomosti jsou pouze částečné a mnoho kamenů v mozaice schází. Je tomu tak, protože veškeré teorie a představy, které o fungování vesmíru máme, vycházejí z pozorování pouhých několika málo procent toho, co ve vesmíru je. O zbytku, tedy o více než devadesáti procentech celku, nevíme prakticky nic. Část hmoty je skryta, říkáme jí temná hmota.

Jak o ní víme, když se nedá zpozorovat?

Z rychlostí, jakými rotují galaxie, vyplývá, že gravitační síla, která je drží pohromadě, musí být mnohem větší, než odpovídá hmotnosti zářících hvězd, jinak by se rozprskly. Potíž je v tom, že gravitace, která je takto svazuje, neodpovídá množství hmoty, kterou v galaxiích pozorujeme – je jí tam na takovou přitažlivou sílu málo, pouhý zlomek. Z toho vyplývá, že někde musí být ještě další temná hmota, kterou nevidíme.

Proč ji ale nevidíme?

Je těžké mluvit o něčem, co zatím nebylo pozorováno. Podle jedné teorie je velmi chladná a září tak málo, že ji naše detektory vůbec nedokáží zachytit. Temná hmota ale nakonec není největším problémem současné astronomie, tím je spíše temná (nebo chcete-li skrytá) energie.

Co si pod tím můžeme představit?

Pokud chcete vysvětlit, jak drží při rychlostech, kterými se pohybují, pohromadě galaxie, vystačíte s předpokladem temné hmoty. Když jdete ale dál do ještě větších škál vzdáleností, zachytíte vesmírné struktury složené z galaxií – skupiny galaxií jsou uspořádány ve vrstvách. Na škálách desítek, stovek megaparseků není již hlavním pohybem rotace jednotlivých galaxií nebo pohyb galaxií uvnitř skupin. Na těchto škálách dominuje celková expanze vesmíru. Proměřováním rychlosti vesmírné expanze dochází astronomie k překvapivému závěru, že tato expanze se nezpomaluje, jak by se mohlo zdát v situaci, kdy přitažlivost bojuje s expanzí, ale naopak se zrychluje. Zdá se, že na těch největších škálách vzdáleností se projevuje jakási odpudivá tendence, kdy se jednotlivé části vesmíru samovolně rozcházejí. Tomu říkáme skrytá energie, která je zdrojem vesmírné expanze. Současná astronomie tedy připouští, že veškeré její vědění a představy o vesmíru jsou založeny na studiu jen několika procent jeho hmoty a energie. Je to samozřejmě velmi smělé chtít vesmíru porozumět za situace, kdy jsme z velmi mála nuceni dělat závěry, které se týkají celku. Nic jiného ale není k dispozici a bylo by špatné si jenom kvůli tomu zakázat o věcech, které vidíme, přemýšlet.

Za obzorem

Populární americký astrofyzik David Schramm říkal, že moderní astronomie zápasí se dvěma zásadními problémy: nevidí, co touží spatřit, a vidí, co by nejraději neviděla. Co tím chtěl říci?

Ta první polovina výroku směřovala právě především k temné hmotě, o níž bychom se rádi něco bližšího dověděli. Kromě toho bychom ale třeba rádi spatřili také proces tvorby hvězd, který našim očím zatím stále zůstává skryt. Dochází k němu totiž v místech, kam nevidíme, protože nám stíní mezihvězdný prach. S druhou polovičkou Schrammova citátu je to trochu složitější – už jsem se ale zmiňoval, že zaměříme-li dnes nejmodernější dalekohledy a detektory do míst, kde by zdánlivě nic nemělo být, ukáže se, že „nic“ ve skutečnosti znamená spoustu struktur, jejichž existenci leckdy nejsme schopni dost dobře vysvětlit. Takže v určitém ohledu vlastně můžeme říci, že tam vidíme něco, co bychom nejraději neviděli, protože nám to způsobuje určité komplikace v našich dosavadních teoriích.

Mnozí vaši kolegové tvrdí, že astronomie prožívá něco jako kolumbovský věk – dobu, kdy si uvědomujeme, že i po usilovném tisíciletém bádání o vesmíru víme málo a že nás velké objevy teprve čekají. Souhlasíte s nimi?

Čistě z pohledu astronoma je život v dnešní době opravdu mimořádně šťastný a vzrušující. Dá se skutečně říci, že žijeme v podobné situaci, v jaké byl Kolumbus, když se připravoval na svou cestu: tušil už, že někde za obzorem leží nový svět, který čeká jen na to, až jej někdo objeví, nevěděl ještě ale, jak bude ten svět vypadat. V astronomii je to dnes analogické. Jsme denně zásobováni ohromným množstvím zajímavých informací a tušíme už, že se každou chvíli může podařit je poskládat do jakéhosi průlomového obrazu, který nám otevře oči a poskytne perspektivu umožňující pochopit mnohé z dnes obtížně vysvětlitelného.

Dokážete po těch letech počítání a hledání těch správných rovnic vesmír vidět i jinýma očima, než jen přísně vědeckýma?

Pohled do vesmíru, do prostoru, který nás všechny přesahuje a je nám zároveň společný, je pro mne stále ještě také zdrojem určitého klidu a povznesení. Rád jezdím čas od času do Ondřejova do observatoře jen tak pro potěšení a proto, abych mohl nad pohledem do vesmíru v klidu žasnout.

Vstupenka: 5 milionů eur

Když jste se stal ředitelem Astronomického ústavu v Ondřejově, říkal jste, že ve chvíli, kdy vám administrativa s tím postem spojená znemožní věnovat se aktivně vědě, ředitelské křeslo opustíte. Loni jste z Ondřejova odešel, znamená to, že přibylo byrokracie nad mez pro vás únosnou?

Byrokracie ve vědě neúměrně přibývá, ale můj odchod měl jiný důvod. V Akademii věd platí pravidlo, že člověk nemůže být ve funkci ředitele více než dvakrát za sebou. Netajím se ale tím, že odcházím celkem rád: vracím se naplno ke svým výzkumům. Rád bych se také zasadil o to, aby se České republice podařilo vstoupit do Evropské jižní observatoře. Nebude to ovšem zadarmo.

Kolik stojí vstupenka?

Pět milionů eur a další téměř milion činí každoroční příspěvek. Ale české astronomii by to zajistilo slušnou perspektivu do budoucnosti. Zdejší badatelé by tak získali přístup ke špičkovým dalekohledům a dalším přístrojům, bez kterých dneska není možné držet krok se světem. Pokud se nám to nepodaří, bude to hodně smutná zpráva. Bez přístupu k datům z velkých dalekohledů totiž v krátké době už nebudeme schopni klást dobré otázky ani těm dalekohledům menším, které máme k dispozici na našem území. Takový je dnes svět vědy: nesnese průměrnost, kdo neudrží kontakt se špičkovým výzkumem, je odsouzen k pádu do naprosté bezvýznamnosti.

JAN PALOUŠ (55) vystudoval fyziku na Matematicko-fyzikální fakultě UK. Po absolutoriu nastoupil do Astronomického ústavu Akademie věd, kde pracuje bez přerušení dodnes (v letech 1996–2004 tu byl ředitelem). Je uznávaným expertem v oboru tvorby hvězd a struktury mezihvězdné hmoty v galaxiích. Působí také jako profesor astronomie a astrofyziky na UK, přednáší na Matematicko-fyzikální fakultě a na Fakultě humanitních studií. Je častým hostem mezinárodních konferencí a sympozií, v poslední době se podílí na přípravě kongresu Mezinárodní astronomické unie, který se bude letos konat v Praze. Jan Palouš je ženatý, má dvě dcery a syna.

(Respekt, www.respekt.cz)