Připomeneme hlavní události podél světočáry Alberta Einsteina, která začala právě před 125 lety; podrobněji si všimneme jejího pražského intervalu. Budeme se věnovat i jejímu vlivu na prostor a čas kolem nás.
Začátkem 20. století se ve fyzici odehrála zásadní změna v chápání struktury prostoru a času. Do té doby nezpochybnitelný Newtonův absolutní prostor byl Einsteinem rozebrán a provázán s časem v prostoročas speciální teorii relativity. V dalším kroku pak Einstein toto pevné jeviště pro ostatní přírodní jevy změnil na dynamický systém — do vlastností a projevů prostoročasu zakomponoval popis gravitace. Prostoročas se tak stal zakřivený, tj. proměnný jak v čase, tak v prostoru. Pokusíme si nastínit základní východiska a důsledky této změny pohledu na prostor a čas, změny která byla beze sporu jedním z největších vlivů fyziky na současnou filosofii.
Materiál k přednášce je možné nalézt na adrese http://utf.mff.cuni.cz/popularizace/zizaly/.
Selský rozum rozděluje události na minulé, současné a budoucí. V zakřiveném prostoročase obecné teorie relativity je vše složitější – existují oblasti prostoročasu, které neleží ani v naší budoucnosti, ani minulosti. Dokonce mohou existovat oblasti, ze kterých ani nikdy v budoucnu nemůžeme obdržet zprávu. Vzájemnou ovlivnitelnost různých oblastí prostoročasu vystihuje tzv. kauzální struktura. Povíme si jaké záludnosti od ní můžeme čekat (např. černé díry, navzájem propojené vesmíry) a čeho nás může ušetřit (např. skrze princip kosmické cenzury).
V druhé části si rozebereme otázku směru toku času. Většina fundamentálních zákonů je časově symetrická, přesto svět kolem nás je zjevně časově nesymetrický. Naznačíme se, kde se časová nesymetrie bere a jak spolu souvisí různé časové šipky.
Obecná teorie relativity umožnila vytvořit konzistentní obraz vesmíru jako celku. Jedním z "filosofických" překvapení bylo, že může existovat konečný vesmír, který ale nemá prostorovou hranici. V průběhu let vznikl tzv. standardní model expandujícího vesmíru, který je v souladu s řadou empirických dat. V posledních letech vedla novější pozorování k určitým změnám v představách o dynamice našeho vesmíru. Ukazuje se, že v současné době se expanze vesmíru mírně urychluje, dále, že největší část materiální náplně vesmíru tvoří "temná hmota". Tyto změny ale v podstatě nezměnily obraz chování raného vesmíru, jak je předkládá standardní model.
Od Eukleidových dob byla matematika budována na "geometrickém základě", který vycházel z přesvědčení, že geometrie je popisem nezpochybnitelné reality. Zprvu ryze formální důvody však postupně vedly ke zrodu geometrie neeukleidovské. Z dnešního hlediska je jen obtížně pochopitelné, že ještě dlouhá desetiletí matematika (a nejen matematika) neakceptovala fundamentální změny, které nová geometrie přinesla nejen pro formální výstavbu matematiky ale především pro roli matematických teorií při popisu okolního světa.
V přednášce budou popsány peripetie spojené se vznikem i prosazením neeukleidovské geometrie.
Einsteinova obecná relativita učinila pozoruhodnou předpověď existence gravitačních vln. Jedná se o vlnky křivosti prostoročasu šířící se vesmírem rychlostí světla. Projevují se periodickými deformacemi prostoru i těles v něm umístěných. Gravitační vlny jsou generovány například při výbuších supernov, při srážkách neutronových hvězd nebo černých děr. Zdrojem reliktního gravitačního záření mohl být i velký třesk nebo inflační fáze expanze vesmíru.
Gravitačních vlny by nám proto mohly poskytnout unikátní informace jinak nezjistitelné. Bohužel, jejich amplitudy h = ΔL / L určující relativní deformaci detektoru velikosti L o hodnotu ΔL jsou i v případě extrémně silných (ale nesmírně vzdálených) zdrojů velmi malé, nejspíše menší než h = 10-21. Tak nepatrné změny rozměrů se navíc ztrácejí v pozemském šumu. A to je důvod proč, přes veškerý technický pokrok 20. století, nebyly dosud gravitační vlny prokázány zařízením, které by zmíněné deformace přímo měřilo.
V přednášce přiblížíme vlastnosti gravitačních vln generované různými kosmickými zdroji. Poté popíšeme historii pokusů o jejich detekci počínaje rezonančními detektory Josepha Webera ze 60. let. Zmíníme se o nepřímém důkazu existence gravitačních vln pozorováním binárního pulsaru PSR 1913+16 objeveném Taylorem a Hulsem v roce 1974 (Nobelova cena za r. 1993). Nakonec se zaměříme na právě dokončované obří interferometrické detektory: americký projekt LIGO a italsko-francouzský VIRGO, které by letos měly provést první vědecká měření.
Doprovodný hypertext lze najít na http://utf.mff.cuni.cz/~podolsky/gravlny2/gravitvln.htm.
Obecná teorie relativity nejen že předpovídá, jak prostor a čas ovlivňuje pohyb hmoty, ale i jak rozložení hmoty mění prostor a čas. To přímo vybízí k tomu, abychom si s prostoročasem pohráli a zkoumali, co vše s ním lze provést.
Ukazuje se, že struktura prostoročasu může být velmi složitá. Ať už se jedná o černé díry, o kterých jsme si povídali posledně, či o červí díry provrtávající prostor jako ementál. A od červích děr je jen kousek k strojům času a cestování do minulosti. Nebo máte depresi z dlouhých mezihvězdných letů? Proč nepoužít warpový pohon a za pár sekund jste v sousední galaxii, přičemž ručička tachometru se ani nepohne z místa.
Za vše lákavé a přitažlivé se však většinou něčím platí a ne vše si příroda nechá líbit. O těchto možnostech a omezeních si povíme v tomto semináři.
K přednášce je k dispozici demonstrační program pro ilustraci paradoxu dvojčat a `výroby' stroje času. Program se nachází na adrese http://utf.mff.cuni.cz/popularizace/StarTrip/.