Roger Penrose  Cykly času Nový pozoruhodný pohled na vesmír

VYPRODÁNO

          Překlad Jiří Podolský, vázaná s přebalem, 165 x 235, 240 stran, 398 Kč, , vydání 1, poprvé vyšlo 24.09.2013.
Původní název: An Extraordinary New View of the Universe

Slavný matematický fyzik Roger Penrose v nejnovější knize vysvětluje svou pozoruhodnou kosmologickou teorii, podle které se v neustále rozpínajícím vesmíru nakonec všechny hmotné částice rozpadnou, takže již nebude čím měřit běh času. Podle Penrosea zůstane jen kauzální struktura prostoročasu, a konečné stadium vývoje našeho kosmu bude proto možné konformní transformací hladce navázat na nový velký třesk stojící na počátku následujícího eónu stále se opakujícího cyklického vesmíru. Srozumitelně napsaná kniha je určena každému, koho zajímá moderní kosmologie, především otázka zrodu vesmíru a jeho budoucího osudu. Najde v ní vysvětlení pojmu entropie, termodynamické šipky času, geometrické podstaty Einsteinovy teorie relativity, prostoročasových diagramů, speciálního charakteru velkého třesku, černých děr i jejich kvantového vypařování. Kniha obsahuje i technicky pokročilé dodatky, v nichž Penrose uvádí rovnice obecné relativity ve spinorovém zápisu, na nichž jeho nová teorie spočívá.

                      O autorovi: Sir Roger Penrose(* 1931) je jeden z největších matematických fyziků a myslitelů dneška. Dlouhá léta působil jako profesor v Oxfordu, během své vědecké kariéry výrazným způsobem přispěl zejména k rozvoji obecné teorie relativity, studiu černých děr a kosmologie. Kromě toho je autorem bestsellerů The Emperor´s New Mind(1989, Císařova nová mysl) a The Road to Reality(2004, Cesta k realitě). podobné tituly.: Čtyřprocentní vesmír, Hyperprostor, Paralelní světy, Osudová přitažlivost gravitace
 

PŘEDMLUVA
Jedním z nejhlubších tajemství našeho vesmíru je, z čeho vzešel.
Když jsem počátkem 50. let nastoupil jako student matematiky na univerzitu
v Cambridgi, byla na výsluní fascinující kosmologická teorie známá jako
model stacionárního vesmíru. Svět podle ní neměl žádný začátek a po celý
čas zůstával víceméně stejný a neměnný. Protože se rozpíná, hustota hmoty
v něm by měla přirozeně klesat, ale podle modelu stacionárního vesmíru je
tento úbytek kompenzován neustálou tvorbou nového materiálu v podobě
velmi řídce rozptýleného vodíkového plynu. Můj přítel a cambridgeský učitel,
kosmolog Dennis Sciama, od něhož jsem pochytil nadšení pro spoustu krás
moderní fyziky, byl v té době přesvědčeným stoupencem stacionární kosmologie.
I díky němu mě uchvátila nádhera a síla této pozoruhodné představy
o uspořádání světa.
Přesto však teorie stacionárního vesmíru neobstála ve zkoušce času. Deset
let poté, co jsem nastoupil na Cambridge a teorii do hloubky pochopil, Arno
Penzias a Robert Wilson ke svému vlastnímu překvapení objevili všudypřítomné
elektromagnetické záření přicházející ze všech směrů na obloze. Nyní
ho nazýváme reliktní mikrovlnné záření kosmického pozadí. Robert Dicke vzápětí
rozpoznal, že jde o teoreticky již dříve předpověděný „záblesk“ velkého
třesku, z něhož se před zhruba 14 miliardami let zrodil náš vesmír. Poprvé
o něm vážně přemýšlel v roce 1927 monsignore Georges Lemaître v kontextu
svých prací o řešení rovnic obecné teorie relativity, kterou v roce 1915 zformuloval
Einstein. Lemaître byl motivován tehdy čerstvými astronomickými
pozorováními, jež naznačila, že se vesmír rozpíná. Když se fakta o mikrovlnném
záření dále upřesnila, Dennis Sciama s velkou dávkou vědecké cti
a odvahy veřejně zatratil své předchozí názory a začal plně podporovat myšlenku,
že se vesmír zrodil velkým třeskem.
Od té doby kosmologie dospěla. Z pouhé spekulativní kratochvíle vyrostla
v exaktní vědu. Podstatnou část této revoluce přineslo právě intenzivní studium
reliktního záření opřené o velmi podrobná data z mnoha vynikajících
7

1 . D R U H Ý Z Á K O N A J E H O H L U B O K Á Z Á H A D A
1.1 NEÚNAVNÝ PROUD NAHODILOSTI
Co to vlastně je druhý zákon termodynamiky? Proč hraje klíčovou roli
v chování fyzikálních systémů? A proč v něm spatřujeme hlubokou záhadu?
V následujících kapitolách knihy se pokusíme porozumět zvláštní povaze
této záhady i tomu, proč je nutné jít do značné hloubky, abychom ji vyřešili.
Zavede nás do zatím neprobádaných oblastí kosmologie i k otázkám, které
dle mého soudu dokážeme zodpovědět pouze tak, že přijmeme radikálně
nový pohled na historii celého našeho vesmíru. Tím se však budeme zabývat
až později. Pro tuto chvíli se omezíme jenom na pochopení pojmů
obsažených v tomto všeplatném zákoně.
Pod pojmem „fyzikální zákon“ obvykle rozumíme jisté tvrzení či rovnici,
jež dává do souvislosti různé pozorovatelné veličiny. Například Newtonův
druhý pohybový zákon říká, že časová změna hybnosti částice (hybnost je
její hmotnost krát rychlost) je rovna celkové síle, která na ni působí. Anebo
zákon zachování energie, podle něhož je celková energie izolovaného systému
v určitém okamžiku rovna jeho celkové energii v kterémkoli jiném
okamžiku. Podobně platí také zákony zachování elektrického náboje, hybnosti
či momentu hybnosti. Einsteinův slavný zákon E = mc2 říká, že energie
systému je vždy rovna jeho hmotnosti přenásobené druhou mocninou rychlosti
světla. Anebo třetí Newtonův pohybový zákon, podle něhož síla, jakou
těleso A působí na těleso B, je v kterémkoli okamžiku vždy, co do velikosti,
rovna síle, jakou B působí na A, jen je opačně orientovaná. A stejné to je i se
spoustou dalších fyzikálních zákonů.
Všechno jsou to rovnosti. Totéž platí i pro takzvaný první zákon termodynamiky,
což není vlastně nic jiného než zmíněný zákon zachování energie,
nyní však formulovaný v kontextu termodynamiky. Slovo „termodynamika“
používáme proto, že do úvahy nyní bereme i energii tepelného pohybu, neboli
uvažujeme také náhodné pohyby jednotlivých částic, z nichž se systém skládá.
Právě taková energie definuje tepelnou energii systému. Teplotu systému pak
definujeme jako tuto energii přepočtenou na jeden stupeň volnosti (k tomu
se ještě vrátíme). Když například odpor vzduchu brzdí letící projektil, není zákon
zachování celkové energie (ve smyslu prvního zákona termodynamiky)
narušen i přesto, že projektil postupně ztrácí svou kinetickou energii proto,
že se zmenšuje jeho rychlost. Jednotlivé molekuly vzduchu a také projektilu
se totiž současně stávají energetičtějšími, mají stále větší náhodné pohyby
zásluhou tepla vznikajícího třením.
18