Stejně jako několikrát v minulosti, i v roce 2019 se Nobelova cena za fyziku dělí na první pohled nesmyslně: napůl mezi tři vědce. Jednu polovinu si odnáší teoretický fyzik James Peebles, druhou pak dva švýcarští vědci Michel Mayor a Didier Queloz, kteří naše (nejen Peeblesovy) teoretické poznatky o vesmíru dokázali přetavit v objev první planety podobné Zemi u jiného Slunce.
BREAKING NEWS:
The 2019 #NobelPrize in Physics has been awarded with one half to James Peebles “for theoretical discoveries in physical cosmology” and the other half jointly to Michel Mayor and Didier Queloz “for the discovery of an exoplanet orbiting a solar-type star.” https://t.co/BwwMTwtRFv
Poslední desetiletí je označováno za zlatý věk kosmologie. James Peebles, nositel poloviny Nobelovy ceny za fyziku pro letošní rok, byl jedním z velkých hybatelů tohoto velkého pokroku v našem poznání vesmíru. Výrazně přispěl k rozvoji teorie Velkého třesku. Stále nemáme přesnou představu, proč a jak k němu došlo, ale řada odborníků včetně Peeblese dokázala vybudovat celou řadu přesných modelů, které ukazují, jak se vesmír vyvíjel.
Věda ovšem dlouho neměla žádnou možnost, jak alespoň částečně nahlédnout do dob těsně po Velkém třesku. Zásadní změnu přinesl rok 1964, kdy dvojice amerických astronomů (a „nobelistů“ z roku 1978) Arno Penzias a Robert Wilson dokázala zachytit „šum“, který ve vesmíru zbyl z doby těsně po Velkém třesku, tzv. reliktní záření.
To je slaboučký signál, který prostupuje celým vesmírem – tvoří jakýsi „šum v pozadí“ - a vznikl zároveň s Velkým třeskem. Reliktní záření vzniklo asi 380 tisíc let po vzniku vesmíru, ale nese v sobě i informace o jeho ranějším vývoji, a je dnes neuvěřitelně cenným zdroje informací pro kosmologii. Peebles byl jedním z teoretiků, díky kterým Penzias a Wilson dokázali přesně pochopit, co a proč zachytili (když vyloučili, že jde o následek přítomnosti holubího trusu v anténě).
James Peebles, jeden z nositelů Nobelovy ceny za fyziku pro rok 2019, při přednášce na univerzitě v Princetonu v dubnu 2018
Víme, kolik toho nevíme
Objev to byl velkolepý. Další generace přístrojů například umožnily v reliktním záření najít „zárodky“ prvních shluků hmoty a tedy hvězd, galaxií a viditelného vesmíru vůbec. A přesvědčivě ukázaly, že naše vesmírná „inventura“ se opravdu neobejde bez přítomnosti něčeho neznámého. Ukázalo se, že viditelná hmota představuje pouze pár procent z celkového množství hmoty ve vesmíru.
James Peebles byl celou dobu u toho. Jeho hypotézy o tom, z čeho se skládá „temná hmota“, tedy jeden z velkých a pro nás přitom neviditelných částí vesmíru, se sice nepotvrdily, ale stimulovaly další vývoj v oboru. Podle Nobelovy komise jeho zároveň nejsvětlejší i nejtemnější chvíle přišla v 80. letech.
Spolu s dalšími teoretiky přispěl k oživení Einsteinovy myšlenky „kosmologické konstanty“. Tu Einstein zavedl do svých rovnic, aby vysvětlil, proč se vesmír chová jinak, než by měl na základě obecné teorie relativity. Na pohled je totiž příliš „řídký“, tedy obsahuje méně hmoty, a měl by mít jiný tvar, než nasvědčují pozorování.
Einsteina ovšem nevysvětlitelná „kosmologická konstanta“ rozčilovala, nikdy se s ní nesmířil a snažil se ji usilovně „zabít“. Ovšem měření čím dále přesvědčivěji ukazovala, že bez prvku neznáma to zřejmě nepůjde. V roce 1984 pak Peebles spolu s dalšími teoretiky přispěl k definitivnímu oživení Einsteinovy myšlenky pod novým názvem „temná energie“.
Ta je od té doby pevnou součástí vědeckých úvah o vesmíru. V roce 1998 astronomové ukázali, že rozpínání vesmíru se zrychluje a zdá se, že nejlepším vysvětlením je právě temná energie, která působí proti gravitaci běžné i temné hmoty. Proto se dnes předpokládá, že právě temná energie je zdaleka největší složkou celého vesmíru: tvoří ho zhruba 70 procent.
Peebles ani nikdo jiný dnes nemá přesnou představu o tom, co by temnou energii mohlo tvořit; tento objev čeká na jinou Nobelovu cenu. Kanadský fyzik dostal ocenění za to, že pomohl vědu dovést z téměř naprosté kosmologické temnoty do „pološera“.
Pohled k jinému Slunci
Michel Mayor a Didier Queloz poznávali vesmír z jiného pohledu než James Peebles. Nobelova komise jim polovinu ceny udělila jmenovitě za objev planety 51 Pegasi b, která obíhá kolem své hvězdy (51 Pegasi) zhruba 50 světelných let od Země.
Samotná planeta je pro lidi naprosto neobyvatelná, protože jde o plynného obra rozměry srovnatelného s Jupiterem, který se pohybuje v těsné blízkosti hvězdy. Teplota na povrchu je tak kolem tisíce stupňů Celsia. Na objevu oznámeném v roce 1995 bylo zajímavé především to, že šlo o první „cizí planetu“, tzv. exoplanetu, objevenou u „žluté“ hvězdy stejného typu, jako je naše Slunce.
Z vědeckého hlediska bylo ještě důležitější, jak švýcarští vědci svůj objev udělali. Pravda, nepřišli se zcela originálním nápadem, ale vylepšili stávající metodu tak, aby se dala použít i u opravdu zajímavých hvězd a planet, které se parametry Slunci a Zemi aspoň blíží.
Metoda se jmenuje „měření radiální rychlosti“, ale tím se nenechejte zastrašit, v principu je prostá. Sledují se při ní výchylky samotných hvězd, které by mohla způsobit přitažlivá síla obíhající planety či planet. Jak si asi vzpomenete z hodin fyziky, není to totiž tak, že by planeta jen tak obíhala kolem hvězdy, ve skutečnosti planeta i hvězda obíhají kolem společného těžiště. Oběžná dráha hvězdy ovšem mívá tak malý poloměr, že jde spíše o jakési „kmitání“ na místě.
Hvězda se při tomto pohybu od nás střídavě vzdaluje, a pak se zase přibližuje. Při tom se v důsledku tzv. Dopplerova efektu střídavě mění délka světla, které k nám přichází. Při přibližování se jeho vlnová délka zkracuje, světlo tedy „modrá“, při oddalování se vlnová délka protahuje a světlo tedy „červená“ (odtud tzv. modrý a červený posun). Při velmi pečlivém pozorování můžeme tyto pravidelné změny pozorovat a z jejich pozorování určit, jaká planeta by se kolem hvězdy mohla pohybovat.
Jak si jistě dokážete představit, pohyb hvězdy bývá ovšem velmi malý. Pro představu, Slunce se kvůli Jupiteru pohybuje kolem těžiště Sluneční soustavy rychlostí zhruba 12 m/s (tedy něco přes 40 km/h), což je při jeho rozměrech zcela nepatrný pohyb. Pro nás z astronomického hlediska mnohem zajímavější Země pak Slunce „rozhýbe“ pouze rychlostí zhruba 0,09 m/s.
Michel Mayor sestavil zařízení na sledování „kmitání“ hvězd (upravený spektograf) již v 70. letech, ale nemělo takovou přesnost, aby mohlo uskutečnit zajímavá pozorování: radiální rychlost hvězd měřila od 300 m/s výše. Ale Mayor se myšlenky nevzdal a v 90. letech pověřil svého tehdejšího doktoranda Didiera Queloze, aby přesnost měření vylepšil.
To se s použitím celé řady „vylepšení“ povedlo a v roce 1994 měla švýcarská skupina k dispozici zařízení, které alespoň teoreticky dokázalo odhalit i planety velikosti Jupiteru obíhající kolem Slunci podobných hvězd – měřilo radiální rychlost zhruba od 10–15 m/s.
Jejich objev planety 51 Pegasi b lze považovat minimálně symbolicky za počátek nové éry v astronomii, „doby planetární“. Dnes známe více než 4 000 exoplanet a není pochyb o tom, že jich bude nadále přibývat.
Odborníci také optimisticky odhadují, že citlivost pozorovacích metod (a to nejen měření radiálních rychlostí, ale výhledově i přímého pozorování) se nepřestane v dohledné době zvyšovat. Během pár desítek let bychom se tak snad mohli dozvědět, kolik je v našem okolí planet vhodných pro vznik života – a třeba i něco mnohem, mnohem zajímavějšího.
Výhled i ohlédnutí
Udílení letošních Nobelových cen začalo v pondělí cenou za fyziologii a lékařství. Byla rovným dílem rozdělena mezi tři vědce, kteří popsali, jak přesně se buňky v našem těle vyrovnávají s nedostatkem kyslíku. Jde o výsledek ryze základního výzkumu, který pomalu začíná mít i praktické aplikace, například v léčbě anémie či při hledání nových způsobů boje s rakovinou.
Zítra, tedy ve středu 9. října pak bude udělena cena za chemii, také ve tři čtvrtě na dvanáct. Ve čtvrtek 10. října hodinu po poledni se bude vyhlašovat ocenění za literaturu, v pátek 11. října v 11:00 cena za mír. „Nenobelovská“ cena za ekonomii přijde jako obvykle na řadu až příští týden, v pondělí 14. října v 11:45.
Nositeli Nobelovy ceny za fyziku pro rok 2018 se stali Američan Arthur Askhin, Gerard Mourou z Francie a Kanaďanka Donna Stricklandová. Všichni tři jsou odborníci na laserovou fyziku.
Tradice udělování Nobelových cen existuje už 118 let; poprvé se tak stalo roku 1901, ceremoniál vyhlašování se koná vždy ve Stockholmu na začátku října, samotné předávání následuje na slavnostním večeru v polovině prosince. Každý oceněný dostane kromě pamětní medaile a diplomu také peněžitou odměnu, která letos dosáhla v přepočtu 21,33 milionu českých korun.
Aktualizace 12:57: Do článku jsme doplnili další podrobnosti. Opravili jsme nepřesné tvrzení, že 51 Pegasi b byla „planeta podobná Zemi“. Za omyl se omlouváme.
