Kosmologie a Nobelovy ceny za fyziku

/ 24.02.2020 /

Nobelovy ceny jsou nejprestižnější ocenění, jaké mohou vědci získat. U jejího zrodu stál Alfred Nobel, švédský podnikatel, který se v širším kontextu zabýval o přírodní vědy a který toužil prospět celému lidstvu. Jeho bratr zahynul v jeho továrně na výrobu výbušnin a Nobel se rozhodl, že také na jeho památku věnuje své peníze lidem, kteří se zasloužili o vědu, literaturu a mír. Nobelova cena je velice prestižní především z důvodu velmi pečlivého výběru laureátů a minimálně v oblasti fyziky lze říci, že si ji všichni držitelé plně zaslouží. 
Prvním nositelem Nobelovy ceny byl v roce 1901 Wilhelm Röntgen, první ženou byla v roce 1903 Marie Curie, která během svého života obdržela toto ocenění dokonce dvakrát.
Zpočátku však jakoby výbor pro udělování cen, pozapomněl na vědy zabývající se výzkumem vesmíru.
V oblasti astrofyziky byla první Nobelova cena udělena až v roce 1936. Získal ji Victor Hess za objev kosmického záření. Měření se provádělo ve velkých výškách a není bez zajímavosti, že ke svým historickým letům použil Victor Hess v roce 1912 balón Böhmen, se kterým startoval z Ústí nad Labem.  Dalšími oceněnými byli v roce 1967 Hanz Bethe za teorii jaderných reakcí ve hvězdách a dále v roce 1974 Sir Martin Ryle a Antony Hewish za techniku aperturové syntézy a objev pulsarů. Rok 1983 přinesl Nobelovu cenu Subrahmanyanu Chandrasekharovi za teorii vývoje hvězd a Williamu Fowlerovi za výzkum jaderných reakcí důležitých pro vývoj chemických prvků ve vesmíru. V poslední době byly Nobelovy ceny uděleny zejména za práce v oblasti neutrin. V roce 2002 Raymondu Davisovi a Masatoši Košibovi za jejich detekci a v roce 2015 Takaaki Kadžitovi a Arthurovi McDonaldovi za objev oscilace neutrin. 

Je zajímavé, že historicky byla kosmologie, nauka o vesmíru jako celku, ve vědeckém světě popelkou a projevilo se to právě například při udílení Nobelových cen. A to přesto, že se v průběhu 20. století podařilo několik skvělých a průlomových objevů. Pokud jejich autoři Nobelovy ceny dostaly, byly jim uděleny za jiné objevy a někteří nedostali Nobelovu cenu vůbec, i když by si ji určitě zasloužili. Za všechny jmenujme Alberta Einsteina, Alexandra Fridmana, Edwina Hubblea, George Gamowa… Teprve v roce 1978 obdrželi Nobelovu cenu Arno Penzias a Robert Wilson za objev reliktního záření, pozůstatku horkého počátku našeho vesmíru. Toto záření bylo uvolněno ve velmi ranném vesmíru, pouze několik set tisíc let po velkém třesku, když se vesmír stal průhledným. Záření nebylo v té době mikrovlnné povahy, ale pokud by již tehdy někdo žil, byl by oslněn žhavým načervenalým světlem přicházejícím odevšad. Penzias a Wilson byli experimentální fyzici, kteří objevili v podstatě vesmírný šum a teoretici, kteří tento šum vysvětlili, si museli na své ocenění ještě dlouhou řadu let počkat. 
Další Nobelova cena, kterou bychom mohli označit za kosmologickou, byla udělena v roce 1993 Russellu Hulsovi a Josephu Taylorovi za objev pulsaru gravitačně vázaného s neutronovou hvězdou, které se k sobě přibližují. Byla to silná indicie podporující Einsteinovu hypotézu gravitačních vln. Nobelova cena, která se opět vztahovala k reliktnímu záření, objevenému již v první polovině 60. let, byla udělena Johnu Matherovi a Georgi Smootovi až v roce 2006. Tito vědci zjistili, že reliktní záření má povahu záření absolutně černého tělesa a rozpoznali fluktuace tohoto záření. Objevené nehomogenity nám jako ozvěna vyprávějí příběh o stáří, struktuře a vývoji celého vesmíru. V roce 2011 byla pak udělena další Nobelova cena Saulu Perlmutterovi, Brianu Schmidtovi a Adamu Riessovi za objev zrychlujícího se rozpínání vesmíru pozorováním vzdálených supernov a v roce 2017 Raineru Weissovi, Barry Barishovi a Kipu Thornovi za přímou detekci gravitačních vln.
Doposud poslední Nobelovu cenu za kosmologii obdržel v prosinci loňského roku James Peebles, jeden z posledních žijících teoretických fyziků, který se podílel na vysvětlení šumu reliktního záření detekovaného Penziasem a Wilsonem. Kruh se tím uzavírá a zaslouženého ocenění se tak dostalo kromě experimentátorů také teoretickým kosmologům. Laureáti bývají někdy mladí, protože zpravidla v mládí dělají ty největší objevy, ale někdy také bývají skvělí vědci ocenění až po desítkách let...
Jaká je tedy současná představa o povaze vesmíru v zrcadle Nobelových cen? Viditelná látka, kterou pozorujeme prostřednictvím hvězd, mlhovin a dalších objektů krášlících noční oblohu, odpovídá pouze asi 5% veškeré hmoty vesmíru! Dalších asi 26% tvoří tzv. temná látka, nebo jak říká Jiří Grygar „skryté látka“, o které nevíme téměř nic. Nachází se především v mezigalaktickém prostoru a gravitačně ovlivňuje například rotace galaxií.  A zbytek, celých 69% je tzv. temná energie, neboli energie vakua, o jejíž povaze nevíme prakticky vůbec nic kromě toho, že existuje a že je zodpovědná za zrychlující se rozpínání vesmíru. Celý vesmír navíc duní pod příbojem nejen elektromagnetických, ale i gravitačních vln a někde na obzoru je vidět chladné mikrovlnné záření, ozvěna časů dávno minulých.
Vesmír je úžasné místo. Fascinuje nás, jsme jeho součástí a toužíme vědět odkud přicházíme a kam směřujeme. Kosmologie je dnes velmi prestižním oborem a lidé, kteří se jí zabývají jsou ve vědeckém světě velice vážení. Určitě budou uděleny další Nobelovy ceny za další báječné kosmologické objevy. Vždyť jsme teprve na začátku vědeckého poznání a vesmír je plný tajemství.

Přednášet o kosmologii, tak aby to bylo srozumitelné široké veřejnosti, není snadný úkol, ale prof. Jan Novotný se ho zhostil skvěle. Během jeho povídání by bylo slyšet spadnout špendlík. 

Prof. RNDr. Jan Novotný, CSc. a spoluautorka přednášky RNDr. Jindřiška Svobodová, Ph.D. na ždánické hvězdárně. Velmi si vážíme skutečnosti, že prof. Novotný přijal naše pozvání a těšíme se, až ho budeme moci ve Ždánicích uvítat znovu.