V časti „Výpočet vesmíru“ predstavuje Ian Stewart osviežujúci sprievodca kozmom, od našej slnečnej sústavy po celý vesmír. Počnúc babylonskou integráciou matematiky do štúdia astronómie a kozmológie, Stewart sleduje vývoj nášho chápania vesmíru: Ako Keplerove zákony planetárneho pohybu viedli Newtona k formulácii jeho teórie gravitácie. Ako, o dve storočia neskôr, Einstein inšpiroval drobné nezrovnalosti v pohybe Marsu, aby vymyslel svoju všeobecnú teóriu relativity. Ako, pred osemdesiatimi rokmi, zistenie, že sa vesmír rozširuje, viedlo k rozvoju teórie Veľkého tresku jeho pôvodu. Ako jednobodový pôvod a expanzia viedli kozmológov k teoretizácii nových zložiek vesmíru, ako sú inflácia, temná hmota a temná energia. Vysvetľuje však inflácia štruktúru dnešného vesmíru? Skutočne existuje temná hmota? Mohla by byť na ceste vedecká revolúcia, ktorá bude výzvou pre dlhotrvajúcu vedeckú ortodoxiu a znova premení naše chápanie vesmíru? Nižšie je výňatok z časti „Vypočítanie kozmu: Ako matematika predstavuje vesmír“ (Základné knihy, 2016).
Tieto pokroky vo výskume a využívaní vesmíru závisia nielen od dômyselnej technológie, ale aj od zdĺhavej série vedeckých objavov, ktoré siahajú aspoň pred starú Babylon pred tromi tisícročiami. Matematika leží v jadre týchto pokrokov. Inžinierstvo je samozrejme tiež životne dôležité a boli potrebné objavy v mnohých ďalších vedeckých disciplínach, aby sme mohli vytvoriť potrebné materiály a zostaviť ich do sondy pracovného priestoru, ale sústredím sa na to, ako matematika zlepšila naše vedomosti o vesmíre.
Príbeh prieskumu vesmíru a príbeh matematiky išli ruka v ruke od najstarších čias. Matematika sa ukázala ako nevyhnutná pre pochopenie Slnka, Mesiaca, planét, hviezd a obrovského množstva pridružených objektov, ktoré spolu tvoria vesmír - vesmír považovaný za veľký. Po tisíce rokov bola matematika našou najúčinnejšou metódou porozumenia, zaznamenávania a predpovedania kozmických udalostí. V niektorých kultúrach, ako napríklad v starej Indii okolo 500, bola matematika vskutku vedľajším odborom astronómie. Naopak, astronomické javy ovplyvnili vývoj matematiky už viac ako tri tisícročia, čo inšpirovalo všetko od babylonských predpovedí zatmení po kalkul, chaos a zakrivenie časopriestoru.
Hlavnou astronomickou úlohou matematiky bolo spočiatku zaznamenávať pozorovania a vykonávať užitočné výpočty o javoch, ako sú napríklad zatmenia Slnka, kde Mesiac dočasne zakrýva Slnko alebo zatmenia Mesiaca, kde tieň Zeme zakrýva Mesiac. Keď premýšľali o geometrii slnečnej sústavy, astronomickí priekopníci si uvedomili, že Zem obchádza Slnko, aj keď vyzerá opačne. Starci tiež kombinovali pozorovania s geometriou, aby odhadli veľkosť Zeme a vzdialenosti od Mesiaca a Slnka.
Hlbšie astronomické vzorce sa začali objavovať okolo roku 1600, keď Johannes Kepler objavil na obežných dráhach planét tri matematické zákonitosti - „zákony“. V roku 1679 Isaac Newton preformuloval Keplerove zákony, aby sformuloval ambicióznu teóriu, ktorá opísala nielen to, ako sa planéty slnečnej sústavy pohybujú, ale aj pohyb akýkoľvek systém nebeských telies. To bola jeho teória gravitácie, jeden z ústredných objavov v jeho meniacom sa svete Philosophiae Naturalis Principia Mathematica Matematické princípy prírodnej filozofie. Newtonov zákon gravitácie opisuje, ako každé telo vo vesmíre priťahuje každé iné telo.
Kombináciou gravitácie s inými matematickými zákonmi o pohybe telies, ktoré Galileo propagoval o storočie skôr, Newton vysvetlil a predpovedal početné nebeské javy. Všeobecnejšie povedané, zmenil spôsob myslenia na prírodný svet a vytvoril vedeckú revolúciu, ktorá sa dnes stále poháňa. Newton ukázal, že prírodné javy sú (často) riadené matematickými vzormi a pochopením týchto vzorcov môžeme zlepšiť naše pochopenie prírody. V Newtonovej ére matematické zákony vysvetľovali, čo sa deje na nebi, ale nemali iné významné praktické využitie okrem navigácie.
***
Všetko, čo sa zmenilo, keď SSSR umelá družica satelit v roku 1957 vstúpil na obežnú dráhu Zeme a vystrelil štartovaciu zbraň pre vesmírny závod. Ak pozeráte futbal v satelitnej televízii - alebo v opere, komédii alebo vedeckých dokumentoch - získavate z Newtonových poznatkov skutočný úžitok.
Jeho úspechy spočiatku viedli k pohľadu na vesmír ako na vesmírny stroj, v ktorom všetko majestátne sleduje cesty stanovené na úsvite stvorenia. Napríklad sa verilo, že slnečná sústava bola vytvorená do značnej miery v jej súčasnom stave, s rovnakými planétami, ktoré sa pohybujú pozdĺž rovnakých takmer okružných dráh. Je pravda, že sa všetko trochu krútilo; pokroky v astronomických pozorovaniach obdobia to jasne ukázali. Ale bolo rozšírené presvedčenie, že sa v priebehu nespočetných vekov nič nezmenilo, nezmenilo alebo dramaticky nezmenilo. V európskom náboženstve bolo nemysliteľné, že dokonalé Božie stvorenie sa mohlo v minulosti líšiť. Mechanistický pohľad na pravidelný, predvídateľný vesmír pretrvával tristo rokov.
Nie dlhšie. Nedávne inovácie v matematike, ako napríklad teória chaosu, spojené s dnešnými výkonnými počítačmi, ktoré dokážu rozbiť príslušné čísla bezprecedentnou rýchlosťou, výrazne zmenili naše pohľady na vesmír. Model hodinového spracovania slnečnej sústavy zostáva v platnosti po krátke časové obdobie av astronómii je zvyčajne milión rokov krátky. Náš kozmický dvor je však teraz odhalený ako miesto, kde svety prechádzajú a budú migrovať z jednej obežnej dráhy na druhú. Áno, sú tu veľmi dlhé obdobia pravidelného správania, ale čas od času sú prerušované výbuchom divočiny. Nezmeniteľné zákony, ktoré viedli k myšlienke o vesmíre strojčekov, môžu tiež spôsobiť náhlé zmeny a veľmi nevyrovnané správanie.
Scenáre, ktoré dnes astronómovia predpokladajú, sú často dramatické. Napríklad pri vytváraní slnečnej sústavy sa celý svet zrážal s apokalyptickými dôsledkami. Jedného dňa, vo vzdialenej budúcnosti, to pravdepodobne urobia znova: existuje malá šanca, že Merkúr alebo Venuša sú odsúdené na zánik, ale nevieme, ktoré. Mohli by to byť oboje a mohli by nás vziať so sebou. Jedna takáto zrážka pravdepodobne viedla k vytvoreniu Mesiaca. Znie to ako niečo z sci-fi, a je to ... ale najlepší druh „tvrdej“ sci-fi, v ktorej iba fantastický nový vynález presahuje známu vedu. Okrem toho, že tu neexistuje fantastický vynález, len neočakávaný matematický objav.
Matematika informovala naše chápanie vesmíru vo všetkých mierkach: pôvod a pohyb Mesiaca, pohyby a formy planét a ich sprievodné mesiace, zložitosti asteroidov, komét a objektov Kuiperovho pásu a premýšľavý nebeský tanec celá slnečná sústava. Naučilo nás, ako môžu interakcie s Jupiterom vrhnúť asteroidy na Mars a odtiaľ na Zem; prečo Saturn nie je sám, kto vlastní prstene; ako vznikali jeho prstene a prečo sa správajú tak, ako sa majú, s vrkôčkami, vlnkami a podivnými rotujúcimi lúčmi. Ukázalo sa nám, ako môžu prstene planéty po jednom vypláchnuť mesiace.
Hodiny prepustili ohňostroj.
Výňatok z „Vypočítania kozmu: Ako matematika predstavuje vesmír“ od Iana Stewarta. Copyright © 2016. K dispozícii od spoločnosti Basic Books, odtlačok spoločnosti Perseus Books, LLC, dcérskej spoločnosti Hachette Book Group, Inc. Všetky práva vyhradené.
