Sciencemag.cz
Doporučujeme
Černé díry jsou obvykle vnímány jako objev 20. století. Na jeho počátku, v roce 1916 publikoval Albert Einstein obecnou teorii relativity, jejíž rovnice použil k výpočtům jeho kolega, fyzik Karl Schwarzschild. Tomu se podařilo matematicky popsat sférické části prostoročasu, zakřivené kolem koncentrované hmoty natolik, že se stává neviditelnou pro vnější svět. Ale pravým „otcem“ konceptu černé díry je John Michell, anglický kněz z 18. století. Muž, jehož úvahy předběhly svou dobu a na několik století upadly v zapomnění.
John Michell se narodil 25. prosince 1724 v malé anglické vesnici Eakring. Jeho otec byl kněz a díky tomu se Johnovi dostalo výborného vzdělání. Vystudoval na univerzitě v Cambridge, a dokonce tam nějaký čas i sám vyučoval. V roce 1767 se stal farářem v Thornillu nedaleko anglického Leedsu. Dobové dokumenty o něm mluví poněkud nelichotivě jako o „malém tlustém muži tmavé pleti“, ale zároveň vyzdvihují jeho intelektuální schopnosti a zmiňují ho jako vynikajícího filozofa. I když se stal farářem na malém městě, nadále si zachoval kontakty získané během univerzitní kariéry. V Thornillu Johna Michella několikrát navštívili velikáni své doby, jakými byli Benjamin Franklin nebo Henry Cavendish.
Vědecké úvahy Johna Michella se ubíraly různými směry. Zkoumal magnetismus a prokázal, že potenciál elementárního dipólového magnetu klesá s druhou mocninou vzdálenosti. Myšlenkou, že zemětřesení se šíří jako vlny pevnou zemí, položil Michell základy pro budoucí obor seismologie. Inspirací mu byly zprávy o velkém zemětřesení v Lisabonu v roce 1755 a právě díky této úvaze byl zvolen členem Královské společnosti. V oblasti fyziky můžeme Johnu Michellovi připsat návrh experimentálního zařízení pro měření gravitační síly. Toto experimentální uspořádání použil později Cavendish a změřil na něm, jako první, přesnou hodnotu gravitační konstanty G.
Zároveň byl vesnický kněz Michell také prvním, kdo využil statistických metod v astronomii, když studoval rozložení hvězd na obloze. Výsledky jeho analýzy ukázaly, že na obloze se nachází více dvojic nebo skupin hvězd, než odpovídá náhodnému rozdělení. John Michell tak ve svém pojednání podal první důkaz dvojhvězd a hvězdokup. Úvahu, kterou ale nejvíce předběhl svou dobu, najdeme v jeho článku publikovaném časopise Královské společnosti z listopadu roku 1783. Michell v něm navrhuje koncept takzvaných „tmavých hvězd“, velmi hmotných objektů s tak silným gravitačním polem, že z něj nemůže uniknout ani záření. Tmavé hvězdy by tak byly pro astronomy neviditelné.
Michell se domníval, že by bylo možné tmavé hvězdy detekovat nepřímo, pokud by měly světlo vyzařující dvojče, které by kolem nich obíhalo. Právě systémy dvojhvězd, jejichž součástí je černá díra, jsou dnešními astronomy používané pro nepřímou detekci černých děr v rentgenové oblasti spektra. Ne všechny Michellovy úvahy týkající se tmavých hvězd byly z pohledu dnešní vědy správné, i tak ale jeho myšlenky o několik staletí předběhly svou dobu. Nezávisle na Michellovi navrhl podobný koncept zachycení světla objekty s vysokou gravitací Pierre Laplace ve své knize „Exposition du Système du Monde“ publikované v roce 1796.
Úvahy vesnického faráře Johna Michella obstály v testu časem. I když jeho pojem tmavé hvězdy byl zapomenut, revoluční objevy fyziky 20. století od Einsteina a Schwarzschilda po Roberta Oppenheimera a Stephena Hawkinga, učinily koncept, dnes známý jako černá díra, téměř běžným. Termín „černá díra“ byl v roce 1968 zaveden během přednášky pro Americkou astronomickou společnost fyzikem Johnem Wheelerem. John Michell, který se narodil pod svou temnou hvězdou, zemřel v anonymitě, až znovuobjevení jeho spisů v 70. letech 20. století mu přineslo zasloužené uznání ve vědecké komunitě.
Autor: Iveta Zatočilová
Převzato z Matfyz.cz.
Pozvánka:
15. 2. 2024 proběhne na Matfyzu tradiční Jeden den s fyzikou, těšit se můžete na zajímavé experimenty i přednášky z nových oblastí fyziky. Podrobnosti se budou objevovat na webu mff.cuni.cz/jdf.
By mě zajímalo, jak Michella a Laplace vůbec napadlo, že by se světlo mohlo ohýbat v gravitačním poli. Měli nějaká pozorování?
Ta úvaha byla mnohem přímočařejší. Když byla změřena rychlost světla 300 000 km/s, tak si prostě položil otázku, jak velká hvězda by měla únikovou rychlost právě těch 300 000 km/s. A výsledný vzorec je (čistě náhodou) shodný s výrazem pro Schwarzschildův poloměr. O nějakém ohybu světla pokud vím vůbec nepřemýšlel.