Vesmír se musí vyvíjet 
 
Skutečnost, že vesmír, ve kterém žijeme, se musí buď rozšiřovat, nebo smršťovat, byla teoreticky předpověděna vynikajícím sovětským vědcem Alexandrem Fridmanem v letech 1922 -- 1924. Fridmanovy práce byly čistě matematické a vycházely z Einsteinovy teorie gravitace. K pochopení základní podstaty jeho objevu však není třeba užívat přesné matematiky. Jako všechno veliké má i tento objev velice prostý základ. 
Vzpomeňme si, proč se nesmršťuje nebo nezvětšuje obyčejná hvězda. Gravitační síly jsou v ní udržovány v rovnováze spádem tlaku od hustého nitra, kde je tlak největší, k volnému povrchu, kde je nulový. Ale vesmír je ve velkých měřítkách homogenní, všude stejný, proto v něm k žádnému spádu tlaku nemůže dojít. Znamená to, že jedinou podstatnou silou zůstává gravitace. 
Pokud si tedy představíme, že v nějakém okamžiku jsou veškeré ohromné hmoty vesmíru v průměru v klidu, pak v následujícím okamžiku je gravitační síla uvede do pohybu, jednotlivé částice se k sobě budou přibližovat, a látka se začne smršťovat. V poměrně malých soustavách může vytvořit rovnováhu kruhový pohyb po oběžné dráze, jak je tomu třeba ve sluneční soustavě, nebo chaotický pohyb těles po velmi protáhlých trajektoriích, jak je tomu například v eliptických galaxiích. Ale v ohromném vesmíru je to nemožné -- kdybychom si chtěli představit vesmír jako obrovskou kouli udržovanou v rovnováze pohybem jednotlivých objektů, překračovala by rychlost některých objektů rychlost šíření světla, což zákony přírody nepřipouštějí. 
Vesmír nemůže být ve stacionárním stavu, to znamená -- odhlédneme-li od místních nepravidelností -- ve stavu časově neproměnném. K takovému závěru dospěl Fridman. To však neznamená, že se vesmír musí nezbytně pod účinkem gravitace smršťovat. Pokud na začátku byly jednotlivým hmotným bodům uděleny takové rychlosti, že se od sebe navzájem vzdalovaly, bude se vesmír rozšiřovat a gravitace bude toto rozpínání pouze brzdit. Bude-li se vesmír rozpínat nebo smršťovat, závisí tedy na počátečních podmínkách, na fyzice procesů, které určily počáteční rychlosti jednotlivých hmotných částic. Fridmanův objev tak předpovídal nutnost vývoje vesmíru jako celku. 
Jednalo se o zcela novou, neobvyklou myšlenku. V průběhu minulých věků vládly ve vědě různé představy o stavbě vesmíru, měly však jedno společné. Všechna (nebo téměř všechna) tato schémata byla náčrty stavby, ne vývoje, tedy přetváření vesmíru, a ve všech byla zabudována představa "neměnného mechanismu vesmírných hodin". Myšlenka stacionárnosti vesmíru jako celku se zdála být samozřejmou. Ve vesmíru mohou probíhat nejrůznější složité procesy, ale z čeho, z jakého stavu se může rozvíjet celý vesmír? 
Myšlenka o vývoji vesmíru jako celku se pokládala za nehezkou; i řada význačných vědců ji těžko a nerada přijímala. Příkladem může být sám Einstein. Tvůrce teorie relativity chápal, jak důležitá pro kosmologii jeho obecná teorie relativity je. Krátce po jejím vytvoření začal zkoumat, mají-li rovnice gravitačního pole, použité pro homogenní vesmír jako celek, statické řešení, tj. řešení popisující stav nezávislý na čase. Ale takové řešení gravitační zákon obecné teorie relativity nepřipouštěl. Einsteinovi však připadalo jako samozřejmé, že by se měl dát sestrojit statický (ne vyvíjející se) model vesmíru. Idea statického světa mu připadala natolik přitažlivá, že pojal nedůvěru ke svým původním rovnicím a pozměnil je takovým způsobem, aby stacionární řešení připouštěly. 
Proč byla myšlenka statického vesmíru tak přitažlivá? 
Příčinou byla zřejmě zdánlivá stacionárnost, neměnnost astronomických těles a soustav, ať už jde o sluneční soustavu, hvězdy, hvězdná seskupení nebo galaxie. Pozorovaná neměnnost astronomických jevů ve všech člověku známých měřítkách byla mimovolně extrapolována i na vesmír jako celek. Velice výrazně hovoří o zdánlivé neproměnnosti světa Aristoletés ve spise O nebi: "V průběhu uplynulých věků nenacházíme podle letopisů předávaných potomkům pokolení od pokolení ani stopu změny na vzdáleném nebi jako celku, ani v některé jeho části." 
Dnes, na konci 20. století, se nám představa vyvíjejícího se vesmíru zdá přirozená. Víme totiž, že neměnnost hvězd a jiných kosmických těles či jejich soustav je jen zdánlivá. Lidstvo je pozoruje po příliš krátkou dobu, než aby vývoj, změnu, zaznamenalo. Hvězdy se ale rodí, žijí, umírají. Jejich život trvá často miliardy let. Zdrojem energie, kterou vyzařují, jsou jaderné reakce probíhající v jejich nitru. Ale žádný zdroj energie není věčný; i zásoby energie jaderných zdrojů jsou konečné. Znamená to, že Slunce i hvězdy vznikly před konečnou dobou a mají svou historii. 
Dnes pozorujeme bouřlivé procesy výbuchů a vývoje v tak gigantických soustavách, jako jsou galaxie. Látka tvořící galaxii je postupně přetvářena jadernými procesy, jež probíhají ve hvězdách. Vodík se přeměňuje v hélium a to pak dále v těžší chemické prvky. 
Statický obraz tedy nevyhovuje pro žádnou astronomickou soustavu, pokud má zachytit dostatečně dlouhý časový interval. Kdybychom tedy dnes stáli před úlohou znovu vytvořit model vesmíru, musel by to být model vývojový, v němž by byla jasně vyznačena etapa, kdy se začaly tvořit hvězdy, galaxie atd. 
První Fridmanovu práci dokazující, že vesmír se musí vyvíjet, obdržela redakce německého Časopisu pro fyziku koncem června 1922. Einstein byl zřejmě natolik přesvědčen, že řešení rovnic popisujících stav vesmíru musí být statické, že Fridmanovo řešení prohlásil za chybné. V polovině září 1922 zaslal redakci téhož časopisu krátkou poznámku, ve které, řečeno slovy akademika Foka, "poněkud povýšeně říká, že Fridmanovy výsledky se mu zdály podezřelé a že v nich našel chybu, po jejímž odstranění Fridmanovo řešení přechází v řešení stacionární"
Fridman se dověděl o Einsteinově názoru z dopisu svého petrohradského kolegy J. Krutkova, který byl tehdy na zahraniční cestě. V prosinci 1922 napsal Einsteinovi dopis, v němž podrobně vyložil podstatu svých výpočtů a přesvědčivě dokazoval jejich správnost. Dopis končil slovy: 
"Pokud shledáte výpočty vyložené v mém dopise správnými, neodmítněte prosím mou žádost a sdělte to redakci Časopisu pro fyziku; možná že v takovém případě uveřejníte opravu svého tvrzení nebo umožníte přetisk úryvku z tohoto mého dopisu." 
Fridmanův dopis se zachoval v Einsteinově archívu. Ovšem Einstein jej tehdy buď nečetl, nebo mu nevěnoval pozornost, protože byl přesvědčen o správnosti svého stanoviska. 
V květnu 1923 se Krutkov setkal s Einsteinem v Leidenu v domě známého holandského fyzika Paula Ehrenfesta; v několika diskusích se mu podařilo prokázat správnost závěrů sovětského matematika. V dopise své sestře z 18. května 1923 napsal: "Zvítězil jsem nad Einsteinem ve sporu o Fridmana. Čest Petrohradu je zachráněna!" 
Krátce po rozhovorech s Krutkovem zaslal Einstein do Časopisu pro fyziku poznámku "K práci A. Fridmana O křivosti prostoru": 
"V předchozí poznámce jsem podrobil kritice výše uvedenou práci. Jak jsem se však přesvědčil z dopisu A. Fridmana, který mi doručil pan Krutkov, zakládala se moje kritika na výpočetní chybě. Výsledky A. Fridmana pokládám za správné a podnětné. Ukazuje se, že rovnice pole připouštějí pro strukturu prostoru spolu se statickým i dynamické (tj. na čase závislé) centrálně symetrické řešení." 
Einstein i později vždycky zdůrazňoval přínos Fridmanových prací pro současnou kosmologii. 
 
Igor Novikov
 
Úryvek z knihy Černé díry a vesmír (Mladá fronta, Praha 1989). Přeložil Jiří Langer.