Albert Einstein a světlo

Jakákoliv oblast lidské činnosti, vědu nevyjímaje, se vždy odehrává v určitých mantinelech, jde směrem, který je určen prací nejvýraznější a nejvýznamnější osobnosti v daném oboru. 14. března roku 1879 se narodil člověk, který se takovým vůdčím duchem stal ve fyzice – a jak řada lidí věří, ve vědě vůbec.
Albert Einstein pocházel z Německa, studoval ve Švýcarsku, působil i v Praze a zemřel roku 1955 ve Spojených státech, kam musel prchnout před nacismem pro svůj židovský původ. Tak jako nesetrval celý život na jednom místě, šel neustále kupředu i ve svém oboru. Od mládí vynikal v matematice a fyzice; legendy o jeho údajném propadnutí v těchto předmětech vznikly jen na základě odlišného známkování ve švýcarském školství (pravdou je pouze fakt, že u maturity v jiných předmětech napoprvé neuspěl). Po studiu polytechniky v Curychu se stal patentovým úředníkem 3. třídy, jeho prací bylo posuzovat patenty z hlediska fyziky.
V roce 1905, v pouhých 26 letech, dokázal interpretací Brownova pohybu reálnou existenci atomů, ve stejném roce popsal vztah mezi hmotou a energií, dnes považovaný za jeden ze základních stavebních kamenů našeho vesmíru. Jsou to objevy takové povahy, že by mu coby vědci zajistily samy o sobě slávu na celý život. Einstein se však zcela vymykal jakýmkoliv standardům a k předchozím dvěma článkům přidává v témže roce další dva: poprvé formuluje speciální teorii relativity a popíše fotoelektrický jev. Relativistické fyzice jsme se v této rubrice věnovali už dříve, zaměřme se proto nyní na poslední ze jmenovaných objevů.
Ač je Einstein ve všeobecném povědomí spojován se speciální a obecnou teorií relativity, vědecká obec ho ocenila nejvyšším možným uznáním, Nobelovou cenou, právě za popis fotoelektrického efektu. Jedná se o jev, kdy se z tělesa přijímajícího elektromagnetické záření uvolňují elektrony; klasická fyzika však užasle sledovala, že tyto elektrony mají jinou energii, než jakou by vlastně měly mít. Bylo jasné, že něco je špatně.

Od dob Huygense, tj. od 17. století, se předpokládalo, že světlo coby forma elektromagnetického záření se šíří výhradně ve vlnách, jejichž energetická hladina je v podstatě libovolná. Jako první tuto myšlenku zpochybnil Max Planck, který odhalil z ní vyplývající paradoxy a zavedl pojem kvanta, tj. přesně vymezené dávky energie, ve kterých se světlo a další záření mohou jedině šířit. Mladého Einsteina tato myšlenka zaujala a rozhodl se ji použít pro výklad fotoelektrického jevu. K takřka nemilému překvapení vědců tato interpretace, která vykládala světlo ne jako vlnu, nýbrž de facto jako částici, fungovala bezvadně a do té doby problematický jev vyřešila.
Fyzikové tak byli konfrontováni s faktem, že jednu entitu, světlo, můžou chápat dvěma způsoby: jako vlnu i jako částici, a Einstein tak s Planckem stál u zrodu dnešního výkladu světla, které má tzv. částicově-vlnový charakter.
Zvláštním řízením osudu ale na Einsteinových myšlenkách vznikla zcela nová, tzv. kvantová fyzika, se kterou navzdory jejím kořenům Einstein nesouhlasil. Jeho víra v determinismus, v absolutní podmíněnost a tím i vysvětlitelnost přírodních dějů, nešla dohromady s náhodností, ba chaotičností subatomárního světa kvantové fyziky. V tomto ohledu je známý Einsteinův výrok: „Bůh nehraje s vesmírem kostky.“

Světlo (ilustrační obrázek)

Vysíláno v Planetáriu č. 10/2011, 5. – 11. března.

Rubrika Historie vědy se vysílá každé druhé Planetárium v měsíci.