V části „Výpočet kosmu“ představuje Ian Stewart vzrušující průvodce vesmírem, od naší sluneční soustavy po celý vesmír. Počínaje babylonskou integrací matematiky do studia astronomie a kosmologie, Stewart sleduje vývoj našeho chápání vesmíru: Jak Keplerovy zákony planetárního pohybu vedly Newtona k formulaci jeho teorie gravitace. Jak, o dvě století později, Einstein inspiroval drobné nepravidelnosti v pohybu Marsu, aby vymyslel svou obecnou teorii relativity. Jak před osmdesáti lety objev, že se vesmír rozšiřuje, vedl k vývoji teorie velkého třesku jeho původů. Jak jednobodový původ a expanze vedl kosmology k teoretizaci nových složek vesmíru, jako je inflace, temná hmota a temná energie. Vysvětluje však inflace strukturu dnešního vesmíru? Skutečně existuje temná hmota? Mohla by být na cestě vědecká revoluce, která bude výzvou pro dlouho drženou vědeckou ortodoxii a znovu proměnit naše chápání vesmíru? Níže je výňatek z „Výpočet kosmu: Jak matematika odhaluje vesmír“ (Základní knihy, 2016).
Tyto pokroky ve výzkumu vesmíru a využití nezávisí jen na chytré technologii, ale také na zdlouhavé sérii vědeckých objevů, které sahají přinejmenším až k starověkému Babylonu před třemi tisíci lety. Matematika leží v jádru těchto pokroků. Inženýrství je samozřejmě také životně důležité a objevy v mnoha dalších vědeckých oborech byly zapotřebí předtím, než jsme mohli vyrobit potřebné materiály a sestavit je do sondy pracovního prostoru, ale soustředím se na to, jak matematika zlepšila naše znalosti vesmíru.
Příběh o průzkumu vesmíru a příběh z matematiky šel ruku v ruce od nejranějších dob. Matematika se ukázala jako nezbytná pro pochopení Slunce, Měsíce, planet, hvězd a velkého množství souvisejících objektů, které společně tvoří vesmír - vesmír považovaný za velkého měřítka. Po tisíce let byla matematika naší nejúčinnější metodou porozumění, záznamu a předpovídání vesmírných událostí. Ve skutečnosti, v některých kulturách, například ve starověké Indii kolem 500, byla matematika dílčím oborem astronomie. A naopak, astronomické jevy ovlivnily vývoj matematiky déle než tři tisíciletí, inspirující vše od babylonských předpovědí zatmění po počet, chaos a zakřivení časoprostoru.
Zpočátku byla hlavní astronomickou úlohou matematiky zaznamenávat pozorování a provádět užitečné výpočty o jevech, jako jsou zatmění Slunce, kde Měsíc dočasně zakrývá Slunce nebo zatmění Měsíce, kde stín Země zakrývá Měsíc. Při přemýšlení o geometrii sluneční soustavy si astronomičtí průkopníci uvědomili, že Země obíhá kolem Slunce, i když vypadá odtud odtud opačně. Antikové také kombinovali pozorování s geometrií, aby odhadli velikost Země a vzdálenosti k Měsíci a Slunci.
Hlubší astronomické vzorce se začaly objevovat kolem roku 1600, kdy Johannes Kepler objevil na oběžné dráze planet tři matematické zákonitosti - „zákony“. V 1679 Isaac Newton přeformuloval Keplerovy zákony formulovat ambiciózní teorii, která popisovala nejen jak se pohybují planety sluneční soustavy, ale pohyb žádný systém nebeských těles. To byla jeho teorie gravitace, jeden z ústředních objevů v jeho proměně světa Philosophiae Naturalis Principia Mathematica Matematické základy přírodní filosofie. Newtonův zákon gravitace popisuje, jak každé tělo ve vesmíru přitahuje každé jiné tělo.
Tím, že spojil gravitaci s jinými matematickými zákony o pohybu těl, propagoval Galileo před sto lety, Newton vysvětlil a předpověděl četné nebeské jevy. Obecněji se změnil způsob, jakým přemýšlíme o přírodním světě, a vytvořil vědeckou revoluci, která je dodnes poháněna. Newton ukázal, že přírodní jevy se (často) řídí matematickými vzory a pochopením těchto vzorců můžeme zlepšit naše chápání přírody. V Newtonově éře matematické zákony vysvětlovaly, co se děje na nebi, ale neměly významná praktická využití, kromě navigace.
***
To vše se změnilo, když SSSR Sputnik družice přešla na nízkou orbitu Země v roce 1957 a vypálila startovací zbraň pro vesmírný závod. Pokud sledujete fotbal v satelitní televizi - nebo v opeře, komediích nebo vědeckých dokumentech - sklízíte Newtonův užitek ze skutečného světa.
Zpočátku jeho úspěchy vedly k pohledu na vesmír jako na vesmírný stroj, ve kterém vše majestátně sleduje cesty stanovené na úsvitu stvoření. Například se věřilo, že sluneční soustava byla vytvořena do značné míry ve svém současném stavu, se stejnými planetami pohybujícími se podél stejných kruhových drah. Je pravda, že se všechno trochu pohupovalo; pokroky v astronomických pozorováních období to jasně ukázaly. Bylo však rozšířeno přesvědčení, že se v průběhu nespočetných věků nic nezměnilo, nezměnilo nebo dramaticky nezměnilo. V evropském náboženství bylo nemyslitelné, že dokonalé Boží stvoření mohlo být v minulosti jiné. Mechanistický pohled na pravidelný, předvídatelný vesmír přetrvával tři sta let.
Už ne. Nedávné inovace v matematice, jako je teorie chaosu, spojené s dnešními výkonnými počítači, schopnými krmit příslušná čísla s nebývalou rychlostí, výrazně změnily naše pohledy na vesmír. Model hodinového zpracování sluneční soustavy zůstává v platnosti po krátkou dobu a v astronomii je obvykle milion let krátký. Náš kosmický dvorek je však nyní odhalen jako místo, kde světy přešly a budou migrovat z jedné orbity na druhou. Ano, existují velmi dlouhá období pravidelného chování, ale čas od času jsou přerušována výbuchy divoké činnosti. Nezměnitelné zákony, které daly vzniknout pojmu vesmírný stroj, mohou také způsobit náhlé změny a velmi nevyrovnané chování.
Scénáře, které astronomové nyní předpokládají, jsou často dramatické. Například při vytváření sluneční soustavy se celý svět střetával s apokalyptickými důsledky. Jednoho dne, ve vzdálené budoucnosti, to pravděpodobně udělají znovu: existuje malá šance, že Merkur nebo Venuše jsou odsouzeny k zániku, ale nevíme, které. Mohly to být obojí a mohli nás vzít s sebou. Jedna taková srážka pravděpodobně vedla k vytvoření Měsíce. Zní to jako něco ze sci-fi, a je to ... ale nejlepší druh, „tvrdé“ sci-fi, ve kterém pouze fantastický nový vynález přesahuje známou vědu. Až na to, že zde není fantastický vynález, jen neočekávaný matematický objev.
Matematika informovala naše chápání vesmíru v každém měřítku: původ a pohyb Měsíce, pohyby a formy planet a jejich společenské měsíce, složitost asteroidů, komet a Kuiperových pásových objektů a přemýšlivý nebeský tanec celá sluneční soustava. Naučilo nás, jak interakce s Jupiterem mohou vrhnout asteroidy k Marsu a odtud k Zemi; proč Saturn není sám v držení prstenů; jak vznikly jeho prsteny a proč se chovají tak, jak se chovají, s copánky, vlnkami a podivnými rotujícími paprsky. Ukázalo se nám, jak prsteny planety mohou jeden po druhém plivat měsíce.
Hodinový stroj ustoupil ohňostroji.
Výňatek z „Výpočet kosmu: Jak matematika odhaluje vesmír“ od Iana Stewarta. Copyright © 2016. K dispozici od společnosti Basic Books, otisk společnosti Perseus Books, LLC, dceřiné společnosti Hachette Book Group, Inc. Všechna práva vyhrazena.
