Umělecká představa černí díry. Autor: SolarSeven.
Obecná teorie relativity, vydána Albertem Einsteinem roku 1915 předpověděla teoreticky tělesa, kterým dnes říkáme černé díry. O existenci těchto „temných hvězd“ se ale uvažovalo již více než sto let před touto teorií. Na scéně se objevují hned dvě jména – John Michell a Pierre-Simon de Laplace, který přišel právě s označením temná tělesa. Dnes se podíváme na prvně zmíněného, který s touto revoluční myšlenkou přišel o pár let dříve než jeho známější francouzský kolega.
Snad každý z nás slyšel o obecné teorii relativity, kterou publikoval Albert Einstein v roce 1915 a předpověděl v ní černé díry. Sám ale nevěřil, že tyto objekty by mohly být reálné. V sedmdesátých letech 20. století byla znovuobjevena myšlenka Johna Michella. Tento „malý tlustý muž“, jak bývá často popisován, tak konečně získal uznání za první známou teorii o černých dírách.
Michell se narodil roku 1724 v městě Nottinghamshire. Vychodil univerzitu Cambridge, kde po ukončení studia fungoval jako kantor. Rozsah jeho zájmu byl opravdu široký, věnoval se nejen filozofii a fyzice (magnetismus a optika), ale také jako první použil v astronomii statistické metody. Stál při založení seismologie, což je obor geofyziky, který studuje především zemětřesení.
Zajímavostí je, že podobu Johna Michella neznáme. S jistotou můžeme říct, že jeho portrét existoval, a to díky výstavě v Leeds v letech 1868/1869, kde měla být podobizna od neznámého autora vystavena. Pátrání po obrazu je zatím stále bez výsledku a přesto, že internetem se šíří desítky olejomaleb, označovaných Michellovým jménem, jedná se vždy o jinou osobu té doby.
Někdy v roce 1767 se přestěhoval do Thornhill v Yorkshiru, kde se stal rektorem a pokračoval ve svých výzkumech. Ty často probíral v dopisech se svými kolegy. A právě v jednom takovém dopise Henrymu Cavendishovi z roku 1783 Michell neúmyslně zvládl naznačit možnost existenci „temných hvězd“.
Tento jeho nápad byl později vydán v deníku Královské společnosti, které se stal John členem právě díky svému zájmu o seismologii.
Cesta k teorii vedla samozřejmě přes informace dostupné v druhé polovině 18. století. Jako například rychlost šíření světla, tu první spočítal v roce 1675 Ole Rømer a o nějakých padesát let později ji pomocí aberace hvězd James Bradley tehdy upřesnil na 301 000 km/s (tím zároveň dokázal konečnost rychlosti světla). Další potřebnou znalostí byla Newtonova teorie gravitace a světla. A konečně koncept únikové rychlosti, u které Michell pochopil, že bude určena velikostí a hmotností hvězdy.
Teď už měl John všechny potřebné kousky skládačky a mohl tak začít uvažovat nad chováním hvězdy o hmotnosti a gravitaci takové, že by úniková rychlost odpovídala té světelné. V tom případě by gravitační síla zabránila úniku světla a hvězda by se tak stala neviditelnou.
Pamětní deska, farní kostel Thornhill. Zdroj: Wiki.
Důkaz potom Michell hledá v pohybu hvězdných systémů. A to v těch, které se chovají jako by se skládaly ze dvou hvězd: jedné viditelné a druhé ne.
Parafrázujme jeho slova:
Kdyby existovala tělesa s hustotou nemenší, než je hustota Slunce a průměrem více než pětsetkrát větším, než je průměr Slunce, jejich světlo by k nám nebylo schopno dorazit. Nebo pokud by případně existovala jiná tělesa, menší velikosti, která přirozeně nejsou svítivá, nemohli jsme o jejich existenci vědět díky svému zraku. Ovšem, kdyby kolem nich obíhala jiná luminozitní tělesa, byli bychom schopni z tohoto pohybu vyvodit jejich existenci díky zjevným nepravidelnostem rotujících těles.
Několik let po Michellovi navrhuje podobnou myšlenku také Pierre-Simon Laplace. Ten sice nazývá tyto objekty „temná tělesa“, jinak se ale jedná zase o myšlenku zachycení světla gravitací.
Teorie temných hvězd byla opuštěna a zapomenuta, částečně kvůli Youngově experimentu, který způsobil problémy i Newtonově teorii. Fyzika se v 19. století vyvíjela spíše směrem zkoumání radioaktivity, termodynamiky a na další zmínku o černých dírách jsme si tak museli počkat až do začátku 20. století.
Zdroje a doporučené odkazy
[1] This Month in Physics History (aps.org)
[2] Astronomy 101: Black holes | Astronomy.com
[3] Black holes: who didn’t see them first? | Royal Society
[4] Václav Kaizr: Měření rychlosti šíření světla (aldebaran.cz)
[5] Black holes theorized in the 18th century (phys.org)
[6] John Michell – Linda Hall Library
[7] Queens‘ College, University of Cambridge
[8] MCCORMMACH, Russel. Weighing the World: The Reverend John Michell of Thornhill. Springer Dordrecht, 2011. ISBN 978-94-007-2022-0.
O autorce článku
Ludmila Lukášová se narodila v roce 2001 ve Valašském Meziříčí. Po dokončení SPŠS Vsetín nastoupila na Slezskou univerzitu, program Astronomie a popularizace.
Kontakty a další informace
Ludmila Lukášová
Studentka astronomie FÚ SU v Opavě
Email: luk0072@slu.cz
RNDr. Tomáš Gráf, Ph.D.
Fyzikální ústav SU v Opavě, vedoucí observatoře WHOO! a Unisféry
Email: tomas.graf@fpf.slu.cz
Telefon: +420 553 684 548