Jak český amatér pomohl Einsteinovi vytvořit teorii gravitačních čoček

30. listopad 2015
Albert Einstein

Nedávno fyzikální svět oslavil stoleté výročí tzv. obecné teorie relativity a gravitace, jejíž základy položil v r. 1915 Albert Einstein. Jedním z důsledků této teorie je i existence jevu tzv. gravitačních čoček ve vesmíru. Je ovšem zajímavé, že nebýt jednoho laického fanouška moderní fyziky a astronomie z Čech, Einstein by se modely gravitačních čoček patrně dostatečně nezabýval.

Zmíněným amatérem byl jistý Čech Rudi W. Mandl, narozený v roce 1894 na Moravě a ve Vídni vystudovaný elektrický inženýr a podnikatel. Mandl se dostal do USA z Německa někdy ve 20. letech a v r. 1936, kdy se zde setkal s Einsteinem, se zrovna živil jako myč nádobí v restauracích ve Washingtonu DC. Mandl se údajně 17. 4. 1936 dostal přes své známé z redakce časopisu Science News Letter přímo do Einsteinovy pracovny v americkém Princetonu, předestřel mu zde různé návrhy a náčrtky a naléhal na něj, aby podrobně vypočítal mechanismus toho, jakým způsobem gravitace jedné hvězdy ohýbá a mění (např. zesiluje) světlo jiné hvězdy, která z hlediska pozorovatele na Zemi leží za ní, podobně jako skleněná čočka. Tento jev plyne celkem přímo z Einsteinovy obecné teorie relativity, kdy gravitace zakřivuje celý časoprostor, takže působí silově i na světlo a ohýbá jeho dráhu, tedy dráhy světelných paprsků.

O historii koncepce gravitačních čoček existuje obsáhlá literatura (samotný jev začal být pozorován v mezigalaktických rozměrech až v r. 1979, kdy bylo takto vysvětleno zmnohonásobení, zjasnění resp. deformování obrazů řady vzdálených galaxií a kvazarů), ale nás v tomto článku zajímá spíše osoba samotného Mandla, který rozhodně nebyl teoretickým fyzikem ani astronomem a pro něhož gravitační čočky a obecná teorie relativity rozhodně nepředstavovaly přirozenou doménu činnosti. Byl však poučeným laikem a vášnivým amatérským zájemcem o výsledky moderní vědy.

Einstein se jako první na světě tímto jevem trochu zabýval už v r. 1912, ale jelikož tehdy usoudil, že možnost zjištění takového působení bude v praxi velmi malá a jev bude velmi řídký (implikuje to nutnost umístění dvou hvězd a Země přesně na jedné přímce), přestal se tímto problémem zabývat. Mezitím se občas problémem zabývali i jiní vědci, ale ani oni problém nedotáhli do konce. V polovině 30. let se o gravitační čočky nezajímal vůbec nikdo, s výjimkou právě českého imigranta a myče nádobí Rudiho W. Mandla. Ten měl naštěstí dobré povědomí o obecné teorii relativity, astronomii a optice.

Schema gravitační čočky - bližší hmotný objekt dokáže zesílit slabé galaxie v pozadí

Einstein vyprovokovaný plodnou a postupnou diskusí s Mandlem v roce 1936 však přeci jen nakonec napsal o gravitačních čočkách základní článek, který vyšel v prosincovém čísle časopisu Science ( 4. 12. 1936) pod názvem “Čočce podobné působení hvězdy v důsledku ohybu světla v ( jejím ) gravitačním poli”. Einsteinův text začínal slovy : “Nedávno mne navštívil R. W. Mandl a požádal mne, abych publikoval výsledky drobného výpočtu, který jsem provedl na jeho žádost. Touto poznámkou vyhovuji jeho přání”. Dále byl v článku propočten případ, kdy k pozorovateli dospějí dva ohnuté paprsky ze vzdálené hvězdy, letící každý po jedné straně mezilehlé hvězdy, a byl zde odvozen i vztah pro poměr zesílení světla těchto paprsků. Einstein svůj článek končil slovy, že asi není velká šance tento jev u hvězd pozorovat. Z celé diskuse se dále dochoval Mandlův náčrtek a několik dopisů mezi ním a Einsteinem. Einstein posléze Mandla nazval objevitelem teorie gravitačních čoček. Mandl byl dále v USA aktivní jako vynálezce, pracoval také jako domovní kotelník a prodavač různých strojků. V r. 1946 získal americké občanství. Zemřel pravděpodobně 31. 12. 1948 v Los Angeles.

Samostatně se do historie gravitačních čoček zapsal dokonce i jeden skutečný český vědec. Astrofyzik František Link totiž nezávisle na Einsteinovi dříve ve stejném roce (březen 1936) provedl ohledně gravitačních čoček analogické výpočty a publikoval je ve francouzských časopisech. Kvůli francouzštině však jeho články neměly tak velký ohlas. Dále, švýcarský astronom Fritz Zwicky si brzy poté uvědomil, že v případě celých galaxií je čočkový jev nejen pozorovatelný, ale také docela pravděpodobný a že tedy bude moci být objeven pozorováním. Ve své práci “Mlhoviny jako gravitační čočky” z roku 1937 napsal : “Minulé léto se mi zmínil Dr. V. K. Zworykin ( kterému tuto myšlenku navrhl také pan Mandl), že působením gravitačního pole vzniká možnost (deformovaného) zobrazení. V důsledku toho jsem provedl určité výpočty ukazující, že pro extragalaktické mlhoviny (tedy galaxie) se nabízí mnohem lepší možnost pozorování jevu gravitační čočky než pro hvězdy.” V únoru 1937 také jiný astronom, Henry Norris Russell, popsal v časopise Scientific American čočkový jev při přechodu blížší hvězdy přes disk větší hvězdy v dvojhvězdě (konkrétně na příkladu soustavy Siria). Podobný jev tzv. mikročočky se dnes používá při objevech některých exoplanet.

Zdroje: Science News, Science Magazine 1936, Max Planck Institut (PDF)

Spustit audio
autor: Pavel Vachtl