VLADIMIR M A L f S E K CO VÍTE O DĚJINÁCH FYZIKY Recenzovali: doc. ing. Ivan Stoll, CSc. Ivan Úlehla, Clen korespondent ČSAV © RNDr. Vladimír Malíšek, CSc, 1980 HORIZONT PRAHA 1986 o dejinách fyziky Ve vědě více než v kterémkoli lidském oboru je třeba prozkoumat minulost, abychom pochopili přítomnost a ovládli budoucnost. J. D. BERNAL: VEDA V DEJINÁCH I V této knize budeme sledovat především tři problémy: jaký význam má historie moderní vědy, kterými vývojovými stadii fyzika prošla a kam asi směřuje? Na tyto a podobné otázky budeme hledat odpověď hned v úvodu. Poté si všimneme vývoje fyziky v jednotlivých epochách a oborech a nakonec se zamyslíme nad tím, zda je tento vývoj zákonitý a čím byl v minulosti ovlivňován. 0 významu dějin fyziky Nesčetné předměty, jevy a události ve fyzickém světě pozoroval člověk bez obtíží odedávna. Obtížnější ovšem bylo tato pozorování nějak trvale zachytit, ale i to skvěle zvládl již pravěký malíř např. na stěnách jeskyní. Měl k tomu zřejmě vše, co potřeboval: materiální předlohu, které dobře rozuměl, metodu, talent i technické prostředky k její realizaci — a tak nakonec vznikl obraz. Fyzik je na tom podobně; jen cesta k fyzikálnímu obrazu světa je obtížnější, a to nejen pokud jde o předlohu, ale i metody a výsledky. Předlohou jsou nikoli jednotlivé předměty, ale především zákonitosti fyzického světa. Trvalo jistě dlouho, než člověk poznal, že mezi předměty, jevy a událostmi vůbec existují jakési nutné a za stejných podmínek vždy přesně se opakující vztahy, že tyto vztahy jsou neméně objektivní a někdy dokonce důležitější než samotné předměty. Tak se třeba přišlo na to, že dřevo vždy plave na vodě, že kámen se vždy potápí a že této zákonitosti lze využít k přemístění se bez namočení na vzdálený ostrov, či na druhou stranu řeky. Méně použitelné, ale neméně jisté bylo např. poznání, že za bouře je vždy nejprve vidět blesk a pak je slyšet hrom apod. Nejstarší metoda poznávání fyzikálních zákonitostí se ovšem opírala o živé smyslové nazírání a o experimentování při zacházení s věcmi. Výsledek tohoto procesu poznání lze označit jako predvedeckou zkušenost. Dávný člověk ovšem sotva rozlišoval mezi metodou získávání poznatků a jejím výsledkem; proto i my budeme mluvit o tomto prvotním stadiu poznání jako o predvedecké zkušenosti a zahrneme sem oba zmíněné procesy. Pozorované předměty a jevy v přírodě byly nesčetné, predvedecká zkušenost však byla chudá kvantitativně i kvalitativně. Počet poznaných zákonitostí rostl jen velmi zvolna a kvalitativně se poznání dlouho nerozvíjelo vůbec; o kvalitativním rozvoji poznání, lze mluvit až v rozvinuté otrokárske společnosti. Musely se nejprve změnit společenské poměry, otrokársky řád byl nucen Jimožnit určité společenské vrstvě specializaci na řešení teoretických problémů — a do těchto poměrů musel přijít vysoce vzdělaný člověk vrcholné antiky, aby byl např. z dávné predvedecké zkušenosti o plavání těles vytvořen Archimédův zákon, jenž je příkladem odrazu fyzické zákonitosti hmotného světa v exaktní formuli fyzikálního zákona. Avšak i mezi fyzikou Archimedovou a fyzikou dnešní je celá propast, zejména pokud jde o metody. Předlohou naší fyziky jsou stejně jako u ArchimédQ fyzické zákonitosti, avšak naše metoda je komplexem metod experimentálních a matematických a naším výsledkem je opět celý komplex přísně logicky spojených fyzikálních zákonů. Fyzikální zákon je tedy odrazem určité fyzické zákonitosti hmotného světa a má zpravidla tvar matematické relace nebo přesně formulované věty; jeho význam vždy spočíval a spočívá v tom, že shrnuje v přesné, abstraktní podobě všechny dosavadní zkušenosti v příslušné oblasti a že navíc umožňuje předpovědět průběh i těch dějů a jevů, jež ještě nikdy nebyly pozorovány. Samozřejmě, že existují různé kategorie fyzikálních 5 6 zákonů. Nyní se však omezíme na konstatování, že fyzikální zákon je nejzákladnějším stavebním prvkem celé fyziky. Soubor fyzikálních zákonů týkajících se určité oblasti jevů, např._ pohybu, a spojených s vhodnou teorií v logický celek tvoří obor fyziky, např. mechaniku, — a konečně soubor určitých oborů tvoří fyziku. To je zjednodušený obraz ustavičně se opakující cesty fyziky od jevu přes zákonitost k zákonu a k vědě. Nekonečný soubor fyzických jevů a zákonitostí je tedy pro vědu předlohou, fyzika je jejím zjednodušeným, abstraktním obrazem. Materiál k tomuto obrazu, tj. nové fyzikální zákony, „loví" v přírodě a v laboratořích experimentální fyzikové a snášejí je do pokladnice vědy na hromadu jako kamínky pro mozaiku. Obraz z tohoto materiálu tvoří teoretičtí fyzikové; musejí však zpravidla přidat mnoho materiálu „ze svého", aby kamínky držely pohromadě. Nakonec však je tu obraz udivující logické dokonalosti a matematické krásy; obsahuje daleko více faktů, než do něj zkušenost vložila, a skýtá přesnou orientaci i v těch oblastech přírody, kde experiment ještě nikdy nebyl proveden. Přesto však je tento obraz dosti jednotvárný. Je tomu tak proto, že fyzika se zásadně spokojí s „dvojrozměrným obrazem". O každém bodu na onom pomyslném obraze stačí znát dvě „souřadnice": údaj experimentální (jak se fakt pokusně dokáže a jak se příslušné veličiny měří) a údaj matematický, teoretický (jaká je matematická forma zákona a jak souvisí s ostatními zákony a s platnou teorií). Tato informace o fyzikálních faktech, tj. o zákonech, teoriích, významných hypotézách i celých oborech, je však v jistém smyslu neúplná. A bude jistě úplnější a celý obraz zajímavější, vzneseme-li se nad rovinu fyzikálních faktů a podíváme-li se na ně také z dimenze historické. Tím ovšem není řečeno, že by pak informace o fyzikálních faktech byly zcela vyčerpány. Neméně zajímavý je také pohled na fyzikální fakta z hlediska filozofického a z hlediska možných aplikací. My se však spokojíme s pohledem historickým — a ani ten nebude úplný. Historie fyziky se totiž snaží hlavně: (1) každý důležitý fyzikální fakt „lokalizovat historicky", tj. snaží se určit kým, kdy a kde byl fyzikální fakt objeven, kde v literatuře a kým byl publikován a podobně; (2) téměř žádný fyzikální fakt ani jeho souvislosti s ostatními fakty nebývají nalezeny hned v „definitivní podobě"; je tedy nutno sledovat jejich genezi i evoluci, ukázat, za jakých podmínek a proč byly právě tak objeveny a formulovány, či proč byly zase někdy zapomenuty jako „předčasné"; (3) žádoucí by ovšem bylo najít také obecné zákonitosti vývoje fyziky; (4) mezi úkoly historiografie ovšem nelze pominout ani aspekt didaktický a psychologický, vždyť zajímavá vyprávění o fyzicích a fyzice v minulosti nejednou vzbudí zájem i o fyziku a fyzikální myšlení. Avšak ani ve světové literatuře zatím neexistují takové práce, které by nás uspokojily ve všech uvedených směrech; jisté je, že až se jednou objeví, budou velmi rozsáhlé. Vždyť samotná sbírka holých fyzikálních faktů by byla velmi rozsáhlá a počet svazků světové encyklopedie fyziky (Flügge, S.: Handbuch der Physik. Springer Berlin, New York.) bez historických poznámek se již blíží stovce. A tak se ve skutečnosti nejčastěji v dějinách vědy setkáváme s díly narativ-ními (lat. narratio = vypravování), obsahujícími zajímavá vyprávění o objevitelích a objevech, čili s díly plnicími úkol čtvrtý. Badatel, ať fyzik, či historik, ovšem sáhne zpravidla po dílech pragmatických (lat. pragmaticus = praktik, odborník), v nichž je podrobně zachycena chronologie objevů, citace všech základních prací, zkrátka vše, co patří k bodu prvému a zčásti i druhému. Nejde již o zajímavé „životopisy fyziků", ale o strohý „životopis fyziky". Dobrých pragmatických prací je však i ve světové literatuře jen málo (viz např. literatura [19] a [20]) a pro dobu nedávno minulou a přítomnou téměř úplně chybí. Přitom však jde o jednu z nejdůležitějších podmínek rozvoje vědy; každý, kdo má řešit nějaký fyzikální problém, musí nejprve vědět, co se o něm již ví. Neexistuje ani nauka o fyzikální literatuře a jen s námahou se shánějí přesné informace o stavu řešení určitého problému ve světě. 7 8 Dnes se však přesouvá zájem historiků vědy od pojetí pragmatických (a ovšem i narativních] k pojetím genetickým. Nejdůležitější tu již není rozhodovat o prioritách a o datování objevů, ale cílem je podat výklad příčin a souvislostí dosavadního vývoje, a to případně i na takové úrovni, aby vznikající genetické práce byly platné při prognózách budoucího vývoje. Ani prací tohoto druhu však není mnoho. A konečně k úkolu třetímu, tj. k formulaci zákonitostí vývoje fyziky, je třeba říci, že v této oblasti historiografie dosud nenašla svého tvůrce. Ani tím však úkoly dějin vědy nekončí. Důležitým doplňkem historických prací jsou totiž také edice základních původních prací nebo alespoň ukázky z děl klasiků fyziky. Právě největší fyzikové vždy zdůrazňovali, že nejcennější pro ně bylo studium původních prací Jejich předchůdců. Kopernik, Galilei a Newton, stejně jako Euler. Ampěre i Gauss pečlivě studovali jak přes 2000 let staré práce řeckých myslitelů, tak publikace svých bezprostředních předchůdců. A podobně i klasikové marxismu nepřestali nikdy zdůrazňovat, že ke každému vědeckému či filozofickému, ale i praktickému problému je nutno vždy přistupovat historicky. Avšak i každý problém a jeho řešení se vyvíjí _ a tak exkurze do historie je i pro odborníka nakonec nezbytná a bývá zpravidla tím hlubší, čím je problém závažnější. Tento názor se ovšem diametrálně liší od dosti rozšířeného historického nihilismu mezi odborníky i vzdělanými laiky. Podle některých odborníků-fyziků není prý znalost historie pro vědu nutnou podmínkou, bez níž není práce vůbec možná. Nedorozumění ovšem nejednou vyplývá z mylného ztotožnění dostupných narativních prací s dějinami vědy vůbec. Sotva ovšem lze hájit obdobné stanovisko některých nefyziků, kteří na jedné straně uznávají potřebnost historického poznání, např. v oblasti filozofie a umění, na druhé straně však nedoceňují úlohu dějin vědy, které jsou rovněž nezastupitelnou složkou historie — a tím i složkou všeobecného vzdělání. Pokud jsme těmito důvody již alespoň trochu zviklali „nevěřící", můžeme přejít k další obecné otázce histo- riografie vědy, tj. k otázce periodizace dějin fyziky. Přitom před námi vyvstanou zjednodušené celkové obrysy vývoje fyziky; vzniklé „schéma" budeme pak v dalších kapitolách postupně naplňovat vybranými konkrétními údaji tvořícími jednotlivé části dějin fyziky. VÝVOJOVÉ FÁZE FYZIKY Mezi pojednáními o dějinách fyziky můžeme najít jednak práce zaměřené na určitou oblast dějin vymezenou časově, místně či věcně, např. dějiny optiky 19. stol. v Čechách, jednak obecné práce o světové fyzice. Ve druhém případě je ovšem třeba rozsáhlý materiál nějak rozdělit. Nabízí se rozdělení podle oborů (na dějiny mechaniky, akustiky atd.), mebo rozdělení podle společenskoekonomických formací. Proti prvému kritériu mluví to, že některé důležité obory se objevily až v novověku, druhé kritérium se zase může jevit jako jakési měřítko přikládané k vyvíjející se vědě zvnějšku čili jako kritérium nevystihující rozhodující změny ve vývoji vědy samé. A skutečně podle druhého kritéria bychom např. očekávali podstatný rozdíl mezi fyzikou ve starověkém Kecku a ve feudální Evropě. Podstatného rozdílu tu však není a středověká fyzika nejednou dokonce klesla hluboko pod úroveň starověkých alexandrijských učenců. Dejme tedy přednost kritériím vnitrním. Za rozhodující ve vývoji celé fyziky můžeme považovat ty situace a okamžiky, kdy byla fyzika obohacena o nové pracovní metody. Fyzika zná metody teoretické a empirické; každá z nich se vyvinula do dnešní podoby v několika fázích, jichž si nyní všimneme a jež mohou dobře posloužit k přehledné periodizaci dějin fyziky. Z empirických metod poznání objektivní reality je nepochybně nejstarší zmíněná již predvedecká zkušenost, tj. jednoduchá, kvalitativní zkušenost, plynoucí zpravidla z pozorování a ze zacházení s věcmi. Jde o nevyslovené poznéiní o užívání věcí a vztahů mezi 9 10 nimi, jež je vlastní každému člověku. Když např. divoch v době kamenné neomylně trefil šípem letícího ptáka nebo podaří-li se dnešnímu dítěti něco podobného, opírají se oba o predvedeckou zkušenost, a to o zkušenost poměrně bohatou. Vždyť řeší prakticky problém, jehož teorie by vyžadovala řešení soustavy diferenciálních rovnic pro pohyb tělesa nepravidelného tvaru v odporujícím prostředí. Predvedeckou zkušenost však mezi fyzikální • metody řadit nemusíme — pak ovšem nemůžeme hledat prvky fyziky někde v pravěku, který nedisponoval v oblasti fyzikálního poznání ničím více než touto prim'tivní empirií. Další empirickou metodou je metoda měrná. Již starověký člověk měřil konstantní fyzikální veličiny, např. délku a hmotnost těles. Jednou nalezených metod se lidstvo již nikdy nevzdává, nové metody však obtížně objevuje a si osvojuje. Nejvyšší a dosud poslední empirickou metodou je metoda experimentální. Je to metoda systematického a záměrného kladení otázek přírodě za uměle vytvořených, zjednodušených situací, kdy nejde již jen o určitou stálou hodnotu jedné veličiny; jde hlavně o situaci, kdy se jedna veličina mění předepsaným způsobem a kdy se měří odezva hmotného systému na tuto změnu v podobě změn hodnot jiných veličin vyjadřovaných tabelárně, graficky nebo rovnicí. Tato metoda se stala majetkem a denním chlebem fyziky až kolem r. 1600; od té doby tedy existuje novověká fyzika, tj. fyzika v našem slova smyslu. Samozřejmě, že ani vývoj teoretických metod fyziky nebyl jednoduchý. Pravěký člověk si buď jevy nevykládal vůbec, nebo si mnohé jevy jako nepochopitelné vykládal myticky, antropomorficky; nelze se divit, že např. v blesku spatřoval zásah nadpřirozených bytostí. Mýtus ovšem nepatří do fyziky, nicméně byl prvním teoretickým pojetím vnějšího světa. Přesně opačně, takřka „antimyticky" a čistě racionálně, začali chápat svět antičtí Řekové; obohatili tak chápání světa a metody jeho poznání o metodu filozofickou. Samotná filozofie je sice při řešení fyzikálních problémů bezmocná, což ovšem Řekové ještě vědět nemohli, nicméně ve spojení s další metodou — metodou matematickou, za niž vdě- číme pozdějším helénskym učencům — tvoří dodnes základní nástroj teoretického poznání ve fyzice. Pro rozvoj fyziky však nestačilo to, že se u alexandrijských učenců spojila metoda matematická s filozoficky pravdivým pojetím přírodních jevů. Teprve sloučení metod experimentálních, matematických a filozofických, k němuž došlo v době a díle Galileliho v 17. stol., se stalo dosti pevným materiálem pro „zbraně", po jejichž zásahu vydává příroda dodnes jedno tajemství za druhým. Podívejme se nyní, kdy a kde došlo poprvé k uplatnění uvedených metod. V podstatě je možno říci, že existují dva rozhodující mezníky ve vývoji fyzikálního poznání. Po celý pravěk člověk asi neměl víc než predvedeckou zkušenost a mýtus jako nástroje poznánií a chápání světa; jinak řečeno, neznal a nepoužíval žádné fyzikální metody v pravém slova smyslu. Jestliže však kolem r. 3500 či dokonce 4000 př. n. 1. shledáváme u Sumerů a Egypťanů nejen třídní společnost a politickou integraci velkých území, ale také počátky doby protohistorické, velké stavby a záznamy o měření některých fyzikálních veličin, můžeme tuto dobu považovat za první mezník i z hlediska vývoje fyziky. Předtím neměla fyzika žádnou specifickou metodu, od té doby má již alespoň některé metody, v prvé řadě metodu měrnou. Metod postupně přibývá, až konečně kolem r. 1600 n. 1. má již fyzika všechny metody jako dnes. Pravěk historický je tedy pravěkem i z hlediska fyziky. Období fyziky mezi lety 4000 př. n. 1. až 1600 n. 1., kdy lidstvo kumulovalo jen velmi zvolna a nesoustavně prvky fyzikálního poznání, a to s pomocí onoho neúplného „metodického aparátu", označíme jako starou fyziku. Od r. 1600 budeme mluvit o novověké fyzice. A co říci o periodizaci samotné staré fyziky? Od počátku doby historické až do vystoupení řeckých filozofů je zřejmá technická i kulturní převaha starověkých říčních civilizací Orientu — jak někdy označujeme starověké říše v Mezopotámii, Egyptě, Indii a Číně. Faktografického materiálu o těchto oblastech je dnes již velmi mnoho; z hlediska fyziky se však do zmlačné 11 12 míry opakuje. Situaci si proto můžeme zjednodušit, když přijmeme zásadu, že si budeme všímat jen těch oblastí, u nichž je prokázáno prvenství fyzikálních objevů a jež nadto mají přímý vztah ke genezi evropské vědy, vyrůstající z nauk antických Řeků. Proto napr. pomineme starou Čínu, u níž kromě kompasu asi ze 2. stol. n. 1. jiné významné priority neznáme, nebo alespoň nemáme prokázán její dominantní vliv na naši vědu, která zcela nepochybně stanula od počátku novověku v čele světového vývoje. Někteří historikové vědy, např. E. Hop p e (viz literatura [20]), jdou dokonce tak daleko, že pomíjejí úplně i vědu egyptskou jako odvozenou (hlavně z Mezopotámie); pro její vliv na Řeky to však nelze dosti dobře učinit. Také později si budeme všímat jen těch kultur, jež vyústily do novověké evropské vzdělanosti. Z dochovaných staveb a záznamů, ale i z přímých vyobrazení některých fyzikálních přístrojů a mechanismů, např. kladky, soudíme, že praktických znalostí, zejména z mechaniky, bylo u říčních civilizací poměrně mnoho. Objevy však zůstávají v předřeckém období anonymní, jsou tajemstvím v rukou kněží a v teoretickém chápání je asi zřídka překročena prvotní „mytická úroveň" — a pokud se tak snad stalo, mělo kněžstvo jistě dobré důvody i moc tuto situaci zavčas korigovat. Leč v okamžiku, kdy starověký člověk měřil a počítal, stál již jistě na pozicích naivního realismu a na příslušný výsek skutečnosti pohlížel živelně materialisticky. Nakonec se jeho postoj aieliší, měří-li zboží na zemi, nebo polohy hvězd a čas na nebi, a tak se konečně objevuje názor, že dění ve světě je zákonité (a ovšem i to, že nad onou zákonitostí bdí bohové, ovšem především ve smyslu morálním, když svými zákony a zásahy zjednávají spravedlnost apod.). Z úplně jiného teoretického stanoviska však začínají pohlížet na přírodu Řekové. Již od prvního filozofa Thaleta z Mílétu v 6. stol. př. n. 1. se stává příroda předmětem racionálního, byť zatím jen čistě filozofického zkoumání, a to s výslovným popřením nadpřirozených prvků v této oblasti. Filozofové již také své vědění netají, nýbrž za mzdu své žáky veřejně vyučují a soutěží mezi sebou v oblasti vědění i hypotéz. Řekové však neobohatili vědění jen o metodu filozofickou, ale později také o metodu matematickou. Za doby helénske, kterou můžeme datovat od ztráty řecké samostatnosti, způsobené makedonskou expanzí v r. 337 př. n. 1., do vítězství Říma r. 30 př. n. 1., se začínají uplatňovat ve fyzice metody matematické, které přivedli na vrchol dokonalosti badatelé alexandrijského Múseia a Arohimédes ze Syrakus. Po stránce matematické se již tito badatelé neomezují na vyjádření konstantních číselných hodnot fyzikálních veličin jako dříve, ale formulují rovněž obecné vztahy mezi veličinami a dokonce jednoduché fyzikální zákony. V díle Archimedove a Herónově dosáhla fyzika úrovně, jež nebyla v podstatě překonána ani Římany, ani jejich středověkými pokračovateli v Byzanci, v říších půlměsíce, ani ve středověké Evropě; platí to zhruba až do r. 1600. O staré fyzice můžeme tedy mluvit v oněch dobách nejen proto, že tato věda nebyla pěstována soustavně experimentální metodou, ale i proto, že nebyla jako samostatná oblast vědění vůbec vymezena; její problémy byly chápány jen jako součást techniky nebo filozofie — a konečně: tehdy se dosud nenakupilo takové množství faktů, aby je bylo třeba soustavně zpracovat, třídit a uspořádat v logické celky tak, jak to činila třeba starověké geometrie či astronomie. Nesmí nás přitom mást ani to, že mnohá díla řecké literatury z těch dob mají přesto název Peri fyseos (O přírodě j, i když nemají většinou nic společného s fyzikou v dnešním smyslu a představují spíše výseky z přírodopisu nebo přírodní filozofie. Je tedy třeba nejprve rekonstruovat z rozptýlených a mnohdy i zkreslených útržků různých děl faktografický materiál a teprve z něho si vytvářet obraz o minulosti, o znalostech, názorech a metodách, jimiž se fyzikálních vědomosti zmocňovali staří Řekové a ostatní civilizace, včetně středověké západoevropské vzdělanosti. Teprve na přelomu 16. a 17. stol. vzniká novověká fyzika, trvající dodnes, a to poté, kdy už proběhla vítězná vědecká revoluce v astronomii vlivem Koperni- 13 14 kovy m a v geografii vlivem velkých objevných cest; to vše ovšem souvisí s rostoucí mocí kapitalismu, který potřebuje navou přírodovědu, ne již pouhé logicko-fi-lozofické konstrukce a dohady, ale vědu, která by snesla experimentální ověření a dovedla sloužit praxi. A tak se v západní Evropě rychle hromadí nové poznatky a vynálezy, např. pohybové zákony, zákon lomu světla, vynálezy dalekohledů a drobnohledu. Začíná soutěž v hledání poznatků starými, ale zejména novými experimentálními metodami a situace rychle zraje k požadavku shrnout všechna tato fakta v rámci jediného fyzikálního obrazu přírody a do jediné vnitřně bezrospor-né konceptuálni soustavy. Vznikají zprvu různé dílčí teorie, jež však nakonec ústí v jedinou — newtonovskou konceptuálni soustavu (koncepce = ucelená soustava názorů J. Pojmy konceptuálni soustava a fyzikální obraz světa či přírody nejsou sice nezbytné, avšak jsou užitečné. Autorem prvého pojmu je W. K. Heisenberg ve 20. stol., autorem druhého byl již středověký Honorius z Autunu. Konceptuálni soustava ve fyzice je komplex platných principů a teorií, o něž se opírá celé teoretické pojetí fyziky i praktické výpočty v dané epoše. Např. novověká fyzika před objevem elektromagnetické teorie se opírala o newtonovskou mechaniku. Fyzikální obraz přírody v dané epoše je filozofický obsah příslušné konceptuálni soustavy, vyjádřený v koncentrované, nematematické podobě. V důsledku velkých revolučních objevů se postupně mění obojí; jejich životnost je však nestejná. A právě podle panujících fyzikálních obrazů přírody a komcepťuálních soustav se můžeme dobře orientovat v dějinách novověké fyziky, neboť vývoj metod je co do počtu v podstatě uzavřen (byť v podrobnostech se metody nadále podstatně zdokonalují). Sebedokonalejší metody jsou stále jen metodami experimentálními a teoretickými. Novověká fyzika se dnes opírá již o třetí fyzikální obraz světa. Historicky první konceptuálni soustavu a základ mechanického obrazu přírody představují Newtonovy Matematické principy přírodní filozofie (1687). Opírají se nejen o Newtonem propracovanou mechaniku, spočíva- jící na experimentální bázi, ale také o novou matematiku Newtonem objevenou a o filozofické koncepce mechanického materialismu. Newtonovská mechanika se stává vzorem fyzikální vědy na 250 let a podle ní se buduje s naprostým úspěchem akustika, se značným úspěchem termika a s problematickými výsledky elektrodynamika a optika. Newtonovská konceptuálni soustava, zdokonalená a doplněná mnoha dalšími badateli, zejména Eulerem, Lagrangem, Laplacem, Gaussem a jinými, začala být základem mechanického obrazu přírody a celé mechanistické fyziky. Fyzika se stává již od počátku tohoto období, tj. od r. 1600, samostatnou vědou „de facto", (ve skutečnosti) — nikoli však ještě „de iure", (právně). Neexistují totiž ještě fyzikální ústavy ani katedry fyziky na univerzitách; např. sám Newton byl profesorem geometrie, nikoli fyziky. Fyzika tedy existuje fakticky, nikoli však ještě formálně. Teprve v následující epoše, tj. po experimentálních objevech Faradayových nedlouho před r. 1850 a na ně navazujících objevech Maxwellových krátce po r. 1850, se fyzika stále jasněji odklání od newtonovské mechaniky s její koncepcí okamžitého působení do dálky — až se posléze úplně vymyká z její nadvlády. V díle Maxwella a jeho následovníků vzniká nová konceptuálni soustava, jíž posléze vrcholí celá klasická fyzika. Všechny obory tehdejší fyziky, dokonce i mechanika, jsou budovány ve shodě s klasickou elektrodynamikou a s jejím „logickým domyšlením", speciální teorií relativity. Rýsují se obrysy nového obrazu přírody. Avšak ještě než byl nový obraz dokončen, rodí se zcela nová, kvantová fyzika i s novou konceptuálni soustavou a s novým obrazem světa. Od poloviny 19. stol. se fyzika dostává také do nových kontextů společensikých a právních. Jsou zakládány katedry fyziky na univerzitách i technikách, v nejrozvinutějších zemích čeká kapitalismus na cenné výsledky a podněty od nově zřizovaných vědeckých fyzikálních ústavů a laboratoří a vžívá se také označení fyzik ne již pro lékaře, ale pro přírodovědce zkoumajícího jevy v anorganické přírodě, při nichž se nemění složení látek. 15 Tak je chápána a také definována fyzika klasického období. Nastává rovněž specializace ve fyzice, a to dokonce ve dvojím směru. Podle metod se rozlišuje fyzika experimentální a fyzika teoretická, pracující jak matematickými, tak zároveň filozofickými metodami. Čistě filozofické metody ve fyzice se však již zásadně neuznávají a teoretikové tohoto zaměření se ocitají mimo oblast fyzikální vědy, kdesi na půdě přírodní filozofie, nejednou to měl vysvětlit, dovedl jen konstatovat, že „strach přírody z prázdnoty má jen konečnou hodnotu". Teprve Torricelli usoudil, že tento „strach" není nic jiného než atmosférický tlak; navrhl dokonce, jak ho pomocí rtuti změřit; tento „Torricelliho pokus" provedl Viviani (1643). Jistotu o tom, že jde skutečně o atmosférický tlak, 110 111 zjednal dalším, složitějším pokusem, B. Pascal, který dále navrhl, aby se pokus provedl na úpatí a na vrcholu hory. Když to r. 1648 jeho švagr provedl na hoře Puy de Dome (při výškovém rozdílu asi 1000 m), bylo zřejmé, že tlak vzduchu s výškou klesá. Poté se zjistilo, že se tlak mění s časem i počasím. Vzorec pro závislost tlaku na výšce odvodil Lapiace a definitivní tvar mu dal J. Babinet v 19. stol. Souvislost tlaku s počasím se stala důležitým faktem meteorologickým. O Pascalových a Torricelliho pokusech se doslechl O. von Guericke a rozhodl se vakuum podrobně prozkoumat. Nejprve ovšem potřeboval vyčerpat vzduch z většího prostoru než jen z trubice nad hladinou rtuti. Zhotovil proto vývěvu a všestranně prozkoumal účinky vakua. Dokázal, že atmosférický tlak je nesmírně velký, což demonstroval před říšským sněmem v Řeznu, o čemž již byla zmínka dříve. Dokázal rovněž, že zvuk se vakuem nešíří, světlo však ano; ukázal, že živočichové potřebují k životu vzduch a že bez vzduchu není možné ani hoření. Pokusy s vakuem se nadlouho staly módou. Své zkušenosti shrnul O. von Guericke v díle Experi-menta nova (1672), v němž uvádí také své zkušenosti s elektřinou. Vývěvy dále zdokonalil Boyle; poté nastává v oblasti vývěv částečná stagnace, až posléze v 19. stol. se objevily vývěvy založené na nových principech. Vývěva Geisslerova pracovala se rtutí (1862); následovala vývěva Sprengelova (1865), olejová vývěva Gae-deova, Fischerova a zařízení další, pracující s olejem na principu rotačním (rotační vývěva) a na principu difúze (difúzni vývěva). Historie kompresorů ovšem patří spíše do oblasti dějin techniky. Fyziky zajímaly spíše metody měření tlaku a zákony plynů. Tlakoměr na principu Torricelliho sestrojil Gay--Lussac. Francouz L. Vidi vynalezl aneroid a jeho krajan E. Bourdon krabicový tlakoměr. K hlubšímu studiu plynů inspiroval badatele vynález balónů, jímž byla zahájena éra vzdušných letů pomocí aerostatů. Aerostaty viděli sice Evropané již ve středověku u Tatarů a nezaručené pokusy létat vzduchem jsou zaznamenány v různých zemích, ale pravdou je, že 5. června 1783 vypustili bratři Montgolfierové ve Francii balón plněný horkým vzdu- 112 chem. Když se o tom dověděla Paříž a královský dvůr, chtěli všichni vidět tyto pokusy na vlastní očí. A skutečně záhy uviděli nejen Charlesův balón plněný vodíkem, ale také první cestovatele, jimiž byli chemik Pilätre de Rosier a markýz d'Arlandes, kteří se vznesli do vzduchu 21. října 1783. Následoval bezpočet různých letů a zdokonalování balónů a vzducholodí. Konjunktura aerostatů trvala až do první světové války, kdy zaujala ve vzdušných letech první místo letadla. Pokud jde o mechanické zákony plynů, byl znám z r. 1661 tzv. Boyleův zákon objevený Townleyem a odvozený z nezpracovaných Boyleových měření. Vědomosti o plynech rozšířil slavný vzduchoplavec JOSEPH GAY--LUSSAC, který nalezl nejen po něm nazvané zákony pro děje izobarické a izochorické, ale navíc zjistil, že koeficient rozpínavosti i objemové roztažnosti je stejný pro všechny plyny a že oba koeficienty jsou si rovny. Tato skutečnost byla velmi pozoruhodná (neboť se vědělo, že každá kapalina a každá pevná látka se s teplotou roztahuje jinak) a stala se východiskem pro volbu počátku absolutní teplotní stupnice (Kelvinovy). Rovněž čistě empiricky zjistil své zákony pro směs plynů a pro reagující plyny profesor v Manchestru JOHN DALTON. Experimentální fakta o plynech shrnul ve stavovou rovnici plynů francouzský fyzik BENOIT CLAPEYRON v r. 1834, když se vrátil ze svého desetiletého působení v Petrohradě. Vrchol, k němuž dospěla fyzika plynů na základě tohoto fenomenologického přístupu k mechanickým a tepelným jevům, představuje termodynamika založená německým fyzikem, profesorem v Curychu a Bonnu, R. Clausiem; o tom bude zmínka v kapitole o ter-mice. Nedlouho předtím však dochází k oživení protichůdné, modelové koncepce, jež vycházela z Bernoulliovy představy o plynu jako o soustavě přímočaře se pohybujících kulových molekul. Další krok učinil italský fyz'k AMA-DEO AVOGADRO zákonem, podle něhož je ve všech plynech za stejného stavu (tj. za stejného tlaku, teploty a objemu) stejný počet molekul. Počet těchto molekul určil r. 1865 vídeňský profesor JOHANN J. LOSCHMIDT; počet molekul obsažených v jednom molu plynu se na- 113 zývá Avogadrova konstanta a její hodnota vyplývá z ú-dajů Loschmidtových a z řady dalších měření. Jako tzv. Loschmidtovo číslo se označuje počet molekul v 1 cm3 plynu za normálních podmínek. Odtud vedla již přímá cesta ke kinetické teorii plynů. Její základní rovnici za zjednodušujícího předpokladu, že všechny molekuly plynu se za dané teploty pohybují stejnou rychlostí, odvodil Clausius v r. 1857. Odvodil rovněž obecnou stavovou rovnici plynů; je zajímavé, že za její vhodný a fyzikálně zdůvodněný speciální tvar (1873) dostal později Nobelovu cenu holandský fyzik JOHANNES DIDER1K VAN DER WAALS. Další rozvoj mechaniky plynů souvisí se zobecněním kinetické teorie plynů, s odstraněním zmíněných konkrétních geometrických a mechanických představ týkajících se modelu plynů a se zrodem statistické fyziky, který se pojí se jmény geniálních fyziků — Skota J. C. Maxwella, Rakušana L. Boltzmanna a Američana J. Gibbse; o nich bude zmínka v pojednání o klasické statistické fyzice. Další významné kapitoly dějin aerodynamiky se týkají problematiky odporu plynů (zejména vzduchu) vůči pohybu těles a problematiky proudění a obtékání těles, z níž se vyvinula teorie mechanické podobnosti. Fyzikální principy v této oblasti aeromechaniky vyslovili v 19. stol. ti badatelé, o nichž jsme mluvili v hydrodynamice. Rozhodujícím stimulem těchto teoretických a experimentálních prací byly snahy o lety vzduchem a zčásti také otázky kladené vnější balistikou. Na tomto místě by bylo možno uvést řadu skutečností z dramatické historie letectví. Jde však spíše o problematiku z dějin techniky a dopravy. Omezíme se proto na konstatování, že pokusy s letadly těžšími než vzduch se sice objevují již koncem 19. stol., ale největší význam však měly až lety provedené r. 1901 G. Weisskopfem (v USA se přejmenoval na Whiteheada) — ač již r. 1899 létalo jeho letadlo s parním motorem; první úspěšný let řízený člověkem uskutečnili (s použitím lehkého benzinového motoru vlastní konstrukce) bratři w. a O. Wrightové v prosinci r. 1903 v USA. Jejich přínos nespočíval jen v samotném faktu úspěšných letů, ale i v soustavném provádění pokusů v aerodynamických tu- nelech. Pro netečnost amerických úřadů se odebrali do Francie, kde svoje letadla již následujícího roku zdokonalili natolik, že byla schopna vojenského použití — a právě to se stalo dalším mocným impulsem rozvoje letectví. Raketových motorů pro pohon modelů letadel začal používat již r. 1863 Louvrié. Po vypracování teorie letu (Rusové Zukovskij, Čaplygin, Němec Kutte, Angličan Lancaster aj.) se také příslušná část aeromechaniky stává samostatnou vědní disciplínou, jež se oddělila od fyziky a jež má četné aplikace i v oborech letectví vzdálených. Molekulární mechanika Pod tímto pojmem se v klasické fyzice zpravidla rozumí věda o mechanických vlastnostech pevných látek, kapalin a plynů. Pokud se badatelé omezili na fenomenologický popis těchto vlastností a chápali zmíněná tělesa jako kontinuum, pro něž vnitřní, molekulární a atomová struktura není důležitá (nebo ji dokonce popírali), byla jejich výsledkem tzv. mechanika kontinua. Jestliže naopak předpokládali zmíněnou strukturu těles a snažili se konstanty fenomenologické teorie interpretovat mikroskopicky, nazývali svoji vědu molekulární mechanikou. K stoupencům teze o hmotě jako kontinuu patřili zpravidla myslitelé konzervativní (např. Mach), k zastáncům molekulárního pojetí atomisté (např. Boltz-mann). Dnes ovšem ostří tohoto sporu dávno otupSlo — mechanika kontinua je prostě přibližný, fenomenologický popis mechanických vlastností látek a jejich mikroskopická interpretace je předmětem hlubší, molekulární mechaniky. Dnes je také známo, že v molekulární mechanice nestačí mikroskopický přístup na klasické úrovni, ale že je třeba i mechanické veličiny interpretovat z pozic kvantové a statistické fyziky. V tomto smyslu ztratila někdejší nekvantová molekulární mechanika na významu, zatímco jednoduchá kontinuální teorie slouží zejména technické praxi velmi dobře i nadále. Z řady nauk, jež patří do této oblasti, je nejrozsáh-lejší teorie pružnosti, v níž učinil první krok R. Hooke, když r. 1660 formuloval zákon po něm nazvaný; další 114 115 bádání v oblasti pružnosti v tahu se pojí se jménem jeho krajana THOMASE YOUNGA, který r. 1807 zavedl pojem modulu pružnosti nesoucí dnes jeho jméno. Jak pomalý byl zprvu vývoj v této oblasti, ukazuje dobře ta skutečnost, že v dlouhém mezidobí vymezeném těmito jmény se objevuje jen jméno Ch. A. Coulomba, který r. 1781 odhalil zákon pružnosti v torzi; tři roky poté sestrojil torzní váhy. Mimoto r. 1781 formuloval základní zákony tření pevných těles. Konečně v pracech Francouzů AUGUSTINA LOUISE CAUCHYHO a L. Naviera byly formulovány obecné rovnice teorie pružnosti, jež jsou počátkem mohutného rozvoje této vědy ve 20. stol. Další bádání v teorii pružnosti probíhala podle vzoru analytické mechaniky; výsledky základního významu se pojí se jmény Francouzů S. D. Polssona, HADAMARDA JEANA CLAUDE BARRÉ DE SAINT-VENANTA a GABRIELA LAMÉ, Rusa MICHAILA VASILJEVIČE OSTROGRAD-SKÉHO a Angličanů GEORGA GREENA a W. Thomsona, kterému se dostalo titulu lord Kelvin of Largs a který zavedl do této oblasti rovněž metody termodynamiky. Výzkumy Navierovy a na ně navazující práce sira G. G. Stokese vedly k objevu diferenciálních pohybových rovnic viskózni tekutiny. Po dalších úspěších nauky o proudění, charakterizovaných jmény uvedenými již v hydrodynamice, je třeba se zmínit ještě o čtyřech významných problémech. První se týká teorie nadzvukového proudění, k níž učinil první kroky E. Mach. Další její rozvoj je spjat s dílem Reynoldse, Čaplygina, Zukovského a dalších. Druhá důležitá nauka — hydrodynamická teorie procesu mazání — vznikla zásluhou Rusa GEORGIJE IVANOVICE PETROVA. První matematickou teorii plastického tečení kovů předložil Saint-Venant, čímž se začaly rychle sbližovat teorie pružnosti a teorie plastičnosti a pevnosti. Vývoj nakonec dospěl k ustavení reologie jako vědy o tečení a deformaci reálného kontinua. Tato nová věda byla formálně ustavena na třetím symposiu o plasticitě r. 1929 v USA a je založena na pracích a výsledcích amerického badatele Bingama, od něhož má také jméno (řec. rheos = tečení). V mechanice jsou dnes aktuální problémy pohybu mikročástic při změnách je- jich tvaru, požadavky vypracovat dokonalejší teorii proudění a turbulentního tečení; je třeba řešit problémy plasticity a sypkosti a podat fyzikálně zdůvodněnou teorii pevnosti, rozrušitelnosti a tvrdosti pevných těles. Další dvě oblasti novodobé mechaniky překračují rámec čisté mechaniky. Patří sem jak problémy hydroter-mochemie, jež se týkají mechanických procesů v kapalinách a v plynech vstupujících do chemických reakcí, tak problémy biomechaniky týkající se např. mechanismů vzniku muskulárních sil, mechanismu dělení buněk aj. Bez aparátu klasické hydrodynamiky se však neobejde ani výzkum a popis různých exotických stavů hmoty; v těchto teoriích se stýká klasická mechanika s teorií kvantovou a statistickou fyzikou. Jde o široký okruh problémů magnetohydrodynamiky, založené švédským astrofyzikem HANNESEM OLOFEM GĎSTOU ALFVENEM a zabývající se pohybem plazmatu v magnetickém poli. Nachází-li tato nová oblast hydrodynamiky významné aplikace převážně při výzkumu hmoty s velmi vysokou teplotou, pak nemenší překvapení přináší problematika proudění za extrémně nízkých teplot. Problematika supratekutosti He4 a zejména He3, při jejímž popisu se také poprvé soustavně využilo topologie, skýtá mnohá překvapení; byly např. odhaleny netušené souvislosti mezi mechanikou těchto zvláštních stavů hmoty a mezi stavy hmoty, o nichž se domníváme, že existují v neutronových hvězdách. Zakladatelem experimentální nauky o supratekutosti je sovětský fyzik PJOTR LEONIDOVIČ KAPICA a zakladatelem teorie tohoto jevu LEV DAVI-DOVIC LANDAU. K molekulárně mechanickým vlastnostem kapalin a plynů patří také kapilární jevy a jevy přenosu. Klasická podoba teorie kapilarity a povrchového napětí pochází z 19. stol. od Lapiace, Poissona a Gausse. Pochopení jevů přenosu, k nimž patří jevy difúzni, vnitřního tření a vedení tepla, úzce souvisí s kinetickou teorií plynů. Tato teorie podala v 19. a 20. stol. přesný mikroskopický popis zmíněných jevů a odhalila také jejich vzájemné souvislosti; o těchto problémech bude ještě zmínka ve statistické fyzice. Současná klasická mechanika tedy zdaleka není uza- 116 117 vřena, ač byla v teoretické rovině nahrazena obecnější mechanikou relativistickou a kvantovou; rozvíjí se i nadále a čerpá inové podněty z praxe. Novost těchto problémů je zřejmá již z toho, že jejich zadavatelem je v mnoha případech kosmonautika, zbrojní technika i automatizovaná výroba. Patří tedy dodnes k nejzákladněj-ším oborům fyziky a na tomto jejím postavení se sotva v budoucnosti něco změní. S technikou a praxí úzce souvisí také volba fyzikálních jednotek. Nové fyzikální jednotky a klasická mechanika Z hlediska experimentální fyziky a techniky, ale i obchodu a denního života bylo a zůstane vždy velmi důležité zvolit vhodnou soustavu fyzikálních, zejména mechanických jednotek, přesně je definovat, realizovat a co nejvíce unifikovat. Až do francouzské buržoázni revoluce panoval v soustavách jednotek dokonalý zmatek; např. jednotka délky byla odvozena z rozměrů lidského těla a byla zpravidla nejen v každé zemi, ale někdy i v každém městě jiná. Míry byly založeny na soustavě dvanáctkové, a to nedůsledně: 1 sáh měl 6 stop po 12 palcích, ten po 12 čárkách; přitom vídeňská stopa měla 31,6 mm. Také plný úhel činil 6krát 60° po 60 minutách a po 60 vteřinách. Francouzské národní shromáždění přijalo r. 1790 návrh přednesený Talleyrandem, jímž se především provedla decimalizace jednotek, zejména pravý úhel byl rozdělen na 100° po 100 minutách a po 100 vteřinách. Za jednotku délky byl zvolen metr, definovaný jako délka oblouku zemského poledníku procházejícího Paříží na úrovni mořské hladiny, a to oblouku, který odpovídá středovému úhlu 0,1 nové úhlové sekundy. Když se později od decimalizace úhlů ustoupilo, zůstal ideální metr stejný, ovšem definován byl jako desetimilióntina kvadrantu onoho poledníku. Realizací metru se stal „metre primitif" ve tvaru platinové tyče; jeho kopie ze slitiny platiny a iridia se stala metrem mezinárodním, platným až do r. 1968. Jednotka hmotnosti byla definována jako hmotnost 1 dm3 vody o největší hustotě; jejím etalonem se stal „kilogramme primitif" ve tvaru platinového válce; platinoiridiová kopie stejné hmotnosti je mezinárodním kilogramem dodnes. Decimalizace jednotek času se vůbec nerealizovala pro stávku pařížských hodinářů, kteří měli velké zásoby koleček ve starých mírách. Ani kalendář Francouzské republiky se dlouho neudržel. Zachovala se však idea vyjadřovat násobky a zlomky základní jednotky stálými předponami, např. deka-, hekto-, kilo-, myria-, resp. deci-, centi-, mili- pro násobky 10l, 102, 103, 104, resp. 10_1, 10~2, 10~3 atd., s použitím stálých zkratek: D, h, k atd. Realizaci metru ovšem předcházela pečlivá poledníková měření vedená Delambrem, Méchainem a na jiném místě Biotem a Aragem. Jednotky odvozených veličin, např. ploch a objemů, jsou odvozeny z jednotek základních veličin; např. jednotkou plochy je 1 m2, jednotkou rychlosti 1 m.s-1 apod. Za základní mechanické veličiny a jednotky byla zvolena hmotnost (s jednotkou gram], délka (metr) a čas (sekunda). Tyto ideje, rozšířené, zobecněné a zpřesněné na úroveň současných možností, se staly konečně ve druhé polovině 20. stol. obecným majetkem lidstva v podobě soustavy SI (Systéme International j; v anglosaském světě však dosud přežívají i jiné, starší soustavy. Je jen málo oblastí lidské činnosti, v níž došlo k tak skvělé unifikaci a racionalizaci. Nutno ovšem poznamenat, že to trvalo téměř dvě století*]; snad jen notopis, užívání latinsko--řecké terminologie v přírodních vědách a používání latinských a řeckých symbolů v exaktních vědách lze s touto vymožeností srovnávat. VZNIK A VÝVOJ AKUSTIKY Akustika je jednou z nejstarších oblastí vědění, jež se zrodila z potřeb objasnit sluchové jevy, zejména řeč a *) Jeden z dekretů Konventu jednajících o mírách a váhách byl přijat na témž zasedání, na němž byla odhlasována smrt královny; leckde v anglosaském světě byla proto metrická soustava považována za „nemorální", což ovšem zdrželo její přijetí. 118 119 hudbu. Již ve starověku se poznalo, že fyzikální příčinou zvuku jsou děje mechanické, takže fyzikální principy akustiky jsou mechanické a společné s principy později vzniklé nauky o vlnění. Dějiny akustiky je možno rozdělit na tři epochy: 1. Od Pythagora do konce 16. stol.; v této epoše se vyvíjela převážně hudební akustika v úzké souvislosti s teorií hudby. 2. V klasickém období vymezeném zhruba lety 1600 až 1900 je akustika ve znamení sbližování s klasickou mechanikou, v níž se zdánlivě úplně ztrácí. Kromě dále prohlubované hudební akustiky se však rozvíjí také akustika fyzikální. 3. Pro současnou epochu je příznačný jednak vznik a rozvoj elektroakustiky, molekulární akustiky, fyziologické akustiky a četných aplikací, např. stavební akustiky, jednak to, že úzce vymezená oblast akustických metod pro oblast slyšitelného zvuku se podstatně rozšiřuje, zejména na oblast ultrazvuku a hyperzvuku a na nelineární akustické procesy příznačné pro děje probíhající s mimořádně silnou intenzitou. V podstatě však fyzikální interpretace akustických jevfi většinou nevybočuje z rámce klasické mechaniky. Některé prvky klasické akustiky ovšem byly známy již před r. 1600 a těch si nyní všimneme. VZNIK A VÝVOJ AKUSTIKY PŘED GALILEIM Samotný název akustika je odvozen z řeckého ákustl-kos, sluchový, což naznačuje, kde můžeme pravděpodobně hledat kořeny této vědy. Základy hudebního umění byly sice známy většině starých národů, avšak teoretické problémy z této oblasti formuloval jako prvý Pythagoras; je zajímavé, že vedle tehdy obligátních filozofických spekulací zkoumal tyto jevy také pokusně. Pomocí mo-nochordu objevil závislost výšky tónu struny na její délce, což bylo později rozšířeno i na píšťaly. Navíc však zjistil, že délky strun naladěných navzájem na základní hudební intervaly jsou při temže napětí v poměru malých přirozených čísel [oktáva 1:2, kvinta 2:3 atd.). Na Pythagora a jeho žáky učinilo toto poznání, zároveň se vztahy objevenými v geometrii, dojem tak hluboký, že začali připisovat číselným poměrům základní význam; nakonec se přestali zajímat o samotné fyzikální dění a zkoumali jen poměry při něm zjištěné, jež považovali za jediný' základ existence světa a věcí. Správněji chápal zvukové jevy Aristoteles, který považoval zvuk za zhuštění a zředění vzduchu šířící se od zvučícího tělesa; ozvěnu správně objasnil jako odraz zvuku od překážek. Mylně se však domníval, že hluboké tóny se šíří rychleji než vysoké. Ve starověku dosáhla významných výsledků řecká hudební teorie, týkající se stupnic a ladění; neznala však ještě přesnou hudební notaci. Ve středověku se rozšířilo vědění z akustiky hudební a stavební, zejména v souvislosti se stavbou varhan, s otázkami akustiky velkých prostorů (katedrál) a s hudební teorií. Například v 11. stol. vynalezl Guidlo z Anreza hudební notaci a při stavbě varhan a hudebních nástrojů se začínal uplatňovat tzv. varhanní princip, spočívající však na poznání čistě empirickém. Stavitelé varhan poznali, že zvuk jejieh nástroju je pteôjší a silnější fiikoii proto, že přiřadí ke každé klávese několik stejných píšťal, ale tím, že jí přiřadí současně celou řadu píšťal o délkách rovných polovině, třetině, čtvrtině, ... základní délky. Tak vznikla tzv. středověká varhanní mixtura. Později se mixtura rozpadla, tj. byla rozdělena v různé rejstříky obsahující řadu píšťal základní délky, řadu píšfal poloviční délky atd., přičemž každý rejstřík mohl být používán jak samostatně, tak současně. Obdobně také v orchestru bylo třeba stavět nástroje (rejstříky) dané barvy v poloze sopránové (např. housle), altové (viola), tenorové (violoncello) a basové (kontrabas). Fyzikální důvod se ovšem našel až mnohem později v souvislosti s objevem vyšších harmonických tónů přítomných v daném hudebním zvuku. Mixtura pouze zesiluje vyšší harmonické tóny j u píšťal obyčejně jen slabě zastoupené. Jinak však neměla akustika jako fyzikální disciplína významnější podíl na rozvoji hudby; spíše naopak — skrovné akustické poznatky pocházejí od hudebníků a hudebních teoretiků. Výraznější pokrok v tomto směru 120 121 nastáva až za renesance, kdy Leonardo da Vinci zkoumal odraz zvuku a formuloval princip nezávislosti šíření zvukových vln vycházejících od různých zdrojů; pro pomalý vývoj v této oblasti fyziky je charakteristické napf. to, že jev i princip interference zvukových vln objevil až na počátku 19. stol. T. Young, když zjistil, že vlny vznikající rozdělením původní vlny se při setkání mohou zesilovat i zeslabovat. KLASICKÉ OBDOBÍ AKUSTIKY Akustika se stává fyzikální vědou až zásluhou Galilei-ho, tj. po r. 1600. Ve své předgalileovské epoše se okruh jejích problémů omezuje na studium hudebních tónů, jejich zdrojů (strun a píšťal) a na problém rychlosti šíření zvuku. Podnět k dalším výzkumům vyšel od Galileiho, který dobře znal hudbu (byl synem hudebního teoretika] a který podal důkaz těsných vztahů mezi kmitáním těles a zvukem. Zjistil, že výška zvuku je dána frekvencí kmitů; tato frekvence závisí u struny na délce, napětí a hustotě. Intenzita zvuku závisí na amplitudě kmitů. Přesné kvantitativní vztahy však nenašel. Učený francouzský mnich M. Mersenne, pokračující ve šlépějích Galileiho, dovedl již určit frekvenci znějící struny, a to v závislosti na výše uvedených veličinách. Zjistil rovněž, že struna vydává současně s tónem základním také tóny vyšší harmonické, a poprvé určil rychlost zvuku ve vzduchu. Zakladatel fyzikální akustiky, dvorní učitel Ludvíka XIV., JOSEPH SAUVEUR formuloval obdobné zákony pro píšťaly; u strun určil polohy uzlů a kmiten pomocí dodnes užívaných papírových jezdců. Skutečnost, že zvuk se na rozdíl od světla nešíří prázdným prostorem, dokázal pokusně O. von Guericke. Newton ve svých Principiích vypočetl závislosti rychlosti zvuku na stlačitelnosti a hustotě vzduchu, přičemž předpokládal, že proces šíření zvuku je děj izotermický, což bylo ve shodě s tehdy jediným známým zákonem pro plyny, se zákonem Boyleovým. Jeho vztah později korigoval Lapiace (1826) předpokladem, že jde o děj adiabatický, což se pokusně potvrdilo. Pracemi Newto- novými začíná rozkvět celé klasické fyziky, přičemž mechanika, nauka o vlnění, akustika a dokonce optika se rozvíjely jako jednotná věda spočívající na mechanických principech. Proto také největší zásluhy o rozvoj akustiky mají až do začátku 19. stol. teoretičtí mechanikové — Angličan BROOK TAYLOR, který odvodil vzorec pro frekvenci struny, Euler, D. Bernoulli, Lagrange, d'Alembert a další, kteří propracovali matematickou teorii kmitání strun, tyči a desek a objasnili vznik svrchních tónů. Jejich vlivem se stala akustika vědou takřka úplně matematickou, bez odpovídajícího „experimentálního zázemí"; octla se v absurdní situaci, kdy na rozdíl od jiných fyzikálních věd byla obohacována stále novými vzorci téměř bez jediného experimentu. Tato situace se radikálně změnila teprve objevy zakladatele soustavné experimentální akustiky — ERNSTA FLORENSE FRIEDRICHA CHLADNIHO; pocházel prý z rodiny potomků slovenských pobělohorských emigrantů. Byl právníkem, ale vábilo ho „pole neorané", jímž tehdy byla experimentální akustika. Zanechal práv, stal se hudebním virtuózem, a po koncertech přednášíval o akustických problémech; předváděl rovněž nové hudební nástroje vlastní konstrukce (jako před ním P. Diviš) a své výsledky shrnul v díle Akustika (1802). K jeho obdivovatelům patřil i Napoleon, který mu svou finanční podporou umožnil vydat francouzský překlad Akustiky. Z nej-významnějších fyzikálních objevů Chladniho je třeba jmenovat jeho tónometr, kterým dovedl měřit frekvenci tónů, metodu zviditelnění uzlů kmitajících desek (Chladniho obrazce), měření rychlosti šíření zvuku v kovech a ovšem i to, že k dávno známým příčným kmitům tyčí a strun přidal kmity podélné a torzní. V Paříži byla třikrát vypsána cena za správné matematické řešení Chladniho obrazců; řešení podala teprve S. Germainová. Jakýmsi doplněním Chladniho obrazců jsou později objevené Savartovy obrazce. Je zajímavé, že kapaliny byly dlouho považovány za nestlačitelné a tedy za neschopné vést zvuk, ač měření rychlosti zvuku ve vodě konal již r. 1762 B. Franklin. Konečně přesvědčivý důkaz jevu podali r. 1827 Švýcar J. D. Colladon a francouzský matematik J. Ch. F. Sturm. 122 123 Po zvládnutí těchto elementárních poznatků nastal prudší rozvoj fyzikální akustiky. Fresnelovým zobecněním Huygensova principu a spojením s Youngovým principem interference byla na počátku 19. stol. prohloubena teorie ohybu zvuku; další prohloubení teorie zvuku znamená objev nového principu profesorem pražské techniky JOHANNEM CHRISTIANEM DOPPLEREM. Ten se týká změny frekvence vln při vzájemném pohybu zdroje, prostředí a pozorovatele. Zatímco uvedené objevy mají význam u všech vlnových procesů, tedy u procesů akustických i optických, nová matematická metoda rozkladu složitého kmitavého pohybu v harmonické složky, objevená JEANEM BAPTISTOU JOSEPHEM FOURIEREM, má význam pro celou fyziku a prvé triumfy slavila v termiee. Objektivní experimentální metodu rozkladu zvuku v harmonické složky [tóny] pomocí rezonátorů vypracoval Němec Helmholtz. Výběrem vhodných ladiček a rezonátorů se mu podařila také syntéza zvuku v různé samohlásky. Toutéž metodou pak úspěšně zkoumal zvuky hudebních nástrojů a exaktně objasnil barvu zvuku jako charakteristiku podmíněnou souborem svrchních tónů čili spektrem zvuku. Když posléze přišel G. S. Ohm s myšlenkou, že obdobný rozklad provádí také ucho cestou fyziologickou, založil na ní Helmholtz svoji rezonanční teorii slyšení, opírající se o nové poznatky anatomie ucha. Jeho dílo Nauka o vnímání tónů (1882 J je nejen zakladatelským dílem fyziologické akustiky, ale i dílem prohlubujícím hudební akustiku a přinášejícím teorii konsonance. Celá tato epocha akustiky vrcholí velkým teoretickým dílem J. Strutta Teorie zvuku (1877), jež se dodnes vydává v nejrůznějších světových jazycích. Kromě těchto základních prací obecného charakteru přináší 19. stol. řadu specifických objevů experimentální povahy a první závažné objevy technické akustiky. Řadu akustických pokusů, včetně interference vlnění a stojatého vlnění (v důsledku interference přímé a odražené vlny), provedli bratři WILHELM a ERNST WEBEROVI; přitom zavedli pojem vlnové délky do akustiky a své četné výsledky shrnuli v díle Nauka o vlnění založená na pokusech (1825). Pro zlepšení představ o akustických dějích byly významné různé vlnostroje, k jejichž autorům patřili anglický výrobce hudebních nástrojů Ch. Wheatstone a profesor na pražské univerzitě E. Mach. Stojaté příčné vlny zkoumal svým proslulým pokusem FRANZ MELDE a skládání kmitů probíhajících současně v různých (většinou kolmých) směrech demonstroval kyvadlem Francouz J. Lissajous. Fyzikální akustice i hudební praxi zase šlo hlavně o to, zjistit, fixovat a unifikovat frekvenci, a tedy také výšku tónů. K tomu cíli i ke studiu intervalů a stupnic byly sestrojeny sirény, z nichž nejznámější pocházejí od pařížského profesora fyziky F. Savarta, dále od lipského L. Seebecka a od francouzského inženýra Ch. Cag-niard de la Toura. Aby se odstranila nejednotnost ladění, určila mezinárodní konference ve Vídni r. 1885 frekvenci komorního a na 435 Hz; dnes je frekvence jedno-čárkovaného a zvýšena na 440 Hz. Velmi přesná přímá měření rychlosti zvuku ve vzduchu, v dalších plynech a v kovech provedl při kladení potrubí pařížského vodovodu a plynovodu HENRI VICTOR REGNAULT; nepřímou metodu měření této rychlosti v plynech a parách vypracoval berlínský profesor fyziky AUGUST KUNDT v r. 1866. Zákony lomu zvuku demonstroval londýnský fyzik JOHN TYNDALL a meze slyšitelnosti zjistil r. 1830 Savart, který shledal, že rozsah slyšitelnosti lidského ucha činí asi 11 oktáv. Logaritmický vztah mezi intenzitou počitku a intenzitou fyzikálního popudu pro sluch a zrak nalezli W. Weber a Fechner (1858). Interferenci zvuku pomocí trubic proměnné délky zkoumali německý fyzik GEORG QUINCKE a anglický fyzik JOHN HOPKINS. Z konce této epochy jsou ještě velmi významné práce týkající se stavební akustiky, záznamu a reprodukce zvuku a generace ultrazvuku. Fyzikální základy stavební akustiky položil Američan WALLACE CLEMENT SABINĚ v r. 1906 a v jeho směru pokračoval sovětský fyzik S. J. Lifšic. Intenzívní ultrazvuk vytvářel pomocí krátkých píšťal anglický lékař F. Galton společně s Edelmannem a pomocí elektrických jisker Rus PJOTR NIKOLAJEVIČ LE-BEDĚV a jeho žáci (P. N. Neklepajev a další), kteří dosáhli frekvence až několika MHz, čili oblasti hyperzvuku. 124 125 Pomocí těchto zařízení pak zkoumali absorpci ultrazvuku. Předzvěstí nové doby v akustice jsou objevy možnosti trvalého záznamu a reprodukce zvuku, a ovšem i přenos zvuku elektroakustickou cestou. Trvalý záznam zvuku umožnil svým objevem hloubkového záznamu zvuku pomocí fonografu a válečku T. A. Edison, který také vynalezl gramofon, a dále washingtonský fyzik EMILE BER-LINER, jenž r. 1888 uskutečnil stranový záznam na gramofonovou desku. Přesto však je třeba říci, že na přelomu 19. a 20. stol. celkový zájem fyziků o akustiku slábne, neboť je považována takřka za dovršenou oblast vědy, v níž snad zůstávají otevřeny jen dílčí problémy speciálního nebo aplikačního charakteru. Mylnost tohoto názoru však ukázala hned prvá dvě desetiletí našeho století; na základě popudů, jichž se dostalo akustice z oblasti elektrotechniky — vznikla elektroakus-tika. SOUČASNÉ OBDOBÍ AKUSTIKY V souvislosti s rozvojem elektroakustiky a radiotechniky vyvstal před akustikou nový komplex problémů, zejména problém transformace zvukových signálů v elektrické a naopak, problém jejich nezkresleného zesílení, záznamu a přenosu. První kroky v elektroakustice byly již učiněny v poslední třetině 19. stol.; německý badatel JOHANN PHI-LIPP REIS v r. 1861 a nezávisle na něm americký vynálezce ALEXANDER GRAHAM BELL r. 1875 vynalezli telefon, Angličan DAVID EDWIN HUGHES zdokonalil Reisův mikrofon; na tyto vynálezy navázal objev gramofonu, o němž již byla zmínka. Po různých mechanických záznamech zvuku (Edison, 1877) se objevují ve 20. stol. jednak metody optického záznamu zvuku snímaného pomocí fotoefektu, což vzápětí znamenalo konec němého filmu, jednak metoda magnetického záznamu zvuku, jež se uplatnila v magnetofonech. Začátkem 20. stol. byly sestrojeny také elektrické a elektromechanické zesilovače zvuku, jež se pak ve dvacátých letech staly základem současné zvukové techniky. Rozvoj fyzikální akustiky za první světové války a po ní byl stimulován požadavky vojenské techniky. Šlo zejména o určování polohy a rychlosti letadel (akustická lokace ve vzduchu) a ponorek (hydrolokace), o určování vzdálenosti a charakteru výbuchu, a o problém tlumení hluku letadel, zbraní a jiných zařízení. To ovšem vyžadovalo hlubší studium procesu absorpce zvuku v reálném prostředí a procesu šíření zvukových a ultrazvukových vln ve složitých reálných podmínkách. Za 1. světové války našel francouzský fyzik PAUL LAN-GEVIN v piezoelektricky buzených kmitech křemenných destiček vhodný prostředek k vytváření intenzivních zvukových a ultrazvukových vln ve vodě. Později se dočkal ultrazvuk velmi významných aplikací v chemii a v biologii v souvislosti s procesy koagulace, sterilizace, defektoskopie apod. Také samotný problém generace zvuku a ultrazvuku se sta] předmětem obšírných výzkumů, a to jako součást obecné teorie kmitů a vln spojující problematiku mechanických, elektrických a elektromagnetických kmitů v jeden celek. Ve dvacátých a třicátých letech se intenzívně zkoumal problém autovibrací, tj. samovolně vznikajících kmitů soustav spojených s konstantním zdrojem vibrační energie. Významný příspěvek v této oblasti znamenají práce sovětských fyziků LEONIDA ISAAKOVIČE MANDELŠTAMA a NIKOLAJE DMITRIJE-VIČE PAPALEKSIHO. V oblasti generace zvuku je zajímavý také příspěvek českého fyzika ČEŇKA STROUHALA, prvního profesora experimentální fyziky po vzniku české části Karlovy univerzity v Praze. Strouhal vyložil vznik tónů existencí třecích tónů (dnes se nazývají Strouhalovy), a to u píšťal, u pohybujících se překážek, např. u biče, u retných píšťal a v dechových hudebních nástrojích této kategorie. Termín Strouhalová číslo, charakterizující podobnost při dějích tohoto druhu, je jedním z mála označení, jež nese jméno českého autora. Časově však spadá jeho práce již do poslední třetiny 19. stol. Fyzikální akustika se ovšem zabývá nejen otázkami generace zvuku, ale zejména problematikou jeho šíření a účinků. Mimořádná pozornost byla a je věnována 126 127 problémům šíření vln mimořádně velké intenzity (nelineární akustika), detonačním a balistickým vlnám. Jev supradalekého šíření zvukových signálů při výbuších v moři a v podmořských „zvukových kanálech" objevili nezávisle na sobě Američané M. Irwing a J. Wor-cell (1944) a Rusové L. M. Brechovskij a L. D. Rozenberg (1940). Velkého významu nabylo studium vlivu struktury prostředí na šíření zvuku; výsledky umožnily použít zvukové vlny k sondování prostředí, zejména atmosféry (atmosférická akustika) a hlubokých zemských vrstev (seismika). Nemenší význam mělo využití ultrazvuku k defektoskopii (zejména kovů), opírající se o práce sovětského fyzika S. Ja. Sokolova z dvacátých let našeho století. Němec H. O. Kneser (1933) využil silné absorpce a disperze ultrazvuku u mnohoatomo-vých plynů k výzkumným i aplikačním účelům; poté byla disperze a anomální absorpce zvuku a ultrazvuku pozorována také u kapalin. Obecnou tzv. relaxační teorii těchto jevů vypracovali Rusové L. I. Mandelštam a M. A. Leontovič (1937). Na pomezí problémů akustických a optických vytvořili teorii rozptylu světla na ultrazvukových vlnách nezávisle na sobě francouzský fyzik M. Brillouin (1922) a sovětský fyzik L. I. Mandelštam (1926); ukázalo se, že jde o významný jev z hlediska výzkumu molekulové struktury látek. Tím se zároveň otevřel nový okruh problémů souvisejících se studiem vlivu molekulové struktury látky na šíření zvuku, zvaný molekulární akustika; k jejím prvním úkolům patřil výzkum absorpce a disperze ultrazvuku v polyatomických plynech, v kapalinách i tuhých tělesech. Ultrazvuk se stal nejen novým prostředkem zkoumání látek, ale i významným prostředkem působení na látku. Pozoruhodných výsledků bylo rovněž dosaženo při zkoumání interakce hyperzvuku (tj. mechanických vln o frekvenci vyšší než 1 MHz) s elektrony v kovech a v polovodičích. Velké změny však nastaly ve 20. stol. i v samotné „klasické akustice". Nositeli pokroku v hudební akustice se stali hlavně hudební teoretici (např. náš A. Hába) a výrobci hudebních nástrojů, zejména elektrofonických. Intenzívně se rozvinula akustika hlasu a řeči a proble- matika přenosu velkého počtu zvukových signálů omezeným počtem zvukových kanálů; tím se akustika dostává do úzkého kontaktu s teorií informace, s problematikou spojení a kódování. Pozoruhodných výsledků bylo dosaženo i při odhalení principů a mechanismů sluchového vnímání, jeho hlasitosti a směrovosti, jež se pojí se jménem madarského fyzika a laureáta Nobe lovy ceny GEORGA BÉKÉSYHO. Celkem lze1 říci, že akustika prožívá ve 20. stol. nejen svoji renesanci, ale i prudký rozvoj, a to ve všech směrech, tj. v akustice hudební, fyzikální, v nejrůzněj-ších směrech aplikované akustiky; i v oblastech, kde se stýká akustika s biologií a psychologií. Avšak vzhledem k tomu, že příčinou zvuku jsou mechanické kmity a vlny, jež lze ve většině případů popsat metodami klasické mechaniky, je třeba si přiznat, že se akustické problémy netěší přízni předních fyziků; přesto mnohé z jejích problémů čekají dodnes na řešení (např. teorie znění zvonů a hudebních nástrojů), mnohé se již začínají řešit novými metodami (např. metodami akustické holografie) a mnohé dosud nebyly exaktně formulovány (např. vliv akustických polí na organismy). VZNIK A VÝVOJ KLASICKÉ TERMIKY Nauka o tepelných jevech, termika, je na rozdíl od mechaniky, akustiky či optiky věda novověká. Začala se rozvíjet v 17. stol., kdy se badatelé naučili spolehlivě měřit teplotu a tím položili základy termometrie. Teprve v 18. stol. se však začaly rozlišovat pojmy teplota a teplo a začala se rozvíjet také kalorimetrie, tj. nauka o měření tepla. Oběma těmito měrnými metodami byly zjištěny některé tepelné vlastnosti látek, zejména jejich roztažnost, měrné teplo, teploty fázových přechodů (tání, tuhnutí, varu) a skupenská tepla látek. Nejsil-nějším stimulem rozvoje termiky však byl vynález parního stroje, jehož existenci a zdokonalení naléhavě vyžadoval rozvíjející se kapitalismus. Bylo tudíž nanejvýš znepokojivé, že vzdor všem ú- 128 129 spěchům experimentální a techn'.cké povahy neexistovala až do poloviny 19. stol., tj. do vzniku termodynamiky, uspokojivá teorie tepelných jevů; nezbývá proto ani nám nic jiného než pohlížet na etapu před r. 1850 jako na předklasické období termiky. Není tomu tuk proto, že by snad nebyly učiněny vážné pokusy o vypracování teorie tepla, ale proto, že obě existující a konkurující si teorie spočívaly na příliš úzké bázi mechanického chápání přírodních jevů a měly jen provizorní charakter: podle kalorické teorie, či spíše kalorické hypotézy, je teplo bezvážná kapalina proudící z tělesa teplejšího ma těleso chladnější, a podle teorie kinetické je teplo projevem vnitřního pohybu molekul a atomů tělesa. Proti hypotéze prvé mluvily některé jevy známé již na konci 18. stol., takže nemohla být principiálně správná — a hypotéza druhá zase neměla po ruce vyhovující matematický aparát, takže nemohla zodpovědět závažné otázky kladené experimentem a praxí. Proto za této situace musela zvítězit koncepce třetí — fenomenologická termodynamika, jež si položila za základ tři základní věty empirického obsahu a axiomatického významu; první z nich vyplynula bezprostředně ze zákona zachování energie, jenž se stal úhelným kamenem celé fyziky. Nechyběly ovšem ani mylné extrapolace tohoto zákona, známé pod jménem energetismus; jeho reprezentanti, napr. Ostwald, popírali všechno, co v jejich pojetí odporovalo tomuto zákonu (např. druhou větu termodynamiky), nebo dokonce vše, co z ní neplynulo (napr. existenci atomů). Ve druhé polovině 19. stol. jsme tedy svědky paradoxní situace, kdy mezi sebou bojuji poslední zastánci fluidové teorie, stoupenci kinetické teorie a energetismu; nelze se tedy divit, že většina fyziků hledá spásu ve fenomenologické termodynamice, jež dává matematicky jednoduchým postupem cenné, ověřitelné a bezchybné výsledky. Když posléze Clausius, Maxwell a Gibbs zavedli do fyziky statistické metody, ukázalo se, že jejich nová statistická mechanika, resp. statistická fyzika je legálním pokračováním mechanické, kinetické teorie tepla a že je plně ve shodě s termodynamikou — nastal bouřlivý rozvoj celé termiky. Klasické období termiky trvalo od poloviny 19. stol. až do dvacátých let 20. stol., kdy ovládla pole kvantová statistická fyzika, jež ovšem patří již do okruhu současného, kvantového obrazu světa. V této kapitole pojednáme proto jen o předklasické a klasické termice. PŘEDKLAS1CKÁ TERMIKA Spočívala na pevných základech termometrie a kalorimetrie a zároveň na vratkých koncepcích teoretických. Ještě než termometrie udělala první kroky v díle Galileiho a jeho žáků, musela vyvrátit antické názory posvěcené tisíciletou tradicí; nám dnes sice připadají jako primitivní kuriozity, ale v minulosti sehrály velmi negativní roli. Jejich existenci umožnilo to, že za celá tisíciletí se podařilo získat jen několik nejelementárněj-ších kvalitativních poznatků o tepelných jevech. Za nej-důležitější z nich se v dávnověku ovšem považovalo umění získat a uchovat oheň; získat jej třením dřívek nebo jej po zapálení bleskem přenést nebylo snadné, a tak není divu, že oheň byl pokládán za dar bohů čí herou (např. Prométhea) a že jeho udržování bylo svěřováno zvláštním skupinám kněžstva (např. vestálkám v Římě]. Mnohem střízlivější názor na tepelné jevy měli ovšem řečtí filozofové; mezi nimi však sehrál negativní roli zejména Aristoteles, podle něhož teplo se sice může získat pohybem (třením), samo však není pohybem. Jde prý o jednu ze čtyř základních kvalit hmoty, o jeden z jejích neoddělitelných atributů: teplé, studené, suché, vlhké. A u toho zůstalo po 2000 let. Není tedy divu, že ještě na počátku novověku se na univerzitách disputovalo*), zda je teplejší oheň, nebo horká voda, přičemž nejednou se „dokázalo", že teplejší je voda (protože více opaří, vsuneme-li do ní na okamžik ruku apod.J. Ještě dlouho po Galileim však chyběly v termice pojmy teplota, teplo a měrné teplo, bez nichž *) Disputace, tj. jakési intelektuální turnaje, patřily vedle lekcí, tj. četby autorit, k základním formám výuky na středověkých univerzitách. 131 nelze objasnit paradoxy tohoto druhu. Ani názory Dé-mokritovy, ani zachované výklady Senecovy, Vitruviovy či Plotinovy nepřinášejí nic významnějšího. Za zmínku stojí termoskop Filóna z Byzance; byla to skleněná trubička rozšířená na jednom konci v baňku. Když se vzduch v baňce zahříval, hladina vody v trubici se posouvala. Zařízení zdokonalil Herón z Alexandrie na počátku 2. stol. Je zajímavé, že mimo to vynalezl i první tepelný motorek — aelopilu — na reaktivní pohon parou, o čemž již byla zmínka. A tam, kde skončil Herón, tam pokračoval o 1500 let později Galilei, který jeho úpravu termoskopu zinal; teploměr tedy nevynalezl, jak se někdy uvádí, ale začal rozvíjet termometrii. Vznik termometrie Výška hladiny obarvené vody v kapiláře Galileiho termoskopu závisela ovšem jak na teplotě vzduchu v baňce, tak na tlaku okolního vzduchu. Proto Galileiho žáci a kolegové z Accademia del Cimento kolem r. 1641 kapiláru termoskopu zatavili. A protože voda v kapiláře zamrzala, použil zakladatel akademie, toskánský vévoda Ferdinand, jako teploměrné látky lihu a v Anglii E. Halley rtuti (1683). Lékaři J. Rey (1631) a současně s ním padovský lékař Santorius začali již užívat stupnice, aby mohli posoudit horečku pacientů. Akademici později používali dlouhých kapilár ve tvaru spirály, aby mohli měřit i velmi malé teplotní rozdíly. Další pokrok přináší teprve unifikace základních bodů teplotní stupnice a posléze konvence o dělení intervalu mezi základními body, čímž je dovršen vývoj empirické teplotní stupnice a v pravém slova smyslu založena termometrie. Ač již členové „cementové" akademie objevili první konstantní teplotu v přírodě (teplotu tání ledu), na myšlenku použít ji v termometrii připadl teprve v Anglii Boy-le (1644) a rok na to také Huygens, který navrhl teplotu varu za druhý základní bod stupnice. Těchto bodů skutečně použil francouzský akademik G. Amontons, který navíc vynalezl plynový teploměr (1703); nicméně za života žádného z nich tato idea všeobecného uznání nedošla. O skutečné sjednocení teplotní stupnice má hlavní zásluhu německý sklář DAVID GABRIEL FAHRENHEIT, žijící v Holandsku a v Anglii, který za nulový bod své stupnice zvolil teplotu směsi tajícího ledu a salmiaku (0 °F) a za další body teplotu tání ledu (32 °F) a teplotu zdravého lidského těla (96 °F). Fahrenheit vyráběl dokonalé rtuťové teploměry se stupnicí a měl pro ně takové zakázky, že to podnítilo rozvoj sklářského průmyslu. Jeho stupnice se ujala hlavně v anglosaské oblasti. V našich zemích se dlouho používalo stupnice, kterou navrhl r. 1730 francouzský přírodovědec RENÉ ANTOTNE FERCHAULT DE RÉAUMUR. Body tání a varu vody se označovaly 0 "R a 80 °R, a to proto, že líh zvětšuje v tomto Intervalu svůj objem o 80 %. Švédský astronom ANDERS CELSIUS stupnici decimalizoval a označil teplotu varu vody 0 °C, teplotu tuhnutí 100 °C. Konečně r. 1742 jeho nástupce M. Strômer číslování obrátil, a to se vžilo pod názvem Celsiova stupnice; neprávem si na tento vynález dělal nárok botanik C. Linné. Tím vývoj teploměrné stupnice a termometrie neskončil, ale teprve začal. Šlo přitom nejen o nejrůznější technická zdokonalení teploměrů, jež by umožnila měření i daleko za základní body, kdy se teploměrná látka vypaří nebo zmrzne, ale především šlo o interpolaci mezi základními body. Každá látka se totiž roztahuje s rostoucí teplotou jinak; ideálem by ovšem bylo mít stupnici, která by na teploměrné látce vůbec nezávisela. Principiální obtíž ovšem spočívala v tom, že ještě v polovině 19. stal. nebyl znám fyzikální pojem teploty, ale toliko pojem empirické teploty vážící se k té které látce. K ideálnímu řešení byly učiněny tři důležité kroky: (1) Anglický lékař D. Rutherford r. 1805 objevil dusík a přišel s myšlenkou plnit jím teploměry a W. Thomson (lord Kelvin) r. 1848 navrhl používat tlaku plynu (nikoli objemu) k určování teplot, a to nikoli určitého reálného plynu, ale plynu ideálního, který je sice fiktivní, ale jediný. Navíc navrhl posunout počátek teplotní stupnice do tzv. absolutní nuly, tj. na —273,15 °C = 0 K, kdy objem ideálního plynu by byl nulový. (2) Když 132 133 Clausius na základě svých formulací základních vět termodynamiky definoval termodynamickou teplotu jako pojem nezávisející na jakékoli látce a když (3j Boltz-mann dokázal vztah mezi Clausiovou termodynamickou teplotou a statistickou teplotou, byla konečně termomet-rie postavena na pevný teoretický základ. Další její vývoj probíhající paralelně s evolucí pojmu teploty se především zaměřuje na různá zdokonalení teploměrů. Ze starší doby sem patří sestrojení maximominimálního teploměru, který trvale registruje extrémní teploty v daném místě; jako prvý jej sestrojil již J. Six (17931. Lékařský teploměr v dnešní podobě pochází od H. Geisslera (1856). Kovové teploměry pocházejí od objevitele leidenské láhve P. von Musschen-brocka (1725), a to v monometalickém provedení a v bi-metalické úpravě od dánského hodináře Jorgensena. Zajímavé jsou ovšem teploměry založené na jiných principech než na roztažnosti, a to hlavně proto, že umožňují měřit i extrémní teploty. Odporový teploměr navrhl známý konstruktér elektrických strojů Werner von Siemens (1863); termočlánku použil francouzský chemik Le-Chatelier (1892) a bolometru, tj. citlivých elektrických zařízení, jejichž odpor závisí na ohřátí za-černěného proužku platiny, použil Langley (1881). Zmíněná zařízení umožnila (ve spojení s teorií záření těles) měřit dokonce teploty vzdálených těles, např. Slunce; obdobně teplotu vysokých pecí lze měřit optickými pyrometry (na základě srovnání jasu vlákna žárovky protékané určitým proudem s jasem pece), a to podle návrhů, jež jsou již velmi starého data. Základní myšlenka sahá až k Newtonovi; praktické provedení je však až ze druhé poloviny 19. stol. Konečně chemik H. Seger používal keramických pyromet-rů, z jejichž sady se roztaví právě ten, jehož teplota tání je rovna teplotě pece. Když byla termika alespoň v principu vybavena metodami a přístroji k měření teploty, přistoupilo se k měření závislosti různých vlastností těles na teplotě. Tímto způsobem byla změřena např. roztažnost látek, o níž se ještě zmíníme. Rozhodující význam pro rozvoj předklasické termiky však měla po termometrii kalorimetrie. Vznik a rozvoj kalorimetrie Ze zkušenosti bylo známo, že látky o různých teplotách nabývají po smísení jakési nové, společné teploty; šlo o to, určit příslušné směšovací pravidlo a poté je teoreticky interpretovat. Pro jednu látku, např. vodu různé teploty, je formuloval r. 1744 v Petrohradě působící fyzik německého původu G. W. Richmann. Pro libovolnou soustavu látek, jež spolu chemicky nereagují, formuloval obecnou kalorimetrickou rovnici r. 1762 Angličan JOSEPH BLACK. Fyzika mu vděčí za zmíněnou rovnici, za pojem měrného tepla a skupenského tepla, ale také za kalorickou hypotézu, jež vládla v termice od r. 1762 téměř sto let. Podle této domněnky je teplo „nevážitelné" fluidum zvolna se přelévající z tělesa na těleso. Při chemických reakcích s nenulovým tepelným zabarvením (tj. při reakcích provázených uvolněním nebo pohlcením tepla) se prý teplo pohlcuje v pórech těles a jeho velikost je charakterizována pojmem reakční teplo, jež zavedl finský chemik J. Gadolin (1784); obdobně jako Black a Gadolin postupoval nezávisle také německý badatel Wilke. Osudné na této fluidové koncepci bylo to, že kalorimetrická rovnice byla chápána jako zákon zachování tepla — čili na teplo se pohlíželo jako na nezničitelnou, ale také nevytvořitelnou, bezvážnou kapalinu. Stálo to mnoho úsilí předních badatelů, než se poznalo, že veľčinou tohoto charakteru je energie, a nikoli teplo — ač již odvěká zkušenost ukazovala, že při tření těles, obecně při maření práce, může vzniknout neomezené množství tepla. Nemůže tedy teplo být substancí a veličinou „nevytvořitelnou". Přesto kalorimetrická rovnice patří k nejstarším a nejdůležitějším rovnicím termiky. O ni se opírají metody měření měrného, skupenského a reakčního tepla a s ohledem na ni byly také zkonstruovány nejrůznější kalorimetry. Ledový kalorimetr sestrojil již sám Black a zdokonalili jej Lavoisier s La-placem [1783) a R. Bunsen; parní kalorimetr pochází od Jollyho (1886). Značnou část tehdejších monografií o termice zaujímají výsledky kalorimetrických a termo-metrických měření pro nejrůznější látky. Za nejvýš 134 135 pozoruhodný výsledek v této oblasti se proto považovalo zjištění P. L. Dulonga a A. T. Petita z r. 1819, že totiž u pevných látek je součin měrného tepla a molekulové hmotnosti konstantní. Později se však ukázalo, že tato veličina při velmi nízkých teplotách klesá s teplotou; Einsteinovo objasnění této skutečnosti představovalo jednu z nejvážnějších opor vznikající kvantové teorie. Z předklasiekého období termiky si ještě zaslouží zmínky boje mezi různými hypotézami o podstatě tepla. Vládnoucí kalorická teorie tepla měla na své straně nejen nejpřednější vědecké autority (Blacka, Biota, Car-nota aj.) ä četné úspěchy kalorimetrické rovnice chápané jako „kalorimetrický axiom", ale i další cenné teoretické úspěchy. V r. 1822 umožnila Fourierovi vytvořit matematickou teorii vedení tepla, jež se později stala (pro Ohma) odrazovým mostkem i při odvozování základních zákonů vedení elektrického proudu; navíc v r. 1824 umožnila S. Carnotovi odvodit vzorec pro maximální možnou účinnost tepelných strojů, který se stal základem druhé hlavní věty termodynamiky. Výrazem takřka všeobecného přesvědčení o existenci kalorika bylo i to, že Lavoisier r. 1789 a po něm i četní další přírodovědci zařadili kalorikum mezi chemické prvky, stejně jako světlo; to se pak tradovalo bezmála dalších sto let. Pro existenci kalorika zdánlivě svědčila i ta skutečnost, že při sdílení tepla zářením není vůbec třeba hmotného prostředí; toto šíření tepla vakuem se chápalo jako přechod kalorika „v ryzí formě". Pochybnosti o kaloriku však vzbuzovaly komplikace objevující se při interpretaci různých jemných efektů, vzhledem k nimž musela být kalorimetrická rovnice neustále modifikována; např. se zjistilo, že měrné teplo plynu závisí na způsobu, jakým jeho změna proběhla. Experimentům crucis (křížový pokus, rozhodující pokus) v této oblasti však představovaly výsledky měření Američana BENJAMINA THOMPSONA (1753—1814), známého slpíše pod jménem lord RUMFORD; titul dostal jako ministr války ve službách Bavorska. Zjistil totiž, že při vrtání dělových hlavní vzniká teplo přímo úměrné zmařené práci. Konvertibilita práce v teplo je tedy úplná; parní stroj zase ukazoval na částečnou konvertibilitu tepla v práci. Stoupenec kalorické hypotézy Biot ve své obsáhlé učebnici z r. 1829 Rumfordův pokus popisuje; odkud se však kalorikum přitom bere, je prý nadále záhadou. Na záhadu vztahů mezi teplem a prací se nabízela hned dvojí odpověď: teplo není nic jiného než mikroskopický pohyb částic, molekul, a to pohyb postupný, jak říkala kinetická teorie tepla, nebo pohyb rotační, jak se domníval M. V. Lomonosov; tento mikroskopický pohyb je přeměněný makroskopický pohyb; např. pohyb nebozezu při vrtání děla se změnil v mikroskopický pohyb atomů kovu. Nebo druhá možná odpověď byla — existuje jiná veličina, obecnější než teplo, která se v uzavřených soustavách zachovává a která navíc nezávisí na způsobu, jakým v soustavách změny probíhají. První odpověď pochází od stoupenců kinetické čili mechanické teorie tepla, druhá od hlasatelů zákona zachování energie. Všimněme si nejprve koncepce druhé, jíž vrcholí a končí předklasická termika a zároveň začíná klasická termodynamika; jejími mluvčími byli Ma-yer, Joule, Helmholtz, ale i Ranikine a nakonec Carnot. Žádný z nich sice nebyl původně fyzikem, ale všichni rozhodujícím způsobem ovlivnili fyziku a celou přírodovědu. Mayer dospěl k zákonu zachování energie filozoficky, Joule experimentálně, Helmholtz mu dal matematickou formu, Rankine jméno a Carniot byl jeho prvním, dlouho neznámým objevitelem. Jde o objev i objevitele velmi významné a proto si celé záležitosti všimneme podrobněji. JULIUS ROBERT MAYER (1814—1878) byl třetím synem v rodině heilbronského lékárníka. Od mládí se zajímal o fyzikální a chemické přístroje a o stroje v blízkých mlýnech. Vystudoval však lékařství v Tůbingenu, krátkou dobu praktikoval na zahraničních klinikách, až se konečně v r. 1840 stal lodním lékařem na malé lodi plující na Jávu. Měl na starosti jen 28 zdravých mužů, takže mu zůstalo dosti času k přemýšlení o pozorovaných jevech. Nejvíce ho překvapilo, že v tropech při pouštění žilou byla krev námořníků neobyčejně světlá, jakoby pocházela z tepen — což se po návratu do mírného pásma zase změnilo. Pozoroval prý také zahřívání vody při 136 137 jejím pohybu (vlnobití) a po celých 121 dnů na zpáteční cestě intenzívně přemýšlel o těchto jevech. Poznal, že organismus potřebuje vyvinout v místech s vyšší teplotou méně tepla, čili že spotřebuje méně kyslíku. Začal tedy pochybovat o vitalismu, podle něhož „životní síla" (vis vitalisj nepodléhá zákonitostem anorganického světa čili zákonům fyzikálním. Pochopil, že naopak organismy stejně jako neživá příroda podléhají jedinému univerzálnímu zákonu fyzikální povahy — a vytkl si za cíl jej objevit a formulovat. Výsledkem byl článek, který 16. června 1841 poslal do redakce slavných Poggendorffových Análů (fyzikální časopis v Německu v té době). Marně však čekal na uveřejnění a odezvu. Tehdy ani později se nenašel jediný fyzikální časopis, který by uveřejnil jeho nový základní fyzikální zákon. Mezitím se stal Mayer vyhlášeným lékařem ve svém rodišti, oženil se s dcerou zámožného kupce, ale jeho štěstí mělo rychlý konec. Se ženou si nerozuměl, byl duševně úplně opuštěn — a když se zanedlouho začaly objevovat obdobné práce o „zachování síly", hájil svou prioritu a byl nakonec perzekuován způsobem, který ho dovedl až na psychiatrickou kliniku, jež se podobala spíše vězení než zdravotnickému zařízení. Jeho utrpení bývá srovnáváno s osudy Galileiho, který však trpěl od lidí vědě vzdálených; Mayera ale pronásledovali kolegové, lékaři i fyzikové; Mayerův osud připomíná také Keplera. Zadostiučinění mu zjednal svými výzkumy teprve Ir Tyndall v Londýně. První Mayerova práce se našla až za 36 let v Poggendorffově redakčním stole. Mayer napsal ještě tři základní práce, jež vyšly v L:e-bigových Análech pro chemii a farmacii. V práci z r. 1842 podává stručnou formulaci zákona, uvádí metodu výpočtu mechanického ekvivalentu jednotky tepla (1 kcal = 427 kpm) a poté r. 1845 problematiku zevrubně analyzuje a uvádí aplikace svého principu na živé organismy. V poslední práci (vydané posmrtně) uvádí astronomické aplikace zákona. Správně chápe podstatu tepla, rozlišuje šest forem energie (mechanickou, a to potenciální a kinetickou, tepelnou, elektrickou, magnetickou a chemickou čili vazebnou); vyslovuje také kontrakční hypotézu o původu sluneční energie a explicite zdů- razňuje, že jeho zákon vylučuje možnost konstrukce perpetua mobile (prvního druhu). O první Mayerově práci je třeba říci, že byly určité důvody pro její neuverejnení — vyplývaly jak z úrovně práce, obsahující některá nesrozumitelná a chybná tvrzení, tak z tehdejších názorů fyziků na filozofickou metodu. Snad nikdy nepanovala větší nevraživost mezi přírodovědci a filozofy. Hegel pohrdal přírodovědci a jejich metodami, ti zase viděli ve filozofii jen prázdné krasořečnění — a tak Poggendorff jako zásadový experimentátor se již postaral o to, aby se na stránky jeho časopisu nedostala „žádná metafyzika", kterou spatřoval i v Mayerových úvahách. Mayerovy úvahy však záhy dostávají pevný experimentální základ ve výzkumech zámožného manchesterského majitele pivovaru, jAMESE PRESCOTTA JOU-LEA. Studoval soukromě fyziku a chemii u Daltona; otec mu zařídil laboratoř, v níž později učinil radu objevů. K nim patřilo měření zahřátí vody míchané lopatkami v kalorimetru (1843), poháněnými závažím s určitou potenciální energií. Odtud pak vypočetl mechanický ekvivalent jednotky tepla. Dále objevil zákon pro teplo vznikající přeměnou elektrické energie, přičemž konstanta úměrnosti byla opět rovna hodnotě dříve zj!štěného mechanického ekvivalentu tepla. Odtud byl již jen krok k formulaci zákona zachování energie; ten však učinil již předtím Mayer. Poté ještě r. 1853 objevil Joule s Thomsonem (Kelvinem) jev po nich nazvaný a spočívající v ochlazování plynu při jeho adiabatické expanzi. Jako stoupenec kinetické teoľie tepla objasnil Joule z mikroskopického hlediska zákony platící pro plyny a pokusil se o výpočet rychlosti molekul plynu za dané teploty. Také v Anglii však narazil na nepochopení; nakonec přece došel uznání a stal se členem britské komise pro zjištění mechanického ekvivalentu tepla, v níž zasedali nejpřednější vědci. Třetí ze souhvězdí objevitelů a hlasatelů zákona zachování energie, pomineme-li ty, kteří sice objev reklamovali již v r. 1843, ale kteří dospěli k nesprávným hodnotám ekvivalentu, patří HERMANN HELMHOLTZ (1821—1894). Pocházel z rodiny gymnazijního profesora v Postupimi 138 139 a Angličanky. Již jako 221etý obhájil disertační práci z medicíny, v níž dokázal existenci strukturních elementů nervové tkáně, jež byly později nazvány neurony. Poté byl chirurgem husárskeho pluku v sídelním městě pruských králů, přičemž měl dost času, aby mohl studovat v soukromé fyzikální laboratoři fyzika G. Mag-nuse, i berlínského fyziológa Můllera. S ním zakládá r. 1845 sdružení, z něhož vznikla Německá fyzikální společnost, která vydávala proslulý časopis Pokroky fyziky. V nich také vychází r. 1845 Helmholtzova práce o teorii tepelných jevů ve fyziologii, jež se dočkala u Poggendorffa podobných osudů jako práce Mayero-va. Vyšla samostatně až r. 1847 pod názvem O zachování síly. Záhy poté se stává Helmholtz předním fyzikem Německa a zároveň s Clausiem a Kirchhoffem střídá generaci reprezentovanou Poggendorffem, Magnusem a Mullerem. V základní práci Helmholtz přesně matematicky formuloval a zdůvodnil zákon zachování energie a věnoval také pozornost některým jeho biologickým aplikacím. Později vypracoval termodynamickou teorii chemických procesů a k jejich popisu zavedl pojem volné a vázané energie. Byl všestranným badatelem v exaktních vědách a ve fyziologii a významně se zapsal do všech oborů klasické fyziky. Pojem energie zavedl do fyziky sice Mayer, ale samotný termín energie (z řeckého en = v, ergon = práce) zavedl pro „schopnost tělesa konat práci" skotský inženýr WILLIAM RANKINE (1872). Proslul svými termodynamickými výzkumy vodní páry, ale také založením energetismu. Krátce před svou smrtí se odvrátil od kalorické hypotézy ke kinetické teorii a jako první vůbec formuloval první větu termodynamiky předčasně zemřelý francouzský inženýr SADI CARNOT. Jeho objev však již neměl na vědu vliv, neboť příslušný dodatek k jeho proslulému spisu Ovahy o pohybové síle ohně zůstal dlouho neuveřejněn. Je však zřejmé, že patřil k největšlm fyzikům 19. stol. Carnotova věta o účinnosti tepelných strojů se stala hrobem energetismu; podle zákona zachování energie jsou sice práce a teplo veličiny ekvivalentní a práce v teplo je přeměnitelná úplně, avšak proces o-pačný se realizuje nanejvýš s účinností danou Carnoto-vou větou. Energetismus a samotný zákon zachování energie nedovedl objasnit tuto asymetrii přeměn v přírodě ani otázku vratnosti a nevratnosti fyzikálních procesů. K řešení těchto otázek byla povolána termodynamika. KLASICKÁ TERMODYNAMIKA Termodynamika, jež se zprvu jevila jen jako východisko z rozporů mezi různými hypotézami o teple a jako kompromis přijatelný všemi teoretiky i experimentátory, ovládla v polovině 19. stol. pole úplně — a navíc, stala se první fyzikální teorií, jež se vymkla z rámce mechanistického obrazu světa. Stalo se tak poté, kdy Clausius, Newton termiky, specifikoval zákon zachování energie pro uzavřené makroskopické soustavy a kdy zobecnil Carnotovu větu, která se stala obecným principem použitelným nejen na tepelné stroje. Mimo to obě tyto věty spojil a ukázal, že jejich protikladnost byla jen zdánlivá. RUDOLF CLAUSIUS (1822—1888) byl šestým synem z osmnácti dětí školního rady. Narodil se v dnešním Koszalinu v Polsku, do gymnázia chodil ve Štětině a poté studoval na univerzitě v Berlíně. Záhy však také vypomáhal ve škole, aby pomohl otci živit rodinu. Po skončení studií (1848) působil nejprve ma technice v Curychu, potom na univerzitách ve Wůrzburgu a v Bonnu. Za prus-ko-francouzské války r. 1870 byl jako voják zraněn do nohy a bolestí se již nezbavil. Jeho vysoké vědecké i morální kvality mu otevřely brány mnoha zahraničních akademií věd. V r. 1850 formuloval v dnešním tvaru první a druhou větu termodynamiky; později zavedl pojem kruhových (1854), nevratných procesů (1862) a entropie (1865). Dokázal obecný význam termodynamické metody v teorii elektrických jevů, např. u polarizace dielektrik, v termoelektřině a u elektrolýzy. Zároveň s W. Thomsonem však neoprávněně extrapoloval závěry termodynamiky na celý vesmír; je autorem ideje o te- 140 141 pelné smrti vesmíru, kterou s úspěchem kritizoval Boltz-mann. O Clausiových zásluhách v kinetické teorii bude ještě zmínka. Termodynamiku dále obohatili Kelvin, Gibbs, Nernst a Plaňek. Podobně jako byl kdysi Newton největším „prorokem" mechanistické fyziky na počátku jejího vývoje, tak W1LLIAM THOMSON*) — lord KELVIN (1824 až 1907) ji důstojně uzavírá. Thomson pocházel z rodiny skotského učitele matematiky působícího v Irsku. Až do deseti let ho učil otec sám, a když byl povolán na univerzitu v Glasgowě, posadil chlapce rovinou mezi své posluchače. Willlam se dal záhy do studia Fourierových děl o teple a Laplaceových o mechanice. V 16 letech přesídlil do Cambridge a rok pobyl v Regnaultově laboratoři v Paříži, kde se pěstovala hlavně termika. Odtud se vrátil do Glasgowa, kde se stal ve svých 22 letech profesorem „přírodní filozofie" na univerzitě; tam setrval až do své smrti. Ve svých 24 letech zavedl pojem absolutní teploty a teplotní stupnici, jež nese jeho jméno. Formuloval samostatně druhou větu termodynamiky a začal používat termodynamických metod ve všech oblastech fyziky (1851). Odvodil rovněž vztahy pro závislost teploty varu kapalin na tlaku par a na dalších parametrech (1870). V r. 1853 objevil s Joulem jev, který dnes nese jejich jména a r. 1856 Thomsonův jev. Teorie tohoto jevu se stala základem termodynamiky nevratných procesů. Proslulé jsou jeho výzkumy v oblasti tepelné vodivosti, a to i v záporném smyslu: při aplikaci na problémy geochro-nologie ztotožnil dobu existence Země s dobou jejího ochlazování a dospěl ke stáří 300 miliónů let — a protože přírodopisci nebyli v této oblasti erudovaní, byl napr. Darwin nucen v dalších vydáních svých děl vypustit absolutní datování, aby se nedostal do rozporu s Kelvinovými výpočty. Jde o další příklad zhoubných extrapolací fyziky [podobných domněnce o tepelné smrti vesmíru J. Kelvin byl ovšem mimořádně velkým fyzikem *) K fyzikům téhož Jména patří ještě sir JOSEPH JOHN THOMSON (1856—1940), objevitel elektronu, a jeho syn sir GEORGE PAGET THOMSON (1892—1975), objevitel difrakce elektronů. ve všech oblastech klasické fyziky, takže několik nesprávných koncepcí jen zvyšuje atraktivnost jeho osobnosti. Jako hlasatel mechanistické fyziky prohlašoval, že jev je možno považovat za objasněný, lze-li jej beze zbytku redukovat na mechaniku; proto také neuznal Maxwel-lovu teorii elektromagnetického pole a správně odhadl, že „na jasném nebi mechanického názoru existují jen dva obláčky — Michelso.nův pokus a záření černého tělesa"; slám se ještě dočkal bouře, jež z nich vznikla. Stejně jako Newton byl i Kelvin prezidentem Královské společnosti v Londýně a nakonec vedle svého velkého předchůdce také navěky spočinul ve Westminsterském o-patství. Dalším klasikem termodynamiky a statistické fyziky je americký fyzik, profesor v Yale, JOSIAH WILLARD GIBBS; tento průkopník teorie termodynamických potenciálů a autor proslulého pravidla fázi [tj. pravidla o počtu fázi, jež mohou spolu koexistovat) byl největší autoritou v klasické statistické fyzice. Pro rozvoj vědy měla negativní důsledky jeho mimořádná skromnost, jež způsobila, že své práce publikoval jen v nevýznamných místních časopisech, takže jeho objevy nebyly před r. 1892 vůbec známy. Poté však se stal přes noc hvězdou první velikosti. Vývoj klasické termodynamiky byl dovršen pracemi německých badatelů WALTHERA HERMANNA NERNSTA a M. Plaocka. První a druhá věta termodynamiky se totiž týká jen přírůstků vnitřní energie a entropie, nikoli jejich hodnot celkových, k jejichž určení je třeba znát poměry v okolí absolutní nuly. O vnitřní energii a entropii látek v okolí absolutní nuly a o její nedosažitelnosti vyslovil Nernst třetí větu termodynamiky (1905); v r. 1910 ji dále zobecnil Plaňek. Nernst patřil spolu s Ostwaldem, van't Hoffetn a Arrheniem k zakladatelům moderní chemické termodynamiky, byl předním badatelem v oblasti nízkých teplot, ale také konstruktérem různých přístrojů (např. Nernstovy lampy). Plaňek, jenž je zakladatelem kvantové teorie, se převážně zabýval termodynamikou; také ke svému proslulému zákonu o vyzařováni černého tělesa dospěl při svých snahách vypracovat termodynamiku záření. S termodynamikou sou- 142 143 visejí také Planckovy progresivní názory filozofické: bojoval jak proti energetismu (Ostwaldovi), tak proti pozi-tivismu (Machovu empiriokriticismu), na nějž pohlížel jako na provizorní odezvu na nepřekonatelné těžkosti mechanistické fyziky. Termodynamika se v dobách svého vzniku vymykala z rámce mechanistické fyziky nejen pojetím a obsahem, ale do jisté míry i svými motivy. Jejím inspiračním zdrojem byla problematika tepelných strojů. Historie vztahů mezi fyzikou a tepelnými stroji je velmi dramatická a rozsáhlá; patří ovšem spíše do dějin techniky. Primitivní parní stroje a turbínky vznikaly metodou pokusů a chyb; užitečný stroj dal lidstvu až technický génius Wattův. Po založení termodynamiky vznikají od druhé poloviny 19. stol. na vědeckém základě dokonalé parní stroje, parní turbíny akční (Lával) a přetlakové (Par-sons), spalovací motory zážehové (Otto) a vznětové (Diesel) a reaktivní motory, zejména raketové (Cander v SSSR, Oberth a von Braun v Německu, Pelterie ve Francii). Charakteristika těchto strojů není možná bez termodynamických pracovních cyklů, bez výpočtů účinnosti a dalších termodynamických parametrů, z nichž vyplývá, jaká opatření je třeba učinit ke zdokonalení těchto strojů. Již tím se věda stává výrobní silou, neboť např. zvýšení účinnosti strojů při použití přehřáté páry znamená n parní turbíny úsporu desítek tun uhlí denně, resp. podstatné zvýšení energetické bilance při téže spotřebě paliva. KLASICKÁ STATISTICKÁ FYZIKA Zároveň s teorií elektromagnetického pole představuje vrchol klasické fyziky, neboť umožňuje nahlédnout 1 do mikrostruktury makroskopických těles a hlouběji teoreticky pochopit fenomenologické principy termodynamiky. Vytvoření statistické fyziky je velkým revolučním činem ve vědě, spojujícím filozofický atomismus, tvořící její pojmový základ, s matematickou teorií pravděpodobnosti, tvořící její matematický základ, a s experimentálním zjištěním jevů vymykajících se termodynamice. Filozofický atomismus má kořeny v antice a pojí se se jmény Leukippa a Démokrita v Řecku a Lucretia Cara v Římě; po umlčení ve středověku jej k životu vzkřísil v počátcích novověké fyziky PIERRE GASSENDI, opat francouzského kláštera a jeden z hlasatelů korpuskulárni teorie světla. Poté D. Bernoulli v r. 1738 v dodatku ke své Hydrodynamice odvodil poprvé V dějinách z mikroskopické představy o atomové struktuře plynu makroskopickou stavovou rovnici pro plyny. Další vývoj však zbrzdily dvě okolnosti: atomismus jako učení progresivní byl solí v očích nejen všem reakčním filozofům, ale i konzervativním fyzikům, kteří chápali hmotu jako kontinuum; vzpomeňme, že ještě na počátku 20. stol. Ostwald a Mach neuznávali existenci atomů. Byli tedy hlasatelé atomismu a priori v opozici vůči oficiální vědě. Druhou nepříznivou okolností bylo to, že ani nej-přednější badatelé až do poloviny 19. stol. nedovedli úspěšně aplikovat teorii pravděpodobnosti na fyzikální problémy, což bylo právě pro formulaci statistických zákonů nezbytné. Nepomohlo proto ani to, že Dalton dokázal užitečnost pojmu molekula (1808), že Avogadro objasnil, proč všechny plyny obsahují za stejného stavu (tj. za stejného tlaku, teploty a objemu) stejný počet molekul a že zákony chemického slučování objevené Daltonem lze vysvětlit nejsnáze pomocí atomové hypotézy. Je zajímavé, že teoretickou sílu atomismu se pokusili ukázat také badatelé, jejichž učení bylo v přímém protikladu s jejich postavením. Kromě Gassendiho to byl např. Boskovic. Ten odvazoval matematickou cestou vlastnosti látek všech skupenství z představy o centrálních silách působících v tělese mezi bodovými silovými centry. Jako jezuita a profesor matematiky v Římě nemohl ovšem mluvit o atomech. Anglický kazatel JOSEPH PRIESTLEY s podobnými názory raději z Anglie přesídlil do USA, ač ho již obklopovala sláva objevitele kyslíku (1774), fotosyntézy (1771), zakladatele pneumatické chemie, tj. chemie plynů, i historika nauk o elektřině a o barvách a vidění (1767). Nepovšimnuta zůstalo i dílo A. Seebera (1824), který ztotožnil uzlové body krystalové mřížky s chemickými 144 145 atomy a pokusil se odtud odvodit makroskopické fyzikální vlastnosti látek. Dokonce ani snahy Gaussovy v tomto směru neuspěly, zkrátka „doba nebyla zralá" k přijetí složitých fyzikálních modelů a jejich důsledků. Že je třeba začít od problémů a struktur nejjednodušších, tj. od chaotického pohybu molekul v plynech, pochopil Clausius. Z této představy a z předpokladu, že průměrná rychlost všech molekul plynu je za dané teploty stejná, odvodil Clausius r. 1857 základní rovnici kinetické teorie plynů; poté (1859) zavedl pojem střední volné dráhy molekuly plynu (tj. dráhy mezi dvěma nárazy molekul). Kinetickou teorii nebylo již možno ignorovat — nastaly tedy boje mezi stoupenci různých koncepcí termiky; proto se stoupenci atomismu snažili najít jevy, jež by bylo možno objasnit jen pomocí kinetické teorie a nikoli v rámci ostatních konkurujících teorií. A tak dánský fyzik a oceánograf MARTIN KNUDSEN vypracoval elementární teorii jevů přenosu v plynech, tj. teorii tepelné vodivosti, viskozity a difúze. Rozhodující však byly objevy experimentální, jež potvrdily správnost kinetické teorie: anglický botanik Brown jako první pozoroval v mikroskopu chaotický, „bezpříčinný" pohyb pylových zrn (Brownův pohyb, 1827); pro mechanický pohyb molekul mluví dále řada jevů difúzních a posléze někdejší žák pražské univerzity a pozdější profesor univerzity vídeňské, J. Loschmidt, určuje počet molekul v krychlovém centimetru plynu za „normálních podmínek". Odtud již jednoduše vyplynula legendární hodnota Avogadrovy konstanty, udávající počet molekul v grammolekule každé látky: grammolekula každé látky obsahuje 6 .1023 molekul. Toto číslo ukazuje, jak obrovský je počet molekul v tělese, a ovšem i to, jak jsou nepatrné. Například v kapičce vody o objemu 1 mm3 je tolik molekul, že kdyby kapička ztrácela odpařováním milión molekul každou sekundu, odpařila by se celá za milión let. Je třeba říci, že ani Clausius ještě nepřistoupil na koncepci veskrze statistickou: předpokládal sice, že molekuly plynu se pohybují, že o jevech rozhoduje jejich kinetická energie, čili jeho teorie byla kinetická, nikoli ještě statistická. K faktu, že energie molekul se vyzna- čuje určitou distribucí, čili že existuje jakési rozdělení jejich rychlostí, přihlédl teprve Maxwell. Ten také r. 1866 odvodil příslušnou rozdělovači funkci; následujícího roku podal jako prvý statistickou interpretaci druhé věty termodynamiky a po dalších deseti letech zpracoval statistickou mechaniku, jíž dal r. 1878 i jméno. Maxwell dovedl vypočítat nejen rychlost molekul, čímž např. poprvé objasnil, proč nemůže mít Měsíc ovzduší (rychlost molekul v jeho atmosféře by totiž byla tak velká, že jejich velké procento by překročilo únikovou rychlost čili druhou kosmickou rychlost pro Měsíc a postupně by všechny unikly); svou metodou dovedl navíc vypočítat střední hodnoty jakýchkoli fyzikálních veličin týkajících se statistického souboru částic a tyto střední hodnoty ztotožnil s veličinami měřitelnými. Tato idea je jednou z nejvý-znamnějších idejí fyziky vůbec. Ani naše současná kvantová fyzika nečiní nic jiného, než že počítá střední hodnoty fyzikálních veličin; postup našich výpočtů je jen složitější. Maxwell, který je navíc Newtonem elektrodynamiky, je osobnost zajímavá; o jeho životě se zmíníme v kapitole o elektrodynamice. Neodpustíme si však konstatování, že ke škodě vědy zemřel na rakovinu žaludku již ve 48 letech a že ho současníci nejednou charakterizovali jako génia. Měl totiž mimořádně jasný a jednoduchý sloh; nepochopitelné by byly našim čtenářům také jeho různé exkursy — např. mezi různé etapy řešení soustav diferenciálních rovnic klidně vsunul svůj výklad o tom, jak si nejlépe dovede vyčistit skvrny na kalhotách, způsobené různými látkami. Je však jasné, že částice mohou konat také pohyb rotační, případně i další složitější pohyby. Konečně některé hmotné struktury nelze považovat za složené z molekul (např. iontové krystaly, kovy apod.). Vyvstala tedy otázka, jak modifikovat statistickou fyziku s ohledem na tyto okolnosti. První krok ke správnému řešení učinil Boltzmann, druhý Gibbs. Hlasatel progresivních směrů ve fyzice vysoce oceňovaný i Leninem, LUDWIG EDUARD BOLTZMANN (1844—1906), byl odpůrcem Machovým. Boje mezi různými směry nebyly nijak jednoduché, ani pouze „akademické". Boltzmann formuloval základní kinetickou 146 147 rovnici (1872), jež se stala základem celé fyzikálni ki-netiky; jde o něco jiného, než je Clausiova základní rovnice kinetické teorie plynů. Téhož roku podal statistickou teorii entropie a položil základy teorie nevratných procesů. Patřil rovněž k prvním přívržencům Maxwellovy elektromagnetické teorie a jako prvý použil termodynamických a statistických metod k popisu záření. Výsledkem v této oblasti je proslulý zákon Ste-fanův-Boltzmannův pro zářivý výkon černého tělesa (1884), který r. 1879 odvodil experimentálně jeho učitel na vídeňské univerzitě JOSEF STEFAN. Boltzmann odvodil rovněž vzorec pro hodnotu světelného tlaku, jehož existenci posléze experimentálně dokázal ruský fyzik P. N. Lebeděv (1899). Sám Kelvin, který po celý život bojoval proti Maxwellově teorii, prohlásil, že teprve tyto po'kusy ho přesvědčily o její správnosti. Boltzmann nebyl preferován vídeňskou vládou, ani Lebeděv nebyl na výsluní carské přízně a vzdal se nakonec moskevské profesury. Vrcholem klasické statistické fyziky je dílo Gibbsovo. G;bbs abstrahoval od názorných modelových představ použitelných jen u plynů a vypracoval obecnou metodu, v níž je každý makroskopický systém chápán jako jediná mechanická soustava, jejíž stav je určen zobecněnými souřadnicemi a impulsy jeho podsystémů; evoluce stavů systému je charakterizována změnami těchto veličin řídícími se tzv. kanonickými rovnicemi mechaniky. Tato metoda umožňuje rozšířit Gibbsovo pojetí nejen na reálné plyny, ale na všechny soustavy, jejichž pohybové rovnice lze vyjádřit v kanonickém tvaru, např. i na krystaly a elektromagnetické pole. Gibbs patří rovněž k zakladatelům chemické termodynamiky a její statistické interpretace. O metody Clausiovy, Boltzman-novy, Maxwellovy a Gibbsovy se opírá věda dodnes, protože umožňují vypočítat měřitelné tepelné i jiné fyzikální parametry a vlastnosti látek. Úplný obraz o tepelných vlastnostech látek podává statistická fyzika ve spojení s metodami experimentálními. KLASICKÁ EXPERIMENTÁLNÍ TERMIKA Do této oblasti patří zejména problémy generace tepla, problémy šíření tepla, účinky tepla a tepelné vlastnosti látek, jakož i problematika měrných metod a přístrojů k měření tepelných vlastností látek. Pokud jde o procesy generace a o zdroje tepla, bylo jasné, že k nim patří jednak chemické reakce s kladným tepelným zabarvením, jednak to, že vzniká přeměnou vnitřní energie soustavy nebo „mařením" tzv. zobecněné práce. Jak velké teplo vzniká při „zmaření" mechanické práce či při práci elektrického proudu, zjistil Joule, a jak je tomu při kontrakci např. Slunce, vypočítali Mayer a Helmholtz. Ukázalo se, že i nepozorovatelně malá kontrakce Slunce by stačila krýt jeho energetické výdaje na tisíciletí. Přesto však zdroj zemského tepla i tepla hvězd zůstal pro klasickou fyziku záhadou. Pokud jde o šíření tepla, klasická fyzika poznala zákony vedení a proudění tepla a zčásti i zákony sálání. Čistě tepelný je ovšem jen jev vedení tepla; proudění je jev termomechanický a sálání je záležitost z oblasti fyziky záření. Vedení tepla v různých prostředích prozkoumala řada badatelů. Skutečnost, že vakuum teplo nevede, byla známa dávno; obratně ji využil až JAMES DEWAR (1872); zhotovil nádobu s dvojitými postříbřenými stěnami, mezi nimiž je vakuum. Teplo tedy nemůže přecházet mezi nádobou a okolím ani vedením, a díky postříbření jen minimálně sáláním. Jsou-li stěny Dewarovy nádoby blízko sebe, nemusí být ani vakuum absolutní; podle statistické fyziky představuje tento meziprostor vakuum, jestliže vzdálenost stěn je menší než střední volná dráha molekul přítomných v tomto prostoru. Vodivost plynů zkoumal berlínský profesor HEINRICH GUSTAV MAGNUS. Známé skutečnosti, že vodivost plynů je malá, se ovšem využívá odedávna (kožešiny, dvojitá okna). Tímto faktem je také podmíněn zajímavý Leiden-frostův jev (1743): malé kapky vody na rozžhavené plotně se okamžitě nevyparí, neboť jsou chráněny vrstvou vlastní páry. Vodivost kapalin prozkoumali ve Francii C. Despretz 148 149 (1838), v Německu H. Weber a v USA P. Bridgman. Vodivost pevných látek začal studovat za svého pražského pobytu již J. Ingenhousz z Holandska a J. Biot (1816) ve Francii, který zjistil, že teplota mezi dvěma místy tyče udržovanými na konstantních teplotách tvoří v ekvi-distantních vzdálenostech geometrickou posloupnost. Důkladnou teorii vedení tepla vypracoval francouzský matematik J. Fourier a stejně důkladná měření provedli němečtí fyzikové G. Wiedemann a R. Franz, kteří také zjistili přímou úměrnost mezi vodivostí tepelnou a elektrickou. Problematiky vedení tepla sáláním si všimneme v kapitole o optice. Velmi rozsáhlá je problematika tepelných vlastností látek a fázových (skupenských) přechodů. Dílčí zákony pro plyny (Boyleův, Gay-Lussacův, Daltonův) shrnul v jedinou stavovou rovnici francouzský inženýr působící v Petrohradě a v Paříži B. Clapeyron. Šlo o rovnici pro ideální plyny, vyplývající z experimentu. Obecnější rovnici pro reálné plyny a kapaliny odvodil ve své disertační práci van der Waals. Že je třeba u plynů rozlišovat dvojí měrné teplo (při dějích izobarických i izochoric-kých) zjistil francouzský matematik S. D. Poisson (1822) a experimentálně je určili jeho krajané Ch. Desormes a jeho zeť N. Clément-Desormes. S termikou souvisí klasická statická fyzika kapalin a plynů. První kroky k vypracování statistické teorie kapalin učinili v souvislosti s teorií Brownova pohybu polský fyzik M. Smoluchowski a A. Einstein a soustavně ji zpracoval německý fyzik G. Jäger. Na tomto základě pák Francouz )EAN BAPTISTÉ PERRIN určil měřením suspenzí v kapalinách hmotnost a velikost molekul, čímž definitivně dokázal nespojitou strukturní hmoty. Vnitřní tření kapalin prozkoumal sir G. G. Stokes, využívaje svého vzorce pro rychlost malých padajících kuliček v kapalinách. Tepelnou roztažnost kapalin zkoumali četní badatelé: u rtuti Dulong a Petit, později Regnault; voda a její anomálie zajímaly Despretze, Ramsaye, V. Marka, působícího v 19. stol. v Paříži a Vídni, Mendělejeva a další; jiné kapaliny podrobně prozkoumal H. Kopp, známý také jako historik chemie. Difúzí kapalin se zabývali C. Lud- wig a Ch. Soret. Stavovou rovnici kapalin hledali Eyring, světoznámý autor učebnic fyziky Tait a Kirkwood. Četné jsou práce o závislosti povrchového napětí kapalin na teplotě, stejně jako studie týkající se stlačitelnosti; její existenci u kapalin dokázal Oersted (1822). Také pro pevné látky se pokusili odvodit stavovou rovnici četní badatelé; s úspěchem se však setkali až ve 20. stol. K. F. Herzfeld (1925) a sovětský fyzik J. I. Frenkel. Další příbuzné problémy se již zpravidla řadí do fyziky pevných látek. Velký význam mají výsledky výzkumů fázových přechodů, zejména fázových přechodů prvního druhu; jde o tání a tuhnutí, var a zkapalnění a sublimaci (což je přechod pevných látek v plyn a naopak). Později byla věnována pozornost také fázovým přechodům druhého druhu, tj. přechodům, jež nejsou provázeny pohlcováním či uvolňováním tepla; jde např. o přechody mezi alotropickými modifikacemi téže látky. Dnes jsou známy také další přechody, dokonce přechody dvouapůltého druhu v kapalném He3, které však lze popsat jen současnou kvantovou teorií a měřit za supernízkých teplot, takže nepatří již do tohoto historického období. Z oblasti fázových přechodů měl zásadní význam objev kritického tlaku a kritické teploty (Cagniard de la Tour, Mendělejev) a objev trojného bodu (Andrews). Metody zkapalňování plynů rozvinuli Faraday a Davy, dále jmenovaný již irský fyzik T. Andrews a vídeňský lékař K. Natterer. Ten však používal jen metody vysokých tlaků, a když zjistil, že některé plyny tímto způsobem zkapalnit nelze, nazval je permanentní plyny. Mylnost tohoto názoru objasnil Andrews, když ukázal, že teplota plynů bývá za obvyklých podmínek vyšší než teplota kritická a že je tedy třeba vedle zvyšování tlaku také snižovat teplotu. Když to skutečně r. 1877 provedli Švýcar R. Pictet a Francouz L. Cailletet, ukázalo se, že permanentní plyny neexistují a že lze zkapalnit všechny. Tím se ovšem zvýšil zájem o fyziku nízkých teplot a vysokých tlaků. Dalšího pokroku v metodách zkapalňování dosáhli polští vědci SZYGMUNT FLORENTY WRÓBLEWSKI a KAROL STANISLAV OLSZEWSKI poté, když se první z nich 150 151 vrátil ze Sibiře, kam se dostal za účast na polském povstání; v r. 1895 zkapalnili vodík a argon. Posléze r. 1898 získal pevný vodík skotský chemik J. Dewar, který zjistil také tehdy nevysvětlitelnou skutečnost, že měrné teplo pevných látek klesá s teplotou (1872). Musel ovšem přitom vypracovat novou metodiku měření velmi nízkých teplot; k uchování látek za těchto teplot vynalezl již vzpomínané izolační nádoby, jež nesou jeho jméno a jejichž principu využíváme v termoskách. Pro průmyslovou výrobu kapalného vzduchu sestrojil r. 1895 výkonné aparatury v Německu K. Linde, v Anglii Hampson a ve Francii Claude. Soustavně a na vědecké bázi vybudoval fyziku velmi nízkých teplot holandský fyzik HEIKE KAMERLINGH-ONNES ve své kryogenní laboratoři, první toho druhu na světě. V r. 1908 zkapalnil hélium, které odolávalo nejdéle, poté objevil supravodivost a v r. 1913 zjistil, že tato vlastnost mizí vlivem magnetického pole, vlivem silných elektrických proudů a ovšem i při vyšší teplotě, než je teplota přechodu do supravodivého stavu. Za své výzkumy v oblasti nízkých teplot dostal Nobelovu cenu stejně jako objevitel supratekuté-ho stavu za velmi nízkých teplot, P! L. Kapica, který pracoval v Cavendishově laboratoři v Cambridge a od r. 1935 v Moskvě. Termika musela ovšem prozkoumat nejen čisté látky o jediné chemické složce, ale také soustavy látek o více složkách, např. roztoky, dále soustavy o více fázích, směsi látek a disperzní soustavy, tj. soustavy, u nichž je v základním materiálu rozptýlena látka různých skupenství; příkladem disperzních soustav jsou suspenze, pěny, dýmy a emulze. V této oblasti se stýká termika s chemií. K rozvoji obou oborů přispěli hlavně chemici: základní zákony pro roztoky formuloval profesor chemie v Grenoblů FRANCOIS MARIE RAOULT, dále jeden ze zakladatelů moderní fyzikální chemie JACOBUS HENRICUS VAN'T HOFF a Gibbs. Přístrojová výzbroj termiky je v tomto období co do počtu typů přístrojů stále ještě nejchudší ze všech oborů fyziky. Ke kalorimetriím a teploměrům z minulého období přistupují nyní vlhkoměry. Vlasový vlhkoměr Kop-peho zdokonalil mechanik v Gottingenu W. Lambrecht a tak vznikl hygrometr Lambrechtův. Spolehlivým laboratorním přístrojem je vlhkoměr anglického fyzika J. F. Danielia, vlhkoměr Regnaultův a tzv. psychrometr Augustův. ERNST FERDINAND AUGUST byl profesorem gymnázia v Jáchymově a později v Berlíně. Formuloval empirický vztah mezi napětím par v ovzduší a tzv. psychro-metrickým teplotním rozdílem. Na principech fyziky tepla jsou ovšem založena také zařízení tepelných motorů, chladicích soustav apod., jejichž vývoj ovšem zajímá spíše historiky techniky. 152 153 vývoj klasické fyziky k relativistickému nekvantovému obrazu prírody Zatímco výsledky klasické mechaniky, akustiky a termiky potvrzovaly koncepce mechanistické fyziky a new-tonovské mechaniky, k pádu této mechaniky vedly výsledky klasické elektrodynamiky a optiky. Zdálo se tedy, že stačí nahradit newtonovskou mechaniku teorií relativity a záhy bude hotova i nová konceptuálni soustava a nový fyzikální obraz světa. Destrukce staré fyziky byla tedy provedena úplně, konstrukce nové fyziky však uvázla v půli cesty. Ani v matematicky a filozoficky dokonalé formě, kterou jí dal Einstein, nestačila totiž relativistická nekvantová teorie polí (tj. teorie pole elektromagnetického a gravitačního) na víc, než na popis makrosveta; v oblasti mikrosveta atomů, fotonů a elektronů byla nová teorie bezmocná. Musela tedy v oblasti mikrosveta záhy ustoupit nové, současně relativistické, kvantové a statistické fyzice. Výsledky předchozích stadií vědy se však nikdy neztrácejí úplně, ale jejich hlavní principy přecházejí do teorií nových. Proto také zůstává současná fyzika fyzikou relativistickou a obsahuje Maxwellovu teorii elektromagnetického pole. Vyskytli se ovšem jedinci, kteří se snažili dokončit po všech stránkách relativistickou nekvantovou konceptuálni soustavu a vybudovat na jejím základě ucelený obraz přírody; patřil k nim sám Einstein se svou unitární, nekvantovou teorií polí. Jeho teorie byla relativistická, nekvantová a nestatistická, čili „přísně deterministická". Ač tato cesta nevede k cíli, přesto staletá cesta k němu je grandiózní a výsledky během iní nalezené mají trvalou, ničím nezastupitelnou hodnotu. Je to cesta klasické elektrodynamiky, optiky a teorie relativity, po níž se nyní vydáme. VZNIK A VÝVOJ KLASICKÉ ELEKTRODYNAMIKY Elektrodynamika je věda novověká, neboť až do r. 1600 jí téměř nebyla věnována pozornost ani ze strany přírodovědců, ani techniků či praktiků, takže vědomosti v této oblasti nebyly téměř žádné. Jen o málo lepší byla situace v nauce o magnetismu; nikdo však netušil, že jevy elektrické a magnetické spolu nějak souvisejí. Právem tedy můžeme mluvit o období před r. 1600 jako o prehistorii elektrodynamiky. Naproti tomu optika, jež nakonec splynula s elektrodynamikou, znala již ve starověku nejjednodušsí zákony šíření světla i několik přístrojů na nich založených, přičemž přesvědčení o její důležitosti bylo mezi vzdělanci od dob antických téměř všeobecné. V předklasickém období elektrodynamiky, vymezeném na počátku Gilbertovými objevy v r. 1600 a na konci Maxwellovou teorií elektromagnetického pole z r. 1873, byly sice elektromagnetické i optické jevy interpretovány mechanicky, čili nesprávně, přesto však byla objevena řada experimentálních faktů, jež patří do zlatého fondu klasické fyziky. První závažné podněty k rozvoji elektrodynamiky nepřišly z praxe, ale pramenily spíše ze snah 17. stol. objasnit tajuplné jevy elektrické a magnetické, slibující nejedno překvapení a snad i užitek, podobný tomu, jenž se stále ještě očekával od alchymie. Po r. 1600 díky Gilbertovu spisu se stává elektřina takřka módní záležitostí; experimentuje se na panovnických dvorech a šlechtických zámcích, v klášterech i na farách, méně však na univerzitách. V letech 1600 až 1790, která vymezují prvou etapu předklasické elektrodynamiky, se buduje hlavně elektrostatika a magnetostatika; v optice převládá Newtonova emanační teorie světla. V nauce o elektřině je to romantická doba prvních experimentálních výzkumů neznámých jevů, jež nepostrádaly nádech čehosi magického. Kouzlo do značné míry mizí po objevu Coulombova zákona v elektrostatice a magnetostatice (1785), kdy se obou věd zmocňují matematikové. Druhá epocha předklasické elektrodynamiky začíná 155 156 objevem zdrojů ustáleného stejnosměrného elektrického proudu, který učinil Galvani v r. 1790. Od té doby se rozvíjí také elektrodynamika ustálených stejnosměrných proudů. V optice se zanedlouho poté začíná důrazně hlásit o své právo na život vlnová teorie světla, jež jediná byla schopna v příštích desetiletích vysvětlit jevy interference, ohybu a polarizace světla. Další významné mezníky této druhé epochy jsou tvořeny těmi objevy, jež měly za následek slévání dosud samostatných vědních disciplín. V r. 1820 objevil Oersted vzájemnou souvislost jevů elektrických a magnetických, čímž se slila nauka o elektřině s naukou o magnetismu v elektrodynamiku. Toto poznání prohloubil Faraday v r. 1831 objevem elektromagnetické indukce; tím dokázal, že nejen elektrický proud vyvolává magnetické pole, ale že také změny magnetického pole vyvolávají elektrický proud. Konečně v r. 1846 objev tzv. Faradayova jevu ukazuje vzájemnou souvislost jevů magnetických a optických. V této epoše elektrodynamiky vznikají také celé nové teorie respektující vzájemnou souvislost elektřiny a magnetismu, neboť na výklad těchto souvislostí již nestačí staré fluidové teorie z doby nadvlády elektrostatiky. Nej-závažnější z těchto teorií předklasické, předmaxwellovské epochy byly dvě teorie: na počátku epochy teorie Am-pěrova, na konci teorie Weberova. Obě však byly čistě mechanistické. Prvá považovala za základní jev interakci mezi vodiči, jimiž protéká elektrický proud, druhá se opírala o zobecněný Coulom-bův zákon a za základní považovala vzorec vyjadřující vzájemné působení elektrických nábojů v pohybu. Obě mlčky předpokládaly okamžité působení do dálky podobně jako Newtonova teorie gravitace a nepředpokládaly ještě vzájemné vztahy mezi jevy elektromagnetickými a optickými. S novou, nemechanickou koncepcí elektrických a magnetických jevů (ne však ještě elektromagnetických jevů) přichází v r. 1832 Faraday. Podle jeho čistě kvalitativních a názorných představ potřebuje elektrické a magnetické pole čas ke svému šíření a má charakter reálné, hmotné entity. Jeho ideje však matematicky zpracoval a dovršil teprve Maxwell v letech 1804 až 1873. Dílem Maxwellovým, které přináší novou teorii elektromagnetického pole, začíná klasické období elektrodynamiky i optiky. Nauka o elektřině, magnetismu a optika se po teoretické stránce slévají vjedno, po stránce experimentální si ovšem optika i elektrodynamika zachovávají svoji specifickou metodiku a tím i „právo na život" a relativní samostatnost. Avšak i elektrodynamika se po Maxwellovi dále vyvíjela. Samotná teorie Maxwellova se podrobně zabývala jen elektromagnetickým polem chápaným jako kontinuum. Elektrický náboj nebyl v rámci této teorie ničím jiným než pouhým zdrojem pole. Navíc Maxwell předpokládal, že vedle kon-dukčního proudu v kovech existuje konvekční proud (tj. pohyb nositelů elektrického náboje) a konečně i jim oběma ekvivalentní posuvný proud v dielektriku; to u-možnilo formulovat rovnice obecného elektromagnetického pole. Na těchto rovnicích založená Maxwellova elektrodynamika umožňuje přesně určit vlastnosti elektromagnetického pole při známém rozložení elektrických nábojů, magnetů a proudů. Rehabilitaci pojmu elektrického náboje a respektování nespojitého, atomárního charakteru látky si dala na svůj štít Lorentzova elektronová teorie, dokončená kolem r. 1900. Maxwellovy rovnice elektromagnetického pole ponechává v platnosti, šíření pole v látkách však chápe nově, podrobněji a přesněji. Navíc Lorentz nalezl vzorec pro sílu, která charakterizuje působení daného pole na náboje a proudy. Těmito dvěma teoriemi byl úspěšně dovršen vývoj celé klasické elektrodynamiky — avšak s výjimkou jediného problému. Tímto problémem byla elektrodynamika pohybujících se prostředí. Ač sám Lorentz a někteří další teoretičtí fyzikové dospěli ke správným matematickým vztahům v této oblasti problémů, filozoficky zcela nově a správně je interpretoval teprve Einstein r. 1905. Jeho elektrodynamika pohybujícího se prostředí je korunou a závěrem klasické elektrodynamiky a zároveň dílem, jež ukázalo nutnost vytvoření speciální teorie relativity, včetně nové mechaniky. Současná, kvantová epocha elektrodynamiky začala již v r. 1900 objevem nespojitého, diskrétního charakteru elektromagnetického pole, pro jehož „atomy" zavedl 157 158 r. 1905 Einstein pojem i termín foton. Až do počátku třicátých let měla však tato teorie provizorní, matematicky nehotovou podobu. Současné podoby nabývá v pracích Diracových; dodnes se buduje tato nová kvantová elektrodynamika, jež patří k nejpropracovanějším fyzikálním teoriím vůbec a ke vzorům fyzikální teorie. Není znám jediný pokus, který by jí odporoval, a je známa řada jevů, jejichž existenci předpověděla, a to do nej-jemnějších kvantitativních podrobností. Dosah současné elektrodynamiky daleko překračuje oblast jevů elektromagnetických a optických, z nichž se zrodila; uplatňuje se jak při popisu interakcí elementárních částic, tak při popisu některých procesů v atomových jádrech, i v kosmickém měřítku. V následujících odstavcích se však omezíme na vylíčení historie klasické elektrodynamiky, a to ve shodě s naznačenými epochami vývoje této vědy. Neodpustíme si však několik poznámek z prehistorie elektrodynamiky (tj. z dob před r. 1600), jež mají vztah ke klasické elektrodynamice. PREHISTORIE NAUKY O ELEKTŘINĚ A MAGNETISMU O elektrických úkazech měl starověk i středověk vědomosti zcela nepatrné a názory téměř žádné. A přesto název pochází od Reků. Řecké pradleny prý pozorovaly přitahování drobných tělísek při tření vlákna a jantaru čili „elektronu"; starověcí autoři také znali některé mořské ryby, např. elektrického úhoře, který při doteku způsobuje zvláštní ránu. V dílech Scribonia Larga a Plinia Staršího se tento jev na jedné straně doporučuje k léčení, na druhé straně se však vyslovuje názor, že snad je způsoben jakousi otravnou látkou, kterou ryba z těla vystřeluje. Souvislost jevů při tření jantaru s elektrickými ranami ryb a s bleskem však zůstala záhadou až do dob Divišových a Franklinových, tj. do' 18. stol. Ještě v očích mnoha současníků těchto badatelů byl blesk a hrom nejpádnějším „důkazem" přítomnosti mocného trestajícího boha nad hlavami hříšného lidstva. Tento názor pravděpodobně mlčky sdíleli také filozofové, kteří se ani ve starověku, ani později vůbec ne- pokusili o racionální výklad těchto jevů způsobem obvyklým v jiných oblastech přírodních jevů. A jen o málo větší byly vědomosti starých učenců o magnetismu. Magnetická přitažlivost- železné rudy, magnetovce, byla však známa již ve starověku. Zmínku o tom činí Seneca a Lucretius Carus. Název magnetismus prý pochází bučí od maloasijského města Magnesia, v jehož okolí se ona ruda nacházela, nebo podle Plinia od pastýře Magnesa, který si jako první všiml přitažlivých sil mezi magnetovcem a železnými hřebíky ve svých botách. Druhá základní vlastnost magnetismu, tj. určitý směr zemského magnetismu a snaha magnetů orientovat se ve shodě s tímto směrem, byla známa Číňanům asi ve 2. stol. n. 1. Odtud pravděpodobně přes Indii, Persii a Arábii se dostala tato znalost koncem, 12. stol. do Evropy, kde sloužila zprvu neapolským námořníkům; ti patrně převzali od Arabů primitivní kompas jako důležitý nástroj nautický. Nové poznatky o magnetismu přináší teprve traktát Francouze P. Peregrina de Marecourt z r. 1296. O autorovi není spolehlivě známo celkem nic, o díle se však ví to, že jde o první práci z oblasti magnetismu a elektřiny a o jednu z prvních experimentálních prací ve fyzice vůbec. Správně Peregrinus říká, že každá část magnetu zůstává i po jeho rozdělení celým magnetem s oběma póly (čili že nemohou existovat magnetické monopoly). Dále podává návod na zhotovení kompasu s magnetkou, nikoli tedy jen s kusem magnetovce, přivázaným ke dřevěnému kříži plovoucímu na vodě, jak tomu bylo dosud. Další objevy v této oblasti se týkají převážně geomag-netismu a jsou pro praxi vesměs nepříznivé. K. Kolumbus na své objevné cestě do Ameriky r. 1492 se nejen znovu přesvědčil o již známé magnetické deklinaci, ale objevil i její změny s místem, což ovšem svým námořníkům zprvu tajil, aby nepodlehli panice. Později (1635] objevil Gellibrand také změny deklinace s časem. Inkli-naci, tj. sklon geomagnetického pole vůči vodorovné rovině, objevili a inklinační magnetku sestrojili nezávisle na sobě norimberský vikář G. Hartmann (1544) a 159 160 zkušený anglický moreplavec a výrobce kompasů R. Norman (1576); ten sestrojil také inklinační buzolu. Názory na příčiny geomagnetismu byly v těchto dobách velmi fantastické; až do pokusů Gilbertových (160D) se předpokládalo, že bud jsou na magnetických pólech ohromné „magnetické hory", nebo že „magnetická síla" vychází přímo z Polárky. Za příčinu magnetismu těles se pokládaly zvláštní výpary vycházející z magnetů (magnetická effluvia); vystupují prý z nich v podobě neviditelných paprsků. Magnetické jevy vůbec byly zařazovány někam na hranice mezi jevy fyzickými a spirituálními. Je tedy zřejmé, že cesta k vědeckému poznání podstaty magnetismu nebyla ani jednoduchá, ani krátká; první kroky k nl učinil W. Gilbert, Galilei nauky o elektřině a magnetismu. Jím také začíná dlouhé období předklasické elektrodynamiky. PŘEDKLASICKÁ ELEKTRODYNAMIKA Všimněme si nyní prvních experimentálních výzkumů v oblasti elektřiny a magnetismu a cest, jež vedly k založení elektrostatiky a magnetostatiky. Experimentální základy magnetostatiky zcela prosté filozofických spekulací — ale i jakýchkoli kvantitativních vztahů — položil WILLIAM GILBERT (1544—1603) svým dílem Nová fyzika o magnetech a zmagnetovaných tělesech a o velkém magnetu Zemi, které bylo vydáno r. 1600 v Londýně. Tezi, že Země je velkým magnetem, učený dvořan a lékař královny Alžběty dokázal více než 600 pokusy, při nichž zjistil (jako kdysi Peregrinus) pomocí malých magnetek v okoli velké zmagnetizované železné koule úplnou obdobu s působením Země na kompas. Tím zároveň vyvrátil dříve uvedené fantastické domněnky o původu zemského magnetismu. Zemi přisoudil dva póly,, o nichž se domníval, že splývají s póly zeměpisnými. Jako první rovněž výslovně zdůrazni] rozdíl mezi jevy elektrickými (jimž dal jméno) a jevy magnetickými. Pokusně dokázal, že řada látek, mezi nimi pryskyřice a sklo, jsou-li třeny, přitahuji lehké předměty; a to je vlastnost, kterou právě magnety nikdy nemají. Shledal rovněž, 2e magnet je možno ze železa nejen vyrobit (působením jiného magnetu nebo u železných tyčí položením na delší dobu do poledníkového směru), ale také odstranit (červeným žárem). Poznal význam magnetických pólů a jejich neoddělitelnost a objevil magnetickou indukci, tj. zmagnetizování předmětu z magneticky měkkého železa po dobu jeho dotyku s permanentním magnetem. Tušil rovněž význam magnetického pole v okolí magnetů a zavedl pro ně název magnetická efluvia (magnetické výrony), jež však považoval za projev „duše těles". Tento názor odstranil teprve Des-cartes ve své teorii virů; efluvia označil za víry, jež jsou nositeli rotačních vlastností magnetismu a procházejí jako šroubky prostorem i látkami. Gilbert položil rovněž základy elektrostatiky, do níž zavedl elektroskop (Gilbertovo versortum); zjistil, že jen některé látky se třením zelektrizují. Ze všech se však elektřina odvádí plamenem a vlhkem; elektrická efluvia považuje za materiální, avšak nezjistitelné hmotnosti. Gilbertova kniha se stala jednou z nejznámějšícta knih století a inspirovala mnoho pokračovatelů; k nejvý-znamnějším z nich v tomto romantickém, kvalitativním období elektrostatiky patři v Německu O. von Guericke, v Anglii Gray, ve Francii Du Fay, v Americe Franklin, v Rusku Richmann a v Čechách Diviš. Otto von Guericke si našel i v krutých podmínkách třicetileté války čas na experimentování s vakuem a s elektřinou. Sestrojil první rotující třecí elektriku — byla to sírová koule třená suchou rukou — jež se stala prototypem elektrických strojů 17. a 18. stol. Objevil elektrické odpuzování těles nabitých stejnojmenným nábojem, zatímco Gilbert měl zato, že elektrické síly jsou jedině přitažlivé. Leibnizovi se připisuje zásluha o objev elektrické jiskry při pokusech s třecí elektrikou; odtud již nebylo daleko k ideji o totožnosti blesku s onou jiskrou. Experimentální důkaz byl ovšem obtížnější a byl proveden Divišem, Franklinem a Richmannem, kterého stál život. Další pokrok se pojí s dílem STEPHENA GRAYE, který žil v anglickém Charterhousu a až jako důchodce se bavil pokusy s elektřinou. Poznal zejména, že látky je 161 162 třeba dělit na vodiče a nevodiče elektřiny, a vynalezl izolační stoličku, která se ukázala při pokusech s elektřinou jako velmi důležitá. Jeho atraktivními pokusy byl inspirován francouzský chemik a ředitel pařížské botanické zahrady CHARLES FRANCOIS DE CISTERNAY DU FAY, který zjistil, že Gilbertovo třídění látek na elektrické a neelektrické je chybné, neboť třením lze zelektrizovat látky všechny; látky zdánlivě neelektrické jsou vodiče, jež „odevzdávají" svůj náboj okamžitě do země. Dále zjistil dva druhy elektřiny, jež nazval sklová a pryskyřicová, přičemž nesouhlasné se přitahují, souhlasné odpuzují. Skutečnost, že i v oezelektrovaném vodiči vzniká při jeho pouhém přiblížení k zelektrovanému tělesu elektrický náboj, a to na přivrácené straně nesouhlasný a na odvrácené souhlasný, objevil fyzik, profesor v Berlíně a poté akademik v Petrohradě, FRANZ ULRICH MARIA THEODOR AEPINUS. V r. 1759 nazval zmíněný jev elektrostatická indukce. Objevil také pyroelektrický jev u turmalínu (1756) a v traktátu z r. 1759 se pokusil dokonce o prvou matematickou teorii elektrických a magnetických jevů opírající se o představu elektrických a magnetických fluid — v prvém případě pohyblivých, ve druhém vázaných na těleso. V temže traktátu vyslovil předpoklad, že velikost elektrických a magnetických sil ubývá se čtvercem vzdálenosti. Totéž r. 1767 vyslovil Priestley a později to dokázal měřením Cavendish; ten však své výsledky neuverejnil, takže Coulombův zákon vyjadřující tuto skutečnost bývá datován až k r. 1785. Výzkum kvantitativních zákonitostí v oblasti elektřiny tedy začal na sklonku 18. stol., kdy Coulombův zákon vešel fyzikům do krve a kdy také technika elektrických pokusů již značně pokročila: byly zejména zdokonaleny zdroje elektrických nábojů („elektriky"], byl sestrojen kondenzátor a pro měřicí účely byl zdokonalen elektroskop. Objev kondenzátoru byl inspirován fluidovou teorií: je-li elektřina skutečně fluidum čili „nevážitelná" kapalina, bude jistě možné shromáždit ji ve větším množství ve vhodné nádobě. S úspěchem se o to pokusili kanovník E. G. von Kleist z Kaminnu v Pomořanech a vzápětí také holandský fyzik v Leidenu P. van Musschenbrock (1745), který se snažil shromáždit elektrický náboj ve vodě, uzavřené v láhvi. V jedné ruce držel láhev, a když se pokusil druhou rukou odtáhnout drát, který spojoval vodu v láhvi se zdrojem elektřiny, dostal nečekaně silnou ránu, o níž později řekl Réaumu-rovi, „že by ji nechtěl podruhé obdržeti ani za království francouzské". Elektrika ve spojení s kondesnzátorem a dále zdokonalená J. Cuthbertsonem z Haarlemu dávala v r. 1785 za sekundu pět jisker na vzdálenost 60 cm. Pokusy s elektřinou skýtaly nejrůznější atrakce a staly se předmětem zájmu v měšťanských i feudálních kruzích. Ve fyzikálních laboratořích byl navíc nezbytnou pomůckou elektroskop, někdejší Gilbertovo versorium, zdokonalené Richmannem, A. Bennetem (1787) a Voltou. Elektrostatické jevy byly po dlouhou dobu předmětem jen laboratorních výzkumů. V polovině 18. stol. však začíná také výzkum atmosférické elektřiny, a to muži, kteří obohatili elektrostatiku a ukázali cestu k četným aplikacím elektřiny. Na nestejnou hustotu elektrického náboje na povrchu vodičů upozornil Aepinus a na možnost využít této skutečnosti připadl dvojnásobný doktor PROKOP DIVIŠ (1698—1765), premonstrátský mnich v Louce u Znojma a později farář v Příměticích (Prokop je jeho jméno řádové]. Uvědomil si, že nej větší hustota náboje musí být na místech s největším zakřivením, čili na hrotech, menší na rovných plochách a nejmenší, prakticky nulová v dutinách jakkoli silně nabitého vodiče. Tohoto posledního faktu je využito v tzv. Fara-dayově kleci. Jestliže se k nabitému vodiči přiblíží u-zemněný kovový hrot, indukuje se v něm nesouhlasný náboj, který má velkou hustotu, a přejde vzduchem na prvé těleso a neutralizuje jeho původní náboj. Tohoto „sání hrotů" Diviš mnohokrát využil v situacích komických i vážných. Například při pokusech jeho rivala před císařovnou Marií Terezií ukryl do své paruky 20 jehel — a pokusy povýšeného dvorního odborníka se najednou nedařily. Diviš pak jev vysvětlil a. prohlásil, že by tohoto principu mělo být použito ke konstrukci blesko-svodu, kterou také realizoval později v Příměticích (1754). Profesor GEORG WILHELM RICHMANN (1711 až 1753) sestrojil podobné zařízení, jež mělo fungovat jako 163 164 „gnonom electricitatis"'; šlo v podstatě o neuzemněný bleskosvod spojený s elektroskopem. Za bouře v Petrohradě vyletěl prý z aparátu kulový blesk a badatele ízabil. Diviš vysvětlil, že bylo třeba uzemnění, a sám svůj bleskosvod s četnými hroty uzemnil řetězem. V Rusku se zabýval atmosférickou elektřinou teoreticky také MICHAIL VASILJEVIČ LOMONOSOV, který v zemi jako první postavil na svém domě Framklinův bleskosvod. V zaostalém Rakousku se neuplatnil ani Divišův vynález, ani jeho metody léčení elektřinou. Světového rozšíření došel jednodušší bleskosvod amerického badatele BENJAMINA FRANKLINA; jen anglický král nedovolil, aby na jeho hradě byly zašpičatělé bleskosvody „toho amerického rebela", proto měly na konci zlaté kuličky. Franklin, nejmladší ze sedmnácti dětí chudého mydláře, se stal postupně tiskařem, kulturním pracovníkem, státníkem, významným veřejným činitelem a mluvčím USA, které se právě odtrhly od Anglie. Od svých čtyřiceti let se zaměřil na fyziku, ve které proslul tím, že na rozdíl od panující dualistické teorie elektřiny, učící, že existují fluida kladné a záporné elektřiny, tvrdil, že existuje jen jediný druh elektřiny. Její nedostatek, resp. nadbytek oproti elektrickému stavu Země se jeví jako elektřina záporná, resp. kladná. V rámci své unitární čili monistické teorie vyslovil důležitý princip zachování elektrického náboje. Zásluhu o formulaci prvých kvantitativních zákonů elektrostatiky má francouzský důstojník CHARLES AUGUST DE COULOMB (1736—1806 j; k vědecké práci se dostal poprvé po dokončení opevňovacích prací na ostrově Martinique (1776) a podruhé po útěku před gilotinou z revoluční Paříže (1789) do Blois. Na jeho měření elektrických sil pomocí torzních vah je zajímavé to, že musel nejprve odvodit zákony torze vlákna, a dále to, že při měření nepoužíval metody statické (tj. nečekal, až se vahadélko zavěšené na kroutícím se vlákně ustálí, neboť bylo nebezpečí, že náboj z kuliček na konci vahadla zatím zmizí), ale užil metody dynamické, při níž zjišťoval elektrické síly z periody kyvu vahadla. Konečně byl si vědom, že jeho zákon je vlastně totožný se zákonem gravitačním, který objevil Newton více než před 165 sto lety, a že tedy neslouží ani tak k výpočtu síly působící mezi náboji, jako spíše k definici elektrického náboje a jeho jednotky. Teprve však Faraday v letech 1835 až 1838 dokázal, že coulombovská interakce závisí také na vlastnostech prostředí mezi náboji charakterizovaného permitivitou prostředí, chápanou jako konstanta materiálu (dielektrická konstanta). Jde o vlastnost, jež nemá obdoby u gravitace; podivuhodné ovšem bylo také to, že existují nejen elektrické síly přitažlivé, ale také odpudivé, i to, že u magnetismu vystupují nositelé magnetických interakcí jen v podobě dipólů. O formulací zobecněného zákona Coulombova na případ pohybujících se nábojů se pokusil teprve Weber v 19. stol. Vlivem Coulombova objevu převládl i jeho názor totožný s dualisťckou fluidovou teorií elektřiny a magnetismu. Po objevu galvanických článků a termočlánků, jako zdrojů ustáleného stejnosměrného proudu, se však obrací hlavní pozornost k elektrodynamice, aniž by se ovšem přestala rozvíjet elektrostatika. Naopak — tato věda se dále rozvíjí v dílech zakladatelů analytické mechaniky, kteří z ní učinili exaktní matematickou vědu — hlavně zásluhou Poissonovou a Gaussovou. Bylo však třeba nalézt souvislost elektrostatiky s elektrodynamikou. Hlavní zásluhy na tomto poli má Ampěre a Faraday. Jejich pracím ovšem předcházely objevy nových zdrojů elektřiny. VZNIK ELEKTRODYNAMIKY USTÁLENÝCH PROUDO Až téměř do konce 18. stol. byly známy pouze jevy elektrostatické a některé účinky „elektrického konfliktu", čímž se označoval krátkodobý proud neustáleného charakteru; šlo o účinky fyziologické, o elektrickou jiskru a o jevy atmosférické. Nová epocha začíná objevem zdrojů ustáleného proudu — galvanických článků. První galvanický článek, tvořený navlhčeným olověným a stříbrným plíškem, sestrojil sice již r. 1751 Sulzer, ale kromě konstatování, že na olověném proužku pocítil kyselou chuť a na stříbrném žíravou, nebyla jevu věnována žádná pozornost. Novou epochu skutečně zaha- 166 jují teprve pokusy italského lékaře LUIGIHO GALVANI-HO. Zabýval se anatomií živočichů i elektřinou; zcela náhodou zpozoroval kontrakce čerstvých preparátů žabích nožek ve dvou případech: v okamžiku, kdy přeskočí jiskra u třecí elektriky, a v okamžiku, kdy se dotkne navzájem železo a měď dotýkající se na druhém konci svalů, resp. nervů preparátu. Usoudil, že kontrakce je v obou případech elektrického původu a že příčinou je ve druhém případě „elektřina živočišná"; první případ podmíněný elektromagnetickou indukcí ovšem vysvětlit nemohl. Vyvstala tedy otázka, zda je příčinou druhého jevu rozdílnost živočišných tkání, nebo rozdílnost kovů. Různé odpovědi na čas zkomplikovaly další vývoj. Gal-vani se v práci O elektrických silách (1791) přiklonil k hypotéze o existenci živočišné elektřiny, v čemž ho utvrzovalo pozorování elektrických rejnoků. Nervstvo živočichů prý je zelektrováno kladně, svalstvo záporně a kontrakce je vyvolána elektrickým proudem při jejich spojení např. kovem. Své názory však nevyslovil nijak kategoricky, ale spíše jako podnět k zamyšlení „učenějším následovníkům". Život Galvaniho byl spojen s Bolognou; odmítl však přísahu Cisalpinské republice, nesouhlasil s francouzskou okupací, a tak zbaven profesury dožil z milosti u svého bratra; povodně byl teologem, ale nevstoupil do kláštera, stal se nakonec lékařem a dosáhl v tomto oboru velkých úspěchů. Byl mimořádně skromný a štěstěna se k němu většinou obracela zády. Na podporu své koncepce o živočišné elektřině sestrojil dokonce obvod z živočišných tkání bez kovových prvků a svými pracemi se stal předchůdcem nauky o bioelektřině. Jeho práce vzbudila všeobecnou pozornost. Na tuto práci navázal i profesor přírodní filozofie na gymnáziu v rodném Como, a poté na univerzitách v Pavii a v Padově, ALESSANDRO GUISEPPE ANTONIO ANASTASIO VOLTA (1745—1827). Záhy však Galvaniho interpretaci kategoricky odmítl a vytvořil ryze fyzikální „kontaktní teorii" zmíněných jevů. Podle ní vzniká napětí mezi kovy již při jejich kontaktu a mnohonásobně se zvětší jednak vložením elektrolytu mezi ně, čímž vznikne galvanický článek, jednak sériovým spojením těchto galvanic- kých článků. Voltová teorie triumfovala, když její autor skutečně sestrojil galvanickou baterii nazvanou Voltův sloup; její články jsou tvořeny zinkovými a měděnými kotoučky, oddělenými suknem navlhčeným slanou nebo okyselenou vodou. Svůj epochální vynález tohoto prvního relativně trvalého zdroje proudu Volta publikoval ve formě dopisu prezidentovi Královské společnosti (1800). Je však třeba říci, že v Anglii nebyl tento objev zcela nový, neboť např. ve Fawlerových Pokusech z r. 1793 je Robinsonův dodatek, v němž se popisuje série zinkových kroužků a měděných šilinků, jež po navlhčení působí na jazyk velmi nepříjemně. Nicméně Volta jako první sestrojil vhodný článek, prokázal jeho teoretický i praktický význam a vyslovil pro něj první přijatelnou teorii; tím vyvolal pozornost nejen odborníků, které inspiroval k objevům dalším, ale i vládních míst, zejména Napoleona. Osobně byl Volta po celý život na výsluní štěstí a slávy. Učinil ještě řadu dalších objevů, zejména objevil elektrofor, jímž bylo možno získat bez tření libovolně velký náboj, zkonstruoval nezávisle na Richmannovi stéblový elektroskop, seřadil správně kovy v posloupnost podle velikosti kontaktních potenciálů [Voltová řada) aj. K Francouzům, kteří obsadili jeho vlast, projevil plnou loajalitu; proto nic nevadilo, že svůj objev publikoval v nepřátelské Anglii, a když měl jít do penze, zakročil sám Napoleon prohlášením, že „generál neodchází z pole", a ponechal ho na univerzitě bez povinnosti přednášet; Volta zemřel v 82 letech. Později se ukázalo, že Voltův článek je pouze jedním z tzv. nevratných článků, neboť vodík vznikající při rozkladu vody obaluje v podobě bublinek měděnou katodu; zinková elektroda se zase rozpouští. Problém depo-larizace vyřešil londýnský profesor chemie J. Danieli (1836). O stabilizaci článků pomocí depolarizátorů se dále postarali němečtí badatelé Bunsen a Meidinger (1859). Další úpravy se pojí se jménem Leclanchéovým, Groveovým, Wheatstoneovým aj. Na rozdíl od této kategorie „primárních článků" se polarizace naopak využívá v „sekundárních článcích" čili v akumulátorech. Jejich název i úprava olověného akumulátoru pochází od G. Plantéa (1859) — ač první 167 168 pozorovaní tohoto principu pochází již od mníchovského fyzika Rittera [1803]. C. Faurerovi se zase podařilo zdokonalit nabíjecí proces (1881) a další, alkalický akumulátor, sestrojil THOMAS ALVA EDISON (1847—1931). Jiný princip zdrojů stejnosměrného proudu objevil r. 1821 německý lékař a fyzik THOMAS JOHANN SEEBECK v termoelektrickém jevu; první článek skutečně fungující na tomto principu sestrojil GEORG SIMON OHM. Použil mědi a vizmutu, přičemž jeden spoj těchto kovů ponořil do vařící vody a druhý do tajícího sněhu, a získal tak slabý termoelektrický proud. Po třinácti letech se podařilo najít také reciproký jev k jevu termoelektrickému; Francouz Ch. Peltier zavedl z vnějška proud do termočlánku a mezi spoji zjistil teplotní rozdíl, v r. 1856 Kelvin dokonce zjistil, že proud může vznikat i v jediném vodiči při rozdílu teplot mezi jeho různými místy. Všechny zmíněné jevy (kromě Kelvinova) našly bezpočet aplikací v metrologii i v technické praxi; nicméně nej-důležitějším zdrojem proudu zůstaly galvanické články. K dalšímu rozvoji elektrodynamiky a celé fyziky vedly objevy nejrůznějších účinků proudu, jež navíc umožnily nalézt zákony platící pro elektrický proud, což se obojí stalo základem nečekaného rozvoje elektrotechniky. Zprvu se zkoumaly účinky fyziologické; záhy se však ukázalo, že důležitější jsou účinky chemické, úzce související jak s galvanickými články, tak s účinky fyziologickými, a že nejdůležitější jsou účinky tepelné a magnetické. Z chemických účinků proudu je nejzákladnější elektrolýza. První zmínka o rozkladu látek elektrickým proudem je z r. 1789, kdy P. van Troostwyk a Deimann pozorovali rozklad vody mezi blízkými konci drátů do ní ponořených a připojených k nabitému kondenzátom. Podobná pozorování učinil i proslulý přírodověc A. von Humboldt; studoval vznik bublinek plynu na stříbrné elektrodě, oddělené od zinkové elektrody vrstvou okyse-lené vody (1797). Vylučování mědi na katodě objevili nezávisle na sobě r. 1801 Ritter a Wollaston; zdrojem proudu jim byl stále ještě kondenzátor, roztokem modrá skalice. Zásadní význam pozorovaných jevů si plně uvědomili v Anglii fyziológ Carlisle a inženýr Nicholson: zavedli do vody proud z galvanického článku platinovými elek- trodami a rozložili ji ve vodík a kyslík (1810); bylo tedy zřejmé, že voda je látkou složenou. Základní význam této metody pro chemii jasně pochopil HUMPHRY DAVY. Pomocí mohutné baterie o 2000 galvanických článcích provedl nejen elektrolýzu řady látek, přičemž objevil draslík a sodík, ale také uskutečnil elektrický oblouk. Bývá považován za zakladatele elektrochemie, neboť zmíněné výzkumy prováděl dlouhodobě a soustavně; již jako 251etý byl členem londýnské Královské společnosti a patřil k nejlepším popularizátorům vědy v Anglii. Jeho obliba byla tak veliká, že když byl nemocen, šlechtičny sledovaly jeho teplotu pomocí velkého modelu teploměru umístěného na náměstí. O výklad elektrolytických dějů se sice pokusil již Ch. von Grotthuss (1805), avšak vývoj elektrochemie v tomto období dovršil až r. 1833 geniální M. Faraday. Jeho dva zákony elektrolýzy se staly teoretickým základem elektrochemie a výchozím bodem pro hypotézu o diskrétním, atomárním charakteru elektrického náboje. Přitom Faradayovy zákony patří k nejpřesnějším fyzikálním zákonům vůbec a umožňují velmi přesně měřit elektrický náboj a proud. Starší definice jednotky proudu vycházela právě z Faradayova zákona. Od Faradaye také pochází terminologie (zejména termíny elektroda, katoda, anoda, elektrolyt, vodiče první a druhé třídy atd.); dokud se ve fyzice jeho termíny nevžily, všechny úvahy v této oblasti tonuly v nejasnosti. Ještě větší význam však měly základní objevy v oblasti elektromagne-tioké interakce a elektřiny. V souvislosti s nimi si nyní všimneme také osobností objevitelů. Sérii objevů o vzájemné souvislosti jevů elektrických a magnetických zahájil v r. 1820 dánský fyzik HANS CHRISTIAN OERSTED (1777—1851). Byl synem lékárníka v ostrovním městečku Rudkoebing; od dětství pomáhal v lékárně a oblíbil sí chemii. Poté vystudoval medicínu a fyziku a proslavil se i ve filozofii a estetice. Několik let cestoval po evropských univerzitách a po návratu se stal profesorem fyziky a chemie v Kodani. Ač k jeho stěžejním zásadám vždy patřilo přesvědčení o vzájemné souvislosti všech přírodních jevů, přesto na svých přednáškách často demonstroval, že jevy elektric- 169 170 ké a magnetické spolu nesouvisí, a to tak, že nad magnetkou držel ve směru k ní kolmém vodič protékaný proudem; byl proto jednou překvapen, když shledal, že magnetka postavená rovnoběžně s vodičem se při průchodu vychyluje. Když zjistil, že jev není způsoben ve vodiči vyvinutým teplem, ale elektrickým proudem, který vodičem procházel, publikoval svůj objev (1820) v latinském spise, který rozeslal všem vědeckým autoritám. Na jeho práci přečtenou také ve Francouzské akademii okamžitě navázali Ampěre, Biot a Savart, kteří objevili zákony interakce magnetů a proudů a matematicky je formulovali. Na základě účinků elektrického proudu na magnetku byly záhy sestrojeny také první am-pérmetry Poggendorffem v Berlíně a Schweiggerem v Halle. Bez těchto přístrojů by asi Ohm neobjevil svůj zákon pro elektrické obvody. Konečně bylo také možno měřit intenzitu magnetického pole; její jednotka byla nazvána oersted. Oersted se neproslavil jen zmíněným nahodilým objevem. Objevil např. také piperidin, připravil kovový hliník a podal důkaz, že kyselost a zása-ditost látek je podmíněna elektrickými náboji částic v roztocích, čímž se dokázalo, že chemické vlastnosti látek jsou podmíněny jejich elektrickými parametry. Oersted jako první také prozkoumal stlačitelnost kapalin pomocí svého piezometru; do té doby panovalo přesvědčení, že kapaliny jsou nestlačitelné. Vlast si ho vážila natolik, že od těch dob Dánsko dává vždy svému nejvýznamnějšímu muži do užívání celý zámek; komfortu se však již Oersted nedočkal, neboť zemřel těsně před nastěhováním. Oerstedem objevené vztahy byly jen kvalitativní. Kvantitativní vztahy pro intenzitu magnetického pole v okolí vodiče protékaného elektrickým proudem nalezli Biot, Savart a Lapiace. Takřka na počkání vypracoval však celou teorii interakce magnetů a proudů i interakce proudů navzájem geniální francouzský matematik a fyzik ADRIEN-MARIE AMPĚRE (1775—1836). Na rozdíl od většiny fyziků považoval za primární jev nikoli interakci magnetu a elektrického proudu, ale interakci proudovodičů, přičemž magnetismus považoval jen za druhořadý efekt provázející pohyb elektřiny. Také jeho pojetí elektrického proudu jako pohybujícího se náboje učinilo konečně jasno v základních pojmech elektrodynamiky. Jeho zákon o interakci vodičů protékaných elektrickým proudem se stal základem jak celé předmaxwellovské čili ampérovské elektrodynamiky, tak dnešní definice jednotky elektrického proudu. Odlišná pojetí různých fyziků ovšem vedla k polemikám, zejména s Aragem. Matematickou erudicí však Ampěre předčil všechny své současníky i odpůrce. Bylo mu rovněž jasné, že skalární formule tehdejší fyziky, včetně jeho vlastního vzorce, vystihují jen velikost, nikoli však směr sil; proto také jako prvý formuloval kvalitativní pravidla pro směr příslušných sil, zejména tzv. pravidlo plavce, jež později Maxwell nahradil pravidlem pravé ruky známým ze škol jako Ampěrovo pravidlo pravé ruky. V r. 1822 sestrojil Ampěre také solenoid, tj. cívku protékanou proudem, a dokázal, že její magnetické pole je ekvivalentní poli tyčového magnetu. Vyslovil rovněž hypotézu o existenci molekulárních proudů podmiňujících magnetismus permanentních magnetů a hypotézu o existenci zemského elektrického proudu podmiňujícího zemský magnetismus. Život Ampěrův nebyl šťastný. Měl mimořádné matematické a jazykové nadání (ve třinácti letech prý znal základy třinácti jazyků, ve čtrnácti přečetl francouzskou Encyklopedii}. V r. 1793 však prožil hluboký otřes, když byl jeho otec v Lyonu gilotinován; více než rok pak sedával bez hnutí a rozděloval hromádku písku postupně na poloviny. Později se to promítlo do proslulé klasifikace věd, které třídil přísně dichotomicky, a neváhal označit prázdná místa své soustavy věd vlastními termíny; tak vznikl například i název kybernetika. Z duševního otřesu se vzpamatoval teprve studiem Rousseauových botanických prací. Poté se jeho zájem přesunul na matematiku; za výsledky v oblasti diferenciálních rovnic byl přijat do Francouzské akademie (1814) a posléze skvěle matematicky připraven přešel k problémům fyzikálním, jimž se věnoval dvacet let. V teorii elektrických jevů udával tón až do dob Maxwellových. Před koncem této epochy se pokusil německý fyzik WILHELM WEBER založit elektrodynamiku na zobecně- 171 172 ném zákoně Coulombově. Zatímco Ampěre považoval za základní jev interakci mezi proudovodiči, Weber hledal zákon interakce mezi elektrickými náboji v pohybu. Svůj vzorec aplikoval také na svůj planetární model atomu (1871), jenž je prvním pokusem tohoto druhu, předcházejícím Bohrovu teorii o 42 let. Na problém vystihnout magnetické účinky proudu jednoduchými vzorci se zaměřili francouzští fyzikové Biot, Savart a Lapiace a na obecnou teorii potenciálu anglický matematik Green. Otázku, jak zesílit magnetické účinky solenoidů, jednoduše vyřešili Arago a Gay-Lussac ve Francii a Sturgeon (1826) v Anglii; do dutiny solenoidu vložili železo, čímž nejen získali elektromagnet, ale i metodu, jak vyrábět permanentní magnety. Teprve po těchto objevech a zkušenostech byla plně pochopena stará pozorování námořníků — že po úderu blesku do lodi nebo do blízkosti lodi se železné předměty (příbory) zmagnetizují, magnetky ztrácejí magnetismus apod., čili že jevy odkazované kdysi do říše bájí mají reálný fyzikální podklad. Ňa nejzákladnější objev z oblasti vztahů mezi elektřinou a magnetismem však ještě museli evropští akademikové čekat do doby, než kovářův syn Faraday zanechá knihařského řemesla a stane se fyzikem. MICHAEL FARADAY (1791—1867) pocházel z chudé rodiny, která mu sice nemohla poskytnout ani celé elementární vzdělání, naučila ho však mimořádně svědomitému vztahu k práci a k životu. Od 13 let byl roznašečem novin a knih, poté knihařským učněm a tovaryšem, který v noci pilně čte to, co během dne svazuje a roznáší. V 19 letech se se starším bratrem složil na šilinkové vstupenky oa přednášky profesora Tatuma a poté dostal od zákazníka darem vstupenky na přednášky Davyho. Vyjadřovat se o vědeckých otázkách se naučil při reprodukci látky svým kolegům, proletárskym učňům. Knihařské umění uplatnil rozhodujícím způsobem jen jednou v životě — když obdivovanému Davymu dal krásně svázané přednášky, jež od něho slyšel. Je přijat do Královského institutu, z něhož udělali Young a Davy něco mnohem významnějšího než soukromý vzdělávací ústav pro veřejnost. V březnu 1813 přichází Faraday do ústavu, „aby čistil láhve a zkumavky, případně dělal 1 něco lepšího" — za 25 šilinků týdně. Poté provází jako sluha Davyho na jeho cestě po evropských univerzitách; jejich cestě věnuje pozornost i Napoleon. Po návratu do Anglie .ve dne pracuje a v noci studuje vše, co se dosud v ústavě vytvořilo. Od r. 1820 má již také samostatné přednášky, proslavuje se svými objevy v chemii, je přijat do Královské společnosti (proti hlasuje jen Davy), skvěle přednáší, a když je konečně již členem 68 akademií věd, musí i Davy konstatovat, že jeho největším objevem byl právě Faraday. Mimo laboratoř žije Faraday prostým, až dětinským životem a jediným jeho majetkem je dům, který dostal od královny. Faraday je velký originální myslitel, filozof experimentu, ale i samouk bez matematického vzdělání — díky čemuž je nezávislý na stávajících fyzikálních teoriích, které právě v elektrodynamice vedly vesměs na scestí. Faraday podstatně obohatil fyziku, chemii i techniku. Elektrodynamika mu děkuje za objev elektromagnetické indukce (1831), za zákony elektrolýzy, za objev diamag-netismu a magnetooptického Faradayova jevu, za zajištění závislosti kapacity kondenzátoru na dielektriku mezi deskami, za konstrukci Faradayovy klece i za princip transformátoru a elektromotoru. Ještě větší jsou jeho zásluhy v chemii a v metalurgii; pro dějiny vědy a psychologii vědecké práce jsou významné jeho zápisky o motivech, průběhu a výsledcích jeho četných výzkumů. Také v domácnostech našich předků dlouho sloužil při osvětlení petrolejovými lampami Faradayův skleněný cylindr. Vedoucí úlohu ve Faradayově fyzikální tvorbě měly dvě ideje: idea o jednotě všech sil a jevů v přírodě a idea o existenci elektrického a magnetického pole jako reálné entity šířící se konečnou rychlostí v prostoru. První idea přinesla v r. 1833 pokusné důkazy, že účinky chemické, tepelné, mechanické, magnetické, světelné i fyziologické jsou stejné u elektřiny třecí, statické, galvanické, čili že elektřina je jen jednoho druhu a že pozorované rozdíly jsou jen kvantitativními rozdíly zdrojů v napětí, proudu a trvání výbojů. Druhá idea (o existenci pole) vedla Faradaye k přesvědčení, že mflže-li elektrický 173 174 proud vyvolat magnetické účinky, pak také magnetickým polem by se měl nějak vyvolat elektrický proud. Provedeni důkazu trvalo sice několik let, naplněných marným hledáním, ale nakonec r. 1831 při experimentování s pratypem dnešního transformátoru zpozoroval Faraday proud v sekundární cívce při zapínání a vypínání proudu v primární cívce. Vzápětí Faraday a Henry studovali také vlastní indukci vodičů, až posléze r. 1833 v Rusku působící H. F. E. Lenz shrnul všechny případy elektromagnetické indukce do jediného obecného pravidla. Metoda generace proudu změnou magnetického toku procházejícího vodičem se stala základem jak generátorů elektrického proudu, tak transformátorů, ale i celé bezdrátové sdělovací techniky. Poté na několik let Faraday vážně onemocněl a v r. 1845 ještě objevil jev stáčení roviny lineárně polarizovaného světla v látkách umístěných v podélném magnetickém poli; tím poprvé v historii dokázal souvislost jevů světelných a magnetických. Tento tzv. Faradayův jev však došel uplatnění až v době mnohem pozdější a obdobně i jeho objev dia-magnetismu zatím zapadl jako „předčasný". Je však třeba říci, že Faradayovy objevy byly chápány většinou badatelů jen jako objevy experimentální — a proto také vývoj teorie elektřiny šel v tomto období ještě stále vyšlapanou cestou, přičemž byla ignorována nebo přímo popírána Faradayova idea reálného, tj. materiálního elektrického a magnetického pole. Za základní problém pokládala tehdejší mechanistická fyzika formulaci oo nejobecnějších zákonů interakce nábojů v matematické formě, a to zákonů opírajících se o koncepci okamžitého působení na dálku, pro niž ovšem mezilehlý prostor mezi interagujícími tělesy, čili Faradayovo pole, nehrálo žádnou roli. Na „Faradayovu víru" se z velkých teoretiků obrátil teprve Maxwell. Předtím však byly ještě prozkoumány další účinky elektrického proudu. Skutečnost, že elektrický proud má také účinky pon-deromotorické [pohybové), čili že způsobuje pohyb prou-dovodičů a magnetů, dávala tušit, že bude možno sestrojit elektromotor. Šlo „jen" o nalezení jeho vhodné konstrukce a o vynález výkonného zdroje proudu; druhou podmínku splnily generátory na principu elektromagne- tické indukce. Jakýmsi jednoduchým předchůdcem elektromotoru bylo Barlowovo kolečko (1820). Další vývoj elektromotorů a generátorů patří však spíše do dějin techniky. Poměrně pozdě byly prozkoumány nejnápadnější a nejdéle známé účinky elektrického proudu, tj. účinky tepelné a s nimi související účinky světelné. Joule {1841] a nezávisle na něm petrohradský akademik Lenz (1842) odvodili zákon pro množství tepla vyvinuté při průchodu proudu vodičem. Přesnou formulaci zákona umožnily teprve znalosti zákonů elektrického proudu, objevené Ohmem (1826) a Kirchhoffem (1841). První podmínkou, bez níž by nebyla formulace těchto zákonů vůbec možná, byla jasná definice proudu (Ampěre), napětí (Volta) a odporu (Ohm), stejně jako vybavení laboratoří základními přístroji (ampérmetry a voltmetry). Historie Ohmová zákona není však nijak jednoduchá: k řešení problému vztahu mezi napětím a elektrickým proudem ve vodiči inspirovala Ohma Fourierova teorie vedení tepla. Ohm sám vyšel z mylné mechanické analogie proudu, což se naštěstí na výsledku neprojevilo. Zastáncům fluidové teorie elektřiny se však ani tento výsledek nezdál přijatelný. Například náš profesor Petřina zeširoka vyvracel „omyly Němce Ohma" a v Anglii ještě po Max-wellovi je zřízena r. 1876 zvláštní vědecká komise, aby posoudila Ohmovu formuli. Závislost odporu vodiče na délce a průřezu však zjistil již před Ohmem Davy; shrnout tyto Ohmový výsledky i starší poznatky do jediné formule umožnilo teprve zavedení vhodných pojmů a jejich přiléhavé pojmenování. Je málo oblastí vědy, kde nevhodná starší terminologie způsobila tak velkou retardaci. Všemi uvedenými objevy byly vyměřeny pouze obrysy budovy elektrodynamiky, v níž předmaxwellovská elektrodynamika představuje rozsáhlé přízemí, které postupně do posledního místa zaplnili svými objevy teoretikové (Neumann, Kelvin, Weber), objevitelé nových jevů a měrných metod (Kohlrausch, Wheatstone, Henry, Foucault aj.), konstruktéři elektrických měřicích přístrojů (Nobili, Deprěz, Kohlrausch aj.) a vynálezci různých technických zařízení. Do poslední skupiny patří vynálezy telegrafu, 175 176 dále osvětlovací technika (žárovky a obloukovky), zdroje proudu (zejména alternátory, dynama a nové galvanické články), motory a transformátory, stejně jako různá zařízení pro potřeby elektrochemie. Bylo však zřejmé, že elektrodynamika není záležitostí jen ustálených proudů. Popis složitějších jevů však činil fyzikům zásadní potíže; ty úspěšně překonal a stavbu dalšího patra elektrodynamiky zahájil Maxwell, zakladatel klasické elektrodynamiky. ROZVOJ KLASICKÉ ELEKTRODYNAMIKY V prvé polovině 19. stol. zůstal Faraday-teoretik zcela nepochopen; teprve ve druhé polovině století dochází k dalšímu rozvoji jeho idejí a formálně matematického dovršení v pracích Maxwella, Hertze a Lorentze. JAMES CLERK MAXWELL (1831—1879J pocházel ze staré šlechtické rodiny Clerků. Otec John, statkář, umělec, cestovatel — a podivín, přijal jméno Maxwell. Záhy ovdověl a staral se o chlapce sám: sjednal mu soukromé učitele, kterých se však James bál; nechával ho mezi nejchudšími dětmi, ale přitom ho výstředně oblékal, takže chlapec se jako terč vtipů dostal do izolace a zůstal 1 později samotářem; otec mu však také daroval dalekohled, který probudil Maxwellův zájem o exaktní vědy. Již na střední škole vynikal zejména ve starých jazycích a v historii. Osobně však byl tento revolucionář vědy velmi konzervativní. Zájem o historii ho vedl ke studiu nepublikovaných prací Cavendishových i rozsáhlých prací Faradayových. Odtud načerpal podněty ke své elektrodynamice. Byl postupně profesorem na několika anglických univerzitách; přednášíval zdarma o vědě i v dělnických kroužcích a pochvaloval si, že prostý lid má větší zájem o vědu než vysokoškolští studenti. Na druhé straně však Maxwell bojoval proti Darwinovi a nebyl dalek náboženského fanatismu; nicméně ve vědeckých otázkách stál pevně na pozicích materialismu. Na jeho kariéře je zajímavé to, že učitelská činnost byla pro něj něčím druhotným; nepřijal místo rektora na univerzitě v Saint-Andrews, ochotně však působil v Cambridge jako profesor a zároveň jako ředitel Cavendishovy laboratoře. Tam byl přijat jako čtyřicetiletý poté, kdy tuto funkci odmítli W. Thomson a Helmholtz. Záhy vybudoval v Cambridge špičkové fyzikální pracoviště, první toho druhu, vydal práce Cavendishovy a v r. 1873 byla také hotova konečná podoba jeho dvojdílného traktátu o elektřině a magnetismu, který změnil elektrodynamiku. Maxwell zobecnil Faradayovy ideje a ve formě čtyř rovnic ukázal neoddělitelnost a vzájemnou podmíněnost jevů elektrických a magnetických; postuloval existenci nového typu elektrického proudu (existuje nejen vodivý proud v kovech, ale také posuvný proud v dielektriku) a ze svých rovnic odvodil, že i v prázdném prostoru mohou existovat a šířit se elektromagnetické vlny. Jeho teorie umožnila vypočítat všechny podrobnosti tohoto šíření, včetně rychlosti, jež k údivu jeho i jiných fyziků je rovna rychlosti světla. Teoreticky předpovězené elektromagnetické vlny jsou příčné ke směru šíření; v okamžiku, kdy je ztotožnil se světlem, zmizela teoretická hranice mezi elektrodynamikou a optikou, přičemž optické jevy dostávají poprvé smysluplný a bezesporný teoretický podklad. Navíc oproti dosavadní optice jeho teorie dokonce ukazuje, že elektromagnetické vlnění přenáší energii, hybnost a moment hybnosti, podobně jako hmotné částice. To již naznačuje, že propast mezi fyzikou hmoty a fyzikou pole (éteru) není tak absolutní, jak se vždy myslelo. Od dob Newtonových a Galileiových nebylo většího převratu v dějinách fyzikální vědy. Ani sám Maxwell si nevěděl rady s důsledky své teorie. Marně vymýšlel mechanické modely procesu šíření svých zatím hypotetických vln, neboť ve shodě s Helm-holtzovým a Kelvinovým názorem věřil, že „cílem vědy je rozplynout se v mechanice". Nakonec poznal, že fyzika se musí vzdát mechanických modelů a principu mechanické, konkrétní názornosti. Samozřejmě, že většina autorit přijala jeho výsledky negativně — už proto, že neměl čas podat jejich experimentální důkazy; zemřel totiž v 48 letech, a to právě v roce, kdy se narodil jeho kongeniální pokračovatel Einstein; podobnou následnosť nacházíme např. i mezi Galileim a Newtonem. I když anglické autority neuznaly výsledky tohoto skot- 177 178 ského badatele, na kontinentě sé jevily Maxwellovy závěry jako natolik znepokojující, že Německá akademie věd vypsala r. 1879 cenu za experimentální ověření Maxwellovy teorie. Zvítězil mladý Helmholtzův asistent na berlínské univerzitě, hamburský rodák HEINRICH RUDOLF HERTZ; ač zemřel jako 371etý, stačil za osm let své vědecké dráhy dokázat, že šíření elektromagnetických vln vyhovuje zákonům optiky a Maxwellovy teorie, jíž dal dokonce matematicky vhodnější podobu. Předtím ovšem sám musel vynalézt zdroje a přijímače těchto vln i příslušnou měřicí techniku. Dokázal, že každý elektrický výboj je provázen těmito vlnami a demonstroval dokonce stojaté elektromagnetické vlny o délce zhruba 60 cm. Je zajímavé, že elektromagnetickým vlnám Hertz žádný praktický význam nepřipisoval. Opak však dokázali vzápětí objevitelé bezdrátové telegrafie Popov, Tesla a Marconi. Pří četných opakováních a variantách Hert-zových pokusů se rozšířila škála vlnových délek těchto vln a získaly se nové poznatky fyzikální, jež vyústily v aplikace nesmírného praktického významu. Tímto okamžikem také začínají dějiny radiotechniky a jejích četných odvětví. Maxwellova teorie sice dokonale popisovala vlastnosti elektromagnetického pole, nikoli však elektromagnetické vlastnosti látek. Pojem elektrického náboje odsunula do pozadí a neskýtala ani možnost popsat vztahy mezi polem a strukturou látky. A právě v tomto směru doplnil Maxwellovu teorii velký holandský fyzik Lorentz ve své elektronové teorii, kterou vrcholí celá klasická elektrodynamika. Na rozdíl od kontinuální teorie Maxwellovy respektuje Loremtz atomismus látky; mluvila pro něj Loschmid-tova měření počtu molekul v látce, koncepce atomismu elektrického náboje, jejímž autorem je irský fyzik G. Sto-ney (1874), (ten také zavedl název elektron pro elementární elektrický náboj) a Helmholtzův názor, že elektřina je univerzální vlastnost každé látky. Toto pojetí potvrzovaly všechny zkušenosti chemické i zkušenosti s výboji v plynech. Formulovat matematickou teorii, která by respektovala všechny tyto skutečnosti, včetně statistických vlastností souborů molekul v látkách, nebylo však jednoduché. Když se to Lorentzovi podařilo, zdálo se, že vývoj fyziky je dovršen a uzavřen, že fyzika je vědou, která již nemá před sebou principiálních problémů, a že vlastně nestojí za to se jí vůbec věnovat. Teorie disperze světla, teorie Zeemanova jevu (tj. rozštěpení spektrálních čar látek umístěných v silném magnetickém poli), odhalení vztahů mezi indexem lomu a pola-rizovatelností molekul látky a výklad Faradayova jevu, který vzdoroval teoretikům půl století, to jsou příklady úspěchů této geniální teorie; k dalším patřila teorie elektrické vodivosti látek. Zakladatel elektronové teorie HENDRIK ANTOON LORENTZ (1853—1928) studoval na univerzitě v Leidenu, kde ve 22 letech obhájil disertační práci s takovým úspěchem, že již za tři roky na to byla pro něj zřízena nová katedra teoretické fyziky. Šlo o práci týkající se odrazu a lomu světla z hlediska Maxwellovy teorie, jež předznamenala jeho celoživotní zaměření. Na rozdíl od Max-wella však záhy dospěl k názoru, že k popisu elektrických, magnetických a optických jevů samotná koncepce pole nestačí, ale že je třeba přihlížet i k elektrickým vlastnostem látky, tvořené „atomy kladné a záporné elektřiny" — tj. k elektronům. Triumfy nové koncepce, o nichž byla zmínka, nedaly na sebe dlouho čekat. V práci z r. 1892 je dán nový obsah Maxwellovým rovnicím, přičemž vektory elektrického posunutí a magnetické indukce mají mikroskopický, statistický význam. A k těmto Maxwellovým-Lorentzovým rovnicím přistupuje nový fundamentální vztah pro tzv. Lorentzovu sílu, které podléhá elektrický náboj v elektromagnetickém poli. Samotný tento vztah má četné významné aplikace — např. při výkladu Hallova jevu i při výpočtu pohybu částic, např. v urychlovačích. Lorentz však také odvodil vztahy, jež se staly základem speciální teorie relativity. Tento muž však dokončil velké práce i z oblasti hydrodynamiky, které přispěly k řešení životního problému jeho vlasti — vysušování pobřežních oblastí. Všímal si rovněž sociálních aspektů vědy a patřil k zakladatelům Ligy národů pro mezinárodní spolupráci a dalších společností majících ve štítu mírové poslání vědy. Byl rovněž předsedou solvayských konferencí vědců. Jeho cha- 179 180 rakter ilustruje např. i to, že se vzdal katedry fyziky ve prospěch P. Ehrenfesta, který po příchodu z Petrohradu (1912) nenašel nikde jinde v Evropě místo. Lorentzovou elektronovou teorií a statistickou interpretací makroskopických veličin vrcholí klasická elektrodynamika; Lorentzovy transformace spojující navzájem vztažné soustavy, vůči nimž se nemění tvar Max-wellových-Lorentzových rovnic, jsou již předzvěstí speciální teorie relativity. Také optickým konstantám látek dává Lorentzova teorie hlubší význam, takže elektrodynamika a optika se stávají jedinou, neoddělitelnou vědou. V této době však již má optika za sebou tisíciletý zajímavý vývoj, během něhož se nahromadila řada poznatků, na nichž nemusela nová teorie nic měnit; přešly proto i do klasické, tj. předkvantové optiky. VZNIK A VÝVOJ KLASICKÉ OPTIKY I když světlo patří k nejběžnějším jevům v přírodě, přesto se o jeho vlastnostech vědělo až do začátku 17. stol. jen málo a o jeho podstatě se před Maxwellem nevědělo vůbec nic. Klasické období teoretické optiky můžeme datovat až od r. 1873, kdy je známa Maxwellova elektromagnetická teorie světla, avšak klasické období experimentální optiky již od zveřejnění zákona lomu světla r. 1637. Kolem tohoto data se kupí další významné objevy a vynálezy: Snell podává experimentální důkaz zákona lomu světla, dále byly vynalezeny mikroskopy a několik typů dalekohledů a konečně vešly ve známost optické objevy Keplerovy. Přitom však již před r. 1637 existovaly poznatky, které pocházejí z dob mnohem starších a které mají trvalý význam a patří proto také do zlatého fondu klasické experimentální optiky. Jsou to zejména zákony geometrické optiky týkající se zrcadel, tvořící základ katoptriky, a zákon přímočarého šíření světla i s důsledky z těchto zákonů vyplývající. V této kapitole si proto musíme všimnout krátce i těchto starších neměnných poznatků z „předklasického období" a dotknout se různých provizorních teorií s nimi souvisejících. Členění vývoje optiky je tedy vcelku jednoduché. 1. Od dob alexandrijského Múseionu do počátku 17. stol. existovala z celé optiky téměř jen katoptrika, tj. nauka o zobrazení zrcadly, a jen málo se vědělo z dioptriky, tj. z nauky o zobrazení čočkami. Ostatně nauka o čočkách ani nemohla být vědecky zpracována, neboť dosud nebyl znám zákon lomu světla. Mohli bychom tedy o této epoše mluvit jako o „staré optice". 2. Epocha „předklasická" začíná kolem r. 1600, kdy se začíná rozvíjet dioptrika a kdy se objevují dvě mechanické teorie procesu šíření světla — teorie emanační a konkurenční teorie undulační. Do prvních desetiletí 19. stol. převládá teorie prvá (Newtonova), poté se zásluhou Youngovou a Fresnelovou situace obrací. 3. Klasická optika se rozvíjí od dob Maxwellových dodnes. 4. Kvantová optika začíná Planckovým objevem světelného kvanta (1900); po vynálezu laseru (1960) se rozvíjí obzvlášť intenzívně po stránce experimentální i teoretické. STARÁ OPTIKA Od nepaměti je známo, že se světlo šíří přímočaře. Alexandrijští matematici dokonce ztotožnili pojem přímky s paprskem, což ostatně v terminologii přežívá dodnes, když mluvíme v geometrii o „paprscích", o svazcích „paprsků" apod. Optika kdysi nebyla částí fyziky, ale geometrie! Tato okolnost však sehrála určitou pozitivní roli, neboť geometrie vždy zůstala složkou kvad-rivia a byla tedy předmětem studia jak ve starověku, tak ve středověku na artistických fakultách. Každý bakalář tedy slyšel také něco z optiky. Eukleidés ve 3. stol. př. n. 1. formuloval zákon odrazu světla a poznal rovněž, že úhel odrazu nezávisí na barvě, čili že při odrazu nedochází k disperzi světla. Katoptrika Heróna z Alexandrie z r. 125 př. n. 1. je zase pozoruhodná tím, že shrnuje oba zákony (tj. zákon přímočarého šíření světla a zákon odrazu) v princip nejkratší dráhy paprsku. 181 182 Lom světla byl pozorován rovněž velmi dávno. Platón v Ústavě např. uvádí, že nestejná délka hole ve vodě a ve vzduchu je příkladem dokazujícím klamnost smyslového poznání. Ze spisů Platónových vůbec čiší pohrdání empirií, spojené s nelibostí nad snahami „snižovat matematiku z výše čistých idejí" na problémy empirické povahy. Tato teze byla pro vědu téměř osudná; řídili se jí Platonovi četní stoupenci, kteří tak zbavili fyziku i optiku dvou nejdůležitějších metod — metody matematické i experimentální. K čestným výjimkám, které tento názor nesdílely, patří Klaudios Ptolemaios; kolem r. 140 sestrojil dokonce přístroj na měření úhlů dopadu a lomu na rozhraní skla, vody a vzduchu. Mnohem důležitější než jeho výsledky byla však jeho metoda. Právě v tomto směru předešel Galileiho o 1500 let a byl tedy jedním z prvních „skutečných fyziků" v dějinách. Ač dobře znal z astronomie trigonometrii, přece jeho výsledky v optice byly nevalné. Naměřené hodnoty úhlů dopadu a lomu tabeloval — a je tedy z prvních badatelů ve fyzice, kteří vyjádřili funkční vztah v tabelární formě. Tím ovšem kumulace superlativů končí: refrakční tabulky poněkud upravil, aby se úhly lépe pamatovaly, a to podle kvadratické interpolační formule. Pouze pro malé úhly platí odtud vyčtena přímá úměrnost mezi úhlem dopadu a úhlem lomu, zvaná Ptolemaiův zákon. Je zarážející, že tyto výsledky byly tradovány půldruhého tisíciletí, tj. až do doby Keplerovy, který se ještě kolem r. 1610 marně snažil odvodit z nich zákon lomu světla. Přes usilovnou píli se jeho výsledky musely minout cíle, neboť převzal údaje Ptolemaiovy a sám potřebná měření neprovedl. Sama tato skutečnost charakterizuje celkovou atmosféru v tehdejším vědeckém světě, jež zůstala tolik věků téměř bez pohybu. Galileiho program experimentálně matematického výzkumu fyzických jevů tedy skutečně znamená i v optice zlom. Na odhalení zákona lomu však ani Galilei nestačil — neznal prý dobře trigonometrii. Pojem zobrazení vytvořil Eukleidés a zkoumal je na případu zrcadel. Rovinná zrcadla byla známa odedávna; Římané měli zrcadla skleněná i kovová, Archimedes snad měl i dutá zrcadla kulová a znal jejichi zápalný účinek. Plinius věděl, že skleněná koule naplněná vodou vytváří zvětšený obraz předmětu, a Seneca napsal, že paprsky se po odraze na dutém zrcadle sbíhají v ohnisku. Z různých teoretických názorů na podstatu světla, většinou dosti fantastických, nemohla převzít klasická fyzika nic ani z antiky, ani ze středověku. Ve středověku se však zvýšil zájem vzdělanců o optické problémy; vzniklo několik velkých traktátů s touto tematikou a rozšířily se zkušenosti z optiky. Na rozhraní 1. a 2. tisíciletí dosáhli pozoruhodných úspěchů Arabové. Mezi nimi vynikl Alhazen; ten jako první překonal Řeky v optice. Odmítl představu zrakových paprsků, která přežívala až do jeho věku, stejně jako učení Aristotelovo, a napsal samostatně pojatou nauku o světle. Říká v ní, že z každého bodu viděného tělesa vycházejí světelné paprsky, které vnikají zornicí do oka a v oční čočce vyvolávají obraz. V souvislosti s problematikou vidění však také jako první popsal elementárně anatomii oka, vysvětlil funkci temné komory a objasnil míchání barev. Znásobil geometrické vědomosti z ka-toptriky a objasnil některé jevy z atmosférické optiky; správně např. vysvětlil, proč se jeví Slunce a Měsíc u obzoru větší než u zenitu, vyvrátil Ptolemaiův zákon lomu (aniž však jej sám přesně formuloval) a vyslovil předpoklad o konečné rychlosti šíření světla. V západní Evropě se objevují koncem 13. stol. brýle, k jejichž vynálezcům se někdy počítá vedle Florenťana S. Armantiho také R. Bacon, který Jako první správně pochopil funkci oční čočky. Zdá se, že znal i dalekohled; alespoň o jeho možnosti píše velmi zřetelně. Vědomosti z optiky i s celým traktátem Alhazenovým a s refrakčními tabulkami Ptolemaiovými shrnuje Vitelliova desetidílná Optika (1270) — o tom jsme se již zmínili. Po delší stagnaci se nositeli pokroku stali tři renesanční badatelé: Leonardo da Vinci podal teorii vidění na základě analogie s temnou komorou, jakož i výklad prostorového vidění. Maurolycus studoval otvorovou (sférickou) vadu při lomu paprsku na skleněné kouli, rovnoběžné posunutí paprsků při jejich průchodu skleněnou planparalelní deskou a správně vyložil funkci oční čočky a brýlí. Připustit, že se na sítnici vytváří převrá- 183 184 cený obraiz, se mu však zdálo příliš smělé. Konečně GIAMBATTISTA DELLA PORTA z Neapole vyložil správně význam ohnisek zrcadel i čoček, obrazů skutečných a zdánlivých, přímých i převrácených. Temnou komoru zdokonalil tím, že do jejího otvoru vložil čočku. Dovedl promítat na stínítko obrazy pomocí čoček a učinil několik dalších optických vynálezů. Dalekohled a drobnohled však ještě neznal. Tento vynález je již prvním signálem nové epochy, předklasické optiky. PŘEDKLASICKA optika Již v tomto období, a nikoli snad až po Maxwellových teoriích, byly položeny základy experimentální a technické optiky. Je téměř jisté, že dalekohled i drobnohled sestrojili Holanďané — mikroskop Z. Jansen r. 1590 a dalekohled H. Lippershey kolem r. 1608. Ač se vládní místa snažila druhý vynález utajit, přesto se o něm dověděl již následujícího roku Galilei; dalekohled, a to dokonalejší, znovu sám sestrojil a použil jej poprvé také k pozorováním astronomickým. Objev čtyř měsíců Jupiterových, fází Venušiných, skvrn na Slunci a hor na Měsíci v první polovině 17. stol. měl mimořádný význam a sehrál v poznání „megasvěta" podobnou roli jako měly pro poznaní mikrosveta mikrobiologické objevy Leeuwenhoekovy ve druhé polovině 17. stol. Po těchto objevech, jež znásobily lidské vědění a přispěly ke změně celého světového názoru, bylo jistě znepokojující, že nebyl dosud znám zákon lomu světla, čili zákon, který je základním fyzikálním faktem, na němž je založena celá dioptrika a teorie optických přístrojů. Na formulaci zákona lomu ztroskotal dokonce Kepler, který však obohatil optiku obecnou formulací zákona obrácení světelného paprsku (po kolmém dopadů na zrcadlo se světlo u jakékoli optické soustavy vrací po téže trajektorii zpět). Navíc Kepler propracoval teorii optických přístrojů, optiku vidění a našel podmínky pro totální odraz světla (1611); téhož roku také navrhl nový astronomický dalekohled se spojným ob- jektivem. Dosavadní dalekohledy měly rozptylný okulár a velmi omezenou oblast použití. Keplerem navržený dalekohled však sestrojil až jeho rival Scheiner a pozoroval jím skvrny na Slunci, přičemž dokázal rotaci Slunce, kterou mohl pohodlně pozorovat poté, když dalekohled upravil k projekci na stěnu. Staré dalekohledy však měly velkou vadu: kontury obrazů byly zbarveny duhovými barvami a navíc byly neostré. Vyvstala tedy principiální otázka — jak odstranit, nebo alespoň snížit optické vady přístrojů; dodnes se zabývá řešením těchto problémů řada matematiků v optickém průmyslu. Tehdejší badatelé se však rozdělili na ty, kteří chtěli barevnou vadu odstranit úplně, a na ty, kteří se spokojili kompromisem, tj. snížením vady. Že bude nějaké kompromisní řešení možné, naznačovala skutečnost, že s rostoucí ohniskovou vzdáleností objektivu se barevná vada snižuje. Začaly se proto stavět dalekohledy nesmírně velkých rozměrů. Příčinou potíží byla disperze světla, kterou odhalil profesor lékařství na Karlově univerzitě, M. Marci (1648). Ve svém spise Thaumantias, shrnujícím jeho názory a vědomosti o duze a příbuzných otázkách, formuluje také svůj objev disperze světla a říká, že úhel lomu světla závisí na barvě světla, přičemž červený paprsek se láme nejméně, fialový nejvíce. Jeho spisy došly jen malé publicity; dnes se však již ve světě uznává, že Marci jako prvý jasně vyslovil názor, že světlo je vlnění. Newton za dvacet let nato začal s disperzí znovu tam, kde Marci skončil. Protože při odrazu světla k disperzi nedochází, nebudou mít zrcadlové dalekohledy barevnou vadu; to pochopil J. Gregory v Anglii a navrhl r. 1663 konstrukci zrcadlového dalekohledu. Ještě předtím, než byl takový dalekohled postaven, došlo k dávno očekávanému objevu zákona lomu světla, kolem něhož se vzápětí rozpoutala bouře polemik v celé učené Evropě; podnět k ní dal Descartes. R. Descartes po svých cestách světem se usadil v Lei-denu, kde r. 1637 vydal spis Dioptrice, obsahující nejen přesnou formulaci, ale také teoretické zdůvodnění zákona lomu světla. Místo vděku se však dočkal od vědeckých kolegů pravého opaku: Huygens prý u předčasně zemřelého Snella viděl kolem r. 1621 zákon lomu 185 186 vyjádřen pomocí funkcí kosekans. Na zakladatele diop-triky (Descarta) se tedy začalo pohlížet jako na plagiátora. W. Snell ovšem již promluvit nemohl, neboť byl 11 let mrtev; zákon lomu pravděpodobně odvodil experimentálně. Ještě větší nevoli vzbudila teoretická interpretace re-frakčního zákona. Descartes totiž při svém odvození vyšel z analog e mezi pohybem částice a světlem: světelná částice při průchodu rozhraním je jakoby jakousi blankou zbrzděna v kolmém směru k rozhraní, takže se změní kolmá složka její hybnosti, nikoli však složka tečná. A odtud již plyne zákon lomu. K této ideji se v podstatě přiklonil později i Newton. Zákon se stal nepopiratelným experimentálním faktem. Ozvali se však odpůrci zavrhující analogii mezi světlem a mechanickou částicí. Nevěděli sice dlouho, jak by sami odvodili Des-cartem jednoduše odvozený fakt, ale za nějaký čas se přece jen našlo řešení, a to dokonce dvojí: Huygens vyšel ze svého principu a z vlnového pojetí světla, Fermat zase zobecnil Herónův poznatek nejúspornější dráhy světelného paprsku v princip, který dnes nese jeho jméno, a pomocí svého variačního počtu odvodil odtud skutečnosti ještě daleko obecnější než Descartes. Od té doby až téměř do Maxwella se táhlo optikou trojí pojetí světla: geometrické, vlnové a korpuskulárni. Tehdejším myslitelům se zdálo, že platné může být jen jedno z nich (že tomu tak není, ukázala až kvantová teorie 20. stol.) a že za „definitivní" teorii může být prohlášeno jen pojetí podepřené dalšími pokusy. Do celé záležitosti zasáhl také Newton, který měl ještě další důvody ke zkoumání otázky o podstatě světla. Jako astronom dospěl k přesvědčení, že je nutné zdokonalit dalekohled. Descartes tvrdil, že nejasnost obrazu je zaviněna sférickým tvarem čoček a vypočetl tvar asférických ploch, při jejichž použití by měla být u čoček odstraněna „sférická vada". Když Newton vybrousil čočky podle tohoto návodu, shledal, že vada odstraněna není; pojal proto podezření, že příčina tkví v samé podstatě světla, a začal r. 1666 s pokusy se světlem; ještě téhož roku objevil znovu disperzi světla. Rozklad bílého světla po průchodu hranolem ukázal, že bílé světlo je složené. Newton rovněž provedl syntézu spektrálních barev — jednak pomocí rotující výseče, jejíž sektory jsou zbarveny sedmi spektrálními barvami, které ve spektru rozlišoval, jednak čočkou, která znovu spojila spektrální barvy-světla do jednoho bodu. Opět dostal barvu bílou. Tím ovšem byla vyvrácena aristotelská představa, podle níž je bílé světlo jednoduché a barevné světlo je směsí světla a tmy. Je zajímavé, že ještě Goethe proti tomuto Newtonovu názoru usilovně bojoval. Na rozdíl od Descarta, uznávajícího tři základní barvy, Newton rozlišuje sedm základních barev — ač mohl vidět, že barvy přecházejí spojitě jedna v druhou a že jejich počet je v podstatě nekonečný. Těžko je dnes rozhodnout, zda byl Newton barvoslepý, jak se někdy uvádí. Jisté je, že dospěl k závěru, že u čočkových dalekohledů je barevná vada ne-odstranitelná. Sestrojil proto dva exempláře dalekohledu zrcadlového; šlo o přístroj vlastní konstrukce, podobný návrhu Gregoryho. Nejobtížnější přitom bylo zhotovení vhodné slitiny pro zrcadlo objektivu; po mnoha pokusech, při nichž využil svých znalostí alchymických, byl nakonec úspěšný. Oba stroje daroval Královské společnosti, do níž byl za to přijat. Za jeho života byly učiněny ještě další objevy v optice. O. Römer změřil rychlost světla pomocí periodických zatmění Jupiterova měsíce Io (1675), F. M. Grimaldi objevil ohyb čili difrakci světla na úzkém otvoru a na břitu, stejně jako interferenci světla při průchodu dvěma otvory ve stínítku i dvěma štěrbinami, a tím prokázal, že intenzita světla vycházejícího ze dvou zdrojů se nejen zesiluje, ale někdy také zeslabuje. Jevy si vysvětlil tím, že světlo je vlnění, ale propracovanější teorii nepodal. V r. 1665 sice vyšlo jeho dílo Fyzika světla, barev a duhy, to však již byl dva roky mrtev. Uvádí se někdy, že měl dokonce první optickou mřížku; na kovovou desku opatřenou jemnými vrypy, kterou náhodou dostal, nechal dopadat sluneční světlo a na stěně pozoroval ohybový obrazec. Nezávisle na něm pozoroval ohyb světla v r. 1674 italský matematik francouzského původu C. Deschales. Velké překvapení způsobil další objev — zjištění, že v krystalech, zejména v islandském vápenci, se světlo láme nejen podle zákona lomu, ale že se 187 188 paprsek rozděluje, přičemž jeden z paprsků se tímto zákonem neřídí (tzv. paprsek mimořádný]. Objev učinil dánský fyzik E. Bartholinus r. 1657. Galileiho žák B. Ca-valieri zase formuloval čočkovou zobrazovací rovnici (1647) a Newton další rovnici, platnou pro čočky i zrcadla. Ch. Scheiner studiem očí zabitých telat zjistil, že na sítnici se vytváří převrácený, skutečný a zmenšený obraz předmětů. Nahromadilo se tedy dosti faktů, pro jejichž popis sice byly formulovány různé vzorce a pravidla ad hoc, ale celkový obraz optiky byl nejednotný, a proto neuspokojivý. Podívejme se tedy, jak vypadala situace na této „teoretické frontě". První boje nastaly již kolem výkladu zákona lomu světla. Descartova Dioptrika ještě nebyla vytištěna a již se proti ní ozvaly námitky. Descartei totiž půjčil některé její části Mersennovi a ten dalším zájemcům. Lékař francouzského krále C. de la Chambre tehdy napsal knihu Suětlo, stal se členem Akademie věd a zakládal si na tom, že odhalil příštím generacím tajemství světla. Ač sám nedovedl odvodit zákon lomu, Descartův postup zamítl a prohlásil, že světlo je „substancí s přemírou bytnosti", stojící mezi hmotou a duchem, tj. substancí, na níž je mechanická analogie nepřípustná, neboť pro ni neplatí ani tak základní mechanický postulát jako je zákon neprostupnosti hmot. He-rónovu větu o minimu optických trajektorií povýšil na univerzálně platný „ekonomický princip" a sám také vymyslel jeho teleologickou interpretaci. Světlo prý se při šíření řídí nikoli podle řádu, který váže příčiny a důsledky, a to naprosto nutně, bez jakékoli možnosti volby s ohledem na možné výsledky a konec, ale tak, jakoby příroda mohla váhat, jakou má volit -pro paprsek trajektorii — a teprve nakonec, jako by po uvážení všech možností a konce, volí trajektorii časově nejekonomičtější, tj. časově nejkratší. De la Chambreovo stanovisko je tedy finalistické (příroda dbá o to, jak vše nakonec dopadne) a teleologické (neboť tak postupuje za jistým účelem, a to takovým, aby trajektorie byla časově nejúspornější). Stanovisko opačné je kauzálně deterministické, neboť nikoli konec, ale pouze příčiny (causae) určují čili determinují pohyb i šíření světla. Teleologický názor je ovšem ve fyzice nepřípustný; není ničím jiným, než jakýmsi antropomorfismem přeneseným do anorganické přírody. Mnohým se však toto pojetí líbilo, zejména francouzskému právníku Fermatovi. Descartova jednoduchost odvození na něho neučinila žádný dojem; zato nadšeně uvítal nemechanickou, teleologickou koncepci Descartova odpůrce. Fermat se tehdy ze záliby zabýval matematikou; pomocí variačního počtu se mu nakonec podařilo odvodit Fermatův princip, o němž se zdálo, že je matematickým vyjádřením onoho teleologického pojetí. Fermat triumfoval. Na jeho straně stál Leibniz a další učenci, např. i Komenský. Skutečně tento jediný princip stačí po stránce matematické k výkladu celé geometrické optiky, zejména stačí i k vysvětlení šíření světla v prostředích se spojitou změnou indexu lomu; jeho filozofická interpretace však přesto byla chybná. Descartes si uvědomil řadu dalších možných námitek proti svému postupu; netrval proto na svém modelu a prohlásil, že světlo nepovažuje za skutečné přemisťování korpuskulí a že svůj původní postup považuje za oprávněný jen proto, že se empiricky osvědčil. Prohlásil dále, že světlo považuje za náraz, tlak, který se šíří od jedné kulové éterové částice ke druhé. Směr šíření tohoto tlaku na rozhraní dvou prostředí je dán zákonem lomu. Na rozdíl třeba od Galileiho věřil, že rychlost světla je nekonečně velká. Fermatův princip se sice skvěle uplatňuje v oblasti geometrické optiky, avšak k jiným jevům, např. k interferenci a ohybu světla, k polarizaci světla a barvám, nemá co říci. Postavení univerzálního principu optiky tedy stejně nemohl dosáhnout; a tak po Descar-tově smrti začalo převládat Descartovo mínění o tom, že světlo je tlak (zejména v Anglii). A v této situaci se objevil Newton. Protože charakteristickou vlastností světla je přímočaré šíření, kdežto pro zvuk je charakteristický ohyb (slyšíme, ale nevidíme, co se děje za rohem), odmítl Newton analogii světla a zvuku; nepřiklonil se však ke spekulacím Fer-matovým, ale ke koncepci korpuskulárni. Učinil to navzdory tomu, že uznával, že empiricky zjištěné nejjed-nodušší vlastnosti procesu šíření světla neumožňují jednoznačně řešit problém podstaty světla. Proto také po- 189 190 nechával ve své teorii prostor pro nej-ůznější další hlediska — na rozdíl od svých úzkoprsých následovníků. Z hlediska korpuskulárni čili emanační teorie světla je přímočaré šíření světla pouhým důsledkem principu setrvačnosti; odraz lze chápat úplně stejně jako v mechanice, lom je důsledkem změny přitažlivosti druhým prostředím a rozmanitost barev je dána nestejnou hmotností světelných korpuskulí. Pro korpuskulárni teorii byla v 18. stol. příznivá také ta okolnost, že v jejím rámci bylo možno objasnit polarizaci světla tím, že světelný paprsek je tvořen proudem částic v prostoru pevně orientovaných. Jsou-li tyto částice podlouhlé, pak musí mít světlo odlišné vlastnosti ve směru největšího a nej-menšího rozměru částic. Druhá příznivá okolnost byla ta, že Newton tuto teorii propracoval daleko podrobněji než Huygens teorii vlnovou. Věnoval dokonce pozornost i těm jevům, jež považoval za důkaz periodicity světla a vypočítal jejich periodu. Huygens naproti tomu pojem vlnové délky, nejvlastnější vlnové teorii, vůbec nezavádí. Pomocí pojmu „nálady světelné částice" (dnes bychom řekli pravděpodobnosti) a pojmu zhušťování éteru působícího částečný odraz a částečný průchod světla na rozhraní, vysvětlil Newton dokonce interferenci světla. Opakoval pokusy Grimaldiho s ohybem světla, ale žádné další závěry z nich nevyvodil. Newtonova teorie byla tedy propracovanější než Huygensova a hodila se na většinu jevů tehdy známých; proto vládla v optice až do doby, než se našly jevy, k jejichž výkladu nestačila. Záhadné bylo ovšem to, že to byly právě ty jevy, které hravě vyložila zdánlivě poražená teorie vlnová. Od dob Newtonových vládla po celé 18. stol. v optice teorie korpuskulárni. Ale ani teorie vlnová nebyla nikdy umlčena úplně. Po Huygensovi byl jejím nejpřednějším hlasatelem Euler v 18. stol. a Young s Fresnelem v 19. stol. Existovaly však také oblasti optiky, kterých se boje mezi oběma teoriemi vůbec nedotkly. Patřila k nim především geometrická optika, která prostě postulovala Fermatův princip a zajímala se jen o trajektorii světelných paprsků a o zobrazení soustavami čoček a zrcadel, nikoli o tzv. fyzikální optiku, tj. o ty oblasti optiky, u 191 nichž je třeba přihlížet k podstatě světla. Mimo teoretické boje zůstávala také fotometrie založená JOHANNEM HEINRICHEM LAMBERTEM a problematika rychlosti šíření světla. Zásluhu o rozvoj geometrické optiky a o zdokonalení zobrazovacích optických přístrojů má Euler, který ve své třísvazkové Dioptrice z let 1769 až 1771 vypočítal parametry dalekohledů a drobnohledů téměř achromatických. Dollond podnítil snahy hledat takové kombinace čoček, aby se optické vady vyloučily jejich vzájemnou kompenzací. Nebylo tedy napříště třeba stavět monstrózní dalekohledy. Další pokrok optiky však již těsně souvisí s teorií undulační. Zásadní boj korpuskulárni teorii světla vypověděl T. Young na přednášce v Londýně 12. listopadu 1801. Citoval nejprve řadu Newtonových výroků příznivých vlnové teorii, navázal na ohybové jevy Grimaldiho a na místě převedl několik interferenčních pokusů. Poukázal rovněž na jevy, které se nepodařilo vysvětlit Huygensovi při dvojlomu v krystalech, i na Eulerův názor, že světlo je vlnění éteru a že éter sám je totožný s elektřinou. Aby objasnil polarizaci světla, která se zdála být hlavním argumentem ve prospěch teorie Newtonovy a v neprospěch teorie vlnové, vyslovil předpoklad, že světlo je vlnění příčné, což ostatně tušil a ve své Mikrografii r. 1665 vyslovil již Hooke. Bylo zřejmé, že korpuskulárni teorie na problém interference nestačí, zatímco pro Younga, opírajícího se o princip superpozice jím nalezený, je problémem triviálním. Newtonova teorie byla ohrožena, ale její zdánlivou oporou byly jevy polarizace světla. Tento jev se markantně projevuje při dvojlomu světla v krystalech. Bylo však znepokojující, že ještě na počátku 19. stol. nepokročily znalosti o dvojlomu a polarizaci dále, než kam je přivedl Huygens v 17. stol. Proto pařížská Akademie vypsala r. 1808 cenu za vyřešení tohoto problému. Tím byl podnícen ke studiu dvojlomu na islandském vápenci také penzionovaný napoleonský důstojník LOUIS ETIENN MALUS. Přitom objevil náhodou i polarizaci světla odrazem, kterou popsal Brewster. Vzápětí objevil ještě s J. Biotem polarizaci světla lomem. Biot vykládal všechny polarizační jevy Newtonovou teorií emanační, Malus je rovněž považoval za důsledek 192 korpuskulárne chápané polarizace světla. S novými jevy však měli záhy potíže stoupenci obou teorií. Stoupencům emanační teorie se nehodilo, že paprsky polarizované ve stejných rovinách interferují — a stoupence teorie vlnové nutila sama existence polarizace k absurdnímu předpokladu, že světlo je vlnění příčné. Příčné vlny jsou totiž možné jen v pevných látkách, tzn., že nad veškeré pomyšlení řídký éter by měl být zároveň látkou pevnou. Předpoklad o příčnosti světelného vlnění sděluje Young v r. 1817 dopisem Aragovi i novému představiteli vlnové teorie AUGUSTINOVI JEANU FRESNE-LOVI. Tento mladý génius — vzděláním a povoláním silniční inženýr, rázem úspěšně vyřešil všechny optické problémy tehdejší doby z hlediska vlnové teorie. Teorie vlnění byla před ním ještě na nízké úrovni a musel ji proto sám vypracovat. Dále bojoval proti největším vědeckým autoritám své doby; přitom pracoval mimo významná centra vědy, bez pramenů literárních a bez pomůcek experimentálních. A přesto jeho práce z let 1816 až 1819 vedly k závěrům platným dodnes. Mylná byla sice jeho představa o elastickém světelném éteru, avšak ve výsledných vzorcích se nikde neprojevila. Newtonova optika tím byla překonána a čekalo se jen na rozhodující pokus, který by přinesl definitivní rozhodnutí. Ještě než se tak stalo, přichází JOSEPH VON FRAUNHOFER r. 1821 s difrakční mřížkou, pro niž vytvořil F. M. Schwerd (1835J teorii na základě vlnové hypotézy. Je zajímavé, že J. Babinet již tehdy (1829) navrhoval, aby byla jednotka délky definována násobkem vlnové délky světla určité barvy. Rozhodující pokus mezi oběma teoriemi provedl r. 1850 Foucault; zjistil, že rychlost světla ve vodě je menší než ve vzduchu, což je ve shodě s teorií vlnovou, která říká, že světlo se šíří rychleji v prostředích opticky řidších. Od toho okamžiku již nenašla emanační teorie jediného zastánce. Vlnová teorie podnítila optické výzkumy, urychlila rozvoj optiky a dokonce i mechaniky vlnění, teorie pružnosti a akustiky, kde platí mnohé vztahy analogické Fresnelově teorii světla. Na základě vlnové teorie optického zobrazení byly zdokonaleny optické přístroje, sestrojeny nové přístroje využívající interference, ohybu a polarizace světla a Gehrcke získal dokonce stojaté světelné vlny. Byl rovněž proveden důkaz, že celá geometrická optika je jen zvláštním případem vlnové optiky. Také zdánlivá teieologie procesu šíření světla byla poměrně jednoduše vysvětlena: světlo by se šířilo ve všech směrech podle Huygen-sova principu; to, že se tak neděje, není dáno teleologií v přírodě, ale tím, že se světelné vlnění ve všech směrech ruší — vyjma směru daného Fermatovým principem. Vlnová teorie světla se stala jedinečným nástrojem teoretické i technické optiky; měla však tu vadu, že předpokládala existenci éteru nadaného mechanickými vlastnostmi. Po ní následující teorie Maxwellova odstranila atribut mechanických vlastností a teorie relativity odstranila samotný éter. OPTIKA SPLÝVÁ S ELEKTRODYNAMIKOU Jedním z hlavních výsledků Maxwellovy teorie elektromagnetického pole však bylo poznání, že světlo mení nic jiného než elektromagnetické vlnění v rozsahu jediné oktávy, tj. záření o vlnových délkách 0,4 až 0,8 mikrometru. Toto poznání elektromagnetické podstaty světla čili teoretické sjednocení popisu a výkladu optických procesů s elektromagnetickými a přiřazení světla k elektromagnetickému poli na začátku sedmdesátých let 19. stol. patří k největším objevům ve fyzice vůbec; jím začíná nové období optiky. Optika v tomto období se však vyvíjí nejen ve znamení tohoto poznání; k dalším dvěma nosným problémům optiky patří spektrální analýza a problém éteru a konečně se řeší i řada problémů, jež se jevily v té době jako problémy dílčí. Maxwellovo poznání elektromagnetické podstaty světla se zprvu opíralo jen o to, že rychlost šířeni jeho hypotetických vln byla právě rovna rychlosti světla. Záhy však z teorie vyplynuly také ostatní vlnové vlastnosti světla, zejména to, že je vlněním příčným ke směru šíření a že „nese" energii, hybnost a moment hybnosti. Teorii dále propracoval H. Hertz, který rovněž experimentálně dokázal, že elektromagnetické vlny jsou reálné a 193 194 šíří se podle stejných zákonů jako světlo. Hlubší propracování teorie je spojeno se jmény fyziků anglických (J. Poyntinga), ruských (A. G. Stoletova, N. A. Umová, P. N. Lebeděva), německých [Boltzmanna, P. Drudeho) a francouzských (matematik H. Poincaré). Pozoruhodné jsou také práce badatelů českých: mezi prvními fyziky, kteří přijali Maxwellovu teorii světla, byl i první profesor teoretické fyziky a astronomie na české univerzitě v Praze AUGUST SEYDLER a mezi první práce 0 elektromagnetické teorii disperze patří práce jeho nástupce FRANTIŠKA KOLÁČKA. Na profesora pražské techniky VÁCLAVA KARLA ZENGERA učinila elektromagnetická teorie dojem tak hluboký, že se pokusil dokonce 1 gravitaci redukovat na interakci elektromagnetickou a vytvořit „elektromagnetickou soustavu světovou"; šlo ovšem o omyl tohoto fyzika, který si získal trvalé zásluhy v experimentální elektrodynamice. Maxwellova teorie udává také vztahy mezi optickými a elektromagnetickými parametry látek, např. mezi rychlostí světla, indexem lomu, permeabilitou a permitivitou, jakož i závislost uvedených veličin na frekvenci záření; příslušnou teorii rozvinuli Lorentz, Larmor, Koláček a další. Teoretická optika splývá s elektrodynamikou a sdílí její další osudy. Osudným problémem obou byla ve druhé polovině 19. stol. problematika světelného, resp. elektromagnetického éteru. Šlo vlastně o velký pseudoproblém zbývající klasické fyzice jako pochybné dědictví po mechanickém obrazu světa; jeho řešení vedlo ke vzniku speciální teorie relativity. Do historie kvantové fyziky přesuneme problematiku spektroskopie 19. stol., a to proto, že právě spektroskopie atomů vedla ke vzniku této teorie. Z řady dílčích problémů a úspěchů optiky je třeba se zmínit alespoň o tom, že ERNST KARL ABBE vypracoval teorii optického zobrazení na základě vlnové teorie a zdokonalil pomocí ní mikroskopy a další optické přístroje; švédský fyzik ANDERS JONAS ÄNGSTROM zdokonalil metodiku měření spektrálních čar, Francouz ALFRED CORNU vynikl objevy ve fyzikální a meteorologické optice. Konečně byla podstatně zvýšena přesnost optic- kých měrných metod. Byla znovu přesněji změřena rychlost světla (A. Michelson), došlo ke zdokonalení foto-metrie, v níž také byly uzavřeny první mezinárodní konvence. Zásluhy v této oblasti mají francouzští fyzikové J. Violle, E. Jolly a z německých fyziků E. Brodhun a O. Lummer. Základy interferometrie položil Ch. Fabry. Z oblasti na pomezí fyzikální a technické optiky jsou významné objevy a vynálezy z oblasti fotografie (G. Liippmann objevil metodu barevné fotografie); dalšího zdokonalení se jí dostalo v pracech Neuhausenových, Jol-lyových, Hesekielových a dalších. Metodě posledního z nich je obdobná metoda trojbarevného tisku našeho J. Husníka. Zdokonalení výroby jemných optických mřížek je výsledkem konstrukce automatu na rytí mřížek pocházejícího od baltimorského profesora fyziky HENRYHO A. ROWLANDA. Významných pokroků bylo také dosaženo v atmosférické optice, ve fyziologické optice (A. Gullstrand) a v technických aplikacích optiky. Nedořešené problémy optiky z tohoto období vedly na začátku 20. stol. ke vzniku teorie relativity a kvantové fyziky; dalšího rozvoje optiky si budeme všímat již jen v rámci těchto věd. VZNIK A VÝVOJ TEORIE RELATIVITY Teorie relativity je věda na rozhraní klasické a současné fyziky. Dovršila vývoj makroskopické elektrodynamiky tím, že vytvořila elektrodynamiku pohybujících se prostředí; změnila od základu názor na prostor, čas a tíži. Tento názor a jeho fyzikální důsledky je nutno respektovat v celé fyzice, tedy i v kvantové teorii a ve fyzice mikrosveta, proto je teorie relativity základem současné fyziky. Ač je teorie relativity v logickém smyslu poměrně jednoduchá, přesto historická cesta k ní byla velmi složitá. Předcházely jí problémy mechaniky relativního pohybu a problémy optiky a elektrodynamiky pohybujících se prostředí. Odtud vyrostla speciální teorie relativity; jejím zobecněním respektujícím gravitaci a pohyb vůči neinerciálním vztažným soustavám vznikla obecná teorie relativity. 195 196 MECHANIKA RELATIVNÍHO POHYBU Skutečnost, že pohyb je jev relativní, byla známa již Galileimu. Nemá smysl pohyb jako takový, pohyb absolutní, ale jen pohyb vůči určité vztažné soustavě. Newton si uvědomil, že mezi těmito vztažnými soustavami mají mimořádný význam soustavy inerciální, tj. soustavy, vůči nimž se pohybuje volné těleso (čili těleso, na něž nepůsobí síly) podle jeho zákona setrvačnosti, to jest s nulovým zrychlením. Byla tu ovšem zásadní otázka, jak se těleso pohybuje vůči jiné soustavě než vůči oné privilegované inerciální soustavě. Je-li tato druhá soustava také inerciální, pak přechod od jedné ke druhé soustavě je velmi prostý a je zprostředkován Galileiho transformací. Je-li však ona druhá soustava neinerciální, např. je-li jí rotující kotouč či Země, je popis pohybu tělesa vůči ní mnohem složitější. Tuto otázku již Newton nedořešil; řešení podali Euler a Coriolis. Newton však zatemnil problémy pohybu svými dalšími mylnými předpoklady: (1) existuje absolutní a relativní čili běžný čas. (2) existuje absolutní prostor jako aréna pro události; je to ovšem prostor, v němž platí Eukleidova geometrie. Místo, jež zaujímá dané těleso v absolutním prostoru, lze posuzovat ve fyzice jen relativně, ale bůh zná jeho lokalizaci absolutní. (3) Pohyb je přemisťování z jednoho absolutního místa na druhé; my ovšem pozorujeme jen relativní pohyb. A tak zavedl Newton řadu pojmů a představ nesouvisejících přímo s pokusem, jež byly nejen nadbytečné, ale přímo škodlivé. Jako trvalá deviza přešlo však do dalších staletí také poznání principu relativity a Galileiho transformace. Teprve na přelomu 19. a 20. stol. Lorentz dokázal z Maxwellových rovnic, že popisujeme-li elektromagnetické děje ve dvou různých inerciálních soustavách, pak přechod od jedné ke druhé zprostředkovává nikoli Galileiho, ale Lorentzova transformace. Tyto tři principy — Galileiho transformace, Lorentzova transformace a princip relativity se však na půdě fyziky vedle sebe nesnesou a jeden musí padnout. To si uvědomil a o výsledku rozhodl teprve Einstein r. 1905. Až do té doby fyziky celkem nijak nevzrušovalo ani zjištění Gaussovo (kolem r. 1820), že eukleidovská geometrie není jediná možná, ani práce Lobačevského (1826), Bolyaie (1832) a Reimanna (1854), jimiž byla založena neeukleidovská metrická geometrie, tj. geometrie, v níž je vzdálenost bodů dána složitějším výrazem než Pythagorovou větou. PROBLÉMY OPTIKY POHYBUJÍCÍCH SE PROSTŘED! Bludiště těchto problémů se před fyziky otevřelo již při objevu aberace světla JAMESEM BRADLEYEM (1728). Všechny těžkosti souvisely s rychlostí světla a s její chybnou interpretací pomocí světelného éteru. Bradley se pokusil najít paralaxu hvězd, tj. změnu úhlu, pod kterým je vidět hvězda za půl roku, kdy se Země vzdálí od původní polohy o 300 miliónů kilometrů; paralaxa by měla být tím větší, čím je hvězda bližší. Změnu Bradley skutečně zjistil — byla však stejná pro všechny hvězdy, jako by byly umístěny na jediné ptolemaiovské sféře. Výsledek se zdál tak paradoxní, že jej sám objevitel považoval za chybu čili aberaci samotného světla. Bradley také podal přijatelný výklad aberace světla z hlediska korpuskulárni teorie světla. Když však v první polovině 19. stol. nastoupila vítěznou cestu vlnová teorie světla díky Fresnelově interpretaci jevů interference, ohybu a polarizace světla, a když r. 1850 Foucault naměřil větší rychlost světla v prostředích opticky řidších, korpuskulárni teorie padla. Bylo ovšem třeba podat nový vlnový výklad aberace. Žádný ze stoupenců vlnové teorie se však nedovedl vzdát představy, že světlo je příčné, postupné vlnění ve vše prostupujícím světovém éteru; o něm se předpokládalo, že je absolutně klidný a že je realizací Newtonova absolutního prostoru. Země při svém pohybu se tímto éterem prodírá rychlostí 30 km.s-1 — a musí tedy na ní být zjistitelný silný éterový vítr; ten je sice naštěstí mechanicky nezjistitelný, opticky by všaik měl být měřitelný. Nalezením rychlosti pohybu Země vůči éteru by byla určena rychlost naší planety vůči absolutnímu pohybu prostoru — a mohli bychom tedy mluvit o jejím absolutním po- 197 198 hybu. A tak vyrostl do velkých rozměrů velký vědecký pseudoproblém 19. stol. Samozřejmě, že i při jeho řešení ještě naposled zkřížili zbraně stoupenci korpuskulárni a vlnové teorie. Podle emanační teorie [korpuskulárni] hájené Aragem by měla rychlost světla záviset jak na pohybu zdroje světla, tak na pohybu pozorovatele a prostředí, jímž světlo prochází. Již Wilson (1782) dospěl k závěru, že po naplnění dalekohledu vodou se aberace světla změní; Boskovic došel k závoru opačnému. Shodovali se však v tom, že index lomu čočky a tedy její ohnisková vzdálenost se liší podle původu světla — pochází-li z nepohyblivých zdrojů na Zemi, nebo z pohybujících se hvězd. Profesor na pražské technice J. Ch. Doppler [1842] však ukázal, že se pohybem mění frekvence světla; při té příležitosti podrobně analyzoval všechna stanoviska, setkal se však většinou s nezájmem nebo odporem. Jedině B. Boizano hájil jeho princip. Je zajímavé, že výchozí idea Dopplerova byla mylná, výsledek však správný. Různými rychlostmi pohybu hvězd se Doppler snažil vysvětlit různé barvy hvězd. Když r. 1810 Arago marně hledal předpokládané změny indexu lomu, vymyslel krkolomnou hypotézu — že totiž zdroje světla vysílají částice nejrůznějších rychlostí, že však oko vnímá jen ty z nich, které mají právě naměřenou rychlost. Nakonec se však i „nejTětší autorita" (Arago) obrací s žádostí na mladého Fresnela, aby vypracoval vlnovou teorii aberace. A skutečně již r. 1818 přichází Fresnel s obecnou teorií šíření éterových vln v různých optických prostředích. Index lomu prý sice závisí na rychlosti tělesa, výsledný efekt je však v prvním rádu eliminován částečným strháváním éteru pohybujícím se tělesem. V pokusech se tedy mohou projevit jen daleko jemnější efekty druhého řádu. Experimentální výsledky však chyběly; nebylo známo víc než Aragovy závěry z r. 1810 a Babmeiovo zjištění z r. 1839, že interferenční obrazec mezi paprsky postupujícími jednou ve směru a podruhé proti směru pohybu Zeme se neobjevil. Teprve r. 1851 k tomu přistoupily výsledky Fizeauovy o změně indexu lomu v pohybující se vodě. Protože žádné očekávané změny optických jevů vlivem pohybu pozorovány nebyly, vyslovil Stokes ná- zor (1845), že éter je Zemí plně strháván. Do problematiky zasáhli dále Maxwell, Angstrom, Mach, Rowland, Airy aj. Konečné slovo měly pokusy Michelsonovy a Mor-leyovy, jež i při mnohonásobném opakování byly vždy negativní, čili žádný absolutní pohyb Země pomocí interference světla nedokázaly. Einstein proto pojal tuto skutečnost do své teorie jako výchozí, empirický fakt, o němž nelze diskutovat: rychlost světla je konstantní a nezávisí na pohybu zdroje, ani pozorovatele. Samozřejmě, ,že k problému měla co říci také elektrodynamika — vždyť bylo předem vyloučeno, že by snad v jiné než světelné oblasti spektra mohla být situace jiná. PROBLÉMY ELEKTRODYNAMIKY POHYBUJÍCÍCH SE PROSTŘEDÍ Maxwellova odkazu se ujal H. Hertz; víme již, že dokázal existenci elektromagnetických vln a zdokonalil tvar Maxwellových rovnic. Koncepci éteru — tentokrát jako nositele elektromagnetických vln však — podržel, stejně jako předpoklad, že je unášen pohybujícími se tělesy. Z toho ovšem plyne, že elektromagnetické jevy v pohybujících se prostředích vůbec neumožňují zjistit, zda je éter v mezihvězdném prostoru v klidu nebo v pohybu. Protože zároveň předpokládal, že Galileiho transformace platí i v elektrodynamice, dospěl k závěru, že pro rychlost světla platí tradiční zákon skládání rychlostí. Důsledky tohoto předpokladu však byly v rozporu s experimenty, včetně Michelsonových. Stokes dokázal, že všechny hypotézy od Fresnelovy až po Hertzo-vu jsou bud! vnitřně rozporné, nebo nepopisují celý soubor faktů. Do této situace přichází H. A. Lorentz s elektronovou teorií a s koncepcí nehybného éteru. V r. 1889 Fitzgerald a za tři roky poté také Lorentz vysvětlili, že záporný výsledek Michelsonova pokusu lze objasnit, předpoklá-dá-li se, že při pohybu těles vzhledem k éteru se podélné rozměry těles zkrátí určitým způsobem. Tuto Fitzge-raldovu-Lorentzovu kontrakci délek Lorentz objasňuje změnou elektromagnetických sil působících uvnitř těles 199 200 při jejich pobytou. V r. 1895 prozkoumal Lorentz vztah mezi pohybujícími se tělesy a éterem a dospěl ke svým transformačním vztahům nahrazujícím transformace Ga-lileiho. Jeho pojetí kritizoval Poincaré a vyjádřil přesvědčení, že pohyb těles vůči éteru je nepozorovatelný. V r. 1900 začal užívat termínu princip relativity a jeho obsah vyjádřil jako tvrzení právě uvedené. Hertz, Lorentz, Poincaré a Röntgen došli k přesvědčení, že jasno do celé otázky může vnést jedině rozbor Maxwellových rovnic. V r. 1888 provádí Röntgen pokus týkající se magnetického pole pohybujícího se náboje a r. 1890 se Hertz jako první pokouší formulovat Maxwellovy rovnice pro pohybující se prostředí. Po neúspěchu způsobeném tím, že v nich nerespektoval závěry pokusů Rontgenových ani svých vlastních, týkajících se účinků konvekčního proudu, dospěl k úspěšným závěrům až Lorentz a Poincaré v letech 1904 až 1905. Je zajímavé, že nejvýznamnější závěr těchto prací, Lorentzovy transformace, odvodil nezávisle J. Larmor již r. 1900; termín sám zavedl Poincaré. Dnes se nazývají obecnější lineární transformace než Lorentzovy transformacemi Poincaréovými. Poincaré byl také prvním fyzikem, který vyslovil požadavek, že všechny fyzikální rovnice, mají-li být správné — musí být invariantní vůči Lorentzově transformaci; pochopil rovněž fyzikální důsledky Lorentzovy transformace, formuloval obecně princip relativity — představy éteru se však nevzdal. Jeho pojetí principu relativity zůstává v platnosti dodnes: „Přírodní zákony musí být stejné jak pro nepohyblivé pozorovatele, tak pro pozorovatele nacházejícího se v rovnoměrném přímočarém pohybu, takže neexistuje způsob, jímž by se na základě pozorování dalo rozlišit, zda se pozorovatel nachází v tomto pohybovém stavu či nikoliv." Teorie relativity tedy byla připravena po stránce matematické, známa byla četná fakta fyzikální, nadále se však držely při životě matoucí filozofické koncepce (é-ter), takže celková situace byla nejasná: nevědělo se, které principy a předpoklady je nutno ve vědě ponechat a které vyloučit. Jasno v této oblasti učinil Einstein. SPECIÁLNÍ TEORIE RELATIVITY ALBERT EINSTEIN (1379—1955) byl jediným synem spolumajitele malé elektrotechnické továrny. Jevy a věci jiným samozřejmé ho již v mládí udivovaly, škola se svým formalismem a samoúčelnou disciplínou se mu protivila. Kompas jako dítěti, Eukleidova geometrie jako školákovi a poznatky čerpané z populárně vědecké literatury, kterou měl raději než školní knihy, mu připadaly jako zjevení. Po pobytech v Německu, Švýcarsku a Itálii nakonec zakotvil v Curychu, kde vystudoval matematiku a fyziku na polytechnice (1901). Následovala několikaletá skromná kariéra soukromého učitele, patentového úředníka v Bernu a zároveň badatele „pro vlastní potěchu'". Vědě se ovšem mohl věnovat jen ve volných chvílích a v neděli, a přesto jeho myšlenky z těchto 1st se sía:y základem fyziky 20. stol. K prvním jeho zájmům patřila problematika Brownova pohybu a statistická fyzika; z této oblasti je také jeho disertace, kterou obhájil na univerzitě v Curychu. Poté apľ.koval statistiku na rozptyl světla na nahodilých shlucích částic, vypracoval staristiku bosonů a s úspěchem jí použil k výpočtu měrného tepla. Jeho životním osudem se však stala teorie relativity, ač největšího vnějšího ocenění se mu dostalo za teorii fotoefektu (1905), za nějž dostal Nobelovu cenu (nikoli za teorii relativity); je zajímavé, že tato oblast fyziky je v tomto směru ignorována dodnes. K většině svých objevů byl Einstein přiveden zkoumáním základních vlastností světla. Po několika nepublikovaných pracích z této oblasti analyzuje v r. 1904 Planc-kův zákon z hlediska statistické fyziky a klade si za cíl vyřešit rozpory elektrodynamiky pohybujících se prostředí. Záhy zobecnil Maxwellovy rovnice pro přípaa šíření elektromagnetických vln v pohybujícím se prostředí [1905], přičemž zároveň odhalil jejich rozpor s idejemi Newtonovy mechaniky. Do čela elektrodynamiky a speciální teorie relativity postavil princip stálé rychlosti světla, princip relativity, Maxwellovy rovnice a Lorentzovy transformace. Vybudoval také novou mechaniku kampatibilní s elektrodynamikou, přičemž její kinematiku založil na transformacích Lorentzových. Z jeho teo- 201 202 rie automaticky mizí pojem éteru. Jeho teorie nemá logických nedostatků a vede čistě matematickou cestou k řadě překvapujících vztahů, představ a závěrů ověřitelných pokusem. Odezva na jeho objevy byla v řadách fyziků a filozofů nesmírná. Rázem se Einstein stává hvězdou první velikosti; od r. 1909 je mimořádným profesorem v Curychu a r. 1910 rozhoduje profesorský sbor německé univerzity v Praze o zřízení katedry teoretické fyziky pro Einsteina s připomínkou, aby požádal o rakouské občanství. V dubnu 1911 skutečně do Prahy nastupuje, avšak r. 1912 se vrací na přání rodiny do Curychu. V r. 1914 přechází do Pruské akademie věd v Berlíně a stává se .ředitelem Fyzikálního ústavu císaře Viléma. Od r. 1909 se však již upíná Einsteinův zájem k obecné teorii relativity, jež je v r. 1915 v podstatě hotova. Další své snahy zaměřil na unitární teorii polí, jež měla dále zobecnit obecnou teorii relativity na veškerá pole, zejména na pole gravitační a zároveň elektromagnetické. Nešlo však o teorii kvantovou a nedošla proto výsledků přiměřených jeho investované duševní energii. Einstein však nebyl snad jen vědcem, ale byl člověkem se širokými kulturními zájmy, s vyhraněným profilem morálním a politickým. Pro celou jeho tvorbu je příznačné hluboké chápání souvislosti obecných a dílčích problémů, takže bývá charakterizován jako velký filozof základních fyzikálních problémů. Byl rovněž znalcem umění, houslistou, ale i člověkem skromným, který oficiální pocty nejednou pohoršlivě ignoroval. U lidí si vážil více hodnot mravních než vědění a postavení. Neváhal proto na vrcholu slávy odejít z Německa na ,protest proti anti-humánní nacistické ideologii a brutalitě. Nebyl však jen bezmocným pacifistou a chápal, že násilí nelze přemoci jinak než bojem. Proto také se L. Szilárdem a E. Telle-rem dal podnět k zahájení nukleárního bádání v USA; v r. 1945 však stál v první řadě bojovníků proti zneužití jeho výsledků a v řadě bojovníků za mír. Za svůj život napsal přes tři sta prací. Patří k velikánům, kteří se rodí za tisíciletí. Zemřel v Princetonu v USA, kde po odchodu z Německa působil. V r. 1905 tedy položil Einstein základy elektrodyna- miky pohybujících se prostředí a odvodil základní vztahy teorie relativity, včetně vztahu mezi hmotností a energií částice. Po dvou letech H. Minkowski zavedl pojem čtyřrozměrného prostoročasového kontinua a novou formu zápisu veličin a zákonů fyziky v čtyřsložkovém tvaru. V r. 1906 Planck odvodil vztah mezi hmotností, energií a hybností částice a prosadil pro celou disciplínu název teorie relativity. V r. 1906 se Poincaré a následujícího roku Minkowski pokusili vytvořit také relativisticky invariantní teorii gravitace. V dalším roce zavedl Planck relativitu do termodynamiky. Od r. 1909 se stává speciální teorie relativity disciplínou zasahující do všech oborů teoretické fyziky; Einstein v té době však již klade základy obecné teorie relativity. OBECNÁ TEORIE RELATIVITY Přes veškeré úspěchy speciální teorie relativity připadalo Einsteinovi jako zbytek antropomorfismu ve fyzice to, že tato teorie preferuje inerciální vztažné soustavy, vůči nimž je náš popis pohybu nejjednodušší; přírodu však toto naše stanovisko asi nezajímá. Musíme tedy vytvořit takovou teorii, v níž by byl popis přírodních zákonů stejný vůči jakékoli, i neinerciální vztažné soustavě. Protože gravitační působení je vždy možno nahradit účinkem pohybu — např. tíhu lze simulovat někde v mimozemském prostoru zrychleným pohybem celé laboratoře a také naopak tíži lze odstranit pro pozorovatele v laboratoři tím, že ji celou necháme volně padat —, proto musí nová teorie pohybu zahrnovat i teorii tíže. Taková úvaha vedla Einsteina k formulaci jejího prvního principu, principu ekvivalence; snaha vymýtit Subjektivismus z fyzikální teorie zase vedla k požadavku invariance teorie vůči volbě vztažných soustav. Jasné také bylo to, že aproximací nové Einsteinovy teorie musí být Newtonova teorie gravitace a speciální teorie relativity. Teorie musela také brát v úvahu úměrnost mezi tíhovou a setrvačnou hmotností daného tělesa. Experimentálně ji dokázal maďarský fyzik L. Eötvös (1890); pochyboval o ní sice J. J. Thomson (1907), jeho výsledky 203 204 však kriticky analyzoval jeho žák Sourthense (1910], takže Planck mohl nakonec prohlásit, že obě veličiny jsou při vhodné volbě soustavy jednotek totožné. V r. 1911 Einstein tyto otázky podrobně analyzoval, dospěl k prvním fyzikálním závěrům, ne však ještě k ú-plné teorii. Ukázal přitom omezenou platnost speciální teorie relativity. Einsteinův odpůrce M. Abraham si neodpustil poznámku, že „to je podobné autorovi, který nejednou medovým hlasem Sirény lákal svojí teorií relativity, až se nyní sám přesvědčil o její neplatnosti". Když však Einstein přibral do své matematické výzbroje teorii tenzorů a Riemannovu geometrii vypracovanou předtím matematiky, dokončil v r. 1916 obecnou teorii relativity ve tvaru, který se v podstatě nezměnil dodnes. Vedle jeho teorie upadly v zapomenutí všechny práce, jež směřovaly také ke spojení teorie gravitace a teorií relativity, zejména práce Abrahamovy, Nordstromovy, Mieovy a Hilbertovy (1915). Je zajímavé, že Einsteinova teorie byla vytvořena „u stolu", bez přímé opory experimentální. Proto tím více udivuje, že se našly záhy jevy, které ji potvrdily. Patří k nim anomálie stáčení Merkurova perihelia, jež bylo dlouhou dobu záhadou v* astronomii. V r. 1922 je důsledky obecné teorie relativity překvapen sám Einstein, když sovětský fyzik A. A. Fridman dokazuje, že vedle stacionárního řešení Einsteinových rovnic existuje řešení nestacionární, jež aplikováno na vesmír znamená, že vesmír se rozpíná. Americký astronom E. P. Hubble r. 1929 dokázal dopplerovský posuv ve spektrech extragalaktických mlhovin svědčící o jejich expansi, čili o rozpínání vesmíru. Později byl pozorován tzv. Einsteinův rudý posuv u Slunce Saint-Johnem (1923) a u Siriova průvodce, bílého trpaslíka, W. S. Adamsem (1925); tato pozorování však ještě nebyla zcela přesvědčivá. Obě Einsteinovy teorie vzbudily mezi vědci a filozofy nemenší odezvu než v minulosti teorie Koperníkova a Darwinova. Bylo tomu tak zejména proto, že Einsteinovo zpracování teorie relativity přineslo základní pojmový obrat, tj. nový pohled na prostor a čas a na jejich vzájemný vztah; dále Einstein dospěl matematickou cestou k dosud netušeným relacím mezi klidovou hmotností a energií daného tělesa, čímž mj. vysvětlil, odkud sebere nesmírné množství energie v nitru hvězd i v atomových jádrech. Jeho teorie relativity se stala základní složkou současné fyziky; každá fyzikální teorie musí být relativistická. Není-li tomu tak, je a priori nesprávná,, nebo v nejlepším případě pouze přibližná. 205 206 VÝVOJ FYZIKY KE KVANTOVÉMU OBRAZU PRÍRODY Teorie relativity poučila vědce, že ve fyzice není tolik věčných pravd, jak se kdysi domnívali; mnohé z někdejších zdánlivě absolutních pravd se staly jen pravdami přibližnými, mnohé filozofické představy bylo nutno o-pustit úplně. Úplnou destrukci staré fyziky, ale také úplnou výstavbu nové fyziky, včetně nového fyzikálního obrazu světa, provedla kvantová teorie. Za prvních padesát let 20. stol. byla postavena budova stejně důkladná, jako byla fyzika budovaná od Galileiho do Einsteina. Kvantová fyzika však není snad jen novou teorií, ale je vědou, která prohlédla a pochopila mikrosvet atomových jader, atomů, molekul i složitých makromolekul a látek. Kvantová fyzika však podala také přesný návod, jak využít objevených zákonitostí v technické praxi a v ostatních vědách. Bez kvantové fyziky se neobejde jaderná technika, ale ani elektronika, astrofyzika, chemie, biofyzika aj. Kvantová fyzika by nemohla vůbec vzniknout bez nové matematiky (např. bez teorie operátorů v Hilbertových prostorech), bez nových metod experimentálních a bez nových koncepcí filozofických; v tomto smyslu byla situace při jejím zrodu obdobná jako v dobách Galileiho a Newtona. Podívejme se nyní, jak vypadaly první kroky této nové vědy. VZNIK A VÝVOJ STARÉ KVANTOVÉ FYZIKY Když na konci 19. stol. vrcholila celá klasická fyzika, oslňující svou dokonalostí a matematickou krásou, nikdo netušil, že její pád je již velmi blízko. Několik jevů. které nedovedla „zatím" vysvětlit, neznamenalo dosud nic víc, než nepatrné obláčky na nezkaleném nebi klasické teorie. Patřil k nim např. Michelsonův pokus, který s principem relativity nakonec vedl k teorii relativity a k pádu newtonovské mechaniky. Nová relativistická mechanika spolu s klasickou elektrodynamikou fungovala sice obdivuhodně dokonale, avšak jen při popisu procesů v makrosvete. Katastrofální stav klasické fyziky pochopil jako první jeden z jejích největších hlasatelů — M. Plaňek, a to v okamžiku, kdy se mu konečně podařilo po pětiletém vlastním úsilí a po 41 letech práce fyziků od dob Kirch-hoffových odvodit zákon záření černého tělesa. A tak se stal tento vcelku konzervativní muž zakladatelem nejrevolučnější teorie v celé historii fyziky. Experimentální základy nové fyziky však sahají mnohem dále do minulosti; byla to vlastně náhoda, že kvantování energie bylo objeveno právě v souvislosti s teorií spektra černého tělesa. Patřila totiž k problémům poměrně jednoduchým. Cesty, jež vedly až k samému prahu kvantové fyziky, byly dvě: chemický atomismus, čímž označujeme soubor problémů a tezí týkajících se struktury hmoty z období klasické fyziky a chemie, a problémy záření před objevem Planckova zákona (1900]. Po tomto objevu následuje čtvrt století trvající období provizorní kvantové teorie a konečně v letech 1925 až 1930 nabývá kvantová teorie hlavních rysů své dnešní podoby. V rámci této nové teorie se dodnes rozvíjí celá fyzika, zejména fyzika interakcí a fyzika hmotných struktur. CHEMICKÝ ATOMISMUS Démokritovu ideu o možném složení hmoty z atomů oživil v Evropě P. Gassendi; avšak teprve J. Dalton ukázal, že zákony chemického slučování lze pochopit jen na základě představy, že látka je složena z atomů a molekul. A. Avogadro zase objevil, jakou roli hraje u plynů počet molekul, a J. Loschmidt tento počet změřil. D. I. 207 208 Archimedes ze Syrakus Roger Bacon 0 ^ K N i í K ľ r h F R I y. C : M'!-. M A T j í i M \ T ; C ľ 1 O P T R I C S E V Prmoníf ralso eor«m cfuarvi&l & vifit>ififctt5 pro-píer Conípiálfanors ita pruJem Jnvetita acddtml. depribfB.fr frnt. Tfera a v a r i' i j t, r:\ne ; i c o r v m. M. D C X í. Kepleroua Dioptrika dokládá znalosti z optiky před objevem zákona lomu Prifní velký český fyzik Johannes Mar-cus Marci z Kronlandu Huukeúu mikroskop P H 1 L O S O P H I JE N A T U R A L I S P R I N C I P I A MATHEMATICA. A U C T G R E ISAACO NEWTON O, Eqjuite Aur a to. Eoiiio StctNO* At'CTicjR tr Em(.mdaiior. C A N T A R R I G J ,-£, MDCCXUL Newtonovo základní dílo o fyzice »1 Priíní profesoři jyziky na české univerzitě: Čeněk Strouhal a August Seuďter P. L. Kapica L. D. Landau Mendělejev dokázal, že chemické vlastnosti prvků a jejich atomů jsou zákonité. Na základě pozorovaných spekter bylo zřejmé, že každá látka, molekula a atom má své specifické spektrum; musely se tedy atomu připsat vlastnosti optické — a když Maxwell objevil vztahy mezi vlastnostmi optickými a elektromagnetickými (1873), musely být atomu připsány i vlastnosti elektrické a magnetické. A tak vyvstal před očima fyziků a chemiků atom jako individuum nadané všemi vlastnostmi reálných objektů. Toto poznáni bylo sice nepřímé, zprostředkované (atom nelze vnímat smysly), ale pro všechny rozumné badatele zcela přesvědčivé. Našli se ovšem filozofující fyzikové, hlasatelé empiriokriticismu, které svedl pád mechanistické fyziky k subjektivnímu idealismu a popírání atomu (Mach, Ostwald); jejich námitky však neměly z hlediska fyziky trvalejší význam. Zajímavější situace nastala, když se poznalo, že existují hmotné částice menší než atom, a zejména, když bylo nutno přiznat, že atom sám není jednoduchý, „nedělitelný", ale složený právě z těchto subatomárních částic. Jak došlo k tomuto poznání subatomární struktury hmoty? Z Faradayových poznatků o elektrolýze z r. 1834 plynulo, že existuje jakýsi minimální elektrický náboj, čili že elektrina je „atomizovaná". Toto přesvědčení také jasně zdůraznil Helmholtz. G. ]. Stoney zavádí pro elektrickou částici název elektron (1900) a Lorentz na této koncepci buduje celou elektronovou teorii. Šlo však o to. jak se experimentálně „zmocnit" těchto zatím hypotetických elektronů. J. Plucker v r. 1859 objevil zvláštní paprsky vyletující z katody výbojové trubice, o nichž J. W. Hittorf zjistil, že se odchylují v magnetickém poli, a C. F. Varley — v poli elektrickém. W. Crookes r. 1879 o nich prorocky prohlásil, že představují zvláštní, nový stav hmoty, až konečně ]. J. Thomson problémy uzavřel zjištěním, že jde o volné elektrony, jež hrají významnou roli také v jiné oblasti fyziky — v elektrolýze. Mnoho badatelů potom zjišťovalo vlastnosti elektronů a zejména jejich účinky; a právě to vedlo k dalekosáhlým důsledkům. Předtím ještě W. Hallwachs r. 1888 objevil fotoelektrický jev, z něhož bylo patrno, že elektrony se uvolňují z kovů světlem — a že tedy nejsou jen čímsi vzácným, co se objevuje při výbojích, ale že jsou univerzálním stavebním prvkem hmoty. K dalším pokrokům přispěly dvě náhody a trochu i národnostní řevnivost. Dne 28. prosince 1895 večer, pečlivě uzavřen ipřed svými asistenty, zkoumal CONRAD WILHELM RÖNTGEN (1845—1923) ve své laboratoři problém, zda snad katodové paprsky nevyvolávají nevinný jev, luminiscenci látek, na něž dopadnou. Ukázalo se, že vyvolávají záření velmi podivuhodné, neznámé „záření X": proniká látkami a poté ještě způsobuje fluorescenci na stínítku pokrytém kyanidem platnatobarnatým, takže je možno tímto způsobem prohlížet předměty ukryté v taškách, stejně jako kosti a orgány v těle. Ještě neopadl údiv nad tímto triumfem německé vědy a už se k otázkám fluorescence — jako k tradičnímu problému řešenému v rodině po generace — vrací ve Francii HENRI BECQUEREL. H. Poincaré mu radí, aby některé minerály z rodinné sbírky vystavil Slunci, že mohou fluoreskovat také. Skutečně soli uranu září. působí na fotografickou desku, a to i přes silnější obaly a mnohem více než záření Röntgenovo; jde však o záření nejen Sluncem nevyvolané, ale dokonce o záření žádným vnějším zásahem neovlivnitelné. V lednu 1896 vychází článek Rontgenův a již 24. února svět ví o objevu Becquerelově. Iniciativa pak přechází do rukou manželů PIERRA (1859—1906) a MARIE (1867—1934) CU-RIEOVÝCH, kteří zjišťují, že radioaktivita všech známých prvků včetně uranu nestojí za řeč, ale že její hlavní příčinou jsou jimi objevené prvky separované z jáchymovského smolince. Nazvali je radium a na počest vlasti objevitelky — polonium. Radium zářilo nepochopitelně silně, polonium přímo vražedně. M. Curieová prvky separovala, pochopila podstatu radioaktivity jako radiaci atomových jader, jíž dala také jméno a r. 1899 vyslovila pět hypotéz o mechanismu radioaktivity a o jejích možných příčinách. V poslední z nich správně říká, že jde o emisi hmotných částic z atomu, provázenou transmutacemi těchto atomů vytvářejících nové prvky. Odvěký sen alchymistů se stává skutkem; padá základní koncepce dosavadní chemie o neměnnosti atomů. V Anglii 209 210 zkoumá poté radioaktivní záření sir ERNST RUTHER-FORD (1871—1937) a zjišťuje, že radioaktivní prvky vyzařují trojí druh záření; označil je prvními třemi písmeny řecké abecedy, dále zjišťuje, že ve shodě s úhly rozptylu částic alfa, jimiž bombarduje atomy, musí existovat v každém atomu masivní, ale nesmírně malé kladně nabité jádro, a že toto jádro je obklopeno elektrony, takže se navenek elektrický náboj každého atomu neutralizuje. Všichni tito badatelé byli geniálními experimentátory, leč na aplikaci právě založené kvantové teorie v této oblasti nepřipadli. Rutherfordem zhruba končí linie chemického atomismu, jak bychom mohli označit směr experimentálních bádání a objevů, z nichž vyplynul elementární a názorný obraz o struktuře hmoty; končí pionýrské období, kdy bylo možno činit fundamentální objevy bez hluboké teorie. Do Anglie tehdy odjel studovat tyto otázky také dánský íyzik NIELS HENRIK DAVID BOHR (1885—1962); a protože tam byly právě objeveny paprsky alfa, bylo mu řečeno, „aby také studoval ty • kladné paprsky". Práce se však nepovedla, a tak aby vůbec obhájil doktorát, pustil se do práce teoretické, při níž aplikoval dosud známá fakta o kvantování na problém atomu — a stal se tak otcem kvantové teorie atomu a jedním z velkých fyziků 20. stol. Výchozí ideje však čerpal nejen z představ chemického atomismu, ale i z výsledků, které shromáždili reprezentanti druhé linie — teoretici v oblasti záření, a ovšem i z vlastní hlavy. OD TEORIE ZÁŘENÍ KE KVANTOVÉ HYPOTÉZE Zatímco výše jmenovaní experimentátoři objevovali nové fyzikální skutečnosti, teoretici zkoumali do všech matematických podrobností dávno známé jevy z oblasti záření. Šlo jim zejména o to, vysvětlit spektrum černého tělesa a spektrum atomů — alespoň nejjednoduššího z nich — vodíku. Výzkum záření těles je však starého data. Záření mimo světelnou oblast objevili F. W. Herschel (infračer- vené záření v r. 1800) a W. H. Wollaston s Ritterem (ultrafialové záření v r. 1801). Ampěre správně usoudil, že obojí je stejné podstaty jako světlo. J. v. Fraunhofer (1813) objevil, že je nesprávné Newtonovo tvrzení, že všechny látky emitují záření se stejným, spojitým spektrem. Až do Bohra, tedy přesně sto let, si však teorie s Fraunhoferovými čarami nevěděla rady. Je zajímavé, že ač totéž objevili Wollaston a Young, neodvážili se říci nic jiného, než že snad jde o rozhraní mezi barvami; promluvit proti Newtonovi mohl jen matematicky nevzdělaný člověk, jakým byl tehdy Fraunhofer. Ten zase nebyl schopen vytvořit teorii spekter. Základy klasické teorie záření položil GUSTAV ROBERT KIRCHHOFF (1824—1887), který v r. 1859 dokázal zákon o vztahu mezi emisí a absorpcí světla a který navíc s Bunsenem založil spektrální analýzu. Touto metodou se nejen poznalo složení hvězd a byly objeveny nové chemické prvky, ale byla také zasazena rána názoru některých filozofů (Hegela) o tom, že přírodověda není zásadně schopna poznat podstatu přírodních jevů a že k tomu je povolána přírodní filozofie. Jako příklad He-gel uváděl, že přírodověda nikdy nepozná chemické složení hvězd. Kirchhoff dále definoval pojem černého tělesa a ukázal principiální význam úlohy určit jeho spektrum. Tento program tížil fyziky až do Plancka (1900); předtím ještě našli dílčí zákony záření černého tělesa Stefan, Boltzmann a Wien, který dostal za své výsledky Nobelovu cenu, ač k úplnému řešení měl ještě daleko. Ani angličtí fyzici Rayleigh a Jeans nebyli schopni z klasické teorie odvodit víc než přibližnou formuli. Tato skutečnost zarážela Plancka o to víc, že jeho berlínští kolegové, experimentátoři Rubens a Curlbaum, mu objasnili, jak jednoduché je spektrum rozžhaveného tělesa. Konečně 14. prosince 1900 oznamuje Plaňek v Berlíně svůj objev radiačního zákona; tento den lze považovat za den zrodu kvantové fyziky. Objevený fakt však nejvíc překvapil samotného autora. Od této chvíle až do r. 1925 sílí ve fyzikální teorii váha jeho kvantové „hypotézy"' (ne ještě „teorie"). Všimněme si, jak se fyzika vyvíjela pod vlivem kvantové hypotézy. 211 212 KVANTOVÁ HYPOTÉZA A FYZIKA MIKROSVETA Planckova interpretace zákona záření černého tělesa byla zprvu autorem samým chápána jen jako prostředek ad hoc, umožňující odvození radiačního zákona. Trvalým výsledkem však bylo zjištění, že emise světla se neděje spojitě, ale v kvantech. MAX KARL ERNST PLANCK (1858—1947) byl tedy mužem, který převrátil naruby starou filozofickou zásadu „nátura non facit saltus" (příroda nedělá skoků). Byl synem profesora práv v Kielu a po maturitě se rozhodoval mezi dráhou klavírního virtuóza a fyzika. Vzdor radám svého profesora fyziky, že tato věda je uzavřena a nestojí za to, aby se jí mladý člověk věnoval, přiklonil se k fyzice a postaral se o to, aby v ní bylo o čem bádat. Věnoval se činnosti pedagogické a jako profesor teoretické fyziky v Berlíně napsal velkou učebnici tohoto oboru; jeho oblíbeným předmětem byla termodynamika — a tak se dostal také k termodynamice záření. Zapsal se však i do dějin teorie relativity objevem vztahu mezi hybností, energií a hmotností. Planckova teorie světelného kvanta vzbudila jen malou pozornost. První z těch, kdo ji dále rozvinuli, byl Einstein, který pomocí ní vysvětlil fotoefekt; přitom dospěl k názoru, že světlo je soubor fotonů, jež nesou energii, hybnost, spin aj. — stejně jako každá jiná částice. Tím byl objeven foton (1905), jemuž dal Einstein název a jímž obnovil na dialekticky vyšší úrovni korpuskulárni teorii Newtonovu, sto let předtím zavrženou. Navíc bylo zřejmé, že kvantová hypotéza je použitelná nejen v teorii záření; teprve tím na sebe upoutala patřičnou pozornost. Další důkazy kvantové povahy záření pocházejí od ARTHURA HOLLYHO COMPTONA, který r. 1922 objasnil rozptyl rentgenovských fotonů na elektronech. Obdobný jev, tj. rozptyl fotonu na molekulách, předpověděl rakouský fyzik A. G. Smekal a experimentálně jej dokázal sir CHANDRASEKHARA VENKATA RAMAN v Indii (1928) a v SSSR Mandelštam s Landsbergem. Nobelova cena však putovala do Indie. Sovětští fyzici existenci jevu předpokládali již před Ramanovým objevem, ale chtěli ho prokázat na diamantu; jev pozorovali v témž roce jako Raman, vytisknutí článku se však v německém časopise zdrželo. Raman jev zpozoroval u benzenu hned na první pokus a poslal do Anglie obšírný telegram, který uveřejnil populární časopis Nátuře — a tak byla Rama-nova priorita zajištěna. Od té doby se jmenuje tento jev v SSSR kombinovaný rozptyl světla, v německé oblasti Smekalův-Ramanův jev a jinde ve světě Ramanův rozptyl. Po Einsteinovi další významné zobecnění provedl ve své disertační práci Francouz — vévoda LOUIS VICTOR DE BROGLIE: prohlásil, že všechny částice bez výjimky mají jak korpuskulárni, tak vlnové vlastnosti (koncepce korpuskulárně-vlnového dualismu z r. 1924). Působil jako profesor fyziky v Paříži a po celou první světovou válku byl u telegrafní služby na Eiffelově věži. Jeho objev z r. 1924 nejen že byl potvrzen r. 1927, když C. J. Davisson, L. H. Germer a G. P. Thomson pozorovali interferenci elektronových svazků na krystalové mřížce — ale, což je ještě významnější, jeho pojetí inspirovalo E. Schrôdingera k formulaci nové vlnové mechaniky. Ještě než se k ní obrátíme, poznamenejme, že pomocí kvantové hypotézy byly vypracovány další dvě významné teorie konkrétních fyzikálních jevů: Bohr v r. 1913 vypracoval teorii planetárního modelu atomu a Einstein v r. 1907 založil kvantovou teorii měrného tepla. Planetární model navrhl sice již dříve J. J. Thomson, avšak bez matematického doprovodu. Bohrovu matematickou teorii tohoto problému ještě dále rozvinul mnichovský profesor A. Sommerfeld. Když se však jednalo o udělení Nobelovy ceny za jeho životni dílo, dostala kvantová fyzika nový směr — Sommerfeldův nejmilejší žák, 241etý W. K. Heisenberg, vyslovil svůj princip neurčitosti. Tím se ovšem koncepce přesně určených drah elektronů v atomu stala anachronismem, padlo dosavadní pojetí kvantové fyziky, a do Stockholmu jel pro cenu místo učitele žák. Principem neurčitosti byl zároveň učiněn první krok k dnešnímu pojetí kvantové fyziky. 213 214 VZNIK A VÝVOJ SOUČASNÉ KVANTOVÉ FYZIKY Zatímco Bohr proste postuloval dovolené dráhy elektronů v atomu tak, aby výpočet byl ve shodě s měřením, de Broglie si položil otázku, proč tomu tak je. Zjistil, že dovolené dráhy jsou ty, na nôž se vejde celistvý počet de Broglieových vln elektronu. Jde tedy o jakousi vlnovou interpretaci Bohrova modelu atomu. Z toho však ERWIN SCHRODINGER (1887—1961) usoudil, že vztah mezi novou mechanikou, kterou je třeba najít, a mezi iiewtonovskou mechanikou je analogický jako vztah mezi vlnovou optikou a geometrickou optikou. Ze zmíněných čtyř oborů*] tedy bylo jen jedno políčko prázdné („vlnová mechanika"), a to na základě zmíněné analogie Schrodinger vyplnil. Vyšel z Broglieho koncepce „materiálních vln" a již na počátku r. 1926 se objevuje jeho práce Kvantování jako problém vlastních hodnot. Obsahuje proslulou Schrodingerovu rovnici i výpočty, které vedou ke stejným výsledkům jako teorie Bohrova — navíc však mizí všechna slabá místa Bohrova modelu atomu. Pragmatická cena nové teorie byla nesporná, leč ani sám Schrodinger nepoznal, jaký význam má vlnová funkce v jeho výpočtech; později, když se výklad našel, nikdy ho neuznal. Nepochopitelné bylo také to, že obdobná relativistická vlnová rovnice, čili rovnice obecnější než jeho proslulá nerelativistická rovnice — dává horši výsledky. Současně s novou vlnovou mechanikou Schro-dingera se objevuje nová maticová mechanika německého profesora WERNERA KARLA HEISENBERGA (1901 až 1976); Schrodinger však vzápětí dokazuje, že obě mechaniky jsou ekvivalentní. obor optika mechanika | nevlnová teorie geometrická optika newtonovská mechanika vlnová teorie vlnová teorie vlnová mechanika světla Význam vlnové funkce objevili MAX BORN a PASCUAL JORDÁN. Jejich interpretace byla tak překvapující, že ani Einstein, ani de Broglie, ani sám Schrodinger ji neuznali. Větou, že druhá mocnina absolutní hodnoty oné vlnové funkce představuje hustotu pravděpodobnosti, se zavádí do kvantové mechaniky pravděpodobnostní koncepce. Einsteinovi se nezdálo, že by se i pohyb jediné částice řídil statistickými zákony; prohlásil, že nevěří, že by bůh hrál v kostky. Někteří jeho následovníci se mylně domnívali, že existují nějaké nám dosud neznámé, hlubší skutečnosti, které tuto statističnost způsobují. Jde o tzv. koncepci skrytých parametrů (např. D. Bohm). Potíž s relativistickou kvantovou rovnicí Schrodin-gerovou, kterou později formulovali také Klein, Gordon a sovětský fyzik Fok, se nakonec plně objasnila, a to v souvislosti s pojmem spinu částice. V době slávy planetárního modelu atomu se někteří myslitelé posmívali stoupencům Bohrovým a říkali, že zbývá ještě elektronům připsat rotaci — a pak budou Zemi tak podobny, že bude jen třeba s obyvateli na nich navázat styky. Američtí fyzici S. Goudsmit a G. E. Uhlenbeck skutečně tento rotační pohyb, spin, elektronům připsali (1925). Po odeslání článku do redakce ^si vypočítali, že periferní oblasti elektronu by musely mít nadsvětelné rychlosti, což striktně zakazuje teorie relativity. Jejich prosbu o vyřazení článku však jindy superkritický redaktor Ehren-fest odmítl s tím, že mají právo na omyl. Spin (ve smyslu vlastního momentu hybnosti částice, nikoliv již jako mechanická rotace částice kolem vlastní osy) ve fyzice zůstal a touto veličinou doplnil WOLFGANG PAULI Schrodingerovu rovnici. Přesto však, že Pauliho rovnice přinášela ještě lepší výsledky než Schrodingerova, zmíněná „kosmetická vada" teorie, tj. vnesení spinu do teorie zvenčí, neobyčejně vadila anglickému fyzikovi PAULU ADRIENOVI MAURICOVI DIRACOVI [1902—1984]. Jeho úsilí formulovat novou pohybovou rovnici elektronu bylo konečně r. 1928 korunováno úspěchem: získal relativistickou kvantovou rovnici pro pohyb elektronu, do níž netřeba spin vnášet zvenčí jako u rovnice Pauliho, neboť je v ní obsažen implicite od samého začátku. Důsledky z ní plynoucí byly ve shodě s pokusem. Ukázalo se dále, 215 216 že jeho rovnice platí jen pro částice se spinem rovným jedné polovině, kdežto relativistická rovnice Schrôdinge-rova, zvaná Kleinova-Gordonova, vystihuje pohyb částic se spinem rovným nule. Tak byly nejen získány, ale také pochopeny a ověřeny pohybové rovnice pro všechny tehdy známé druhy částic. Tím byla dovršena kvantová mechanika částic. Dirac a další fyzici začali proto ihned budovat také kvantovou elektrodynamiku a posléze kvantovou teorii polí. Uvedené teorie tvoří základ kvantově teoretické konceptuálni soustavy a nového fyzikálního obrazu světa, jímž se podstatně mění zejména názor na procesy v mikrosvete. Základem konceptuálni soustavy je kvantová mechanika, kvantová teorie polí (zejména kvantová elektrodynamika) a kvantová statistická fyzika. Jejich úspěch je opravdu velký: pomocí nich byla popsána řada jevů. dosud nevysvětlitelných, byla předpovězena existence nových jevů i nových částic a nebyl nalezen jediný jev, který by kvantové teorii odporoval. Nezbývalo tedy, než napříště mluvit o kvantové teorii a ne už o kvantové hypotéze, přijmout nové filozofické koncepce této teorie a také této teorii vyučovat a podle ní postupovat v praxi. Ve fyzice mikrosveta prakticky končí doba geniálních odhadů a překvapujících pokusů; všechno musí být předem podloženo rozsáhlými, profesionálně dokonalými výpočty, u nichž se správné důsledky automaticky předpokládají, a proto ani příliš nepřekvapují. Kvantová fyzika tedy dospívá do své klasické fáze. Dotkněme se nyní co nejstručněji jejích úspěchů v naznačených směrech a poněkud podrobněji i jejích základních idejí. KVANTOVÁ FYZIKA A NOVÉ FILOZOFICKÉ IDEJE Jde zhruba o čtyři hlavní ideje kvantové mechaniky a kvantové teorie polí: (1) Idea o veskrze diskrétním, atomárním charakteru hmoty. Látka i pole jsou složeny z elementárních, sub-atomárních částic — bosonů nebo fermionů. Proto také všechny parametry hmoty jako hmotnost, energie, náboj atd. se mění nespojitě. (2) Idea vlnově korpuskulárního dualismu. Každá částice má jak vlnové, tak korpuskulárni vlastnosti; je tedy jako římský bůh Janus o dvou tvářích: záleží jen na experimentální situaci, do níž ji vložíme — a ukáže nám pak bud jednu, nebo druhou tvář. Proto třeba někdejší spory mezi korpuskulárni a vlnovou teorií světla byly jen důsledkem jednostranného chápání optických jevů. Samotným procesem měření zasahujeme do pohybu částice natolik, že jeden z aspektů „zničíme", čili poznat můžeme jen ten druhý; přesně to vyjádřil Bohr v principu komplementarity. (3) Obdobně nelze přesně změřit u dané částice současně její polohu i rychlost; naše měření jsou tedy od začátku zatížena jistou chybou, a proto také výsledky kvantové teorie neudávají zpravidla ostré, ale pouze pravděpodobné hodnoty veličin. Princip neurčitosti ovšem nepopírá marxistickou tezi o poznátelnosti světa, ale ukazuje omezenou použitelnost našich dřívějších, navyklých klasických pojmů a představ na daleko složitější problémy mikrosveta. Zkrátka fyzika mikrosveta je jiná než fyzika makrosveta; je obecnější. K těmto závěrům dospěla kvantová mechanika. (4) Z kvantové teorie také plyne, že částice a ovšem i soustavy z nich složené nejsou věčné, neměnné, ale podle daných podmínek se s určitou pravděpodobností rodí, rozpadají a přeměňují — avšak v plné shodě se zákony zachování. Zachovávají se nejen známé veličiny jako energie, ale také různé (i neelektrické) náboje. V oblasti částic příroda nikdy nedělá zmetky — všechny částice dané skupiny jsou absolutně stejné a v určitých situacích dokonce totožné. Podle principu totožnosti částic sl tedy nemůžeme žádnou z nich označit, nepoznáme, zda určitý elektron pochází z toho či z onoho atomu; na původu částic vůbec nezáleží. Některé částice jsou „nesnášenlivé" — v dané soustavě a v daném stavu může být nanejvýš jedna z nich. Vylučovací princip Pauliho vyjadřující tuto skutečnost platí pro fermiony (částice s poločíselným spinem), zhruba řečeno pro částice látky; je vyjádřením dávno odpozorované skutečnosti — neprostupnosti látek. Bosony jsou „snášenlivé" a může jich být i více v jed- 217 218 nora stavu; ostatně odedávna se ví, že fotony a jimi vytvořené světelné paprsky si nepřekážejí. Teprve kvantová teorie nahlédla také do podstaty interakce. Jak je možné, že dvě tělesa se přitahují gravitačními či elektrickými silami, ačkoli mezi nimi nic není; jak je možné, že na sebe působí na dálku bez zprostředkování nějakým mezilehlým činitelem? Faraday poznal, že tímto mezilehlým agens je pole, jež se šíří konečnou rychlostí od jedné částice ke druhé. Co však je podstatou pole a jak může pole držet pohromadě částice? Heisenberg odpověděl, že přitahování je zprostředkováno výměnnou interakcí. Kdyby se někdo z jiného světa díval na volejbalové utkání, záhy by asi poznal, že hráče nedrží pohromadě nic, než to, že si obe strany vyměňují míč. V jednom okamžiku je jedna strana bohatší o míč, za chvíli druhá. Neutron a proton v atomovém jádře jsou také dva stejné nukleony, vyměňují si ustavičně mezon a jsou tedy chvíli neutronem, chvíli protonem. Elektromagnetickou interakci zprostředkovávají fotony, gravitaci zatím hypotetické gravitony. Teorie gravitace je zatím jedinou oblastí, kde kvantová teorie učinila teprve první kroky. KVANTOVÁ FYZIKA A FYZIKA ELEMENTÁRNÍCH ČÁSTIC A ELEMENTÁRNÍCH INTERAKCÍ Jde o teoreticky nejzávažnější oblast současné fyziky, o oblast, v níž není bez kvantové teorie možný jediný krok; právě v této oblasti relativistická kvantová teorie dosáhla svých prvních velkých vítězství. Opatrní fyzici zamýšlející se kriticky nad pojmem „elementární" nahrazují někdy toto slovo termínem fundamentální. Dirac v r. 1930 na základě svých pohybových rovnic elektronu předpověděl, že musí k elektronu existovat také anti-částice — pozitron. Když za dva roky nato C. D. Anderson v kosmickém záření jeho přítomnost dokázal, musela se koncepce antihmoty brát vážně. Antičástice se mohou navzájem zničit, anihilovat, přičemž vznikne pár fotonů; dokázali to r. 1933 manželé Joliot-Curieovi společně s J. Thibaudem. Energie vzniklých fotonů je dána Einsteinovým vzorcem udávajícím vztah mezi hmotností a energií částic. Opačný proces, tj. kreaci eléktron-po-zitronového páru z kvant gama, dokázali téhož roku Joliot-Curieovi, Anderson, Blackett a Ital G. P. Occhialini. Teorii obou procesů podal JACOB ROBERT OPPENHEI-MER, prapotomek pražského rabína a pozdější „otec" jaderné pumy. Některé z Diracových předpovědí dodnes ověřeny nebyly — např. možnost existence magnetických monopolů, kterou však vylučuje Maxwellova teorie; marně se po nich nedávno pátralo ve Spojeném ústavu jaderných výzkumů v Dubne u Moskvy. Od dob Andersonových nastal lov na elementární částice, který trvá dodnes; jména největších lovců lze snadno najít v seznamu laureátů Nobelovy ceny. Zmiňme se alespoň o J. Chadwickovi, objeviteli neutronu, o Japonci H. Yukawovi, který předpověděl mezony, o E. G. Segréo-vi a o O. Chamberlainovi, kteří našli antiproton, a o B. Richterovi, S. C. C. Tingovi a P. W. Andersonovi, kteří objevili celou novou třídu částic psí. Neméně významné byly i objevy vlastností některých „starých" částic; O. Stern např. zjistil magnetický moment protonu, P. Kusch anomální magnetický moment elektronu a R. Hofstädter dokonce strukturu nukleonu. Na základě rozptylu částic se totiž zjistila určitá struktura rozdělení elektrického náboje uvnitř protonu a dokonce neutronu. Jasno ve světě částic a v jejich syste-matice zjednal Gell-Mann, který provedl klasifikaci částic; tím připomíná Mendělejeva 20. stol. Vůdčí principy při těchto objevech ovšem plynou z o-becných teoretických principů. Patří k nim např. princip parity objevený Wignerem a zobecněný v CPT-teorém W. Paulim (1955J. Možnost narušení parity při slabých interakcích byla vyslovena T. D. Leem a Ch. N. Yangem; experimentální důkaz narušení podal Ch. Wu (1957). Po Diracovi obohatili kvantovou elektrodynamiku R. P. Feynman, J. Schwinger a S. Tomonaga a důležitou skutečnost, že lze spojit v jedinou teorii elektrodynamiku a teorii slabé interakce, prokázali Weinberg, Glashow a Pakistánec Salám. Tím je ovšem nastolena na pořad dne otázka integrace teorií různých interakcí. Za několik let mohou tedy být dějiny fyziky částic opět bohatší. 219 220 Je možné, že se experimentálně potvrdí i k várková struktura částic postulovaná G. Zweigem a Gell-Mannem. KVANTOVÁ TEORIE A STATISTICKÁ FYZIKA Po zdánlivě nejjednodušších hmotných strukturách, elementárních částicích, jsou skutečně nejjednodušší plyny, u nichž lze interakci mezi částicemi zanedbat. V této oblasti a ve třídě příbuzných složitějších problémů kraluje kvantová statistická fyzika. Nové skutečnosti, zejména kvantovou teorii, přinesl do této říše indický fyzik ŠATENDRANÄTH BOSE v r. 1924 poté, když se vrátil ze stáže u Curieové v Paříži. Vypracoval teorii statistického rozdělení části s celočíselným spinem, tj. bosonů, a nově odtud odvodil Planc-kúv zákon. Pojem spinu sice ještě nebyl na světě, ale Einstein, který na Bosého ideje navázal, poznal, k čemu se nová teorie hodí. Einstein podal další odvození Planc-kova zákona, přičemž zavedl rozlišování zářivých procesů na emisi, absorpci a vynucenou emisi záření (1919). Tak vznikla nejen statistická fyzika bosonů, ale také byla naznačena možnost využití procesu vynucené emise záření. Na této cestě od Einsteina k laserům se zprvu postupovalo velmi pomalu. V r. 1939 sovětský fyzi'k V. A. Fabrikant dokázal možnost inverze populací elektronových hladin v látkách a v r. 1951 vyslovil princip zesílení elektromagnetického záření při průchodu světla aktivním prostředím, tj. prostředím, v němž je zmíněná inverze realizována. K realizaci masem se dospělo r. 1945 a poté američtí fyzikové Ch. H. Townes a A. L. Schawlow a sovětští badatelé N. G. Basov a A. M. Prochorov položili základy kvantové elektroniky, podle nichž uvedl do chodu T. H. Mairoan první rubínový laser (1960). Právě tento objev stimuloval nebývalý rozvoj optiky, vznikla kvantová opti'ka a kvantová elektronika, nelineární optika a laserová spektroskopie. Laser jako zdroj koherentního světla umožnil uskutečnit také Gaborovu ideu holografie. Nastává renesance optiky, která se tak stala viýznamnou složkou moderní vědy a techniky i přílibem nových aplikací. Zakladatelem statistické fyziky fermionů je slavný italský teoretik ENRICO FERMI (1901—1954) a Dirac. Jejich teorie se významně uplatňuje v teorii kovů a pevných látek vůbec, stejně jako v teorii atomového jádra a ve fyzice plazmatu. Velké zásluhy o rozvoj fyziky plazmatu si získal I. Langmuir a L. Tonks, Ind M. N. Saha e další. S touto problematikou souvisí magnetohydrody-namika, o niž se zasloužili švédský astrofyzik Alfvén, sovětský teoretik Landau a jiní. Alfvén ji aplikoval na teorii hvězd a Tonks učinil první kroky k teorii řízené termonukleární reakce, jež se asi odehraje v plazmatu. Počet jmen i problémů v této oblasti je značný, k předním badatelům patří dále I. J. Tamm, A. G. Volosov, A. I. Achiezer, J. L. Spitzer aj. KVANTOVÁ TEORIE A FYZIKA ATOMOVÉHO JÁDRA Historie jaderné fyziky vlastně začala ještě před objevem atomového jádra, a to Becquerelovým objevem přirozené radioaktivity r. 1896. O významu pionýrských prací Curieových, Rutherforda a dalších již byla zmínka. K tomu je třeba ještě dodat, že Rutherford se Soddym našli také zákon radioaktivních přeměn v exponenciálním tvaru a H. Geiger a J. M. Nutallem uvedli ve vztah rozpadovou konstantu tohoto zákona s poločasem rozpadu prvku a s doletem částic, čili s veličinami měřitelnými. Teoreticky to hlouběji zdůvodnil G. Gamow. Zjistilo se dále, že transmutace prvků při radioaktivních procesech probíhá ve čtyřech rozpadových řadách; jde o řadu thoriovou, neptuniovou (objevena až za 2. světové války), uranovou a aktiniovou. Pauli r. 1933 vyslovil předpoklad, že radioaktivní záření musí obsahovat ještě neutrina (vedle částic alfa, beta a gama), což potvrdili Cowan, F. Reines a Harrison r. 1954. Z četných aplikací radioaktivního záření a jeho nositelů, radioizotopů, jsou významné aplikace: v lékařství, He-vesyho metoda využívající izotopů k indikaci chemických procesů, Libbyho objev „absolutní chronologie", tj. metody umožňující určit podle zastoupení izotopů v hornině či jiném vzorku jeho stáří, defektoskopické metody a další. 221 222 Jaderná fyzika před 2. světovou válkou udělala významné kroky, byla však ještě stále na začátku. Bylo třeba zdokonalit experimentální a měřicí techniku, ale také formulovat teorii atomového jádra. Teprve potom bylo možno očekávat další významné objevy a aplikace. Experimentální vybavení laboratoří se skládalo nejprve ze spintariskopu pro zjišťování částic alfa (Crookes, 1903), difúzni mlžné komory (Wilson, 1912), počítačů elektrických impulsů způsobených ionizací plynů (Gei-ger a Miiller, 1928), Čereokovových počítačů; k tomu později přistoupily metody fotografické detekce, bublinová komora (Glaser), cyklotron (Lawrence) a další urychlovače částic (van de Graafův generátor). Fyzici však nebyli jen pozorovateli jaderných procesů, ale chtěli je také ovlivnit. Úspěchem v tomto směru byl objev umělé radioaktivity manželi Joliot-Curieovými, objev nových prvků a izotopů, které jaderní chemikové již dovedli oddělit, a přeměny prvků vůbec; začal s nimi i ž Ruťherford r. 1919, když z dusíku ostřelovaného částicemi alfa učinil kyslík. Nejdůležitější však byl objev Stěpení uranu 235 při ostřelování pomalými neutrony [Hahn, 1938). K úspěšnému průběhu této reakce, která fyziky fascinovala svou vysokou energetickou bilancí, bylo však třeba neutrony ne zrychlovat, ale zpomalovat, k čemuž slouží moderátory — a aby nedošlo k výbuchu, je třeba nadbytečné neutrony také někdy lapat kadmiovými tyčemi. Na těchto principech postavil Fermi první jaderný reaktor (1942) a vědecký tým vedený Oppen-heimerem jadernou bombu (1945). Teller se později „zasloužil" o sestrojení termonukleární bomby. V Německu za války prováděl obdobné práce v daleko menším rozsahu Heisenberg — a když začalo neblahé soutěžení po válce, vyrovnal Sovětský svaz počáteční předstih USA zásluhou Kurčatova, Kapicy, Landaua aj. V poválečném období našla jaderná fyzika a technika také nesčetné užitečné aplikace, zejména v energetice, v přípravě nových látek a zařízení aj. Experimentátoři změřili nejrůznější vlastnosti atomových jader, objevili nové, „umělé" chemické prvky, které sami „namíchali" aj. V teorii se H. Bethe zasloužil o po- pis jaderných reakcí a dějů probíhajících v nitru hvězd; konečně vznikly také kvantové modely atomového jádra, zejména slupkový model Goeppertové a H. Jensena a zobecněný model A. Bohra, B. Mottelsona a J. Rain-watera. KVANTOVÁ TEORIE VE FYZICE ATOMU A MOLEKUL Pod pojmem fyzika atomů se zpravidla rozumí fyzika elektronového obalu atomů. Nejdůležitější metodou poznání fyzikálních vlastností atomů a molekul byly a jsou metody spektroskopické. Kvantová teorie spolu se spektroskopií vedla k poznání elektronových hladin atomů; tutéž strukturu atomů potvrdily pokusy J. Francka a G. Hertze (byl synovcem H. Hertze, objevitele elektromagnetických vln). Informace o spektrech atomů se shromažďují od dob Balmerových, který r. 1885 formuloval první vzorec pro frekvenci spektrálních čar vodíku; měří se dvojím způsobem: metodami optické spektroskopie a metodami rentgenové spektroskopie. Na počátku prvé metody stojí po Balmerovi F. Paschen, který objevil a zkoumal infračervená spektra atomů, a Lyman, který činil totéž v ultrafialové oblasti spektra. Počátky úspěchů v rentgenové spektroskopii se pojí se jménem anglického fyzika H. G. J. Moseleye. Na jeho výsledky shrnuté ve vzorci pro frekvenci rentgenovských čar navázal Švéd K. M. G. Siegbahn, který také sestrojil vhodný vakuový spektroskop. V tomtéž oboru úspěšně pracoval náš profesor V. Dolejšek, žák Heyrovského. Dolejšek zahynul za 2. světové války v koncentračním táboře. Spektroskopické výsledky by nebyly pro poznání atomu nic platné, kdyby nebylo kvantové teorie. Právě na problematice atomových spekter tuto teorii ověřovali a prohlubovali zakladatelé kvantové mechaniky — od Bohra až k Diracovi a experimentátoři od Rydberga až k Paschenovi a Lambovi. Mnohem složitější než problém spekter atomu je problém molekul. Molekulová experimentální spektroskopie začíná Deslandresem v 19. stol. Kvantová teorie molekul však začíná zjištěním, že je možno zkoumat oddě- 223 224 leně spektra elektronová, vibrační a rotační (Born, Op-penheimer, 1927]. Následují teoretické práce Betheho a Placzeka, které ukazují, že je třeba při určování spekter užít teorie geometrické symetrie molekul; práce Ti-szy, E. Tellera, sovětských fyziků Volkenštejna, Jelja-ševiče, Štěpánova a kanadského chemika G. Herzberga umožnily podrobně poznat elektronová a vibrační spektra molekul. Podrobnou matematickou teorii vibračních Eipekter vypracovali E. B. Wilson, J. Decius, P. C. Cross a další. Brněnský rodák G. Placzek vypracoval první podrobnou teorii Ramanova rozptylu světla na molekulách. Pomineme další metody, jimiž se zkoumaly molekuly a jež patří hlavně do fyzikální chemie. KVANTOVÁ FYZIKA A FYZIKA PEVNÝCH LÁTEK Fyzika pevných látek má za sebou dlouhé „predkvan-tové" období. Mechanické vlastnosti zkoumal jako první Galilei; studoval pevnost nosníků. Pružností se zabýval Hooke. U krystalických látek ovšem udivovala jejich symetrie: krystalky vody (sněhové vločky] mají šesti-četnou osu symetrie (Kepler, 1611); krystaly křemene jsou navzájem geometricky podobné. Název krystal dal původně křemení dánský lékař N. Stonsen v r. 1669, z toho vzniklo české slovo křišťál. Když zjistil, že zmíněnou vlastnost mají i jiné látky, nazval je souhrnně krystaly. Soustavně zkoumal krystaly solí D. Gulielmi-ni (1688) a obecně je popsal J. de ITsIe (1772). K zákonu o racionalitě odvozovacích koeficientů krystalů dospěl W. H. Miller (1839). F. Mohs sestavil stupnici tvrdosti. Klasifikaci krystalů na základě symetrie podal ]. F. Ch. Hessel: zjistil, že je možných jen 32 krystalografických tříd a 230 prostorových grup symetrie. Začas se však badatelé již nespokojili jen s „vnější geometrií" krystalů a pokoušeli se, zatím jen matematicky, vystihnout také jejich vnitřní stavbu. Huygens přišel s představou o eliptických částicích vápence, aby v něm mohl vyložit dvojlom světla (1378); prostorovou periodicitu krystalů v důsledku štěpnosti v různých rovinách předpokládal T. Bergmamn (1773). R. J. Hafly navíc objasnil periodicitu krystalů ve všech třech směrech. Krok od čistě geometrického chápání k fyzikálnímu učinil A. L. Seeber; zapomenuty byly starší snahy Boš-kovičovy. Když si konečně v 19. stol. fyzici zvykli na atomy, položil si M. Frankerahein otázku, zda by bylo možno na základě rozmístění atomů („bodových útvarů") vysvětlit vnější symetrii krystalu. A. Bravais odpovídá kladně a odvozuje 14 typů prostorových mřížek. Konečně A. Schoenflies a J. Fedorov odvozují oněch 230 možných prostorových mříží a zavádějí novou symboliku pro symetrii krystalů. Nechyběly ovšem ani názory, že částice v krystalu jsou rozmístěny snad chaoticky, čímž se měla vysvětlit izotropie některých látek. O tom, kdo má pravdu, mohl rozhodnout jedině pokus. A ten učinil M. von Laue: existují-li pravidelně rozložené atomy v krystalu a je-li rentgenové záření elektromagnetické povahy, pak musí dojít k difrakci na krystalové mřížce. Když tuto ideu jeho asistent P. Knipping r. 1912 v laboratoři dokázal, bylo všechno teoreticky jasné, ale přesto nebylo možno určit vlnovou délku rentgenového záření; bylo tomu tak proto, že nebyla dosud známa prostorová perioda ani jediné mřížky. Pomoc přišla z Anglie od W. H. a W. L. Braggových (1913), kteří dospěli ke hledané hodnotě měřením doletu částic alfa po průchodu kamennou solí. Zdokonalili metodu rentgenové strukturní analýzy, takže od té doby fyzici „vidí" do krystalové mřížky i do uspořádání jejích atomů. Tím se zároveň stala reálnou záležitostí rentgenová spektroskopie, neboť bylo také možno pomocí mřížek měřit vlnovou délku rentgenového záření. Později zjistil G. P. Thomson ve shodě s Broglieovou koncepcí korpuskulárne vlnového dualismu dokonce ohyb elektronů na krystalové mřížce. Roku 1936 dospěli D. P. Mitchell a P. N. Powers obdobně k neutronografii, založené na difrakci neutronů. Elektronovou strukturu magnetických a neuspořádaných soustav prozkoumali P. Anderson, Mott a van Vleck a strukturu bílkovin, zvláště hemoglobinu, našel L. Pauling. Poznání struktury látek byla první věc — nyní bylo třeba začít zkoumat další fyzikální vlastnosti: vlastnosti mechanické, tepelné a elektrické, podle nichž se rozli- 225 226 sují látky na kovy, polovodiče a dielektrika, dále vlastnosti magnetické a optické. Jako společný teoretický základ byla vypracována kvantová teorie pevných látek. Výzkumy mechanických vlastností pevných látek jsou starého data a pojí se se jmény Houká (167b'J, Younga (1801), Cauchyho (1822) aj. Mikroskopickou interpretaci elastických konstant podali Born, Karman, Huang a Jo-nes ve 20. stol. Vlastnosti při velmi vysokých tlacích zkoumal P. W. Bridgman, který mj. dokázal, že na křivce tání neexistuje kritický bod. Jeho práce také vedly k syntéze diamantů (1955). Teorii kmitů krystalové mříže vypracovali Born, Karman, Huang, Leibfried a další. Tepelnou vodivost zkoumal z mikroskopického hlediska C. F. Powell, Blanpied aj. Nesmíme rozsáhlý je dnes soubor poznatků o elektrických a magnetických vlastnostech látek. Ve fyzice dielektrik jsou významné práce L. Paulinga, L. Onsagera, Osborna a dalších; dielektrika se stálými elektrickými momenty (segnetoelektrika) studovali Egucchi, Valašek a jejich magnetickou obdobu, feromagnetika, zkoumali Langevin a Larmor. S pracemi v oblasti magnetismu souvisely práce, jež vedly k objevu magnetických rezonančních metod, které vypracovali Zavojskij, Torrey, Pound, Andrew a van Vleck. Vlivem magnetického pole může se stát anizotropní látkou také kapalina; zásluhy o poznání těchto kapalných krystalů mají zejména Reinitzeir, Lehmann, G. W. Gray, J. P. de Gennes. Fyzikou kovů a polovodičů se úspěšně zabývali Mott, Jones, Zener, Shockley aj. Jejich výsledkem je nejen důsledná kvantová teorie těchto látek a interpretace dříve známých jevů (např. Hallův a Wiedemannův-Fran-zův jev), ale i objevy nových skutečností (např. tranzistorový efekt objevený Bardeenem a Shockleym; kvantový Hallův jev objevený von Klitzingem); při výkladu jevů z této oblasti dobře slouží pásová teorie pevných látek. O teorii polovodičů se dále zasloužili Johnson, Wilson, sovětský fyzik A. F. loffe, jeho škola a další. V souvislosti s aplikacemi polovodičů v elektronice vyvstal závažný problém přípravy polovodičů vysoké čistoty s přesně definovaným zastoupením a lokalizací ne- čistot; v tomto směru sehrály významnou roli studie Pfarama, Goodamma, Schottkyho a Czochralskiho. Kromě polovodičů, jež představují zatím největší praktický přínos fyziky pevných látek, jsou ovšem zajímavé a slibné také supravodiče. Supravodivost je jev známý zatím jen při velmi nízkých teplotách; jejím objevitelem je H. Kamerlingh-Onnes (1913) a jeho současná teorie pochází od J. Bardeena, Coopera a Schrieffera (1957). Kvantová teorie umožnila také významný pokrok v oblasti optických vlastností pevných látek, při výkladu interakce záření s látkau, stejně jako v oblasti luminiscence a dalších již dříve známých jevů; ještě zajímavější je oblast nelineární optiky otevírající celé nové oblasti jevů dosud neznámých, jako je generace světla o vyšších harmonických frekvencích při průchodu nelineárním krystalem. Ze všech badatelů v této oblasti jmenujme alespoň průkopníka, profesora leidenské a poté harvardské univerzity N. Bloembergena. Práce v této oblasti souvisejí s problematikou laserů a na ně navazují metody laserové spektroskopie, umožňující nejen hlubší poznání struktury hmoty než dosud, ale také ovládání chemických reakcí způsobem dosud netušeným. V těchto oblastech lze očekávat v nejbližší době řadu významných aplikací. KVANTOVÁ FYZIKA VE VEDÁCH Kvantová teorie se uplatnila nečekaným způsobem i ve vědách fyzice vzdálených. Příkladem je práce Schro-dingerova, objasňující principy života z hlediska kvantové teorie a statistické fyziky. Rovněž chemie má blízko ke kvantové teorii; dnes dokonce již neexistuje žádná specifická chemická teorie. Téměř celá chemie spočívá na kvantové teorii; ta je také spojovacím článkem mezi fyzikou a chemií, takže hranice mezi oběma vědami jsou neostré a postupně mizí. Oblastí jejich společného zájmu je chemická fyzika a fyzikální chemie. Velmi těsné vztahy má kvantová teorie k astrofyzice. Hlavním zdrojem informací jsou pro astrofyziku spektra 227 228 nejrůznějšího záření přicházejícího z kosmu a jedinou jejich teorií je opět teorie kvantová. Astronomie však kvantové fyzice nic nedluží. Naopak, poskytuje jí k experimentálnímu zkoumání částice natolik urychlené, že to v pozemských urychlovačích nemá zatím obdoby. Kosmické záření je tedy předmětem zájmu astronomů i fyziků. Existence čehosi tajemného, co způsobuje vybíjení nabitých elektroskopu, se tušila již velmi dávno. Avšak důkaz existence kosmického záření podal až r. 1912 rakouský fyzik V. F. Hesls, který se vznesl balónem do výše 5 km a shledal, že příčinou ionizačních jevů je záření kosmického původu, jež je tím „tvrdší" a intenzivnější, čím jsme výše. Následovaly práce Hessovy, Mil-likanovy, Mysovského, Skooeľcyna a dalších, které tuto tezi potvrdily. Později se dokonce našly v kosmickém záření částice dosud neznámé na Zemi [pozitron našel Anderson r. 1932, mion S. H. Neddermeyer s Anderso-nem, mezon K a další Occhialini, hyperony Butler). Teprve potom se lidé pokusili při akceleraci částic ú-spěšně konkurovat přírodě pomocí mohutných urychlovačů. CO OVLIVŇOVALO V MINULOSTI VÝVOJ FYZIKY Vývoj fyziky, stejně jako vývoj společnosti i všech složek společenského vědomí (k němuž patří také vědy], je zákonitý. Formulace příslušných zákonů v této obecné rovině je ovšem úkolem jiných věd než historie fyziky. Omezíme se proto jen na výčet nejjednodušších faktorů, jejichž souhra ovlivňovala vývoj fyziky. Zhruba lze tyto faktory rozdělit na činitele vzhledem k fyzice vnitřní, vnější a na činitele ostatní, tj. takové, jež nelze dosti dobře zařadit do žádné z uvedených skupin. K významným vnitřním faktorům patří „vnitřní logika vědy". Tento činitel se uplatňuje za situace, kdy jsou již známy principy nové, budoucí teorie, ne však teorie celá. Například jakmile byl jednou formulován gravitační zákon a pohybové rovnice Newtonovy, bylo třeba zaplnit jimi vymezenou „prázdnou oblast", čili vývoj mechaniky se nemohl ubírat jiným směrem než k vytvoření nebeské mechaniky a analytické mechaniky. Totéž platilo o prostoru, který se otevřel po objevení Max-wellových rovnic před elektrodynamikou a optikou. K objevu tak obecných „nosných principů" ovšem dochází až v závěru dlouhého období kumulace dílčích zákonů a velkého počtu pokusů. Objevem oněch principů začíná zpravidla „heroické období" příslušného oboru, kdy věda kráčí od jednoho úspěchu ke druhému, dovede předpovědět nové jevy, nové podrobnosti u známých jevů a v mechanice např. i nová tělesa sluneční soustavy. Teorie se postupně stává soustavou stále úplnější a logicky uzavřenější, je i předmětem výuky na školách a dlouho nebývá znám pokus, který by jí odporoval. Daná disciplína a teorie se zkrátka stává klasickou. Objevují se snahy dát jí také dokonalou formu axiomatic- 229 231 kou. Platnost jejích principů však badatelé zpravidla extrapolují, a to prostě proto, že neznají v dané době nic dokonalejšího. Proto se třeba i Maxwell, který si nedovedl představit nic dokonalejšího než mechaniku, pokouší interpretovat své výsledky mechanicky; Clausius přichází s tezí o „smrti" vesmíru z důvodů termodynamických atd. Omezenost dané klasické teorie, případně celého obrazu přírody si začínají uvědomovat jen největší myslitelé, a to zpravidla nejprve v rovině filozofické. Krize oboru, či dokonce krize fyziky nastane, jakmile se ukáže, že pozorované skutečnosti se žádným způsobem nedají vtěsnat do daného teoretického schématu. Východisko z této situace ovšem najdou jen skuteční géniové. Po pádu newtonovské fyziky musel přijít Einstein, aby byla vytvořena nová mechanika velkých rychlosti; při objevu možnosti zdánlivého zániku hmoty musel přijít Lenin a ve filozofické rovině podat novou definici hmoty, a to natolik obecnou, aby se vyloučilo její ztotožnění s jakoukoli její speciální formou; jediným jejím atributem zůstává objektivní existence nezávisle na vědomí. Vstup do fyziky mikrosveta byl zase možný jedině pomocí kvantové teorie s novým matematickým aparátem, který jí dal Schrodinger, Heisenberg, Bonn a Dirac, a pomocí nového filozofického pojetí veličin v něm vystupujících, které pochází od Heisenberga, Borna, Jordána a N. Bohra. Z toho, co bylo uvedeno, vyplývá mimořádný význam matematiky pro fyziku; jako metodický základ fyzikálních teorií patří úroveň matematiky v dané epoše k dalším významným vnitřním faktorům. Bez nového matematického aparátu nelze nové problémy vůbec formulovat, a tím méně řešit. Starověk s matematikou konstantních veličin nemohl vůbec formulovat dynamické problémy, neboť ty předpokládaly objev proměnných veličin, limit, derivací a integrálů. Také bez opuštění starého, již příliš úzkého fyzikálního obrazu přírody není možný další rozvoj vědy; na tom je vidět, jak hluboký význam pro fyziku mají také filozofické aspekty jejích teorií. Nejnápadnějším rysem fyzikálních teorií je však jejich matematizace a stále obeonější a abstraktnější obsah. Matematika umožňuje také pochopit splývání fyzikálních disciplín, např. optiky s elektrodynamikou i jejich vzájemnou hierarchickou podřízenost; ukazuje totiž, která z teorií je obecnější a jaké jsou hranice speciálních odvětví a aproximativ-ních teorií. Vzdor vší formální dokonalosti teorie se však již několikrát v minulosti stalo, že teorie se stávala postupně obsahově sterilnější, pohybovala se stále v jednom kruhu a nakonec nedovedla vysvětlit nejelementárnější experimentální fakta nezapadající přesně do jejího systému. Stalo se to např. při výkladu spekter vodíku a černého tělesa z hledisek klasické fyziky. Po delším hledaní se nakonec najde nějaký jednoduchý matematický model mimo tuto teorii, např. Bohrova teorie atomu, která ač logicky nedokonalá, přesto dává nepochopitelně dobré výsledky, a to zpravidla v těch oblastech, kde právě klasická teorie zklamala. To je ovšem již symptomem zrodu nové teorie; fyzici pak hledají principy nové teorie — a po jejich nalezení se ovšem celá historie na vyšší úrovni opakuje. Je třeba poznamenat, že i na obzoru naší kvantové teorie není již nebe bez mráčku — i když zatím žádný pokus jí neprotiřečí a tak jí neusiluje o život. Z faktorů vůči fyzice vnějších uveďme na prvním místě „společenskou poptávku" po výsledcích vědy. Na mnohdy dominantní význam tohoto činitele upozornila právě marxistická teorie vývoje společnosti. Sám Marx správně říká, že potřeba parního stroje v tovární výrobě a dopravě 19. stol. stimulovala rozvoj teorie tepelných strojů a termodynamiky víc než desítky univerzit a akademií. Naopak, nedostatek této poptávky, např. v antické otrokárske společnosti, odsoudil objev parní turbínky k osudu objevů „předčasných", a to přesto, že nechyběly ani náběhy k řešení, ani nebyl nedostatek talentů, schopných problém zvládnout. Vazba mezi stavem výroby a stavem vědy je ovšem dialektická, a tedy oboustranná. Nejen potřeby výroby určují stav vědy, ale také naopak fundamentální objevy v oblasti vědy podstatně ovlivňují rozvoj výrobních sil, který se nakonec nutně promítne i do oblasti výrobních vztahů se všemi z toho plynoucími společenskými a historickými důsledky. Dnes prožíváme 232 233 vědeckotechnickou revoluci ilustrující tyto oboustranné vztahy, jež jsou tak výrazné, že můžeme začít mluvit o vědě jako o výrobní síle. K nezanedbatelným vnějším faktorům ovšem lze počítat také kulturní klima v daném místě a době, přízeň či nepřízeň vládnoucí třídy a jejích představitelů vůči vědě a jejím nositelům apod. Iniciativa panujících Ptolemaiovou a preference exaktních věd sehrála kdysi velmi významnou roli v dějinách alexandrijské vědy. Podobně pozitivní vliv sehrálo mínění převážné části antických řeckých filozofů: je nezbytné pěstovat matematiku a je třeba přistupovat k řešení fyzikálních problémů teoreticky, ne pouze prakticky. Obojí uvedené faktory postrádala kdysi vyspělejší Čína: matematika tam nepatřila do souboru věd nezbytných pro vzdělance a na každý problém bylo pohlíženo jen pod zorným úhlem užitečnosti. V islámském světě kalifové ve středověku podporovali exaktní vědy; když však islámské duchovenstvo namítalo, že leckteré závěry jsou ve sporu s koránem, skrývali se učenci za tezi o dvojí pravdě — že totiž jedna je pravda filozofická, vědecká, a jiná, „vyšší", je pravda náboženská, a že tedy není důvod k bojům mezi vědou a náboženstvím. Nakonec duchovenstvo tuto tezi neuznalo a v mocenském zápase zvítězilo, a tak arabská věda definitivně ustoupila z někdejšího svého prvního místa v kulturních dějinách středověku. Z faktorů, jež nejsou ani vnější, ani vnitřní, uveďme alespoň činitel, který by bylo možno označit jako „psychologický profil nositelů vědy". Ve shodě se známými vztahy mezi úlohou osobností a mas v dějinách můžeme říci, že za daných podmínek, kdy je již společenská situace zralá k přijetí nových teorií, rozhoduje o urychlení či retardaci objevů také charakter tvůrčích osobností vědy. Například v dobách Koperníkových již nebyla možnost heliocentrického modelu sluneční soustavy žádným tajemstvím, a přece jediný Kopernik se vydal osamocen s důsledností a jasnozřivostí génia správným směrem a svoje dílo dokončil s obdivuhodnou dokonalostí. Totéž lze říci o Faradayovi, Einsteinovi a jiných. Také dnes čeká fyzika fundamentálních částic a fundamentálních interakcí na nového Einsteina či Heisenber- ga, který provede geniální shrnutí, abstrakci, vybere snad již někde v matematice existující teoretický aparát a podle Leninových slov „vloží do teorie tolik fantazie", že vytvoří novou, produktivní teorii, jež bude schopna nést ovoce celá desetiletí či dokonce staletí. Zdá se snad podivné, že tak objektivní aparát, jakým je fyzikální teorie, potřebuje něco tak subjektivního, jako je fantazie. Skutečnost je však taková. Vždyť i tak elementární zákon, jako je zákon setrvačnosti, mluví o pohybu vůči inerciální vztažné soustavě, to jest soustavě, která ve skutečnosti nikde neexistuje a přibližně by byla realizována někde daleko od Země v mezihvězdném prostoru, kde nepůsobí prakticky žádné vnější síly. A přece Newton vztahoval pohyb těles právě k této „nereálné" soustavě a odchylky od k ní vztaženého, idealizovaného pohybu konstantní rychlostí připsal na vrub „vnějších sil", o jejichž existenci se přesvědčil jen na základě odlišnosti pohybových stavů ideálních a pozorovaných. Newton i jiní pociťovali nechuť uveřejňovat své revoluční výsledky. Někteří slavní fyzici své výsledky někdy dokonce sami odmítli nebo zahodili. Cavendish je nepublikoval, Carnotovy principy termodynamiky pohodili dědicové do starého papíru, skromný Gibbs publikoval své objevy v málo známých časopisech a Leonardo da Vinci neměl čas své práce ani dokončit, ani publikovat a zanechal je v podobě rozsáhlých, téměř nečitelných zápisků-. K novým rysům vědecké práce současné epochy patří její skupinový charakter. V oblasti experimentální, kde některá zařízení svými rozměry připomínají celé továrny — s tím rozdílem, že jsou daleko složitější než jakýkoli výrobní závod —, není týmový charakter práce ničím novým. Nové je to, že se stává nezbytností i v oblasti teoretické. Za těchto podmínek již ovšem věda nemůže být převážně „romantickou záležitostí" jako dříve, ale stává se činností přísně plánovanou s přesně vymezenou návazností na další práce teoretické, experimentální i na praxi. Není vyloučeno, že právě tento poslední faktor nabude ve fyzice role rozhodující, a není ovšem také a priori jisté, bude-li tato role vždy jen pozitivní. Významná je také tendence ke smazávání rozdílů mezi 234 235 vědeckými a výrobními pracovišti, což je patrné např. u jaderných elektráren. Jestliže na počátku lidské historie byla jediným pramenem fyzikálního poznání praxe, nemůžeme se divit, kdyby nakonec, na vyšší úrovni, nabyla praxe opět tak významné role, o které se v klasické fyzice nikomu nesnilo. nobelovy ceny za fyziku *) V seznamu jsou uvedeni nejen laueráti Nobelovy ceny za fyziku, ale také laureáti za chemii a lékařství s fyziologii, pokud ovlivnili vývoj fyziky. Upouštíme od obvyklého řazení chronologického či abecedního a radíme laureáty podle oborů, aby byla alespoň přibližně patrna závažnost objevů v různých odvětvích fyziky 20. století. MECHANIKA A PRÍBUZNÉ PROBLÉMY 1904 sir /. W. Strutt-Rayleigh (Velká Británie): výzkum hustoty vzácných plynů a s tím související objev argonu 1904 sir W. Ramsay (Velká Británie): objev vzácných plynů v atmosféře, přesná měření jejich parametrů a určení místa v periodické soustavě chemických prvků; Nobelova cena za chemii 1932 /. Langmuir [USA]: fyzikální a chemické vlastnosti mezifázových rozhraní (povrchů); Nobelova cena za chemii 1946 P. W. Bridgman [USA]: fyzika extrémně vysokých tlaků AKUSTIKA 1961 G. von Békésy (USA): objev fyzikálního mechanismu dráždění v ušním hlemýždi; Nobelova cena za lékařství a fyziologii TERMIKA, STATISTICKÁ FYZIKA 1901 /. H. van't Ho f f (Nizozemí): chemická kinetika, fyzika a chemie roztoků a zákony osmotického (laku; Nobelova cena za chemii 236 237 1910 /. D. van der Waäls [Nizozemí): stavová rovnice plynů a kapalin 1913 H. Kamerlingh-Onnes (Nizozemí): fyzika nízkých teplot a objev supravodivosti 1920 Ch. B. Guillaume (Francie): objev anomálií slitin niklu, objev invaru a alinvaru, přesná měření zejména teploty a času 1920 W. H. Nernst (Německo): termochemie, třetí věta termodynamiky; Nobelova cena za chemii 1962 L. D. Landau (SSSR): fyzika nízkých teplot, zejména makroskopická teorie supratekutosti kapalného hélia 1968 L. Onsager (USA): termodynamika ireverzibilních procesů; Nobelova cena za chemii 1977 /. Prigogine (Belgie): rozvoj termodynamiky nevratných procesů a jejích aplikací v chemii a biologii; Nobelova cena za chemii 1978 P. L. Kapica (SSSR): experimentální objevy ve fyzice nízkých teplot, zejména u kapalného hélia ELEKTRODYNAMIKA 1903 S. A. Arrhenius (Švédsko): elektrolytická disocia-ce; Nobelova cena za chemii 1906 sir /. /. Thomson (Velká Británie): elektrická vodivost plynů 1909 C. F. Braun (Německo), G. M. Marconi (Itálie): rozvoj bezdrátové telegrafie 1973 L. Esaki (Japonsko): tunelové diody 7. Giaever (USA): rozvoj kryoelektroniky a potvrzení teoretických předpovědí v oboru supravodivosti B. D. Josephson (Velká Británie): Josephsonovy kontakty 1985 K. von Klitzing (NSR): kvantový Hallův jev OPTIKA A SPEKTROSKOPIE 1902 H. A. Lorentz (Nizozemí), P. Zeeman (Nizozemí): Zeemanův jev 1907 A. A. Michelson (USA): přesné optické přístroje a metrologické pokusy s nimi provedené (mj. Michel-sonflv pokus) 1908 G. Lippmann (Francie): barevná fotografie na principu interference světla 1911 W. Wien (Německo): zákony tepelného záření 1912 N. G. Dalén (Švédsko): vynález automatických re gulátorů pro osvětlení majáků 1919 /. Stark (Německo): objev Dopplerova jevu u kanálových paprsků a objev Stárkova jevu 1930 C/z. V. Raman (Indie): objev Ramanova jevu 1953 F. Zernike (Nizozemí): metoda fázového kontrastu a její aplikace v mikroskopii 1964 N. G. Basov (SSSR), A. M. Proehorov (SSSR), Ch.H. Townes (USA): kvantová elektronika, lasery, masery 1966 A. Kastler (Francie): optické metody Hertzových rezonancí v atomech 1971 D. Gabor (Velká Británie): holografie 1981 K. M. Siegbahn (Švédsko): elektronová spektroskopie N. Bloembergen (USA), A. L. Schawlow (USA): laserová spektroskopie RADIOLOGIE (TJ. FYZIKA JINÉHO NEŽ OPTICKÉHO ZÁŘENÍ) 1901 W. C. Röntgen (Německo): objev rentgenového záření 1905 P. E. A. von Lenard (Německo): výzkum katodových paprsků 1914 M. von Laue (Německo): difrakce rentgenových paprsků na krystalech 1915 sir W. H. Bragg, otec (Velká Británie), sir W. L. Bragg, syn (Velká Británie): strukturní analýza krystalů pomocí rentgenových paprsků 1917 Ch. G. Barkla (Velká Británie): objev charakteristického rentgenového záření 1921 A. Einstein (Německo): rozvoj teoretické fyziky, zejména teorie fotoefektu 1924 K. M. G. Siegbahn (Švédsko): rentgenová spektroskopie 1927 A. H. Compton (USA): objev Comptonova jevu Ch. T. R. Wilson (Velká Británie): objev principu Wilsonovy komory 238 239 1928 sir O. W. Richardson (Velká Británie): objev Ri-chardsonova jevu a zákona termoemise elektronů 1936 V. E. Hess (Rakousko): objev kosmického záření 1958 P. A. Čerenkov (SSSR), /. M. Frank [SSSR), /. /. Tamm (SSSR): objev a popis Čerenkovova záření 1961 R. L. Mossbauer (NSR): objev Mossbauerova jevu KVANTOVÁ TEORIE 1918 M. K. E. L. Plaňek (Německo): založení kvantové teorie 1929 L. V. de Broglie (Francie): objev vlnově korpusku-lárního dualismu částic 1932 W. K. Heisenberg (Německo): rozvoj kvantové mechaniky 1933 E. Schrodinger (Rakousko), P. A. M. Dirac (Velká Británie): rozvoj kvantové teorie 1945 W. Pauli (Rakousko): objev vylučovacího principu Paulino 1954 M. Born (Velká Británie): statistická interpretace vlnové funkce 1957 T. D. Lee (USA), Ch. N. Yang (USA): objev narušení zákona zachování parity 1963 E. P. Wigner (USA): objev principů symetrie 1965 S. I. Tomonaga (Japonsko), /. Schwinger (USA), R. P. Feynman (USA): rozvinutí kvantové elektrodynamiky 1979 S. L. Glashow (USA), A. Salám (Pákistán), S. Wein-berg (USA): teorie elektroslabé interakce 1980 /. W. Cronin (USA), V. L. Fitch (USA): objev narušení principu kombinované parity 1982 K. G. Wilson (USA): metoda renormalizační grupy a její aplikace na kritické jevy ELEMENTÁRNÍ ČÁSTICE 1923 R. A. Millikan (USA): elementární náboj elektronu 1935 J. Chadwick (Velká Británie]: objev neutronu 1936 C. D. Anderson (USA): objev pozitronu 1943 O. Stern (USA): objevení magnetického momentu protonu a rozvinutí metody molekulových svazků 1949 H. Yukawa (Japonsko): teoretická předpověď existence mezonů 1950 C. F. Powell [Velká Británie): vypracování metody fotografické registrace trajektorií částic v emulzích a objev dvou druhů mezonů 1955 W. E. Lamb (USA), P. Kusch (USA): měření hy-perjemné struktury spektrálních čar vodíku a zjištění magnetického momentu elektronu 1959 E. G. Segrě (USA), O. Chamberlain (USA): objev antiprotonu 1961 R. Hofstädter (USA): vypracování rozptylové metody elektronů a zjištění elektrické struktury nukleonů 1968 L. W. Alvarez (USA): objev rezonancí [kvazičástic] 1969 M. Gell-Mann (USA): vypracování systematiky elementárních částic 1976 B. Richter (USA), S. C. C. Ting (USA): objev těžkých kvazičástic se šarmem 1984 C. Rubbia (Itálie], S. van der Meer [Nizozemí): objev dříve hypotetických vektorových mezonů W+, W- a Z JADERNA FYZIKA 1903 A. H. Becquerel (Francie): objev přírodní radioaktivity P. Curie (Francie), M. Curie-Sklodowská (Francie): prozkoumání přírodní radioaktivity 1908 sir E. Rutherford (Velká Británie): transmutace chemických prvků a chemie radioaktivních látek; Nobelova cena za chemii 1911 M. Curie-Sklodowská (Francie): objev radia a polonia; Nobelova cena za chemii 1921 F. Soddy (Velká Británie): výzkum izotopů; Nobelova cena za chemii 1922 F. W. Aston (Velká Británie): objav velkého počtu izotopů neradioaktivních prvků, hmotnostní spek-trografie, objev zákona celých čísel; Nobelova cena za chemii 1927 Ch. T. R. Wilson (Velká Británie): vypracování metody identifikace stop trajektorií elektricky nabitých částic ve Wilsonově komoře 240 241 1934 H. C. Urey (USA): objev těžkého vodíku; Nobelova cena za chemii 1935 F. Joliot-Curie (Francie), /. Joliot-Curieová (Francie): objev umělé radioaktivity a příprava nových radioaktivních prvků; Nobelova cena za chemii 1938 E. Fermi (Itálie): objev jaderných reakcí vyvolaných pomalými neutrony 1939 E. O. Lawrence (USA): vynález a konstrukce cyklotronu 1943 /. G. Hevesy (Maďarsko): vypracování metody indikace chemických procesů pomocí radioaktivních izotopů; Nobelova cena za chemii 1944 O. Hahn (Německo): objev štěpení těžkých atomových jader; Nobelova cena za chemii /. 1. Rabi (USA): rezonanční metoda k registraci magnetických vlastností atomových jader 1948 P. M. S. Blackett (Velká Británie): zdokonalení Wil-sonovy komory a objevy touto metodou učiněné v oblasti nukleární fyziky a fyziky kosmického záření 1951 sir /. D. Cockkroft (Velká Británie), E. T. S. Walton (Irsko): transmutace atomových jader urychlenými částicemi G. T. Seaborg (USA), E. M. McMillan (USA): objev transuranů; Nobelova cena za chemii 1952 F. Bloch (USA), E. M. Purcell (USA): metody měření magnetického momentu atomového jádra a neutronu 1954 W. W. G. Bothe (NSR): vypracování koincidenční metody a objevy jí učiněné 1960 D. A. Glaser (USA): vynález bublinové komory W. F. Libby (USA): metoda chronometrie pomocí C14; Nobelova cena za chemii 1963 H. D. Jensen (NSR), M. Goeppert-Mayerová (USA): slupkový model atomového jádra 1967 H. A. Bethe (USA): teorie jaderných reakcí, zejména reakcí probíhajících v nitru hvězd 1975 A. N. Bohr [Dánsko), B. Mottelson (Dánsko), J. Rain-water (USA): zobecněný model atomového jádra FYZIKA ATOMU A MOLEKUL 1922 N. H. D. Bohr (Dánsko): struktura atomu a jeho záření 1925 /. Franck (Německo), G. Hertz (Německo): objev zákonů interakce elektronu s atomem 1936 P. J. W. Debye (Nizozemí): prohloubení poznatků o stavbě molekul studiem dipólových momentů a rozptylu elektronů a rentgenového záření v plynech; Nobelova cena za chemii 1954 L. C. Pauling (USA): podstata chemické vazby; Nobelova cena za chemii 1966 R. S. Mulliken (USA): elektronová struktura mu- lekul 1971 G. Herzberg (Kanada): výzkum geometrie a elektronové struktury molekul a radikálů; Nobelova cena za chemii FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI LÁTEK A SOUSTAV O VELKÉM POČTU ČÁSTIC 1926 /. B. Perrin (Francie): výzkum diskrétní struktury látek a objev sedimentární rovnováhy 1937 sir G. P. Thomson (Velká Británie), C. f. Davisson (USA): objev difrakce elektronů na krystalech a založení elektronografie 1956 W. B. Shockley (USA), /. Bardeen (USA), W. H. Brattain (USA): výzkum polovodičů a objev tranzistorového jevu 1970 H. Alf vén (Švédsko): magnetohydrodynamika a její astrofyzikální aplikace L. E. F. Néel (Francie): feromagnetismus a antife-romagnetismus 1972 /. Bardeen (USA), L. Cooper (USA), /. R. Schrief-jer (USA): teorie supravodivosti 1977 P. W. Anderson (USA), sir N. F. Mott (Velká Británie). /. H. van Vleck (USA): přínos k fyzice amorfních látek 1982 A. Klug (Velká Británie): fyzikální podstata mechanismu samovolně se seskupujících struktur; Nobelova cena za chemii 242 243 ASTROFYZIKA literatura 1974 M. Ryle (Velká Británie), A. Hewish (Velká Británie): objevy v radioastronomii, zejména astronomické aplikace aperturní analýzy a objev pulsarů 1978 A. A. Penzlas (USAJ, R. W. Wtlson (USA): výzkum mikrovlnného záření v kosmu (reliktové záření) 1983 S. Chandrasekhar (USA): vývoj hvězd W. A. Fowler (USA): teorie tvorby chemických prvků v kosmu GEOFYZIKA 1947 sir E. V. Appleton (Velká Británie): výzkum ionosféry a objev Appletonovy vrstvy V letech 1931, 1934, 1940—1942 Nobelova cena za fyziku nebyla udělena. pracovní metody historie [I] Havránek, J. — Myčka, M. — Pavlík, J.: Cvod do studia dějepisu, Praha 1967. [2] Hosák, L. a kolektiv: Základy studia dějepisu. Praha 1954. historická díla, která si všímají mimo jiné i vývoje fyziky [3] Šusta, J. a kol.: Dějiny lidstva od pravěku k dneSku. 6 sv. Praha, Melantrich 1936—1941. [4] Dějiny světa. 10 sv. Praha 1956—1964. dějiny věd včetně fyziky [5] Bernal, J. D.: Věda v dějinách I, 11. Praha 1960. [6] Westaway, F. W.: Objevy bez konce I, II. Praha, Borový, 1937. [7] Kuznecov, G. B.: Vývoj přírodovědeckého obrazu světa. Praha 1975. j8] Achiezer, A. I.: Vývoj fyzikálního obrazu světa. Praha 1975. [9] Thorndike, L.: A History of Magie and Experimental Science. 8 sv. Oxford 1923—1958. [10] Sarton, G.: A History of Science. 2. vyd. Cambridge, Mass 1952—1959. [II] Folta, J. — Nový, L.: Dějiny přírodních věd v datech. Praha 1979. [12] Jílek, F. — Kuba, J. — Jílková, ].: Světové vynálezy v datech. Praha 1977. celková zpracováni dějin fyziky [13] Laue, M. von: Dějiny fyziky. Praha 1963. 244 245 [14] Březina, J.: Výbor z fyzikální literatury s přehledem dějin fyziky. Praha, Grafická unie, 1937. 115) Spelda, A.: Dějiny fyziky. Plzeň, Pedagogická fakulta, 1969. [16] Olehla, I.: Fyzika a teorie poznání. Praha 1982. [17] Kuznecov, G. B.: Od Galileiho po Einsteina. Bratislava 1975. [18] Rosenberger, F.: Die Geschichte der Physik. 4 sv. Braunschweig Wieweg 1882—1890. [19] Poggendorff, J. Ch.: Geschichte der Physik. Leipzig 1879. [20] Hoppe, E.: Geschichte der Physik. Obsaženo v 1. svazku Geiger, H. — Scheel, K.: Handbuch der Physik. Berlin, Springer 1926. [21] Kudrjavcev, P. s.: Kurs istoru fiziki. Moskva 1974. [22] Spasskij, B. I.: Istoria fiziki 1, II. 2. vydáni. Moskva 1977. [23] Olehla, I.: Od fyziky k filozofii. Praha 1963. [24] Hörz, H.: Fyzika a světový názor. Praha 1973. [25] Chrámov, Ju. A-: Biografija fiziki. Kyjev 1983. [26] Gliozzi, M.: Istorija fiziki. Moskva 1970. [27] Baláž, P.: Význační fyzici. Bratislava 1966. [28] Herneck, F.: Průkopníci atomového věku. Praha 1974. [29] Chrámov, Ju. A.: Fiziki. Kyjev 1977. o České fyzice a fyzicích [30] Nový, L. a kol.: Dějiny exaktních věd v českých zemích. Praha 1960. [31] Novák, V.: Vzpomínky a paměti. Brno, vlastni náklad, 1939. [32] Pátý, L. — Horský, Z.: 100 let české novodobé fyziky. Praha 1982. periodika týkajíc! se dějin fyziky [33] Dějiny věd a techniky. Academia, Praha. [34] Pokroky matematiky, fyziky a astronomie. Spolkový časopis JCSMF, Academia Praha. [35] Matematika a fyzika ve škole. Ministerstvo školství v SPN, Praha. jmenný rejstřík a Abhe, Ernst Karl (1840—1905) 195 Abraham, Max (1875—1922) 205 Adams, John Couch (1819 až 1892] 106 Adams, Walter Sydney (1876 až 1956) 205 Aepinus, Franz Ulrich Maria Theodor (1724—1802) 163, 164 Achiezer, Alexandr IljlC (•1911) 222 Airy, Georg (1801—1892) 200 Albert Sasky [?1316—1390) 66 Albertus Magnus (1193—1280) 64 al-Bírúní, Muhammad (973 až 1048) 58 Alexandr Veliký (356—323 př. n. 1.) 39, 40 Alfvén, Hannes Olot Gösta ("1908] 117, 222, 243 Alhazen, Ibn al-Hajsam (?965 až 71038) 57—58, 68, 184 al-Chvárizml, Muhammad Ibn Músa z Bagdádu (?780 až 850] 56—57 Alkuin z Yorku (7735-804] 63 al-Razí, abu Bekr Muhammad ibn Zakarija, latinsky Rha-zes (850—923) 58 Alvarez, Luis Walter (*1911) 241 Alžběta Tudorovna (1533 až 1603) 161 Amontons, Guillaume [1663 až 1705) 132 Ampěre, Andrien-Marie [ 1775 až 1836), 9, 157, 166, 171 až 172, 173, 176, 212 Amru, Amr ben al-As as-Aah- nú (7600—663) 48 Anaximandros (7611—545 př. n. 1.) 34, 35 Anaximenés (585—525 př. n. 1.) 35 Anderson, Carl David (*1905) 219, 220, 229, 240 Anderson, Philipp Warren (•1923) 220, 226, 243 Andrews, Thomas [1813 až 1886) 151 Angstrom, Anders Jonas (1H14 až 1874) 195, 200 Anselm z Canterbury (1033 až 1109) 59 Appleton, sir Edward Victor (1892—1965) 244 Arago, Dominique Frangois Jean (1787—1835) 119, 172, 173, 193, 199 246 247 Archimedes ze Syrakus (?287 až 212 př. n. 1.) 6, 14, 18, 47, 48—50, 52, 73, 87, 183 Archytas z Tarentu (?428 až 365 pr. n. 1.) 37, 46 Aristarchos ze Samu [?310 až 230 pf. n. 1.) 48, 51 Aristoteles ze Stageiry (384 až 322 př. n. 1.) 32, 35, 37, 39—46, 47, 49, 50, 52, 57, 58, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 73, 74, 75, 79, 81, 84, 121, 131, 184, Armanti, Salvio (2. polovina 13. stol.) 184 Arrhenius, Svante August (1859—1927) 143, 238 Aston, Francis William (1877 až 1945) 241 Auger, Pierre Vietor (*1899) 239 August. Ernst Ferdinand (179í až 1870) 153 Avogadro. Amadeo Conte di Quarenga (1776—1856) 145, 208 b Babinet, Jacques (1794—1872) 112, 193, 199 Bacon, Francis (1561—1629) 71, 80, 81—52 Bacon, Roger (1214—1294) 65—66, 68, 184 Balmer. Johann Jacob (1825 až 1898) 224 Barberinl, kardinál Maffeo viz Urban VIII. Bardeen. John (*1908) 227, 228, 243 Barkla, Charles Glover (1877 až 1944) 239 Barrow, Isaac (1630—1677) 96 Bartholinus, Erasmus (1625 až 1698) 189 Bartholomeus Angelicus de Glanville (1. pol. 13. stol.) 65 Basov. Nikola] Gennadijevič (* 1922) 221. 239 Becquerel, André Henri (1852 až 1908) 210, 222, 241 Békésy, Georg von [1899 až 1972) 129, 237 Bell, Alexander Graham (1847 až 1922) 126 Benedetti, Giovani Battista (1530—1590 ) 81, 85, 87 Benedikt z Nursie (7480—553) 63 Bennet, Abraham (1750—1799) 164 Benzenberg, Johann Friedrich (1777—1846) 109 Bergmann, Tobern Olof (1735 až 1784) 225 Berliner, Emile (1851—1929) 126 Bemal, John Desmond (*1901) 5 Bernoulli, Daniel I. (1700 až 1782) 22, 100, 113, 123, 145 Bernoulli, Jacob I. (1654 až 1705) 99 Bernoulli, Johann I. (1667 až 1748) 99, 100 Bessel, Friedrich Wilhelm (1784—1846) 108 Bethe, Hans Albrecht (*1906) 223, 225, 242 Bingam 116 Biot, Jean Baptisté (1774 až 1862) 119, 136, 137, 150, 171, 173, 192 Black, Joseph (1728—1799) 135, 136 Blackett, Patric Maynard Stuart (1897—1974) 220, 242 Blanpied 227 Bloembergen, Nicolaas (*1920) 228, 239 Bloch, Felix (*1905) 242 Bode, Johann Ehlert (1747 az 1826) 79 Böhm, David 216 Bohr, Aage Niels (*1922) 242. Bohr, Niels Henrik David [1885—1962) 173, 211, 212, 214. 215, 216, 218, 224, 232, 243 Boltzmann, Ludwig Eduard (1844-1906) 22. 114, 115, 134, 142, 147—148, 195, 212 Boolyai, Janos (1802—1860) 198 Bolzano, Bernard (1781 ai 1848) 199 Borelli, Giovanni Alfonzo (1608—1680) 85, 92 Born, Max (1882—1970) 216, 225, 227, 232, 240 Bose, gatendranäth (1894 aZ 1974) 221 Boskoviö, Rudjer Josip (1711 az 1787) 106, 145, 199, 226 Boche, Walter Wilhelm Georg (1891—1957) 242 Bouguer, Pierre (1698—1758) 108 Bourdon, Eugene (1808—1884) 112 Boyle, Robert (1627—1691) 85, 92, 112, 113, 132 Bradley, James (1693—1762) 198 Bragg otec, sir William Henry (1862—1942) 226, 239 Bragg syn, sir William Lawrence (1890—1971) 226, 239 Brahe, Tycho (1546—1601) 75, 77, 78, 79, 82, 90 Bramab, Joseph (1748—1814) 93 Brattain. Walter Houser (*1902) 243 Braun, Carl Ferdinand (1850 až 1918) 238 Braun, Werner von ("1912) 144 Bravais, August (1811—1853) 226 Brechovskij, Leonid Maximo- vic (*1917) 128 Brewster, David (1781—1868) 192 Bridgmann, Percy Williams (1882—1961) 150, 227, 237 Brillouin, Marcel (1854 až 1948) 128 Brodhun, Eugen (1860—1938) 196 Broglie, Louis Victor de (•1892) 214—215, 216, 226, 240 Brown, Robert (1773—1858) 146 Bruno, Giordano (1548—1600) 75, 76, 79 Bunsen, Robert Wilhelm (1811 až 1899) 135, 168, 212 Buridan, Claude (1790—1873) 110 Butler, Clifford Charles [*1922] 229 c Caesar, Galus Julius (100 až 44 př. n. 1.) 32, 48, 55 Cagniard de la Tour, Charles (1777—1859) 125, 151 Cailletet, Louis Paul (1832 až 1913) 151 Campanella, Thommaso Giovanni Domenico (1568 až 1639) 81 248 249 Cander, Fridrich Arturovic (1887—1933) 144 Cardano, Girolamo, lat. Cardanus, Hieronymus (1501 az 1576) 25, 85, 86 Carlisle, sir Anthony (1768 az 1840) 169 Carnot, Sadi Nicolas Leonard (1796—1832) 136, 137, 140 az 141, 235 Cassini, Giovanni Domenico (1625—1711) 102 Cassiodorus, Flavius Magnus Aurelius (?487—7583) 62, 63 Castelli, Benedetto [1577 az 1644) 90 Cauchy, Augustin Louis (1789 aZ 1857) 116, 227 Cavalieri, Bonaventura (1598 az 1647) 189 Cavendish, Henry (1731 az 1810) 108, 152, 163, 177, 178, 235 Celsius, Andres (1701—1744) 133 Cesi, Frederico 91 Cicero, Marcus Tullius (106 az 43 pf. n. 1.) 49 Ciolkovskij, Konstantin Eduar- dovic (1857—1935) 107 Clairaut, Alexis Claude (1713 az 1765) 101, 302 Clapeyron, Benoit Paul Emile (1799—1864) 113, 150 Claude, Georges (1870—1960) 152 Clausius, Rudolf Emanuel Julius (1822—1888) 22, 113, 114, 130, 134, 140, 141—142, 146, 148, 232 Clöment-Desormes, N. 150 Cockroft, sir John Douglas (1897—1967) 242 Colladon, Jean Daniel (1802 a2 1893) 123 Compton, Arthur Holly (1892 az 1962) 213, 239 Cooper, Leon ('1930] 228, 243 Coriolis, Gustave (1792—1843) 80, 107, 197 Cornu, Alfred (1841—1902) 195 Coulomb, Charles August de (1736—1806) 108, 116, 156, 157, 165—166, 173 Cowan, Clin (1919—1974) 222 Cronin, James Watson (1931) 240 Crookes, William (1832—1919) 209, 223 Cross, Paul Clifford (*1907) 225 Curie, Pierre (1859—1906) 210, 222, 241 Curieova-Sklodowskfi, Marie (1867—1934) 210, 221, 222, 241 Curlbaum, Ferdinand (1857az 1927) 212 Cusanus, Nicolaus Krebs viz Kusansky MlkulaS Cuthbertson, John 164 Czochralski 228 c Caplygin, Sergej Alexejevic (1869—1962) 115, 116 Cebyšev, Pafnutij LvoviC [1821 až 1894) 107 Cerenkov, Pavel Alexejevic (*1904) 240 d d'Alembert, Jean Baptisté le Rond (1717—1783) 99, 101, 202, 123 Dalen, Niels Gustaf (1869 az 1937] 239 Dalton, John (1766—1844) 113, 139, 145, 208 Daniell, John Frederic (1790 az 1845) 153, 168 d'Arlandes, Franpois Laurent 113 Darwin, Charles Robert (1809 az 1882) 142, 177, 205 Davisson, Clinton Joseph (1911 az 1958) 214, 243 Davy, sir Humphry (1778 az 1829) 151, 170, 173. 174, 176 de Beauvais, Vincenc (13. stol.) 59, 65 Debye, Peter Joseph William (1884—1966) 243 Decius, John Courtney (*1920) 225 de Felains, Jean (14. stol.) 67 de Gennes, Jean Pierre (*1932) 227 Deimann, Johann Rudolf (1743 ai 1808] 169 Delambre, Jean Baptiste (1749 az 1822) 119 de la Chambre, Cureau Marin (1594—1669) 189 Dömokritos z Abder (?460 a2 370 pf. n. 1.) 37—38, 45, 54, 132, 145, 208 Deprez, Marcel (1843—1918) 176 de Salnt-Vevant, Hadamar Jean Claude Barre (1797—1886) 116 Descartes, Rene (1596—1650) 52, 63, 67, 80, 81, 82—84, 94, 95, 96, 97, 162, 186 az 187, 189, 190 Deschales, Claude 188 Deslandres, Henri Alexandre (1853—1948) 224 Desormes, Charles Bernard (1777—1862) 150 Despretz, César Mansuěte [1798—1863) 149, 150 Dewar, sir James [1848—1923) 149, 152 Diderot, Denis (1713—1784) 102 Diesel, Rudolf (1858—1913) 144 Dirac, Paul Adrien Maurice (1902—1984) 21, 159, 216 až 217, 219, 220, 222, 224, 232, 240 Diviš, Prokop, původně Diví- šek Jan (1696—1765) 123, 159, 162, 164, 165 Doiejšek, Václav (1895 až 1945) 224 Dollond, John [1706—1761) 192 Doppler, Johann Christian (1803—1853) 124, 199 Drude, Paul Carl Ludwig (1863—1906) 195 Du Fay, Charles Frangois de Cisterney (1698—1739) 162, 163 Dulong, Pierre Louis (1785 až 1838] 136, 150 Duns Scotus (1494—1560) 67 e Edelmann 125 Edison, Thomas Alva (1847 az 1931) 126, 169 Egucchi 227 Ehrenfest, Paul (1880—1933) 181, 216 Eiffel, Alexandre Gustave (1832—1923) 214 250 251 Eistein, Albert [1879—1955) 18, 21, 22, 108, 136, 150, 155, 158, 159, 178, 197, 200, 201, 202—206, 207, 213, 214, 216, 220, 221, 232, 234, 239 Empedokles z Akragantu [?493—?433 př. n. I.J 37 Eötvös, Loránd (1848—1919) 308, 204 Epikúros ze Samu (341—270 př. n. I.) 38 Eratosthenes [?284—?192 př. n. 1.) 46, 48, 51 Esaki, Leo (*1925) 238 Eudoxos z Knidu (408—355 př. n. 1.) 46 Eukleidés z Alexandrie (?365 až ?300 př. n. 1.) 37, 46, 48, 50, 87, 86, 182, 183, 197, 202 Euler, Leonhard (1707—1783) 9, 16, 73, 80, 81, 99, 100 až 101, 103. 109, 123, 191, 192, 197 Eyring 151 Fabrlkant, Valentin Alexandras (*1907) 221 Fabry, Charles (1867—1945) 196 Fahrenheit, David Gabriel (1686—1736) 133 Faraday, Michael (1791 az 1867) 16, 17, 151, 157, 166, 170, 173—175, 177, 178, 209, 219, 234 Faurer, Camille 169 Fawler 168 Fedorov, Jevgraf StepanoviC (1855—1919) 226 Fechner, Gustav [1801—1887) 125 Ferdinand II. Medici, vévoda toskánský (1610—1670) 132 Fermat, Pierre (1601—1665) 84, 187, 190, 194 Fermi, Enrico (1901—1954) 22, 222, 223, 242 Feynman, Richard Phillips ("1918) 220, 240 Filipp II. Makedonský (7383 až ?336 př. n. I.) 39 Filón z Byzance (7300—?250 př. n. I.) 48, 53, 132 Fitch, Val Logsdon ("1923) 240 Fitzgerald, Georg Francis (1851—1901) 200 Fizeau, Armand Hyppolyte Louis (1819—1896) 199 Fleming, John Ambrosse [1849 až 1945) Fok, Vladimir Alexandrovič (1898—1974) 21, 216 Foucault, Jean (1819—1868) 109, 176, 193, 198 Fourier, Jean Baptisté Joseph (1768—1830) 124, 136, 142, 150, 176 Fourneyron, Bonoit (1802 až 1867) 110 Fowler, William Alfred (*1911) 244 Francis, James (1815—1892) 110 Franck, James (1882—1964) 224, 243 Frank, Ilja Michajlovič ('1908) 240 Frankenheim, Moritz Ludwig (1801—1869) 226 Franklin, Benjamin (1706 až 1790) 123, 159, 162, 165 Franz, Rudolf (*1927) 150 Fraunhofer, Joseph von [1787 až 1826] 193, 212 Frenkel, Jakob Iljič (1894 až 1952) 151 Fresnel, Augustin Jean (1788 až 1827) 124, 182, 191, 193, 198, 119, 200 Fridman, Alexandr Alexandrovič (1888—1925) 205 Friedrich II. (1740—1786) 103 Friedrich Falcký [1596 až 1632] 101 G Gabor, Denis (1900—1979) 221, 239 Gadolin, Johan (1760—1852) 135 Galénos z Pergamu, Claudius (7129—200) 38 Galilei, Galileo (1564—1642) 9, 28, 35, 43, 46, 47, 50, 52, 53, 64, 66, 71, 72, 75, 79, 80, 81, 84, 85, 87—92, 93 94, 95, 97, 111, 120, 122, 131, 132, 138, 161, 178, 183, 185, 189, 190, 197, 200, 201, 207, 225 Galton, sir Francis (1822 až 1911) 125 Galvani, Luigi (1737—1798) 157, 167 Gamow, George (1904—1968) 222 Gassendi, Pierre (1592—1655) 84, 145, 208 Gauss, Carl Friedrich (1777 až 1855) 9, 16, 81, 99, 102, 105 až 106, 117, 166, 146, 198 Gay-Lussac, Joseph (1778 až 1850) 112, 113, 173 Gehrcke, Ernst (1878—1960) 194 Geiger, Hans Wilhelm (1882 až 1945) 222, 223 Geissler, Heinrich (1815 až 1879) 134 Gellibrand, Henry (1597 až 1636) 160 Gell-Mann, Murray (*1929) 220, 221, 241 Gensíleisch, Johann zvaný Gutenberg (?1395—1468) 68 Gerbert, později Silvestr II. (?940—1003) 62, 63—64 Germainová, Sophie (1776 už 1811) 123 Germer, Lester Haibert (1896 až 1971) 214 Giaever, Ivar (*1929) 238 Gibbs, Josiah Willard (1839 až 1903) 22, 114, 130, 142, 143, 117, 148, 152, 235 Gilbert, William (1544—1603) 156, 161 — 162, 163—164 Girard, L. D. 111 Glaser, Donald Arthur (*1926) 223, 242 Glashow, Sheldon Lee ('1932) 220, 240 Goeppert-Mayerová, Marie (1906—1972) 224, 242 Goethe, Johann Wolfgang (1749—1832) 188 Goodamm 228 Gordon, Walter [1893—1939] 21, 216 Goudsmit, Samuel Abraham (1902—1979) 216 Gray, G. Wytlan (*1910) 227 Gray, Stephen (1666—1736) 162—163 Green, George (1793—1841) 116, 173 Gregory, James (1638—1675) 186, 188 Grimaldi, Francesco Maria (1616—1663) 188, 191, 192 252 253 Grosseteste, Robert [ ?1175 aZ 1253 ) 64—65 Grotthuss, Christian Johann Dietrich von (1785—1882) 170 Grove, sir William Robert (1811—1896) 168 Guericke, Otto von (1602 az 1686) 85, 93, 112, 122, 162 Gulielmini, Domenico (1655 aZ 1710) 109, 225 Guido Aretinus cili Guido z Arreza (?995—1050) 121 Guillaume, Charles Edouard (1861—1938) 238 Gullstrand, Allvar (1862 az 1930) 196 Gutenberg viz Johann Gensfleisch h Haas, Wander Johannes de (1878—1960) Hába, Alois (1893—1973) 128 Hagen, Gotthilf Heinrich Ludwig (1797—1884) 110 Hahn, Otto (1879—1968) 223, 242 Halley, Edmund (1656—1742) 132 Hallwachs, Wilhelm Ludwig Franz (1859—1922) 209 Hamilton, sir William Rowan (1805—1865) 99, 102, 105, 106, 107 Hampson, William (1895 až 1926) 152 Harrison, George Ernest ("1904) 222 Hartmann, Georg (1489 až 1564) 160 Haüy, René Just (1743—1822) 225 Hegel, Georg Wilhelm (1770 až 1831) 76, 139, 212 Heisenberg, Werner Karl 1901—1976) 15, 21, 214, 225, 219, 223, 232, 234, 240 Helmholtz, Hermann (1821 až 1894) 22, 110, 124, 137, 139 až 240, 149, 178, 179, 209 Henry, Joseph (1797—1878) 175, 176 Henschel, Karl Anton (1770 až 1861) 110 Hermias (4. stol. př. n. 1.) 39 Herodotos (?484—425 pr. n. 1.) 30 Herón z Alexandrie (?1. stol.) 14, 47, 48, 52—53, 62, 132, 182, 187, 189 Herschel, Friedrich Wilhelm (1738—1822) 211 Hertz, Gustav Ludwig (1887 až 1975) 224, 243 Hertz, Heinrich Rudolf [1857 až 1894) 99, 102, 105, 107, 177, 279, 194, 200, 201, 224 Herzberg, Gerhard (*1904) 225, 243 Herzfeld, Karl Ferdinand (*1892) 151 Hesekiel 196 Hess, Victor Franz (1883 až 1964) 229, 240 Hessel, Johann F. Ch. (1798 až 1872) 225 Hevesy, József György (1885 až 1966) 242 Hewish, Anthony (*1924) 244 Heyrovský, Jaroslav (1890 až 1967) 224 Heytesbury, William (?1300až ?1340) 66 Hilbert, David (1862-1943) 205 Hipparchos z NIkaie (190 aZ 125 pr. n. 1.) 48, 51—52 Hittorf, Johann Wilhelm (1824 az 1914) 209 Hofstädter, Robert («1915) 220, 241 Honnecourt, Villard de (13. stol.) 67 Honorius z Autunu (1. pol. 12. stol.) 15 Hooke, Robert (1635—1730) 85, 92, 115, 192, 225, 227 Hopkins, John (1793—1866) 125 Hoppe, E. 13 Korky, Martin (1585-1635) 92 Howd 110 Huany 227 HubliJe, Edwin Powell (1899 aZ 1953) 205 Huf;hss, David Edwin (1831 az 1900) 126 Humboldt, Friedrich Wilhelm Heinrich Alexander von (1769—1859) 169 Husnlk, Jakub (1837—1916) 196 Huygens, Christian (1629 az 1695) 90, 94—95, 97, 102, 124, 132, 186—187, 191, 192, 194, 225 ch Chadwick, James (1891—1974) 220, 240 Chamberlain, Owen (»1920) 220, 241 Chandrasekhar, Subrahmany-an (*1910) 244 Charles, Jacque Alexandre Cesar (1746—1823) 113 Chladni, Ernst Florens Fried-rich (1756—1827] 223 i Ibn al-Hajsam viz Alhazei. Ioffe, Abram Fjodorovič (1880 až 1960) 227 Ingenhousz, Jan (1730—1799) 150 Isle, Jean Baptisté de ľ (1736 až 1790) 225 Irwing, M. 128 j Jacobi, Carl Gustav Jacob (1804—1851) 99, 105, 106 az 107 Jäf7r, Gustav (1832—1916) 150 Jansen, Zacharias (1580 aZ 1638) 185 Jeans, sir Lames Hopwood (1877—1946) 212 Jeljasevic, Michail Alexandro- vic (*1908) 225 Jensen, Hans D. (*1907) 224, 242 Johnson 227 Joliot-Curie, Frederic (1900 aZ 1958) 219, 220, 223, 242 Joliot-Curierovä, Irene (1897 az 1956) 219, 220, 223, 242 jolly, Eugene (1845—1897) 135, 196 Jones, John (1894—1954) 227 Jörgensen 134 Jordan, Pascual Ernst (1902 az 1980) 216, 232 Josephson, Brian D. [*1940] 238 Joule, James Prescott (1818 az 1889] 137, 139, 142, 149, 150, 176 254 255 k Kamerlingh-Onnes, Heike (1853—1926) 152, 228, 238 Kapica, Pjotr Leonidovič (1894—1984) 117, 152, 223, 238 Kaplan, Viktor (1876—1934) 111 Karel Veliký (742—814) 63 Karman, Theodore von [1881 až 1963) 227 Kastler, Alfred ('1902) 239 Kelvin, William Thomson lord of Largs (1824—1907) 22, 113, 116, 133, 139, 141, 142 až 143, 148, 169, 176, 178 Kepler, Johann (1571—1630) 63, 68, 75, 73—79, 84, 89, 91, 94, 96, 97, 105, 138, 181, 183, 185—186, 225 Kirchhoff, Gustav Robert (1824—1887) 110, 140, 176, 208, 272 Kirkwood, John Gamble [1907 až 1959) 151 Klein, Felix Christian (1849 až 1925) 21, 216 Kleist, Ewald Georg von (?1700—1748) 163 Klltzing, Klaus von (*1943) 227, 238 Klug, Aaron (*1926) 243 Kneser, Hans Otto (*1901) 128 Knipping, Paul (1883—1935) 226 Knudsen, Martin (1871—1949) 146 Kohlrausch, Friedrich Wilhelm Georg (1840—1910) 176 Kolácek, František (1851 až 1913) 195 Kolumbus, Kryštof (?145l až 1506) 28, 43, 160 Komenský, Jan Amos (1592 až 1670) 190 Konfucius (?551—478 př. n. 1.) 39 Kopernik, Mikuláš (1473 až 1543) 9, 28, 36, 52, 69, 75, 77—7«, 79, 84, 89, 90, 205, 234 Kopp, Hermann Franz (18i? až 1892 J 150 Koppe, Heinz (*1918) 152 Kovalevská, Sofja Vasiljevna (1850—1891) 105, 307 Kožešník, Jaroslav [*1907) 107 Ktésibios z Askry (? 3 stol. př. n. 1.) 48, 52 Kundt, August (1839—1894) 125 Kurčatov, Igor VasiljeviC (1903—1960) 223 Kusánský, Mikuláš (1401 až 1464) 75, 76—77 Kusch, Polykarp ("1921) 220, 241 l Lactancius, Lucius Firmianus Caecllius (?250—326) 63 Lagrande, Joseph Louis (1736 aZ 1813) 16, 99, 100, 101, 103, 106, 109, 123 Lamb, Willis Eugene (*1913) 224, 241 Lambert, Johann Heinrich (1728—1777) 192 Lambrecht, Wilhelm 152 Lame, Gabriel (1795—1870) 116 Lancaster, Peter 115 Landau, Lev Davidoviß (1908 ai 1968) 117, 222, 223, 23ö Landsberg, Grlgorij Samuilo- vič (1890—1957) 213 Langevin, Paul (1872—1946) 127, 227 Langley, Samuel Plerpont (1834—1906) 134 Langmuir, Irwing (1881 až 1957) 222, 227, 237 Lapiace, Plerre Simon (1749 až 1827) 16, 81, 99, 101, 103—104, 112, 117, 122, 135, 142, 171, 173 Larmor, sir Joseph (1857 až 1942) 195, 201, 227 Laue, Max Theodor Felix von (1879—1960) 226, 239 Lával, Carl Gustaf Patrik de (1845—1913) 144 Lavoisier, Antoine Laurent (1743—1794) 104, 135, 136 Lawrence, Ernest Orlando (1901—1958) 223, 242 Lebeděv, PJotr Nikolajevič (1866—1912) 125, 148, 195 Leclanché, Georges (1839 až 1882) 168 Lee, Tsung Dao ("1926) 220, 240 Leeuwenhoek, Antony van (1632—1723) 185 Lehmann, Karel Otto (*1903) 227 Le-Chatelier, Henri Louis (1850—1936) 134 Leibfried, GUnther (*1915) 227 Lelbniz, Gottfried Wllhelm (1646—1716) 84, 97, 99, 106, 162, 190 Lenard, Philip Eduard Anton von (1862—1947) 237 Lenin, Vladimír Iljič (1870 až 1924) 147, 232, 235 Lenz, Heinrich Friedrich E- mll, rusky Lenc, Emil Chris- tianoviČ (1804—1865) 175, 176 Leonardo da Vinci (1452 až 1519) 74, 76, 85—86, 122, 184, 235 Leonardo Pisánský (1170 až 1250) 66 Leontovič, Michail Alexandro- vič ("1903) 128 Leukippos (5. stol. př. n. 1.) 37, 145 Le Verrier, Urbain (1811 až 1877) 106 Libby, Willard Frank (*1908) 222, 242 Liebig, Justus von (1803 až 1873) 138 Lifšic, Serge] J. 125 Llnde, Karl Paul Gottfried von (1842—1934) 152 Linne, Carl von (1707—1778) 133 Lippershey, Hans (1587 až 1619) 185 Lippmann, Gabriel (1845 až 1921) 196, 239 Lissajous, Jules Antoine (1822 až 1880) 125 Ljapunov, Alexandr Michajlo- vič (1857—1918) 105, 107 Lobačevskij, Nikolaj Ivanovic (1792—1856) 198 Lomonosov, Michali Vasilje- vič (1711—1765) 137, 165 Lorentz, Hendrik Antoon (1853—1928) 158, 177, 179, 180—181, 195, 197, 200 až 201, 202, 209, 238 Loscbmidt, Johann Joseph (1821—1895) 113—114, 146, 179, 208 Louvrié 115 Lowell, Percival (1855—1916) 106 25G 257 Lucretius Carus, Titus (?97až 55 př. n. 1.) 38, 54, 145, 160 Ludvík XIV. (1638—1715) 94, 122 Ludwig, Carl Friedrich Wilhelm (1816—1895) 150 Lummer, Otto (1860—1925) 196 Lyman, Theodore (1874—1954) 224 m Magnus, Heinrich Gustav (1802—1870) 140, 149 Mach, Ernst (1838—1916) 115, 116, 125, 144, 145, 147, 200, 209 Maiman, Theodor Harold (*1927) 221 Malus, Ettien Louis (1775 až 1812) 192 Mandelštam, Leonid Isaakovič (1879—1944) 127, 128, 213 Marci, Johannes Marcus z Kronlandu, čes. Marků z Lanškrouna, Jan Marek (1595—1667) 85, 93—95, 186, 233 Marconi, Guiglielmo Marche- se (1878—1937) 179, 238 Marek, Václav (19. stol.) 150 Marie Terezie (1717—1780) 164 Marx, Karel (1818—1883) 76, 79, 233 Maupertius, Pierre Louis (1698 až 1759) 101—102 Maurolycus, Francesco (1494 až 1576) 69, 184—185 Maxwell, James Clerk (1831 až 1879) 16, 17, 22, 114, 130, 143, 147, 148, 155, 156, 157, 158, 172, 175, 176, 177—179, 180, 181, 182 185, 187, 194, 195, 197, 200, 201, 202, 209, 220, 231, 232 Mayer, Julius Robert (1814 až 1887) 137—139, 140, 149 Mc Millan, Eáwin Mattison (*1907) 242 Medici, Cosimo II. (1590 až 1621) 88 Meer, Simon van der (*1925) 241 Méchain, Pierre Frangois André (1744—1804) 119 Meidinger, Johann Heinrich (1831—1905) 168 Melde, Franz Emil (1832 až 1901) 125 Mendělejev, Dmitrij Ivanovic (1834—1907) 150, 151, 209, 220 Mersenne, Marin (1588—1648) 85, 93, 122, 189 Meščerskij, Ivan Vsevolodovič (1859—1936) 107 Meyer, Emil Oskar (1834 až 1909) 110 Mie, Gustav Adolf (1868 až 1957) 205 Michelson, Albert Abraham (1852—1931) 143, 196, 200, 238 Miller, William Hallows (1801 až 1880) 225 Millikan, Robert Andrews (1868—1953) 229, 240 Minkowski, Hermann (1864 až 1909) 204 Mitchell, Dana Paul [1899 až 1966) 226 Mohorovičič, Andrija (1890 až 1936) 79 Mohs, Friedrich (1773—1839) 225 Montgolfier, Jacques Étienne (1745—1799) 112 Montgolfier, Joseph Michel (1740—1810) 112 Morley, Edward Williams (1838—1923) 200 Moseley, Henry Gwyn Jeffrey (1887—1915) 224 Mössbauer, Robert Ludwig ("1929) 240 Mott, sir Nevili Francis (*1905) 226, 227, 243 Mottelson, Ben (*1926) 224, 242 Mulliken, Robert Sanderson (*1886) 243 Müller, Johanes Peter (1801 až 1858) 140 Musschenbrock, Pieter van (1692—1761) 134, 163, 164 MysovskiJ, Lev Vladimirovič (1888—1939) 229 n Napoleon I. Bonaparte (1769 až 1821) 103, 123, 168, 174 Natterer, Konrád 151 Navier, Louis (1785—1836) 110, 116 Neddermeyer, Seth Henry (*1907) 229 Néel, Louis Eugéne Felix (*1925) 243 Neklepajev, P. N. 125 Nemorarius, Jordanus (21180 až 1237) 66, 74 Nernst, Walther Hermann (1864—1941) 142, 143, 238 Neuhausen 196 Neumann, Franz Ernst (1798 až 1895) 176 Newton, sir Isaac (1642 až 1727) 9, 15, 16, 71, 72, 73, 74, 80, 83, 84, 85, 90, 94, 95, 98, 99, 100, 102, 103, 106, 107, 109, 122, 134, 141, 142, 143, 147, 156, 157, 165, 178, 182, 186, 187—188, 189, 190 až 191, 193, 197, 198, 202, 204, 207, 212, 213, 231, 235 Nicholson, William (1753 až 1815) 169 Nobel, Alfred Bernard (1833 až 1896) 20, 114, 129, 152, 202, 212, 213 Nobili, Leopold (1784—1835) 176 Nordström, Gunnar (1881 až 1923) 205 Norman, Robert [16. stol.) 161 Nutall, John M. (1890—1958) 222 o Oberth, Hermann Julius (*1894) 144 Occam, William (1290—1350) 66 Occhiliani, Guiseppe Paolo (*1907) 220, 229 Oersted, Hans Christian (1777 až 1851) 151, 157, 170, 171 Ohm, Georg Simon (1789 až 1854] 124, 136, 169, 171, 176 Olszewski, Karol Stanislav (1846—1915) 151, 152 Onsager, Lars (1903—1976) 227, 238 Oppenheimer, Jacob Robert (1904—1967) 220, 223, 225 Oresme, Nicole [?1323—1382) 66—67 Osborn, Richard Kent (*1919) 227 Ostrogradskij, Michail Vasilje-vič (1801—1862) 105, 116 258 259 Ostwald, Wilhelm (1853 až 1932) 130, 143, 144, 145, 209 Otto I. Veliký (912—973), Otto II. (955—983), Otto III. (983—1002) 64 Otto, Nikolaus August (1832 až 1891) 144 p Papaleksi, Nikola] Dmitrijevič (1880—1947) 127 Parsons, Charles Algernon (1854—1931) 144 Pascal, Blaise (1623—1662) 92, 93, 112 Paschen, Friedrich (1865 až 1947) 224 Pauli, Wolfgang (1900—1958) 216, 218, 220, 222, 240 Pauling, Linus Carl (*1901) 226, 227, 243 Pelterie 144 Peltier, Jean Charles Athanas (1785—1845) 169 Pelton, Lester Allen (1829 až 1908) 110 Penzias, Arno A. (*1933) 244 Peregrinus de Marecourt, Petrus (2. pol. 13. stol.) 68, 160, 161 Périer 92 Perrin, Jean Baptisté (1870 až 1942] 150, 243 Petit, Alexis Therese (1791 až 1820) 136, 150 Petrov, Georgij Ivanovic (*1912) 116 Petřina, František Adam (1799 až 1855) 176 Pfann, William (*1917) 228 Philoponos, Jan (Alexandrijský) (?5. stol.) 62—63 Piazzi, Giuseppe (1746—1826) 105 Pictet, Raoult Pierre (1846 až 1929) 151 Pilätre de Rosier 113 Placzek, Georg (1905—1955) 225 Planck, Max Karl Ernst Ludwig (1858—1947) 142, 143 až 144, 182, 204, 205, 208, 212, 213, 240 Plante, Gaston (1834—1899) 168 Platón (427—347 př. n. 1.) 37, 38—39, 45, 46, 183 Plinlus Secundus, Gaius čili Plinius Starší (23—79) 54 až 55, 159, 160, 184 Plotinos (204—270J 132 Plücker, Julius (1801—1868) 209 Poggendorff, Johann Christian (1796—1877] 138, 139, 140, 171 Poincaré, Henri Jules (1854 až 1912) 107, 195, 201, 204, 210 Poinsot, Louis (1777—1859) 74, 107 Poiseuille, Jean Leonard (1799 až 1869) 110 Poisson, Simeon-Denis [1781 až 1840) 104—105, 116, 117, 150, 166 Poncelet, Jean-Victor (1788 až 1867) 107 Popov, Alexandr Stěpanovič (1859—1905) 179 Porta, Glambattista della (1535 až 1615] 185 Pound, Robert Vivian (*1919) 227 Powell, Cecil Frank (1903 až 1969) 227, 241 Powers, Philip Nathan (*1912) 226 Poynting, John Henry (1852 až 1914) 195 Prandtl, Ludwig (1875—1953) 110 Priestley, Joseph (1733 až 1804) 145, 163 Prigogine, Ilja (*1917) 238 Prochorov, Alexandr Michajlo- vič (*1916) 221, 239 Psamnetich, faraón 26. dynastie (7. stol. př. n. l.J 34 Ptolemaios I. Soter (367 až 283 př. n. 1.) 48 Ptolemaios II. Philadelphos (285—246 př. n. 1.) Ptolemaios, Klaudios (?85 až ?165] 48, 52, 57, 75, 77, 88, 90, 183, 184 Purcell, Edward Mills (*1912) 242 Pythagoras ze Samu (?580 až ?500) 35—36, 38, 46, 120, 121 Q Quincke, Georg Hermann (1834—1924) 125 Rabi, Isidor Isaac (*1898) 242 Rainwater, James (*1917] 224, 242 Raman, sir Chandrasekhara Venkata (1888—1970] 2i3 az 214, 239 Rameau, Jean Philippe [1683 aZ 1764) 36 Ramsay, sir William (1852 at 1916) 150, 237 Rankine, William John Mar- quorn (1820—1872) 137, 140 Raoult, Frangois Marie (1830 a2 1901) 152 Rayleigh, sir John William Strutt (1842—1919) 111, 124, 212, 237 Reaumur, Rene Antoine Fer- chaut de (1683—1757) 133, 164 Regnault, Henri Victor (1810 az 1878) 125, 142, 150 Reines, Frederic (*1918) 222 Reinitzer 227 Reis, Johann Philipp (1834 az 1874) 126 Rey, Jean (1582—1645) 132 Reynolds, Osborne (1842 a2 1912) 110, 116 Rhaeticus, Georg Joachim (1514—1576) 77 Rhazes viz al-Razi Riemann, Georg Friedrich Bernhard (1826—1866) 198,205 Richardson, sir Owen William (1879—1959) 240 Richer, Jean (1630—1696) 108 RIchmann, Georg Wilhelm (1711—1753) 135, 162, 164, 165, 168 Richter, Burton (*1931) 220, 241 Ritter, Johann Wilhelm (1775 az 1810) 169, 212 Robins, Benjamin (1707 ai 1751] 109 Römer, Olaf Christensen (1664 a2 1710) 188 Röntgen, Conrad Wilhelm (1845—1923) 19, 201, 210, 239 Rosier, Jean Frangois Pilätre de (1756—1785) 113 Rousseau, Jean Jacques (1712 a2 1778] 172 Rowland, Henry Augustus (1848—1901) 196, 200 260 261 Rozenberg, L. D. 128 Rubens, Heinrich (1865 až 1922} 212 Rubbia, Carlo (»1934) 241 Rudolf II. Habsburský (1552 až 1612) 78 Rumford, lord Benjamin Thompson (1753—1814) 136, 137 Rutherford, sir Ernst (1871 až 1937) 211, 222, 223, 241 Rutherford, Daniel (1749 až 1819) 133 Rydberg, Johannes Robert (1854—1919) 224 Ryle, Martin (*1918) 244 s Sabine, Wallace Clement (1868—1919) 125 Sana, Meghnad N. (1893 aZ 1956) 222 Saint-John, Charles Edward (1857—1935) 205 Saint-Venant, Hadamare Jean Claude de Barre (1797 aZ 1886) 116 Salam, Abdus («1926 ) 220, 240 Santorius (1561—1636) 132 Sauveur, Joseph (1653—1716) 122 Savart, Felix (1791—1841) 125, 171, 173 Scribonius Largus (1. pol. 1. stol.) 159 Seaborg, Glenn Theodor (*1912) 242 Seebeck, Ludwig Friedrieb Wilhelm (1805—1849) 125 Seebeck, Thomas Johann (1770 aZ 1831) 169 Seeber, August Ludwig (1793 az 1855) 145, 226 Seger, Hermann (1839—1893) 134 Segner, Johann (1704—1777) 110 Segrě, Emilio Gino (*1905) 220, 241 Seneca, Lucius Annaeus (?4 př. n. 1.—65) 132, 160, 184 Seydler, August (1849—1891) 195 Schawlow, Arthur Leonard (*1921) 221, 239 Shockley, William Brandford (*1910) 227, 243 Scheiner, Christoph [1575 až 1650) 186, 289 Schoenflies, Arthur Moritz (1853—1928) 226 Schottky, Walter (1886 až 1976) 228 Schrieffer, J. R. 228, 243 Schrödinger, Erwin (1887 až 1961) 21, 106, 214, 215, 216,' 217, 228, 232, 240 Schweigger, Johann (1779 až 1857) 171 Schwerd, Friedrich Magnus (1792—1871) 193 Schwinger, Julian (*1918) 220, 240 Siegbahn, Kai Manne (*1918) 239 Siegbahn, Karl Manne Georg (1886—1978) 224, 239 Siemens, Werner von (1816 až 1892] 134 Silvestr II. viz Gerbert Six, James (?1750—1793) 134 Skobelcyn, Dmitrij Vladimiro- vič (*1892) 229 Smekal, Adolf Gustav (1895 až 1955) 213 Smoluchowski, Marian (1872 až 1917) 150 Snell [lat. Snellius), Willeb-rord van Royen (1580 až 1626] 52, 181, 186—187 Soddy, Frederic (1877—1956) 222, 241 Sokolov, Sergjej Jakovlevič (1897—1957) 128 Sokrates (469—399 př. n. 1.) 33, 40 Sommerfeld, Arnold [1868 až 1951) 214 Soret, Charles (1854—1904) 151 Sósygenes (1. stol. př. n. 1.) 32 Sourthense 205 Spartakus (?—71 př. n. 1.) 79 Spinoza, Baruch (1632—1677) 82 Spitzer, Junior Lyman (*1914) 222 Stark, Johannes (1874—1957) 239 Stefan, Josef (1835—1893) 148, 212 Štěpánov, Boris Ivanovic C1913] 225 Stern, Otto (1888—1969) 220, 240 Stevin, Simon (1548—71620) 74, 87 Stokes, sir George Gabriel (1819—1903) 110, 116, 150, 199, 200 Stoletov, Alexandr Grigorjevič (1839—1896) 195 Stoney, George Johnstone [1826—1911] 179, 209 Stensen, Niels (1638—1686) 225 Strömer, Martin (1707—1770] 133 Strouhal, Čeněk (1850—1922) 127 Strutt, John William viz Ray-leigh Sturgeon, William (1783 az 1850) 173 Sturm, Jacques Charles Fran- gois (1803—1855) 123 Sulzer, Johann Georg (1720 az 1779) 166 Szilärd, Leo (1898—1964) 203 t Tait, Peter Guthrie (1831 az 1901] 151 Talleyrand Perigord, Charles Maurice (1754—1838) 118 Tamm, Igor Jevgenijevic (1895—1971) 222, 240 Tartaglio, Niccolo (?1501 az 1557] 86—87 Tatum 173 Taylor, Brook (1685—1731) 123 Telesio, Bernardino (1508 aZ 1588) 81 Teller, Edward (*1908) 203, 223, 225 Tesla, Nicola (1856—1943) 179 Thaies z Mlletu (?624—?548 pp. n. 1.) 13, 34, 35, 45 Theodorik (Dietrich z Freibur- gu) (?1250—?1310] 68 Thibaud, Jean (1901—1960) 219 Thompson, Benjamin viz Rumford Thomson, sir George Paget (1892—1975) 142, 214, 226, 243 Thomson, sir Joseph John (1856—1940) 142, 204, 209, 214, 238 Thomson, William viz Kelvin Ting, Samuel C. C. (*193B) 220, 241 262 263 Tisza, Lászlo (*1907) 225 Titius, Johann Daniel (1729 až 1796) 79 Tomáš z Yorku (13.—14. stol.) 65 Tombaugh, Clyde William (*1906) 106 Tomonaga, Sin-Itiro (1906 až 1979) 220, 240 Tonks, Levi (1887—1971) 222 Torrey, Henry Cutler (*1911) 227 Torricelli, Evangelista (1608 až 1647) 85, 90, 92, 111, 112 Townes, Charles Hard ("1915) 221, 239 Townley, Richard (1628 až 1707) 92, 113 Troostwyk, van Paest Adrian (1752—1837) 169 Tyndall, John (1820—1893) 125, 138 u Ubaldi del Monte, Guido (1545—1607) 81 Uhlenbeck, George Eugene (*1900) 216 Umov, Nikolaj Alexandrovic (1845—1915) 195 Urban VIII., dflve Barberini, Maffeo (1568—1644) 90 Urey, Harold Clayton (*1893) 242 V Valašek, Joseph ("1897) 227 Valdštejn, Albrecht (1583 až 1634) 79 van der Meer, Simon ("1925) 241 van der Waals, Johannes Di- derik (1837—1923) 114, 150, 238 van Vleck, J. H. 226, 227, 243 van't Hoff, Jacobus Henricuu (1852—1911) 143, 152, 237 Varignon, Pierre (1654—1722) 74 Varley, Cromwell Fleetwood (1828—1883) 209 Vidi, Lucien (1805—1886) 112 Viěte, Frangois, Segneur de la Bigotiěre (1540—1603 ) 87 Violle, Louis Jules Gabriel (1841—1923) 196 Vitellius (?1225—71280) 68, 184 Vitruvius Pollio, Marcus (?86 až ?22 pr. n. 1.) 52, 55, 132 Vi viani, Vincenzo (1622 až 1703) 41, 85, 90, 92, 111 Vleck, John Hasbrouck van (1899—1980) 22S, 227, 243 Volkenštejn, M. V. 225 Volosov, A. G. 222 Volta, Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio (1745 až 1827) 164, 167—168, 176 Voltaire, Jean Frangois Arou-et (1694-1778) 98 w Wallis, John (1616—1703) 95 Walton, Ernst Thomas Seton (*1903) 242 Watzelrode, Lukas (1448 ai 1512) 77 Watt, James (1736—1819) 144 Weber, Ernst (1795—1878) 124 Weber, Heinrich (1843—1913J 150 Weber, Wilhelm (1804—1891) 124, 125, 157, 168, 172 a2 273, 176 Weinberg, Steven («1933) 220, 240 Weisskopf, G. (Whitehead) 114 Wheastone, sir Charles (1802 az 1875) 125, 168, 176 Wick, Heinrich von (14. stol.) 67 Wiedemann, Gustav Heinrich (1826—1899) 150 Wien, Wilhelm Carl Werner (1864—1928) 212, 239 Wigner, Eugene Paul [*1902] 220, 240 Wilke, Johann Carl (1732 at 1796] 135 Wilson, sir Alan Harries ("1908) 227 Wilson Junior, Edgar Bright (*1908) 225 Wilson, Charles Thomson Rees (1869—1959) 223, 239, 241 Wilson, Kenneth Geddes ("1936) 240 Wilson, R. W. 199 Wilson 244 Wollaston, William Hyde (1766—1828) 169, 212 Worcell, John D. (*1919) 128 Wright, Orville (1871—1948) 114 Wright, Wilbur (1867—1912) 114 Wróblewski, Szygmunt Floren- ty (1845—1888) 151—152 Wu Ch. (*1913) 220 y Yang, Chen Ning (*1922) 220, 240 Young, Thomas (1773—1829) 116, 122, 124, 173, 182, 191, 192, 193, 212, 227 Yukawa, Hideki (1907—1981) 220, 241 z Zavojski], Jevgenij Konstanti-novič (1907—1976) 227 Zeeman, Pieter (1863—1943) 238 Zener, Clarens Melwin (*1905) 227 Zenger, Václav Karel (1830 až 1908) 195 Zernike, Frederik (1888 až 1966) 239 Zweig, George («1937 ) 221 Ž Zukovskij, Nikolaj Jegorovlč (1847—1921) 110, 115, 116 264 265 obsah o dejinách fyziky ......... O významu dějin fyziky ....... Vývojové fáze fyziky ........ fyzikálni vedeni päed vznikem fyziky f ako samostatné experimentální vědy .... Otazníky nad prehistorií fyziky...... Stará fyzika ........... Babylónská a egyptská fyzika...... Starověké Sečko a přínos jeho filozofů fyzice Od alexandrijských matematiku ke Gallleimu Alexandrijské Múseion a Archimédes Antický Řím.......... Arabská stredoveká fyzika ...... Evropská stredoveká fyzika . . . . . vývoj klasické fyziky k mechanickému obrazu prírody ............ Vznik a vývoj klasické mechaniky..... Geometrická statika ........ Kinematika .......... Klasická dynamika......... Experimentálni základy dynamiky v díle Newtonových předchůdců ........ Matematické základy dynamiky v díle I. Newtona a jeho předchůdců ........ Analytická mechanika v rukou velkých matematiků ............ Experimentální mechanika tuhých těles Hydromechanik a .......■ Aeromechanika ......... 111 Molekulární mechanika ....... 115 Nové fyzikálni jednotky a klasická mechanika . . 118 Vznik a vývoj akustiky ........ 119 Vznik a vývoj akustiky před Galileim . . . 120 Klasické období akustiky ....... 122 Současné období akustiky....... 126 Vznik a vývoj klasické termiky...... 129 Předklasická termika ........ 131 g Vznik termometrie ........ 132 Vznik a rozvoj kalorimetrie...... 135 5 Klasická termodynamika ....... 141 10 Klasická statistická fyzika....... 144 Klasická experimentálni termika . . . . . 149 25 vývoj klasické fyziky k relativistickému nekvantovému obrazu prírody ..... 155 25 27 Vznik a vývoj klasické elektrodynamiky .... 356 27 Prehistorie nauky o elektřině a magnetismu . . 159 32 Předklasická elektrodynamika...... 161 46 Vznik elektrodynamiky ustálených proudů . . 166 47 Rozvoj klasické elektrodynamiky..... 177 54 Vznik a vývoj klasické optiky ...... 181 56 Stará optika .......... 182 58 Předklasická optika ........ 185 Optika splývá s elektrodynamikou .... 194 Vznik a vývoj teorie relativity...... 196 71 Mechanika relativního pohybu ..... 197 ^2 Problémy optiky pohybujících se prostředí . . 198 Problémy elektrodynamiky pohybujících se pro- „. středí ............ 200 74 Speciální teorie relativity....... 202 Obecná teorie relativity ....... 204 85 vývoj fyziky ke KVANTOVÉMU OBRAZU prírody 207 94 Vznik a vývoj staré kvantové fyziky..... 207 Chemický atomismus ........ 208 99 Od teorie záření ke kvantové hypotéze . . . 211 10" Kvantová hypotéza a fyzika mikrosveta . 213 109 Vznik a vývoj současné kvantové fyziky .... 215 267 268 Kvantová fyzika a nové filozofické ideje ... 217 MALÁ MODERNÍ Kvantová fyzika a fyzika elementárních částic a ^^r^wTnn^-nt^ llJNOlIv.LiUrlljlJl.fcj elementárních Interakcí ....... 219 Kvantová teorie a statistická íyzika .... 221 - Kvantová teorie a fyzika atomového jádra . . . 222 Kvantová teorie ve fyzice atomů a molekul . . . 224 SVAZEK 104 Kvantová fyzika a fyzika pevných látek . . 225 Kvantová íyzika ve vědách....... 228 CO ovlivňovalo v minulosti vývoj fyziky . . 231 nobelovy ceny za fyziku....... 237 literatura ........... 245 jmenný rejstřík.......... 247 VLADIMÍR MALÍŠEK CO VlTE O DEJINÁCH FYZIKY Přebal navrhl Milan Hegar Foto z archívu autora Odpovědný redaktor Vladimír Trojánek Technická redaktorka Hana Hráská Vydal Horizont, nakladatelství Socialistické akademie CSSR, v Praze roku 1986 jako svou 949. publikaci Vydání první Stran 272 + 16 stran černobílé přílohy Vytiskly Moravské tiskařské závody, n. p., provoz 21, Ostrava 1, Novinářská 7, č. z. 53879 Náklad 10 000 výtisků 15,59 AA (z toho ilustr. 0,78); 16,08 VA Tematická skupina 03/5 40—021—86 Cena 20 Kčs 508/825 269