GALILEO GALILEI

Galileo Galilei (1564‒1642) je po zásluze považován za jednu z nejvýznamnějších osobností fyziky a kosmologie. Pro jeho analytický přínos k vědeckému poznávání světa bývá Galilei označován za vynálezce vědecké metody bádání a vědeckých experimentů.

Mylně je Galileo uváděn jako vynálezce dalekohledu, jeho skutečným vynálezcem je patrně holandský optik Hans Lippershey (patent z roku 1608). Nicméně byl Galileo jedním z prvních astronomů, kteří začali dalekohled aktivně používat a zdokonalovat (spolu s Keplerem) ve službách astrofyziky.

Galileo Galilei byl všestranný vědec. Ač vystudoval lékařství, věnoval se především fyzice a astronomii. Jako jeden z prvních se zasazoval pro oddělení vědy od filosofie a náboženství – čímž si pochopitelně znepřátelil církev a později jej jeho názory téměř stály život.

Vědecká činnost Galilea byla velmi široká. Zkoumal pohybové zákony, jako první popsal mechaniku kyvadla a jeho užití pro měření času. Zdokonalil kompas, vynalezl svou variantu teploměru a mimo jiné i kuličkové pero.

Do příchodu Galilea vyznával téměř celý svět „samozřejmé“ zákony Aristotela, neboť jakákoliv alternativa generovala příliš „logických“ protiargumentů:

• Kdyby se Země otáčela – předměty by odstředivou silou musely odletět z povrchu zemského.

• Předmět upuštěný z výšky – by vzhledem k (hypotetické) rotaci Země nedopadl kolmo, nýbrž bychom museli naměřit „posun“.

• Země nemůže v prázdnotě obíhat kolem Slunce, protože zde chybí síla, která by takový pohyb poháněla.

• Kdyby Země nebyla středem světa (do něhož vždy míří přitažlivá síla), co by drželo nás i protinožce na zemi?

Galileo našel odpovědi na všechny výšeuvedené otázky:

1.23.1 POHYBOVÉ ZÁKONY GALILEA

Galileo na základě vlastních experimentů poznal, že rychlost volného pádu nesouvisí s hmotností předmětů, respektive že případné naměřené rozdíly způsobuje pouze rozdílný odpor vzduchu. Tímto vyvrátil představy z dob Aristotela, který připisoval hmotnějším tělesům větší rychlost pádu (vzduch či oheň dle Aristotela k zemi nepadají vůbec, naopak stoupají směrem vzhůru).

Galileo ve svých experimentech využíval nakloněnou rovinu dřevěného „kanálu“, po kterém spouštěl různě hmotné bronzové koule. Ať již pustil kouli jakékoliv hmotnosti, z kterékoli části kanálu či pod různými úhly náklonu, vždy zaznamenal stejné poměry časů a uražených vzdáleností stejně tak jako u volného pádu (což je de facto kolmá nakloněná rovina).

Pro tyto experimenty potřeboval Galileo co nejpřesněji odměřovat stejné časové úseky, což bylo v dané době technicky nerealizovatelné (první kyvadlové hodiny sestrojil až roku 1656 Huygens, na základě Galileem objeveného principu kyvadla).

Galileo však s důvtipem využil svého muzikantského nadání (byl výtečným hráčem na loutnu) a angažoval přítele muzikanta, aby během experimentů hrál rytmickou skladbu. Kouli v kanálu následně kladl do cesty malé kovové pražce a posouval je po kanálu tak dlouho, dokud cinkání koule o pražce nebylo zcela synchronní s přesným rytmem hrané skladby. Z naměřených úseků pak odvodil, že pád těles je rovnoměrně zrychleným pohybem nezávislým na hmotnosti těles, následně určil i poměrně přesně gravitační zrychlení Země: 10 m/s2, pouze s 1% chybou!

Galileova zjištění byla zásadním útokem na Aristotelovu teorii (těžší věci padají rychleji, některé látky naopak stoupají). Galileo pochopil, že vše podléhá gravitačnímu pádu směrem k zemi a eventuální stoupání médií (vzduch, oheň) je způsobeno nižší hustotou stoupající látky – podobně jako dřevo stoupá ve vodním sloupci (Archimédův zákon).

Galileo dovodil, že ve vzduchoprázdnu budou všechny látky padat stejnou rychlostí.

Galileo při svých experimentech a studiu pohybu používal (ještě před Descartem) „kartézský“ pravoúhlý diagram rychlosti a času. Jako první také použil základy diferenciálního a integrálního počtu – tečnu ke křivce určil jako zrychlení, stejně tak věděl, že dráha je integrálem rychlosti podle času (plocha pod křivkou)!

Před svými současníky byl o tolik napřed, že tyto velkolepé objevy byly oceněny až po staletích. Nehynoucí slávu však získal Galileo především na základě svých astronomických objevů:

1.23.2 ASTRONOMICKÉ OBJEVY GALILEA

Galileo znal Koperníkovu práci a byl i v písemném souznějícím styku s Keplerem. Během let Galileo čím dál více šířil Koperníkův heliocentrický model světa, nicméně znal i tragický konec Giordana Bruna (1600).

Ve svých vědeckých publikacích a oficiálních stanoviscích byl Galileo proto zpočátku „diplomatický“ a umírněný. U církve i aristokracie si Galileo postupem času získal mnoho příznivců, čímž získal klamný dojem, že si může dovolit cokoliv.

V roce 1610 objevil Galileo s pomocí dalekohledu 4 největší satelity Jupitera a potvrdil, že tyto satelity obíhají kolem této planety – první z Galileových důkazů, že vesmírné objekty obíhají i kolem něčeho jiného nežli Země. Nově objeveným satelitům Jupitera dal název Medicejské hvězdy.

Astronom vyvozuje, že pokud satelity obíhají společně s Jupiterem kolem Slunce a zároveň krouží kolem samotné planety, je možné, že stejné se odehrává i v případě Země a jejího Měsíce!

Ani Měsíc samotný není „božsky“ dokonalou koulí, nýbrž má nepravidelný povrch a je posetý krátery i horami podobně jako naše vlastní planeta.

Dalším klíčovým zjištěním bylo, že Venuše prochází fázemi stejně jako Měsíc, což dokazovalo, že Venuše (a tedy pravděpodobně nejen ona) je ze své přirozenosti temná – její domnělá záře je ve skutečnosti odraženým slunečním světlem. Z logiky Venušiných fází přitom plyne, že obíhá kolem Slunce, nikoliv kolem Země – geocentrický model totiž vylučuje, aby byl ze Země pozorován úplněk Venuše (geocentrické postavení planet neumožňuje zaznamenat všechny Venušiny fáze)!

Galileo dalekohledem taktéž pozoroval Slunce. Zjistil, že sluneční skvrny (které pozorovali již jeho předchůdci) se pohybují – že i samotné Slunce rotuje!

1.23.3 PRINCIP RELATIVITY A ZÁKON SETRVAČNOSTI

Galileo též formuloval princip, jenž o pár století rozvedl Albert Einstein – princip relativity. Galileo se zamýšlel nad otázkou, zda lodník v podpalubí (bez oken) může nějakým experimentem poznat, zda loď pluje (rovnoměrným pohybem), či stojí zakotvená. Došel k závěru, že nikoliv – a formuloval „princip relativity“, kterým říká, že pohyb či klid jsou relativní pojmy, že objektivně nelze stanovit, který objekt je v klidu a který se pohybuje.

Spolu s tímto principem Galileo také formuloval zákon setrvačnosti – tělesa setrvávají v rovnoměrném pohybu (i bez zapotřebí jakékoliv síly), respektive udržují si svůj pohybový stav.

I v tomto ohledu opravil Galileo názor tehdejší aristotelovské fyziky, která princip setrvačnosti vnímala „polovičatě“ – každý pohyb bez působení síly postupně ustane.

1.23.4 INERCIÁLNÍ VZTAŽNÁ SOUSTAVA

Pojem „inerciální vztažná soustava“ (IVS) je „terminus technicus“, který si novodobá fyzika (milující složitě znějící sousloví) zamilovala a používá jej s oblibou i v populárně naučném kontextu – radujíc se, jak vědecky to zní. O nic složitého se samozřejmě nejedná: inerciální ≈ setrvačná.

IVS obecně znamená situaci, kdy pohyb setrvává bez externích vlivů – jde o rovnoměrný pohyb bez působení síly, která by měnila rychlost či směr pohybu. Absolutně dokonalá IVS neexistuje, neboť všude ve vesmíru působí nějaké síly – ideální IVS je tudíž chimérou. Přijmeme-li však jistou systémovou nedokonalost, lze za IVS označit třeba:

• Vlak pohybující se konstantní rychlostí po rovné dráze.

• Loď pohybující se konstantní rychlostí po klidné hladině.

• Vesmírný modul kroužící okolo Země je téměř dokonalá IVS – přestože nejde o „přímočarý“ pohyb, jde o pohyb rovnoměrný. Kosmonauti uvnitř modulu neregistrují žádné síly (ani gravitační, ani odstředivé) a když zatemníte modulu okna, z absence jakékoliv síly budou všichni usuzovat na rovnoměrný přímočarý pohyb – nikdo nebude moci (snadno) určit směr zakřivení dráhy (tedy polohu Země) – tento veledůležitý fenomén objasníme v dalších kapitolách.

V mnoha učebnicích nalezneme definici, že „všechny inerciální vztažné soustavy jsou vůči sobě v klidu nebo v rovnoměrném přímočarém pohybu“ – což není korektní – ve vesmíru často bývá právě kruhová (eliptická) dráha dokonalou IVS! Pro potřeby této knihy proto bude stačit zjednodušení:

1.23.5 GALILEO JAKO OBJEVITEL GRAVITACE

Galileo jako první objevil fyzikální podstatu kyvadla (gravitaci) a jeho analogii s pohyby nebeských těles! Dokázal, že frekvence kmitu nezávisí na hmotnosti kyvadla či úhlu, ze kterého bylo spuštěno. Korkové či olověné kyvadlo se pohybují synchronně (postupný nesoulad způsobí až odpor vzduchu, ve vakuu se budou obě kyvadla chovat zcela totožně).

Kyvadla na delších poloměrech se pohybují s menší frekvencí analogicky tak, jako planety s větší vzdáleností od Slunce jej obíhají s pomalejší frekvencí (pro vzdálenější planety je „rok“ úměrně delší). Galileo (stejně jako později Newton) uvažoval, že pohyb padajících předmětů, kyvadel, vystřelených projektilů i pohyb nebeských těles řídí jeden univerzální princip, a nazval jej gravitací!

Vystřelený projektil i planety na obloze řídí gravitace. Gravitace působí stejným způsobem na projektil i na Měsíc. Obě tělesa jsou gravitací přitahována k zeměkouli a tím odkláněna z přímočarých drah, kterým by jinak (na základě principu setrvačnosti) podléhala. Projektil nakonec gravitační síle podlehne a klesne zpět na zem, zatímco Měsíc je přitahován přesně takovou silou, která jej udržuje na jeho kruhové dráze kolem Země.

Projektil i Měsíc jsou přitahovány k Zemi, pozemská moře jsou přitahována k Měsíci, planety tíhnou jedna k druhé, komety ke Slunci. Všechna tělesa podléhají proměnlivé gravitaci, která slábne spolu se zvětšující se vzdáleností od centra gravitace. Naprosto geniální úsudek toskánského myslitele!

Galileo učinil velké množství astronomických pozorování, jež jej utvrdila v platnosti Koperníkova heliocentrického modelu vesmíru, byť nesouhlasil s eliptickými drahami dle Keplera – názorově bránil dokonalost kružnic.

Galileo se pokoušel dokonce změřit rychlost šíření světla (pomocí dvou pozorovatelů s lucernou na vzdálených kopcích) a neschopnost zaznamenat jakoukoliv prodlevu v předávání signálů správně interpretoval jako rychlost mnohonásobně převyšující rychlost lidských smyslů.

1.23.6 GALILEO KONTRA CÍRKEV

Galileův génius se nemohl nestřetnout s rigidními názory církve. Oficiálně uznávaným názorem přírodních věd byl toho času aristotelismus. Církevní teologie byla tehdejší „matkou věd“ a sebejistý Galileo si zpočátku svého života dokonce troufal ji kritizovat:

„ … vykladači Písma velmi často ve výkladu chybují, … Písmo se nemá zabývat ničím jiným než články týkajícími se víry … ve věcech přírodních má větší sílu filosofický či astronomický závěr než (ten) svatý a Boží …“

Je zjevné, že Galileo neměl vysoké mínění o svých odpůrcích. Považoval je za nekompetentní a omezené jedince, jež se pokoušejí oklešťovat nauku, které vůbec nerozumí. Nechvalně známý kardinál Bellarmino dopisem varoval Galilea, aby se nepokoušel interpretovat Písmo v rozporu s oficiálním a tradičním církevním výkladem. Galileo však tohoto varování příliš nedbal a ukonejšen svými dobrými vztahy s tehdejšími vládnoucími kruhy – pokračoval v prosazování svých názorů, zastávaje Koperníkovo heliocentrické vidění světa.

Galileo jeden ze svých „kopernikánských“ dopisů adresoval i velkovévodkyni z rodu Medicejských (Cristina di Lorena). Od počátku plánoval tento dopis zveřejnit, aby se dostal v opisech k jeho odpůrcům (včetně kardinála Bellarmina). Poněkud naivní Galileo viní v tomto dopise z kacířství samotné církevní představitele s tím, že nejsou dobrými věřícími, jen pouhými intrikány. Tito vykladači Písma (podle Galilea) zneužívají autority církevních otců i Bible. Galileo v dopise podává svůj vlastní náhled na teologii s tím, že kategoricky odmítá, aby teologie stála nad ostatními vědami. Astronom opět zdůrazňuje, že teolog nemůže překračovat hranice svého oboru a rozhodovat o věcech, ve kterých není vzdělán.

Galileo prostě přespříliš spoléhal na sílu svých argumentů a na ochranu rodiny Medicejských i ostatních jeho ambasadorů.

Svaté oficium však dlouhá léta pozorně sledovalo astronomovo počínání, již od Galileova prvního pobytu v Římě (1611), kdy urputně obhajoval Koperníkovu teorii po celém městě. Sebejistý Galilei přijíždí do Říma znovu v roce 1615. Začátkem roku 1616 však měla církevní Kongregace dost Galileova kacířství a vydala zákaz dvou kopernikánských tezí:

• Slunce je středem světa.

• Země není středem světa (pohybuje se kolem Slunce) a celá se otáčí kolem vlastní osy.

Kardinál Bellarmino byl pověřen, aby Galileovi oznámil výsledek usnesení Svatého oficia. Galilea církevní usnesení zdrtilo – právě jeho přílišné sebevědomí, vlastní výklad Písma, opakované neposlechnutí církevních doporučení i zesměšňování teologů dost možná urychlilo plány Svatého oficia na zákaz Koperníkova učení. Zklamaný Galileo se vydává zpět na cestu do Florencie. Tento incident bývá označován jako První Galileův proces.

Postupem času Galileova ostražitost znovu upadala. Na trůn usedl nový papež (Urban VIII.), u něhož se Galileovi dostalo dokonce poměrně přátelského přijetí – kde mu papež nicméně znovu připomněl, jaké je oficiální stanovisko církve k uspořádání vesmíru.

Galileo svou audienci u papeže však nepochopil korektně a veden falešným pocitem, že doba je mu znovu nakloněna – napsal Galileo své nejslavnější dílo – které jej následně znovu přivedlo před Kongregaci. Spis Dialog o dvou největších systémech světa (1629) byl pomyslnou poslední kapkou v poháru trpělivosti Svatého oficia.

V tomto díle Galileo (navzdory Bellarminovu nařízení) znovu obhajoval Koperníkovu doktrínu (pohyb Země a nehybnost Slunce). Tisk Dialogu se vlekl pomalu a dílo bylo distribuováno až v únoru roku 1632. Příznivci kopernikánské teorie byli knihou nadšeni, což bylo (již dosti nemocnému) Galileovi značnou útěchou.

Církev tentokrát reagovala velmi kategoricky – Druhým procesem s Galileem, a to v mnoha ohledech „pochopitelně“:

Galileo ve svém díle totiž neprojevil příliš diplomatického ducha. Dialog je spis, v němž probíhá názorová polemika mezi zastáncem geocentrického a heliocentrického modelu, přičemž zastánce modelu geocentrického tento spis popisuje jako prosťáčka (Galileo mu přisoudil jméno „Simplicio“) – čímž urazil de facto celou církev.

Papež (Urban VIII.) musel být velmi rozhněván, když zjistil, že jeho moudrá slova pronáší v knize osoba, kterou spis pasuje do role prostoduchého aristotelovského zabedněnce. Simplicio nebyl v publikované rozpravě téměř nikdy schopen obhájit svůj názor (který se zakládal na Aristotelově učení). Jeho postoje byly takřka vždy „smeteny ze stolu“ evidentně moudřejším Salviatim – hájícím názory Koperníka a vyvracejícím geocentrický model světa.

Svaté oficium tudíž bez jakýchkoliv pochybností došlo k závěru, že kniha musí být zakázána a Galileo se musí dostavit do Říma, aby své učení odvolal. Vyděšený astronom (jehož zdravotní stav se po oznámení rozhodnutí Svatého oficia prudce zhoršil) žádá o odklad, avšak nakonec se do Říma vydává s podlomeným zdravím i podlomeným sebevědomím. Galileo kapituloval – byl si vědom toho, že již jen málo jej dělí od osudu Giordana Bruna.

Během výslechů již Galileo nehájí Koperníkovu doktrínu, naopak ji zamítá. Uznává, že při četbě jeho díla bylo skutečně možné nabýt dojmu, že je zastáncem heliocentrické teorie a snaží se přesvědčit inkvizitory, aby mu bylo dovoleno připsat další dvě kapitoly – ve snaze vyvrátit Koperníkovo učení.

Poslední výslech už je velice stručný. Astronom opakuje, že nebylo jeho úmyslem hájit Koperníkovo učení a že je připraven podřídit se nařízením Svaté inkvizice. Následující den je nad starým nemocným géniem vynesen rozsudek:

Musí odvolat, proklít a zavrhnout rouhání, kterých se dopustil. Dialog je pro výstrahu ostatním příznivcům Koperníkovy teorie zakázán (a spálen). Galileo sám je odsouzen k doživotnímu vězení a odříkávání kajícných žalmů. Jeho písemné dílo bylo umístěno na oficiální církevní seznam zakázaných knih, kde figurovalo až do roku 1822!

Tradovaná historka o tom, jak Galileo po skončení procesu pronáší své „… a přece se točí!“, zůstává pouhou báchorkou. Zdrcený Galileo, který právě stěží uhájil svůj holý život, by si takové prohlášení rozhodně nemohl dovolit!

Duševně zlomený učenec prožil zbytek života v izolaci a jeho závěr v úplné slepotě (pravděpodobně vlivem pozorování Slunce dalekohledem). Doživotní vězení mu sice bylo změněno na domácí vězení, nicméně i tam inkvizice Galileovi cenzurovala poštu a návštěvy – v těchto poměrech (a se zhoršující se slepotou) strávil Galileo poslední desetiletí svého života!

I v těchto podmínkách Galileo přesto nezahálel. Dále zdokonaloval svůj dalekohled a pracoval na využití principu kyvadla pro přesné měření času. Roku 1637 ještě stihnul „alespoň“ navrhnout první model kyvadlových hodin – jeho sestrojení však přenechal svým následovníkům.

Své rehabilitace se Galileo nedožil (ostatně, jako většina církví souzených). Po smrti (1642) musel být Galileo Galilei pohřben v nevysvěcené půdě! Trvalo téměř celé století, nežli Posvátná kongregace Svatého oficia povolila postavit Galileovi náhrobek, ovšem s cenzurovaným epitafem. Od roku 1737 má tak Galileo svůj náhrobek ve florentském chrámu Santa Croce.

Církev nicméně později přeci jen uznala své pochybení:

Povolení k výuce heliocentrického modelu světa (pohybu Země a nehybnosti Slunce) přišlo s vyhláškou Posvátné kongregace Svatého oficia a schváleno papežem Piem VII. v září 1822 – což lze považovat za faktickou satisfakci pro Galilea.

Skutečnou morální satisfakci a omluvu (v níž byl zrušen výnos inkvizice proti Galileovi) však učinil až Jan Pavel II. v roce 1992, tedy po 359 letech! O 60 let dříve však neopomněla církev kanonizovat za svatého inkvizitora Bellarmina, který sehrál stěžejní roli „žalobce“ v kauzách Galileo i Bruno!