Určite ju „nepoznáte“- Yvonne Choquet-Bruhat: Geniálna storočná matematička a skvelá fyzička, ktorá vyriešila Einsteinove najťažšie rovnice

Francúzka Yvonne Choquet-Bruhat urobila revolučný prelom v chápaní všeobecnej teórii relativity.  Pred niekoľkými dňami, 29. decembra oslávila svoje 100. narodeniny. Zaoberá sa parciálnymi diferenciálnymi rovnicami a najmä všeobecnou teóriou relativity.

Albert Einstein nebol geniálnym matematikom, ak to vzťahujeme na náročnú vysokú matematiku. Ako študent mal Einstein dobré známky z matematiky, ale to bola matematika len gymnaziálna.

A jeho hlavná práca, jeho životné dielo, všeobecná teória relativity, bola na rozdiel od jej „špeciálneho“ variantu matematicky taká náročná, že od neho vyžadovala všetko. Málokto vie, že tam mu v matematike pomohla, a či lepšie povdané, bez nej by to nebol sám dokázal, iná geniálna matematička – jeho manželka, Srbka Mileva Marič.

V roku 1915 Einstein zverejnil svoje rovnice, ktoré dnes poznáme ako optimálny opis priestoru a času. Podľa  nich možno gravitáciu chápať výlučne ako zakrivenie časopriestoru.

Hľadanie konkrétnych riešení sa však ukázalo ako mimoriadne náročné. Bolo ale zrejmé, že rovnomerný, prázdny priestor, nazývaný Minkowského priestor, je možný. Karl Schwarzschild navyše čoskoro našiel riešenie, ktoré popisovalo gravitačné pole hviezdy. To, čo však stále chýbalo k úplnému porozumeniu novej fyziky, nebolo ani tak fyzikálne chápanie, ako skôr matematické.

Túto nejasnú situáciu však brilantne vyriešila francúzska matematička a fyzička Yvonne Choquet-Bruhat.

Yvonne Bruhat sa narodila v Lille vo Francúzsku ako dcéra fyzika a filozofa. Do školy chodila v Paríži a presadila sa v národných študentských súťažiach, kde excelovala vo fyzike. V tom čase už bolo Francúzsko pod nadvládou národných socialistov. Jej otec Georges Bruhat, zástupca vedúceho École Normale Supérieure, dokonca urobil kariéru za novej vlády, keď v roku 1941 zdedil miesto vedúceho katedry fyziky, ktorý bol prepustený z dôvodu rasových zákonov. Yvonne sa zapísala na štúdium École Normale Supérieure de Jeunes Filles, partnerskú univerzitu.

Koncom roka 1942 obsadilo nacistické Nemecko Francúzsko a následky okupácie čoskoro pocítili aj Bruhatovci. V roku 1944 po zatknutí jedneho študenta gestapo prehľadalo sídlo École Normale Supérieure na Rue d'Ulm. Pomenovaná tak bola na počesť Einsteina – rodáka z Ulmu.

Keď Georges Bruhat odmietol spolupracovať s gestapom, bol deportovaný. Zomrel v roku 1944 v koncentračnom tábore Sachsenhausen.

Yvonne v roku 1948 publikovala svoje prvé vedecké práce. Len o dva roky neskôr, vo veku 26 rokov, už dosiahl svoj veľký, a to doslova prelomový vedecký úspech.

Niekoľkí matematicí vedia a priznávajú, aká ťažká bola situácia vo všeobecnej teórii relativity pred jej senzačným prelomom.

A teraz jeden fakt, o ktorom sa sotva hovorí (aby sa nenaštrbila „posvätná glorifikácia“ Einsteina):

Spočiatku sa v novej fyzike pracovalo iba s poruchami v priestore Minkowského. Napríklad sa začalo s nejakým známym riešením a pritom sa usilovne premýšľalo o tom, ako by mohli a či smeli vyzerať také poruchy, aby pritom zostali splnené Einsteinove rovnice. Takto v tom čase „fungoval Einstein“. Nikdy však nebolo isté, či sa to v jednotlivých prípadoch podarí. Neboli nájdené žiadne iné riešenia.

Až kým neprišla Yvonne Bruhat a korigovala veľkého Einsteina a či „milosrdnejšie“ vyjadrené – ho doplnila. A aj preto sa o jej skvelom objave sotva hovorí – dnes o ňom vedia v spojitosti s jej menom len zasvätení experti.

Yvonne ukázala možnosť, ktorá je známa pre iné vlnové rovnice. Situáciu možno prirovnať k udreniu na strunu. Struna potom nejaký čas vibruje. Od momentu začatia vibrácii až po ich ukončenie, je pohyb struny opísaný vlnovou rovnicou podľa Yvonne Choquet-Bruhat.

Aplikované na teóriu relativity to znamená vziať určitý tvar priestoru, presnejšie povedané rez priestorom, ktorý si možno predstaviť ako momentku struny predtým, ako sa po nej brnkne, čo je ako východiskový bod a potom sledovať jej „dobeh“ až do jej znehybnenia.

Yvonne Choquet-Bruhat tak geniálne ukázala, že existuje časopriestor, ktorý spĺňa Einsteinove rovnice poľa, v ktorých je tento rez obsiahnutý."

V tomto prípade  je dôležitý nasledovný fakt: Yvonne dokázala, že existuje jasné riešenie – dovtedy neriešiteľného problému.

To zásadne odlišuje teóriu relativity od kvantovej fyziky, v ktorej existuje prvok náhody, takže z pohľadu jej teórie nie je budúcnosť vždy určená len minulosťou! To bolo veľkým problémom pre Einsteina, ktorý sa preto s ňou až do konca života nedokázal veľmi spriateliť.

Jeho všeobecná teória relativity je totiž deterministická.

Sama výskumníčka o motivácii k tejto svojej práci hovorí, že pre teóriu relativity považovala za dôležité nájsť pri čo najmenšom počte predpokladov ľahko použiteľnú existenčnú vetu, ktorá umožňuje objaviť vlastnosti riešení, ktoré sú v súlade s klasickými vlastnosťami svetelných vĺn a možno aj porovnávať gravitačné potenciály.

Choquet-Bruhat poskytla vedeckému svetu mnoho ďalších úžasných prác vo fyziku. Celkovo existuje od nej viac ako 240 vedeckých publikácií.

Keď sa presťahovala do Princetonu, mala možnosť o všetkom diskutovať s Einsteinom. Vo svojej autobiografii hovorí, že Einstein tam žil veľmi v ústraní, ale že ju privítal na odporúčanie spoločného priateľa. Svoju prácu prezentovala na Einsteinovej tabuli v jeho kancelárii, načo jej fyzik zablahoželal a pozval ju kedykoľvek, keď bude chcieť k nemu na návštevu.

„Všeobecná teória relativity bola v tom čase v akomsi spánku,“ tvrdí Yvonne.

Fyzikálny seminár v Princetone v tom čase viedol známy Robert Oppenheimer, ktorý sa viac zaujímal o kvantovú fyziku. Na druhej strane Einstein pracoval na komplexnej „teórii všetkého“.

Choquet-Bruhat pri príležitosti svojej „storočnice“ zdôraznila význam svojich rodičov pre jej úspešnú kariére, najmä otca, ktorý jej dal lásku k fyzike a podporoval ju svojou láskavosťou a vysvetľovaním, spočiatku osobne a po jeho smrti vo forme svojich kníh. Zároveň však naznačila, že ich vzťah nebol ani bez konfliktov. Prehnane ju chránil a neveril, že by sa z nej mohla stať známa vedkyňa.

„Dlho si myslel, že zo mňa bude dobrá žena v domácnosti a učiteľka na strednej škole,“ povedala s úsmevom.

Dnes sa môže obzrieť za skutočne veľkou y vynikajúcou vedeckou kariérou. Pri príležitosti jej okrúhlych narodenín sa konali početné oslavy, okrem iného v Institut des Hautes Études Scientifiques neďaleko Paríža, a aj v Inštitúte Erwina Schrödingera ESI na Viedenskej univerzite.

Pred niekoľkými rokmi zažila držiteľka najvyšších vyznamenaní francúzskeho národa a mnohých vedeckých cien oneskorené potvrdenie svojej práce.

Možnosť existencie gravitačných vĺn prvýkrát predpovedal Einstein, ale skutočný dôkaz v teoretickom rámci chýbal.

Exaktný dôkaz o možnosti existencie gravitačných vĺn na základe rovníc poľa však dala až Yvonne Choquet-Bruhat na základe jednej heuristiky od Alberta Einsteina z roku 1916.

Choquet-Bruhat, ktorá je od roku 1992 na dôchodku, ale vedecky pracuje aj naďalej, o prvej experimentálnej detekcii gravitačných vĺn v roku 2015 píše, že výskum už podrobne nesleduje, no ošiaľ okolo objavu sa jej samozrejme nestratil z očí.

 "Gravitačné vlny, na rozdiel od elektromagnetických vĺn, nie sú zastavené žiadnymi prekážkami a mali by byť schopné poskytnúť nám nové informácie o vesmíre. Neviem ale povedať, čo to znamená pre budúcnosť. Nikto to nedokáže,“

vyhlásila Yvonne.