Článek
Vaše smysly vám s naprostou jistotou říkají: Tohle jsou věci. Prostě tady jsou, nemění se, a teprve když do nich strčíte, začne se s nimi něco dít v čase. Jenže moderní teoretická fyzika nám ukazuje, že nás naše vlastní smysly fatálně klamou. Skutečný vesmír totiž žádný katalog statických předmětů neobsahuje.
Pojďme se společně podívat na to, proč pevná hmota v podstatě neexistuje a jak se z našeho světa stává divoká, neustále tekoucí síť událostí.
Kvantová teoretická fyzika: Proč svět není skladiště věcí, ale nekonečný děj
Abychom tento vesmírný klam pochopili, musíme nejprve změnit náš každodenní slovník. Zapomeňme na slovo „věc“ a nahraďme ho slovem „událost“ nebo „proces“. Fyzika nám totiž ukazuje, že to, co vnímáme jako stabilní objekty, jsou ve skutečnosti jen extrémně zpomalené děje.
Skvěle to vynikne, když si představíte obyčejnou mořskou vlnu. Když vidíte na moři vlnu, váš mozek ji nezačne chápat jako statický objekt, jako nějaký pevný kus vody, který se sune po hladině. Podvědomě víte, že vlna je událost. Voda se na jednom místě na chvíli zvedne, předá energii okolí, zase klesne a posune se dál. Vlna nemá permanentní existenci, je to děj odehrávající se v čase.
A teď přichází ten zásadní myšlenkový skok: Z kvantového pohledu je ten pevný kámen na cestě nebo stůl před vámi vlastně úplně totéž co mořská vlna. Jen trvá mnohem déle.
Kámen není fixní objekt. Je to dočasný, nesmírně složitý shluk událostí a neustálých interakcí mezi kvantovými poli. V našem lidském měřítku času nám sice připadá stabilní, ale je to pouhá iluze. Všechno, co považujeme za hmotu, má zkrátka svou trvanlivost, ale nikoliv permanentní existenci. Vesmír je síť vztahů, nikoli regál s předměty.
Heisenbergův princip neurčitosti: Záhada mikrosvěta, kde slovo klid ztrácí smysl
V našem makrosvětě můžete položit hrnek na stůl a s čistým svědomím prohlásit, že je v naprostém, dokonalém klidu. V mikrosvětě ale slovo „klid“ okamžitě ztrácí svůj lidský význam.
Může za to německý fyzik Werner Heisenberg a jeho slavný princip neurčitosti. Jak jsem detailně rozebíral v článku o tom, proč dokonalá prázdnota neexistuje, subatomární částice mají od vesmíru přísný zákaz se zastavit. Kdyby se totiž nějaká částice úplně zastavila, znali bychom její přesnou polohu i její nulovou rychlost se stoprocentní přesností. A to kvantová mechanika nekompromisně zakazuje.
I v tom nejhlubším vakuu kosmu, pokud bychom ho zchladili na absolutní nulu, dochází k neustálému kvantovému vření. Prostor a hmota na té nejmenší úrovni divoce tančí, vibrují a pulzují energií. Klid, který večer zažíváte v křesle, je jen dojem vzniklý tím, že se na tento mikroskopický chaos díváte z obrovského, makroskopického odstupu.
Makroskopické rozmazání a coarse-graining: Mrak a pixely, ze kterých se skládá náš svět
Jak je tedy možné, že z toho divokého subatomárního tance a chaosu vzniká náš stabilní, předvídatelný makrosvět? Klíčem je koncept, kterému fyzici říkají makroskopické rozmazání (v angličtině coarse-graining).
Rád si to představuji na příkladu digitální fotografie. Když si fotku na monitoru přiblížíte na maximum, ztratíte širší obraz. Vidíte jen miliony jednotlivých pixelů různých barev. Žádný objekt na fotce nedává smysl, vidíte jen zdánlivý chaos barevných bodů. Ale když se podíváte z dálky, vaše lidské oči nedokážou rozlišit jednotlivé pixely. Obraz se slije dohromady, „rozmaže se“ a vy najednou uvidíte jasný tvar – například tvář přítele.
Nebo si to představte jako průchod ranní mlhou či mrakem. Když se na mrak díváte z dálky, má jasný tvar, ostré hranice a vypadá jako pevný, ohraničený objekt plující po obloze. Ale když do něj vletíte letadlem nebo se k němu přiblížíte, jeho jasná podoba se najednou vytratí a vy vidíte jen to, že jste v neprostupné mlze drobných kapiček.
A teď si tento příklad promítněte do všeho, čemu říkáme realita. Jeden izolovaný atom vody nám totiž sám o sobě neprozradí, co je to oceánská vlna. Protože jsme jako lidé příliš velcí a naše smysly jsou příliš hrubé, nedokážeme sledovat biliony rychlých kvantových interakcí, které se v každé nanosekundě odehrávají. Vidíme až jejich průměrný, statistický výsledek. Právě toto rozmazání a naše neschopnost vidět detaily mikrosvěta vytváří makroskopické veličiny, jako je teplota, tlak a nakonec i samotný pocit pevné hmoty.
Vztah entropie a času: Kámen jako neuvěřitelně pomalá mořská vlna
A teď propojíme ten největší vesmírný paradox: entropii a plynutí času. V článku o podstatě času a iluzi klidu jsem vysvětloval, že čas na té nejzákladnější kvantové úrovni jako samostatná veličina vlastně vůbec neexistuje. Ty nejzajímavější rovnice moderní kvantové gravitace ho k popisu vesmíru prostě nepotřebují. Kde se tedy bere ta neúprosná jednosměrná šipka času, kvůli které stárneme?
Odpovědí je opět naše makroskopické rozmazání a entropie (míra chaosu). Čas vzniká až tehdy, když se na svět podíváme skrze naše hrubé lidské brýle.
Vraťme se k našemu kameni na cestě. Z našeho makroskopického pohledu je v kameni obrovský řád, nízká entropie – jeho atomy drží pevně pohromadě a tvoří strukturu. Proto ho vnímáme jako nehybnou věc. Jenže druhý termodynamický zákon říká, že vesmír nevyhnutelně směřuje od řádu k chaosu. I ten nejpevnější kámen se jednou rozpadne na prach, jeho atomy se rozptýlí a jeho entropie vzroste.
Tento statisticky nevyhnutelný přechod od uspořádané minulosti k chaotické budoucnosti je přesně to, co náš mozek překládá jako „plynutí času“. Kdybychom měli možnost vidět vesmír v jeho absolutním detailu, neviděli bychom žádný čas, žádný prostor a žádnou pevnou hmotu. Viděli bychom jen věčnou přítomnost a neustále se proměňující síť kvantových interakcí.
Řád a chaos jako úhel pohledu: Pozvánka do další králičí nory
Když si tyhle myšlenky na závěr shrnu, vede mě to k obrovské pokoře. Realita, kterou žijeme, je neskutečně rafinované divadlo. Nejsme diváci stojící na pevném jevišti, kolem kterých protéká čas. Jsme sami součástí té tekoucí vlny, jsme shlukem událostí v bezčasém kvantovém oceánu.
Co když vám ale řeknu ještě další věc: samotný pohled na řád a chaos je vlastně jen úhel našeho pohledu. Pokud totiž čas a entropie vznikají jen díky tomu, že vidíme svět „rozmazaně“, znamená to, že i to, co považujeme za neuspořádané nebo uspořádané, je jen záležitost naší lidské perspektivy. Vesmír sám o sobě možná vůbec žádný rozdíl mezi řádem a chaosem nedělá. A přesně to je myšlenka, kterou bychom společně mohli rozebrat zase příště.
Fyzikální realita je zkrátka tisíckrát víc dechberoucí a magická než jakýkoliv fantastický román. Dává nám to možnost dívat se na každý obyčejný den s nefalšovaným úžasem z objevování.
Tento článek byl inspirován hlubokými myšlenkami z knihy Řád času od uznávaného italského teoretického fyzika Carla Rovelliho.
Vědecký semafor: Co je prokázaný fakt a co teoretická fronta?
Abychom na našem blogu striktně oddělovali ověřená data od fascinujících matematických modelů, připravil jsem pro vás rychlý přehled toho, jak se k těmto myšlenkám staví současný vědecký konsenzus.
- Absence absolutního klidu (Kvantové fluktuace)
Vědecký status: 100% Hlavní proud / Ověřený fakt Co to znamená v praxi?: Heisenbergův princip neurčitosti a neustálé vření vakua jsou pilíři kvantové fyziky, které byly bezpečně potvrzeny mnoha experimenty. - Makroskopické rozmazání (Coarse-graining)
Vědecký status: 100% Hlavní proud / Ověřený fakt Co to znamená v praxi?: Statistická mechanika a termodynamika (původem od Ludwiga Boltzmanna) jsou standardní vědou. To, že veličiny jako teplota vznikají zprůměrováním mikro-chaosu, je nezpochybnitelné. - Svět jako síť událostí, nikoli věcí
Vědecký status: Špičková teoretická fronta / Neověřeno Co to znamená v praxi?: Myšlenka vychází ze Smyčkové kvantové gravitace (Loop Quantum Gravity). Jde o vysoce respektovaný a matematicky konzistentní model, který však stále čeká na svůj první přímý experimentální důkaz z laboratoří či astronomických pozorování.
Děkuji vám, že jste článek dočetli až do konce. Pokud se vám můj přístup k vědě, vesmíru a kritickému myšlení líbí, zvažte prosím vstup do Klubu zvědavců níže. Přes e-mail spolu můžeme zůstat v přímém kontaktu zcela nezávisle na tom, co zrovna dělají algoritmy sociálních sítí nebo vyhledávačů.
