carlo rovelli, přední teoretický fyzik, carlo rovelli

22
Carlo Rovelli edice aliter ŘÁD ČASU

Upload: others

Post on 12-Jun-2022

8 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

edice aliter
Carlo Rovelli, pední teoretický fyzik, spolutvrce smykové kvantové gravita- ce, ale také výtený spisovatel, se ve své nejnovjší knize zabývá tajemstvím a- su, moná vbec nejvtší záhadou svta. V první ásti srozumitelným zpsobem shrnuje, co o ase zjistila moderní fy- zika. Vysvtluje, e fyzikální as vbec není unikátní, všude stejný a stejn ply- noucí, dokonce není ani spojitý, a na kvantové úrovni se úpln vytrácí. Do tohoto podivuhodného svta zbave- ného vší asovosti nás Rovelli zavádí ve druhé ásti knihy, aby nás ve tetí ásti své dobrodruné výpravy dovedl zpátky k nám, k lidským bytostem. Je toti nutné vysvtlit, odkud se vlastn bere náš intenzivní pocit plynoucího asu. Ze zkoumání této otázky vychází autorovi jako zajímavé ešení odváná myšlenka, toti e píinou me sám lovk, který tuto otázku klade – tajem- ství asu moná ve své podstat netkví v základech kosmu, ale v nás samotných.
Carlo Rovelli (* 1956) je italský profe- sor teoretické fyziky, jen patí k sou- asné svtové špice. Studoval na rz- ných italských univerzitách a na Yale, v souasnosti psobí v Centru teore- tické fyziky Univerzity Aix-Marseille. Specializuje se na Einsteinovu teorii gravitace, kvantovou teorii a statistic- kou fyziku a jeho cílem je propojit tyto dosud nesluitelné obory, ím by se naplnil sto let starý sen z Einsteinových dob. Patí mezi hlavní tvrce teorie smykové kvantové gravitace, na toto téma publikoval více ne 200 vdec- kých lánk a dv významné monogra- fie (Quantum Gravity, 2004 a Covariant Loop Quantum Gravity, 2014). Pravidel- n pispívá do italských periodik, vydal adu popularizaních knih o teoretické fyzice a historii vdy, napíklad Che cos’é il tempo, che cos’é lo spazio? (Co je as? Co je prostor?, 2006), The first scientist Anaximander and his legacy (První vdec Anaximandros a jeho d- dictví, 2011), Sedm krátkých pednášek z fyziky (2014, esky 2017, peloeno do 51 jazyk) a Realita není, ím se zdá (2014, esky 2018). V roce 2019 ho a- sopis Foreign Policy zaadil na seznam 100 nejvlivnjších myslitel svta.
• Lze si pedstavit svt bez prostoru a asu? • Známe atomy hmoty, ale co jsou atomy prostoru? • Co kdy ádná nekonena ani singularity neexistují?
Hluboký – a pozoruhodn tivý – ponor do fundamentální podstaty asu. [...] Napsáno tak elegantn a poeticky, e naplno zamstná imaginaci kadého tenáe.
(Financial Times)
V EDICI ALITER MJ. VYŠLO:
K. Devlin: Jazyk matematiky • S. Hawking: Struná historie asu • S. Singh: Velká Fer-
matova vta • A. Weisman: Svt bez nás • Ch. Orzel: Jak nauit svého psa fyziku • B. Clegg: Ped velkým teskem • I. Stewart: Jak rozkrájet dort • S. Singh: Kniha
kód a šifer • J. Powell: Jak funguje hudba • B. Cox a J. Forshaw: Pro platí
E = mc2 • I. Stewart: Kabinet matematických kuriozit • H. Chang: 23 vcí, které vám
neeknou o kapitalismu • L. Mlodinow: Vdomí podvdomí • B. Cox a J. Forshaw:
Kvantový vesmír • K. Binmore: Teorie her • S. Singh: Simpsonovi a jejich matematická
tajemství • R. Crease a A. Goldhaber: Kvantový moment • M. Miodownik: Neoby-
ejné materiály • Ch. Galfard: Vesmír jako na dlani • R. Smullyan: Dáma s tygíkem • E. O. Wilson: Smysl lidské existence • C. Rovelli: Realita není, ím se zdá • S. Hawking
a R. Penrose: Povaha prostoru a asu • A. Zee: O gravitaci • Ch. Seife: Nula • I. Ste-
wart: Kufík matematických záhad • E. Maor: Hudba v íslech, ísla v hudb • A. Pross:
Co je ivot?
ÁD ASU
edice aliter svazek 74
Translation © Jií Podolský, 2020
rozmnoována a rozšiována jakýmkoli zpsobem
bez pedchozího písemného svolení nakladatele.
Druhé vydání v eském jazyce (první elektronické).
Z anglické pedlohy The Order of Time peloil Jií Podolský.
Odpovdný redaktor Zdenk Kárník.
Holekova 9, Praha 5, [email protected], www.dokoran.cz,
jako svou 1059. publikaci (332. elektronická).
ISBN 978-80-7363-887-0
OBSAH
Moná je as ta nejvtší záhada 9
ást první: Rozpad asu 1 Ztráta jednoty 15 2 Ztráta smru 23 3 Konec souasnosti 38 4 Ztráta nezávislosti 55 5 Kvanta asu 73
ást druhá: Svt bez asu 6 Svt je tvoen událostmi, nikoli vcmi 85 7 Nedostatenost gramatiky 93 8 Dynamika jsou relace 102
ást tetí: Zdroje asu 9 as je neznalost 115 10 Perspektiva 125 11 Co se vynouje ze speciálnosti 138 12 Vn madlenky 148 13 Zdroje asu 165
Sestra spánku 175
zdroje ilustrací 183
Poznámky 185
Rejstík 202
Není-li uvedeno jinak, jsou verše uvádjící kadou ka- pitolu pevzaty z Horatiových Ód a epód v pekladu Otakara Jirániho (vydal Ludvík Bradá, Královské Vi- nohrady, 1923).
9
Moná je as ta nejvtší záhada
Za ei mé závistná uprchne doba. Dneška se chop, v zítek však mj víry co nejmén. (I, 11)
Zastavuji se a nic nedlám. Nic se nedje. O niem ne- pemýšlím. Ztišen vnímám jen plynutí asu.
To je as, všem dvrn známý. Unáší nás. Chvátání sekund, hodin, rok. Vrhá nás do ivota a pak stahuje do nicoty... Pebýváme v nm jako ryby ve vod. Naše bytí je bytím v ase. Jeho velkolepá choreografie o nás peuje, otvírá nám svt, trápí nás, dsí, konejší. Strháván asem se vesmír vyvíjí, dle ádu asu spchá do své budoucnosti.
V hinduistické mytologii je proud kosmu zpodob- ován posvátným obrazem tanícího Šivy, jeho tanec udruje bh svta. Ve své podstat reprezentuje plynoucí as. Co by mohlo být univerzálnjší a zetelnjší neli toto plynutí asu?
Pesto však jsou vci sloitjší, ne se na první pohled zdá. Realita je asto jiná, ne jak se nám jeví. Zem se zdá být plochá, ale ve skutenosti je kulatá. Zdá se nám, e Slunce putuje po obloze, ale ve skutenosti se naopak otáíme my. A ani struktura asu není taková, jak se nám jeví. Není to monotónní a univerzální tok. K vlastnímu velkému úasu jsem se z fyzikálních uebnic, které jsem
10
kdysi peetl jako univerzitní student, dozvdl, e as funguje docela jinak, ne jak se nám zdá.
Ve stejných knihách jsem objevil i to, e stále ješt nevíme, jak as doopravdy funguje. Podstata asu je moná tou nejvtší záhadou, která ješt zbývá. Podivu- hodné souvislosti ji svazují s jinými velkými otevenými tajemstvími: s podstatou lidské mysli, s pvodem vesmí- ru, osudem erných dr, s fungováním ivota na Zemi. Cosi hlubokého nás neustále pivádí zpt k podstat asu.
Údiv bývá zdrojem naší touhy po poznání.1 A objev, e as není takový, jak jsme si mysleli, ped námi ote- vírá tisíce otázek. Podstata asu je ústedním tématem mého celoivotního psobení v teoretické fyzice. Na následujících stránkách pedkládám souhrn toho, co jsme o ase zatím zjistili, i cest, kterými se pi našem bádání vydáváme, abychom ho poznali ješt lépe. A také souhrn toho, co nám ješt zbývá pochopit, i toho, co se mi osobn zdá, e u pomalu zaínáme chápat.
Pro si pamatujeme minulost a nikoli budoucnost? Existujeme v ase, nebo as existuje v nás? Co pesn znamená, kdy se ekne, e „as plyne“? Co svazuje as s podstatou našich osobností, s naší subjektivitou?
Co vlastn vnímám, kdy ztišen proívám plynutí asu? Tato kniha je rozdlena do tí nestejn velkých ástí.
V první shrnuji, co o ase zjistila moderní fyzika. Je to jako dret snhovou vloku v teplé dlani: jakmile ji za- nete studovat, rozpouští se vám ped oima, a docela zmizí. as si obvykle pedstavujeme jako nco jedno- duchého a fundamentálního, co bez ohledu na cokoli jiného rovnomrn plyne z minulosti do budoucnosti,
11
meno hodinami a hodinkami. V bhu asu následují všechny vesmírné události uspoádan jedna za druhou: minulost, pítomnost, budoucnost. Minulost je nemnná a daná, budoucnost je otevená... A pesto se ukázalo, e tohle všechno je jenom mylná pedstava.
Fyzika nám znova a znova ukazovala, e charakte- ristické atributy asu jsou pouhé aproximace a omy- ly zpsobené naší omezenou perspektivou, tak jako zdánlivá plochost Zem i obíhající Slunce. Rst našich znalostí vedl k postupné destrukci našeho intuitivního chápání asu. To, co bn nazýváme „as“, je sloitý souhrn struktur,2 chcete-li vrstev. Pi našem pelivém zkoumání, pi stále hlubším pohledu ztrácel as jednu svou vrstvu za druhou. První ást této knihy pojednává práv o tomto rozpadu asu.
Druhá ást knihy popisuje, co nám z asu dnes zsta- lo: prázdná a pustá krajina tém úpln zbavená všech známek asovosti. Podivný a cizí svt, do kterého pesto stále patíme. Jako bychom vystoupili na vrcholky hor, kde není nic neli sníh, skály a obloha. Pipomíná to, co museli zaívat Armstrong s Aldrinem, kdy se odváili poprvé vykroit do nehybného msíního prachu. Svt obnaený na samu podstatu své existence, tpytící se vyprahlou a znepokojivou nádherou. Obor fyziky, ve kterém pracuji – kvantová gravitace, je pokusem o to porozumt a dát smysl oné extrémní a nádherné krajin bytí, jakou je svt bez asu.
Tetí ást knihy je nejobtínjší, ale také nejdleitjší a týká se nás nejvíce. I ve svt bez asu musí toti exis- tovat cosi, co vyvolává as, na který jsme zvyklí, s jeho
12
jasným ádem, jen odlišuje minulost od budoucnosti, s jeho plynulým tokem. Jakýmsi zvláštním zpsobem se as kolem nás musí vynoovat, pinejmenším pro nás na naší rozmrové škále.3
Je to tedy cesta se zpátení jízdenkou, která nás do- vede zpátky k asu, o který pijdeme v první ásti knihy, kdy budeme pátrat po elementární gramatice svta. Jako v dobré detektivce budeme pátrat po viníkovi, po pachateli, který stvoil as. Krok za krokem budeme objevovat nám známé charakteristické rysy asu, ale u nikoli jako elementární struktury reality, ale spíše jako uitené aproximace, které pouívají neohraba- né a nepíliš schopné smrtelné bytosti, jimi jsme my sami. Budeme odhalovat specifické aspekty své vlastní perspektivy, a snad také aspekty, je jsou klíové pro pochopení toho, co a kdo jsme. Nebo tajemství asu moná ve své podstat tkví spíše v nás samotných neli v kosmu. Moná se ukáe, stejn jako v prvním a nej- vtším detektivním píbhu, v Sofoklov Králi Oidipovi, e pachatelem je sám detektiv.
Zde se kniha stává hnoucím magmatem myšlenek, nkdy srozumitelných a jindy matoucích. Rozhodnete-li se mne následovat, dovedu vás a tam, kam dle mého pe- svdení dosplo naše chápání asu: na beh hlubokého a rozsáhlého oceánu, v nm se za noci zrcadlí bezpoet hvzd, oceánu zaplnného vším, co dosud neznáme.
ást první:
Rozpad asu
Ztráta jednoty
Kytherská Venuše reje ji zavádí v jasném svitu luny a sliné Grácie a Nymfy v druném objetí zemi nokami tepají. (I, 4)
Zpomalování asu
Zanme prostým faktem: na horách plyne as rychleji ne dole u moe.
Rozdíl je to nepatrný, ale dá se zmit pomocí pes- ných hodin, které si mete koupit na internetu za pár tisíc euro. S trochou úsilí tedy me kadý na vlastní oi vidt, e as se opravdu zpomaluje. Pomocí do- konalejších hodin ve speciálních laboratoích lze toto zpomalování asu zaznamenat i mezi výškami lišícími se o pár centimetr: hodiny umístné na podlaze jdou o nco pomaleji neli stejné hodiny na stole.
Ale nezpomalují se jenom hodiny. Dole probíha- jí pomaleji všechny procesy. Dva pátelé se rozejdou a jeden pak ije v níinách, zatímco druhý na horách. Po letech se opt setkají. Ten z nich, který il ní, toho
16
proil mén, mén zestárnul, mechanismus jeho kukaek odbil ménkrát. Ml mí asu, aby nco vykonal, jeho kvtiny vyrostly mén, jeho myšlenky mly mí asu, aby se rozvinuly... Dole je zkrátka mén asu neli nahoe.
Je to pekvapivé? Snad ano. Ale svt takhle opravdu funguje. Na nkterých místech plyne as pomaleji, na jiných zase rychleji.
Opravdu pekvapivé na tom je, e si zmínný fakt zpomalování asu kdosi uvdomil sto let pedtím, ne jsme postavili hodiny tak pesné, aby ho dokázaly zmit. Samozejm, jmenoval se Albert Einstein.
Schopnost pochopit cosi dív, neli je to pozorováno, je skutenou podstatou vdeckého myšlení. V antických dobách Anaximandros pochopil, e nebe pokrauje i pod našima nohama, a to dávno pedtím, ne lod poprvé obepluly celou zemkouli dokola. Na úsvitu moderního vku Koperník pochopil, e se Zem otá- í, a to dávno pedtím, ne to od vzdáleného Msíce spatili astronauti. A podobn i Einstein pochopil, e as neplyne všude stejným tempem, a to pedtím ne
na horách více asu
u moe mén asu
17
byly vyvinuty natolik pesné hodiny, aby onen rozdíl v chodu asu zmily.
Pi kadém takovémto velkém skoku v poznání jsme zjistili, e vci, které se nám zdály být evidentní, nebyly niím neli tradovaným pedsudkem. Zdálo se evident- ní, e hvzdná obloha je pouze nad námi a nikoli pod námi – jinak by pece Zem spadla kamsi dol. Zdálo se evidentní, e se Zem nehýbe – jinak by se pece všechno pádem rozbilo nebo z ní uletlo. A e as plyne všude stejn rychle, se nám rovn zdálo zcela evidentní... Dti však rostou a objevují, e svt není takový, jaký se jim jevil jen mezi tymi stnami jejich pokojíku. A s celým lidstvem je to úpln stejné.
Einstein si poloil otázku, která moná trápila mnohé z nás, kdy jsme se poprvé dozvdli o existenci gravi- taní síly: Jak me být Zem „pitahována“ ke Slunci, i kdy s ním není v pímém kontaktu, i kdy mezi nimi nic neleí?
Hledal smysluplné vysvtlení a našel ho. Pedstavil si, e Slunce a Zem se nepitahují pímo na dálku, ale e ob tlesa postupn psobí na cosi, co leí mezi nimi. A protoe mezi nimi leí jenom prostor a as, napadlo ho, e Slunce i Zem pozmují prostor a as ve svém okolí. Podobn jako tleso hozené do vody mní tvar hladiny. Tato zmna struktury asu pak ovlivuje pohyby ostatních tles a zpsobuje, e k sob navzájem „padají“.1
Co ale pesn znamená výraz „zmna struktury a- su“? Je to práv ono zpomalení asu, které jsem popsal v úvodu: hmota zpomaluje plynutí asu ve svém okolí. Zem má velikou hmotnost, a proto v jejím okolí bí
18
as pomaleji. Zpomaluje ho více v níinách neli na horách, protoe níiny jsou zemské hmot blí. Proto onen z pátel, který ije u moe, stárne pomaleji.
Tlesa padají dol psobením gravitace díky tomuto zpomalování asu. Tam, kde as plyne rovnomrn, tedy v mezihvzdném prostoru, vci nikam nepadají. Jen se voln vznášejí v beztíi. Zde na povrchu naší planety mají tlesa naopak pirozenou tendenci pohybovat se do míst, kde as plyne pomaleji. Podobn jako kdy bíme ze behu do moe, nae vtší odpor vody na nohy zpsobí, e do vody spadneme po hlav. Vci padají dol, protoe tam dole je as zpomalený pítomností Zem.2
A tak, pestoe není snadné zpomalování asu pímo pozorovat, má zásadní dsledky: díky nmu vci padají smrem dol a my meme chodit s nohama pevn na zemi. Naše chodidla se opírají o chodník proto, e celé naše tlo se pirozen snaí dostat do míst, kde as ply- ne pomaleji – a as plyne pomaleji pod vašima nohama neli ve vaší hlav.
Zdá se vám to podivné? Je to jako sledovat Slunce pi úchvatném západu, kdy pomalu mizí za vzdálenými mraky. Avšak vy si náhle uvdomíte, e se nehýbe Slunce, ale e jev je zpsoben otáením zemkoule. Ve své mysli spatíte celou naši planetu – vetn vás samotných – jak se otáí na opanou stranu smrem od Slunce. V tom okamiku pohlédnete na svt „šílenýma oima“ své mysli, jako v písni Fool on the Hill, tedy Blázen na kopci, od Paula McCartneyho. Je to bláznivá vize, obas ale umouje vidt mnohem dál neli náš bný zrak.
19
Mojí dlouholetou vášní je Anaximandros, ecký filozof ijící ped šestadvaceti staletími, který pochopil, e se Zem, niím nepodepírána, voln vznáší v prostoru.3 Anaximandrovy myšlenky známe jen zprostedkovan díky jiným autorm. Dochoval se jediný struný pímý zlomek jeho textu – pouze tento jediný:
Vci se pemují jedna v druhou z dvodu nutnosti, a poskytují si vzájemné ospravedlnní, dle ádu asu.
„Dle ádu asu“ (κατ τν το κρνου τξιν). Z jednoho z nejvýznamnjších okamik v djinách, jen vymezuje zrod pírodovdy, se nedochovalo nic neli tato nejasná a tajemn znjící slova odkazující se na „ád asu“.
Pak se ustavila astronomie s fyzikou a vyvíjely se, nebo následovaly plodnou Anaximandrovu myšlenku: snaily se pochopit, jak se jevy odvíjejí dle ádu asu. Astronomie v antice popisovala pohyby hvzd v ase. Fyzikální rovnice dnes popisují, jak se vci mní v ase. Od Newtonových rovnic, které stojí v základech mecha- niky, po rovnice Maxwellovy popisující elektromagne- tické jevy. Od Schrödingerovy rovnice popisující vývoj kvantových jev po rovnice kvantové teorie pole, je urují dynamiku subatomárních ástic. Veškerá naše fyzika, i vda obecn, je v podstat o tom, jak se vci vyvíjejí „dle ádu asu“.
20
Je mnohaletou tradicí oznaovat v rovnicích as pís- menem t (slovo „as“ zaíná na toto písmeno v anglitin, francouzštin, italštin a španlštin, nikoli však v nmi- n, arabštin, eštin, ruštin anebo mandarínštin). Co tento symbol t vyjaduje? Vyjaduje íslo, které míme hodinami. Rovnice nám íkají, jak se vci mní, kdy plyne as mený hodinami.
Jestlie však, jak jsme vidli, rzné hodiny odmují rzný as, co pesn t znamená? Kdy se dva pátelé, z nich jeden il v horách a druhý u moe, opt setkají, budou jejich hodinky ukazovat rzný as. Který z nich je t? Ve fyzikální laboratoi pjdou hodiny na stole a na podlaze rznými rychlostmi. Které z nich mí skutený as? Jak máme popsat rozdíl mezi nimi? Mli bychom íkat, e se hodiny na podlaze zpomalují vi tm na stole? Anebo e se hodiny na stole naopak pedcházejí vi tm na podlaze?
Tyto otázky nedávají ádný smysl. Stejn tak bychom se mohli ptát, zdali je skutenjší hodnota libry v dola- rech anebo hodnota dolaru v libe. ádná „skutenjší“ hodnota neexistuje. Jsou to zkrátka jen dv rzné mny, které mají relativní hodnotu jedna vi druhé. Neexistuje ádný skutenjší as. Jsou to prost dva rzné asy, které se mní relativn, tedy vi sob navzájem. ádný z nich není skutenjší neli ten druhý.
Avšak nejsou jenom dva asy. as je ohromné mno- ství: v kadém bod prostoru je rzný as. Neexistuje jediný a unikátní as, je jich spousta.
as mený konkrétními hodinami, které mí kon- krétní dj, se ve fyzice nazývá „vlastní as“. Kadé hodiny
21
odmují svj vlastní as. Kadý dj má svj vlastní as, svj vlastní rytmus.
Einstein nám poskytl rovnice, které popisují, jak vlast- ní asy bí relativn, tedy vi sob navzájem. Ukázal nám, jak spoítat rozdíl mezi dvma asy.4
Jediná veliina „as“ se tedy rozpadla do celé pavuiny as. Moderní fyzika ji nepopisuje svt, který se vyvíjí v unikátním ase. Popisuje, jak se vci vyvíjejí v písluš- ném lokálním ase a jak tyto lokální asy bí vi sob navzájem. Svt není jako vojenská eta pochodující jedním tempem dle rozkaz jediného velitele. Je to sí událostí, které se navzájem ovlivují.
Tak popisuje as Einsteinova obecná teorie relativity. Píslušné rovnice neobsahují pouze jeden „as“, obsahují nespoetn as. asový interval mezi dvma událostmi není jediný, tak jako není jediný as mený pomocí dvojích hodin, které se ocitly na dvou rzných místech a pak se opt setkaly.5
Fyzika nepopisuje, jak se vci mní „v ase“, ale jak se vci mní ve svých vlastních asech a jak se tyto „asy“ odvíjejí vi sob navzájem.*
* Gramatická poznámka. Slovo „as“ má nkolik rzných význam, které spolu sice souvisejí, ale jsou odlišné: 1. „as“ je obecný jev následnosti událostí („Neslyšný a tichý krok asu.“); 2. „as“ udává interval mezi tmito událostmi („Zítra a zítra, poád zítra / krok za krokem se ze dne na den sune / a do poslední slabiky asu.“); nebo 3. Jeho trvání („Ach pánové, as ivota je krátký.“); 4. „as“ me také oznaovat konkrétní okamik („A pijde, lásko, as, i ty mne opustíš.“), obvykle aktuální („as se vymknul z klou- b.“); 5. „as“ oznauje fyzikální veliinu, která mí trvání („Zrychlení je derivace rychlosti vi asu.“). V této knize pouívám slovo „as“ voln ve všech uvedených významech, tak jak je bné v hovorové ei. V pípad nejasností se, prosím, vrate k této poznámce.
22