K napsání této poněkud šířeji pojaté úvahy mě přimělo neutuchající a systematické pátrání některých povětšinou teoreticky založených fyziků po magnetických monopólech. Podnět k tomuto pátrání přišel od Paula Adriena Maurice Diraca, věhlasného teoretického fyzika, kterému se nelíbilo, že úžasné Maxwellovy rovnice, které zkombinovaly elektrické a magnetické pole v makroskopický model pole elektromagnetického, mají jednu drobnou vadu na kráse. Zahrnují elektrické monopóly (elektrický náboj), chybí v nich však magnetické monopóly (magnetický "náboj"). (Viz Známky galaktické diaspory III, sedmý až desátý odstavec, a Supersymetrie, druhý a třetí odstavec.) Lucifer
Dirac byl na základě svých předchozích zkušeností a také jakési víry přesvědčen, že dokonalá a tudíž i krásná forma matematického modelu, který dokonale reprezentuje fyzikální realitu, musí být plně symetrická. Existuje-li elektrický monopól, musí též existovat monopól magnetický, protože bez symetrického propojení elektrického a magnetického pole je model elektromagnetického pole nedokonalý. Docela mě překvapuje, že člověk opatřený tak úžasnou inteligencí, jenž se ve fyzikální krajině dokázal pohybovat s takovou nenuceností jako špičková baletka na divadelních prknech, byl schopen se nechat unést tak neskonale chimérickou představou. Fyzika sice nejdříve objevila dva zdánlivě nesouvisející efekty, elektřinu a magnetismus, jenže netrvalo dlouho a mezi oběma jevy se jakási souvislost začala rýsovat. V době, kdy Dirac začal koumat nad existencí magnetického monopólu, však už fyzika dospěla na vyšší úroveň. Představa elektrického a magnetického pole nicméně zůstala z praktických důvodů zachována, bylo však už zřejmé, že obojí představuje dva různé speciální aspekty pole elektromagnetického. Elektromagnetické pole reprezentuje interakci mezi částicemi nesoucími elektrický náboj, jež se vůči sobě vždy i díky této interakci nějak pohybují. Jinými slovy: každá částice nesoucí elektrický náboj, ať už kladný nebo záporný, se vůči jiné částici téhož druhu vždy pohybuje a interakce způsobená jejich elektrickým nábojem je vždy elektromagnetická. V době Diracovy zádumčivosti nad magnetickým monopólem se už dokonce vědělo, že tuto interakci zprostředkovává polní částice zvaná foton. Je samozřejmé, že se můžeme dostat na ještě vyšší úroveň, ale na této úrovni již nemá smysl považovat předchozí aproximace, elektrické a magnetické pole, za něco, co je jaksi samostatně zprostředkováno nějakými vlastními polními částicemi. Ba co více, vzhledem k tomu, že zdroj elektromagnetické interakce, elektrický náboj, je znám, nemá smysl hledat nějaký další magnetický "náboj", neboť v tom elektrickém je vše podstatné již obsaženo. Nižší úroveň v podobě elektrického a magnetického pole tedy představuje dva extrémní projevy pole elektromagnetického, a to pouze na makroskopické úrovni. Na mikroskopické úrovni spolu dvě částice s elektrickým nábojem interagují pouze elektromagneticky. Tyto dva extrémní projevy pole elektromagnetického navíc nejsou svým vzájemným zrcadlovým obrazem, jejich vztah není symetrický. Jsou to pouze dva speciální makroskopické projevy jednoho a téhož. Představme si těleso, které obsahuje více částic s jedním elektrickým nábojem než částic s opačným elektrickým nábojem, a jež je izolováno tak, že žádná z těch částic, až na drobné fluktuace, nemůže těleso opustit. Dále si představme, že na na toto těleso a jeho nabité částice nepůsobí žádná výrazná vnější makroskopická síla elektromagnetického původu, s výjimkou případu, že se blízkosti nachází nějaké jiné podobné těleso. Všechny nabité i nenabité částice v tělese se pohybují v důsledku vzájemných takových či onakých interakcí zcela chaoticky (tepelně), protože žádný jiný vliv, který by jejich pohyb usměrňoval, neexistuje. Gravitační a slabou či silnou jadernou sílu nechme stranou, jejich vliv je v tomto případě zcela zanedbatelný. Z makroskopického hlediska je výsledkem chaotických elektromagnetických interakcí těchto částic, za předpokladu, že počet kladně či záporně nabitých částic převažuje, něco, co se dá na nižší úrovni popsat elektrickým polem, jež obklopuje dotyčné těleso. Tento popis však není ničím jiným než jakousi efektivní makroskopickou aproximací statistického výsledku skutečné elektromagnetické interakce. Je to velmi praktický a užitečný matematický model, který nám na jisté úrovni pomáhá s dostatečnou přesností popsat danou fyzikální realitu. Teď si představme těleso, v němž je poměr kladně a záporně nabitých částic vyrovnaný (těleso je elektricky neutrální), ale díky nějakému vnějšímu popudu se přinejmenším jedna složka nabitých částic (převážně jde o elektrony) systematicky a spořádaně pohybuje nějakým směrem. Pro názornější ukázku si představme vodič, k jehož dvěma koncům přiložíme konstantní elektrické napětí, v důsledku čehož začne vodičem téct elektrický proud. Výsledkem, který budeme v okolí vodiče na makroskopické úrovni detekovat, bude druhý extrém, který umíme popsat jako magnetické pole. V obou případech se jedná o specifický makroskopický projev elektromagnetické interakce mezi jednotlivými elektricky nabitými částicemi. Monopólem této interakce je elektrický náboj, žádný náboj magnetický není vůbec zapotřebí. Je však třeba ještě vysvětlit fakt, že obě extrémní pole fyzicky existují, dají se detekovat a navíc mohou silově působit na jiné makroskopické objekty téže povahy. Bylo řečeno, že oba tyto extrémy reprezentují svým způsobem elektromagnetické pole, jehož polní částicí je foton. Kde uvážíme, že ani v jednom z těchto případů se žádné záření, elektromagnetické vlny, z onoho tělesa nešíří, nabízí se otázka: Kde ty fotony jsou? Odpověď je poněkud složitější a předpokládá hlubší znalost kvantové fyziky. Jednoduše řečeno: Pokud se nabitá částice pohybuje rovnoměrně, nezrychluje, žádné elektromagnetické vlny nevyzařuje. Kolem příslušného tělesa se nachází pouze stacionární pole, elektrické či magnetické, které žádnou energii v podobě fotonů neodnáší. Stacionární pole se dá popsat pomocí tzv. virtuálních fotony, které díky relacím neurčitosti vznikají a zanikají a které mohou za určitých okolností zprostředkovat silové působení mezi tělesy. V podstatě se však zase nejedná o nic jiného, než o statistický efekt elektromagnetických interakcí mezi nabitými částicemi dvou těles. A teď ještě zpět k výroku, že když nabitá částice nezrychluje, tak elektromagnetické pole nevyzařuje. Je třeba si znovu uvědomit, že se pohybujeme na makroskopické úrovni, která je kupříkladu reprezentována stacionárním elektrickým proudem tekoucím vodičem. Elektrony se v průměru pohybují rovnoměrně jedním směrem. Na mikroskopické úrovni to však vypadá tak, že v důsledku elektromagnetických srážek s ostatními částicemi neustále zrychlují a zpomalují, čímž samozřejmě vznikají "nevirtuální" fotony nesoucí energii. Kam se tyhle fotony a jejich energie poděla? Tyto fotony se absorbují v atomech vodiče, čímž zvýší jejich tepelný kmitavý pohyb, jenž se v důsledku kinetických srážek přenáší a elektrony, a při následných kvantových přechodech se vyzáří zpravidla v podobě infračerveného záření. Ano, mám na mysli to, čemu se v elektřině říká odpor vodiče, který způsobí, že vodič se zahřeje, a pokud je proud příliš velký, tak se i rozžhaví. Takže část energie dodána do vodiče elektrickým zdrojem se částečně pohltí v tepelném pohybu částic vodiče a v tepelném záření, jež se z vodiče šíří do okolí. Vše se však odehrává pod taktovkou chaotických elektromagnetických interakcí. Matematika je nejúžasnější nástroj, který nám může sloužit k popisu reality. Matematika je z principu naprosto dokonalá. Je to logická konstrukce, logická stavba, jež je systematicky vybudována ze základních axiomů. Každá další cihla v této stavbě je ověřena jednoznačnými důkazy, které se opírají o předchozí již stejným způsobem ověřené cihly až směrem k axiomům. Všechna matematická pravidla, která jsou tímto způsobem podložena, jsou z matematického hlediska nevyvratitelná. Nesmí se však zapomínat, že k popisu fyzikální reality, skutečné reality, je matematika jenom nástrojem, který je velmi užitečný a nenahraditelný, ale nelze ho automaticky s tou realitou sloučit. S pomocí tohoto nástroje můžeme vydedukovat nejrůznější závěry o fyzikální realitě, které vejdou s jistou aproximací v platnost tehdy, když jsou experimentálně ověřené. Matematika není stoprocentním obrazem reality, ale nástrojem, který nám k nalezení toho obrazu napomáhá. Pokud máme k dispozici matematický model nějakého fyzikálního procesu, který dokáže jednoznačně vysvětlit ten či onen fyzikální jev a navíc předpovědět další jev či jevy, nemá smysl rozebírat celou tu matematickou konstrukci a v každé cihle vidět obraz reality. Mnohé z těch cihel posloužily pouze jako jakési podpůrné lešení. Představme si třeba velmi jednoduché geometrické objekty, kupříkladu úsečku. Úsečka je jednorozměrný matematický objekt, který se skládá z bodů, jejichž rozměr je nulový. V geometrii je zcela matematicky definována celá řada takovýchto geometrických objektů, jež můžeme velmi efektivně využít k popisu naší fyzikální reality. Tyto objekty však neslouží jako obraz reality, ale pouze jako nástroj k jejímu popisu. Pokud je budeme považovat za přímý obraz dostaneme se do absurdních situací. Představme si, že body na úsečce přímo reprezentují nějakou fyzikální entitu. Pokusme se nyní z těchto bodových fyzikálních entit sestavit fyzikální entitu v podobě úsečky. Matematicky to jde, ale fyzikálně můžete vedle sebe klást jednu bodovou entitu za druhou a úsečku nikdy nesestavíte. Ba co víc, zůstanete stále na fyzikální nule, nepohnete se z místa, protože z fyzikálního hlediska se z objektů, které mají nulový rozměr, jednorozměrný objekt jednoduše sestavit nedá. A podobně dvourozměrná rovina a třírozměrná krychle atd. Tímto způsobem se řídí například strunoví teoretici. Před pár desítkami let se ukázalo, že jakási matematická konstrukce by mohla sloužit k vybudování teorie všeho. Vypadalo to nadějně, ale brzy rychle se to dostalo do slepé uličky. Po nějakém čase se dostavil nápad, že by se tato konstrukce mohla vylepšit podpůrným matematickým lešením v podobě dalších prostorových rozměrů. Matematická konstrukce superstrun znova ožila a dospěla do stádia, kdy už je schopna leckteré známé fyzikální entity matematicky odvodit. Avšak zatím jenom ty známé, které již byly odvozeny pomocí standardního kvantově částicového modelu. Není vyloučeno, že tato matematická konstrukce nakonec překoná standardní model, důležité však je, že strunoví teoretici by si měli uvědomit, že pracují s matematickým nástrojem, jehož jednotlivé a především pak podpůrné stavební cihly nelze automaticky ztotožňovat s realitou. Mohli by totiž skončit stejně jako Dirac, který pátral po hypotetických magnetických monopólech. I nejúžasnější mozek může podlehnout klamné představě, že nástroj je přesným obrazem toho, ke zkoumání čehož slouží. Kromě matematického nástroje máme k dispozici ještě jeden nástroj, schopnost našeho mozku vnímat realitu přirozeným způsobem. Mozek, který je schopný tuto realitu logicky bez matematického aparátu analyzovat a vyvozovat z toho jakési závěry, které ho ve vnímání reality mohou posunout dál. I tímto způsobem můžeme dospět k představám, které se s realitou neztotožňují. Lidská psýché má už od přírody svoje meze. Pokud chceme zkoumat naši fyzikální realitu, musíme oba nástroje sloučit a udržovat v rovnováze. Jakékoli vybočení do jednoho či druhé extrému nás totiž může dovést k nesmyslným až absurdním představám a závěrům.
11.11.2012, 00:00:49 Publikoval Luciferkomentářů: 0