Neviditelný čert

Před nedávnem se mi dostala do rukou knížka od německého vědeckého publicisty Rüdigera Vaase, která se zabývá životním dílem a myšlenkami jednoho z nejznámějších vědců (fyziků) Stephena Hawkinga. Svůj poslední příspěvek do Populárně naučného koutku jsem vložil téměř před rokem (Nejopravdovější skutečnost (kaleidoskopická dětská ohrádka)) a více jak měsíc předtím jsem tam prozatímně zakončil nedokončenou sérii o Neznámém vesmíru. Slíbil jsem, že ji v brzké době dokončím, jenže ani po více jak jednoroční pauze s tím stále ještě váhám. Problém není ve zdroji této série, ale v mém myšlenkovém postoji, který se někdy až výrazně liší od toho, co se píše ve většině populárně naučných, ale i ryze odborných knížkách či článcích. V posledním roce však v mém životě nastala dost výrazná změna, která mé myšlenky zavedla úplně jiným směrem. Blíží se však čas, kdy svůj slib budu moci splnit, nicméně zatím jako předskokana předkládám výňatek z Vaasovy knížky.

Lucifer

K největším pokrokům v teoretické fyzice dochází často tehdy, když se podaří najít jednotný popis pro velmi odlišné jevy. Tím se ukáží nové, základní přírodní zákony, nebo se spojí do té doby oddělené teorie a modely. Takovým příkladem byl třeba Hawkingův popis tepelného záření černých děr, neboť jasně ukázal do té doby neznámou souvislost mezi teorií relativity, kvantovou fyzikou a termodynamikou.

Obzvláště působivý je příběh úspěšného výzkumu fundamentálních interakcí v přírodě. V antice se oblasti nebe a Země považovaly za fyzikálně naprosto odlišné. Přesto je to tatáž síla, která drží planety na oběžných drahách a která nechá spadnout jablko ze stromu, jak poznal Isaac Newton v 80. letech 17. století se svým gravitačním zákonem. James Clerk Maxwell přišel v 80. letech 19. století na to, že elektrické a magnetické síly představují dvě strany téže mince. Tato elektromagnetická interakce se pak mohla v 60. letech 20. století sjednotit s nově objevenou slabou jadernou silou (interakcí), která působí pouze v atomových jádrech a podílí se například na některých atomových rozpadech či na jaderné fúzi. Nicméně další nově objevená silná interakce, která drží atomová jádra pohromadě, stojí stále samostatně. Existuje sice několik různých „teorií velkého sjednocení“, které silnou a elektroslabou interakci spojují, ale žádná z nich zatím nebyla ověřena experimentálně. Ještě vzdálenější je pak „teorie všeho“, která by sjednotila tyto síly i s gravitací. Během velkého třesku totiž měla existovat jen jedna jediná supersíla, která se rozpadla na elementární síly, když se vesmír ochlazoval.

Jednou takovou teorií všeho, svatým grálem moderní fyziky, by byla teorie kvantové gravitace. Měla by sjednotit kvantovou teorii a obecnou teorii relativity v jednu superteorii. Byla by to teorie popisující jevy od těch úplně nejmenších po ty nejohromnější. (Což je velmi důležité, protože během velkého třesku bylo všechno obrovské opravdu malinké – celý dnes pozorovatelný vesmír byl totiž drobnější než atom.) Samotný rozdíl mezi hmotnou a silovou (polní) částicí by se mohl stát bezpředmětným; tím by se tato teorie stala supersymetrická, jak říkají fyzikové.

Poté co Hawking v 70. letech minulého století významně přispěl k tzv. euklidovské kvantové gravitaci, která sice platí jen přibližně, ale dnes již umožňuje dobré výpočty zejména v kosmologii, přidal se v 90. letech k příznivcům teorie strun – respektive jejich různých verzí, které se ukazují jako dílky jedné všeobjímající teorie, tzv. M-teorie. (To „M“ může znamenat membrány, master (hlavní), maticová, majestátní, mysteriózní, magická, a pro její kritiky pak třeba i mizerná.)

Podle teorie strun nejsou základními kameny přírody bodové elementární částice, nýbrž právě jednorozměrné struny. A ty známé elementární částice jsou pak jen vlnění takových strun – a hmota je pak tedy vlastně jejich melodie. Nicméně strunová teorie má jeden extravagantní předpoklad, bez kterého nemůže být formulována: existenci šesti nebo sedmi neznámých dodatečných drobných (neměřitelných) prostorových dimenzí. (Luciferův první předčasný drobný komentář: bodová částice či jednorozměrná struna není nic než matematické žonglování.)

Když byl Hawking dotázán, zda jsou teorie všeho a z ní odvozené přírodní zákony jen lidským výtvorem nebo jsou na naši existenci nezávislé (jako Platónův svět idejí), odpověděl:

Jsem zastánce pozitivní filosofie: fyzikální teorie jsou jen matematickými modely, které vytváříme. Nemůžeme se ptát, co je skutečnost, neboť nemáme na modelu nezávislé ověření toho, co je skutečné. V tom s Platónem nesouhlasím.

Ale ani s teorií všeho by nebyl otázkám konec. Pokud vesmír (anebo multiversum) vznikl z ničeho, jak říká Hawking, nebylo to „nic“ tak radikální nic, jak se domnívají metafyzikové a teologové (ti druzí by však předpokládali jako „něco“ Boha), nýbrž kvantové vakuum, jehož existence a „tvořivá síla“ nejsou v žádném případě samozřejmé. (Luciferův druhý předčasný drobný komentář: A z čeho vzniklo kvantové vakuum?) Krom toho by zůstalo záhadou, odkud pak přicházejí přírodní zákony a proč je teorie všeho taková, jaká je. Také ta by však nemusela, pokud bude jednou nalezena, dávat definitivní a nezpochybnitelné odpovědi. Hawking tyto obtíže vědecké víry nezametá pod koberec, nýbrž je naopak extra vyzdvihuje:

I kdyby existovala jen jedna sjednocená teorie, je to stále jen sada pravidel a rovnic. Co je tím, co jim vdechuje život a dodává jim ten vesmír, kterým se řídí? Je finální sjednocená teorie natolik přesvědčivá, že sama sebe uvede v existenci? I když věda možná vyřeší otázku, jak vznikl vesmír, nemůže zodpovědět otázku: proč se vesmír vůbec namáhá existovat?

Luciferův třetí, finální a obsažnější komentář:

Text tohoto výňatku z Vaasovy knížky jsem sice trochu formálně a stylisticky upravoval, ale fakticky jsem do něj nezasahoval. Zaujal mě kupříkladu pojem „hmotná a silová částice“, kde jsem do závorky přidal slovo „polní“. Tady je totiž určitá nesrovnalost. Ty tzv. „hmotné částice“ jsou všechny známé (teoreticky definované a popřípadě i jaksi experimentálně ověřené) elementární částice, které mají nenulovou klidovou hmotnost a které jsou základními stavebními kameny veškerých objektů v tomto vesmíru. Způsob, jakým se mohou do těch objektů shlukovat, zabezpečuje především gravitační interakce (ve velkých rozměrech) a elektromagnetická interakce (v menších rozměrech). Tyto dvě (ale i jakékoli další) interakce zprostředkovávají tzv. polní částice.

Zatímco polní částice elektromagnetické interakce foton je považována za experimentálně ověřenou, graviton zůstává stále hypotetickým. To podstatné, co však chci říci, je fakt, že jakékoli skutečně existující polní částice jsou též hmotné. Foton a hypotetický graviton mají sice tzv. klidovou hmotnost nulovou, jenže ony v „klidu“ vůbec neexistují. Existují pouze jakoby v „pohybu“, v němž mají hmotnost, takže jsou to též hmotné částice. Díky této hmotnosti se kupříkladu dráhy fotonů prolétávajících v blízkosti obrovských objektů, jako jsou třeba hvězdy, díky gravitační interakci zakřivují.

Tady ovšem vyvstává další otázka či problém: Jaké polní částice zprostředkovávají gravitační interakci mezi fotony a blízkým hvězdným tělesem – gravitony? A jak mezi sebou interagují gravitony? To už je druhá otázka, ale těch otázek se může nakupit mnohem více. Je mi jasné, že nějaký kovaný teoretický fyzik mi tady zažongluje spletitými matematickými konstrukcemi a mé otázky spláchne jako nesmyslné úvahy fyzikálního analfabeta. Faktem je, že jsem fyziku vystudoval a zhruba třicet let své vzdělání uplatňoval ve vědecké instituci. To samozřejmě nemusí znamenat, že nemohu být fyzikálním analfabetem. Jenže tady vyvstává má poslední otázka k tomuto populárně vědeckému příspěvku: Dokáží i ti nejvěhlasnější vědci někdy alespoň v koutku duše připustit, že by i oni mohli být v podstatě analfabety?

Konec mého trochu delšího a tak trochu provokativního komentáře.

Zdroj: Rüdiger Vaas, Prostě Hawking!: Geniální myšlenky vtipně a jasně, Grada Publishing, a.s., Praha 2018

09.04.2019, 00:00:00   Publikoval Luciferkomentářů: 88