Problém prostoročasu

pavelkabrt Vesmír, astronomie Napsat komentář

Václav Dostál

Úvaha nad článkem „Relativita nepojednává o prostoročasu“ ze dne 15. října 2012 od E. J. Gillise.

Provokativní titul! Toto tvrzení však autor ve svém článku zeslabuje, zvláště několika „odbočkami“. Hlavní „odbočkou“ je převedení kritiky na lokální kauzalitu, kritiku „že všechny fyzikální procesy se šíří prostorem plynule. Já argumentuji, že relativita není garantem lokální kauzality a není o ontologických rysech prostoročasu.“ Tuto představu ovšem autor článku hned na začátku označuje za intuici. Kritizuje „předpoklad, že věci se pohybují prostorem plynulým způsobem“ jako „velice hluboko zakořeněný, ale nesprávný. Místo toho svým způsobem navrhuje jiné pojetí, které ovšem spíše naznačuje, že prostoročas není plynulý. Zde lze namítnout, že Einstein ve své teorii relativity zavádí pojem „prostoročasové kontinuum“, který se zestručněle označuje jako „prostoročas“. Takto jej chápe i autor, o čemž svědčí věta: „Musíme ovšem zdůraznit, že připisování Lorentzovy invariance matici S nepřiděluje automaticky nějaký zvláštní ontologický stav Lorentzově invariantní metrice Minkowskiho prostoročasu.“ Rozpor těchto dvou představ řeší pan Gillis právě přesunem na problém „kauzálního signálu“ či lokální kauzality. To dotvrzuje nadpis první části: „Relativita není založena na lokální kauzalitě“.

V této své první kapitolce autor uvádí Newtonova slova (z dopisu Benleyemu): „Že by gravitace přirozeně tkvěla v základu hmoty tak, že jedno těleso by mohlo na dálku napříč prázdnotou působit na těleso druhé bez prostřednictví něčeho, co by přenášelo působení a sílu z jednoho tělesa na druhé, je pro mne absurdní představa a nevěřím, že by kdokoli schopný znale uvažovat o věcech filozofie, mohl takové představě přikládat váhu.“ Tento citát je v literatuře (pokud je mi známo) uvedený teprve potřetí. V úvodu k této citaci autor ovšem výrok považuje za Newtonovu snahu „urovnat gravitační působení na dálku s přijatým přesvědčením, že je přenášena kontaktem přes nějaké prostředí.“

Newton ovšem nepíše o prostředí, tedy o látce, ale o něčem nespecifikovaném, ovšem hmotné podstaty. Vlastně výslovně zavrhuje působení na dálku a to zcela prázdným prostorem, nekonečně velkou rychlostí. Proti prázdnotě se vyslovuje v předchozích větách: „Je nepochopitelné, že by bezduchá hrubá materie jen tak bez prostřednictví něčeho hmotného mohla bez přímého fyzického kontaktu působit na jinou materii.“ Následující věta kritizuje „klasické“ pojetí gravitace: „Tak by tomu mohlo být jen podle starého Epikura, podle něhož gravitace tkvěla v samém základu a podstatě hmoty. A to je jeden z důvodů, proč jsem si nepřál, aby se mi také přičítala představa, že gravitace, tíže, je něco vrozeného hmotě samé o sobě.“ Pak ještě doplňuje: „Jak mohou tato přitahování účinkovat, o tom neuvažuji. Co nazývám přitažlivostí, může být způsobeno tlakem, nebo něčím pro mne neznámým. Používám zde toto slovo pouze obecně k označení síly, jíž tělesa směřují vzájemně k sobě, ať je příčinou cokoliv.“

Jestliže uvážíme všechny uvedené Newtonovy výroky, „musíme“ tvrdit, že se Newton nesnažil smířit, urovnat, působení na dálku s přenosem gravitační síly nějakou látkou čili prostředím (za něž by bylo možno dosadit „světlonosný éter“). Naopak se proti takové představě ostře vymezuje. Navíc směřování těles k sobě nevysvětluje, nechce nic určitého říct o podstatě. „Musí“ ovšem připustit, že jde o tlak nějaké hmotné substance, o níž ovšem neví nic. Poněvadž přitažlivost těles („hmot“) – jakožto jim „vrozená“ vlastnost – neexistuje, pak se nic jiného než tlak nenabízí. Neboť přece každý může potvrdit, že (nepodepřená nebo nezavěšená) tělesa padají k Zemi.

Přesto, že si Newton „nepřál, aby se mi také přičítala představa, že gravitace, tíže, je něco vrozeného hmotě“, právě tato myšlenka se mu připisuje. Přesto, že víme o vnitřní stavbě látek mnohem více než Newton, pořád se uvažuje o gravitaci jako o něčem, co je vlastností látky. Pořád se tvrdí, že tělesa se přitahují. Nikdo ovšem se už nezabývá problémem, zda přitažlivost je vlastností elementárních částic (protonů nebo neutronů nebo elektronů) nebo zda je možné připustit, že by šlo vlastnost prostoru mezi nimi. Poněvadž (podle standardního pojetí) jde o prázdný prostor, nikoho to nenapadne.

Už z Newtonových řádků lze vyčíst, že žádný prázdný prostor neexistuje. Místo toho prostor obsahuje energii, ba dokonce je jí tvořen. Tento fakt je východiskem pro tvrzení p. ing. X. Borga (blazelabs.com/): „Je-li prostor tvořen energií, pak to znamená že taková energie je nějak zakřivována rozložením hmot.“ Lze zajít i dále a na základě geniálního Einsteinova objevu tvrdit, že energie, rozložená a tvořící prostor, zakřivuje svou hmotností samu sebe. X. Borg – dá se říct, že v této souvislosti – píše: „V … analogii je sama gravitace, která deformuje pružnou blánu tíhou koule, ale co deformuje prostor hmotou tělesa? Je to gravitace! Jestliže je tomu tak, pak gravitace nemůže být způsobena zakřivením prostoru, protože křivost prostoru by byla způsobena gravitací.“ Zmíněný model – či analogie – popisuje Einsteinovu gravitační rovnici pomocí pružné blány – jako modelu prostoročasu – , která je prohýbána tíhou koule – modelující hmotné nebeské těleso. Pan inženýr poukazuje na běžnou definici v kruhu: gravitace je způsobena deformací prostoru a deformace prostoru je způsobena gravitací (tělesa).

Z výše uvedeného vyplývá, jakým geniem Newton byl. Předběhl i spoustu současných renomovaných fyziků, kteří stále uvažují gravitaci jako vnitřní či vrozenou vlastnost „hmoty“, tedy látky. Nejen, že zamítl prázdný fyzikální prostor, ale naznačil, že prostor či pole, které jej vyplňuje, je hmotné podstaty a že se jeho „modifikací“ může přenášet i gravitace. Takže Newton předběhl i ty fyziky, kteří sice vědí, že „na gravitaci panovaly velmi dlouhou dobu naprosto scestné názory“, ale přitom (sami o sobě říkají), že „původ a podstata gravitace není zcela vysvětlena ani nyní.“ (Citát je ze studie Vojtěcha Ullmanna – astronuklfyzika.cz/GravitCerneDiry).

Jak došlo k nežádoucímu posunu, který Newton tak kritizoval, vysvětluje E. J. Gillis: „Úspěch Newtonových teorií mechaniky a gravitace vedl lidi, alespoň dočasně, k přijetí myšlenky o působení na dálku. Ovšem intuice, že všechny procesy se musejí šířit plynule je tak nepřekonatelná, že princip lokální kauzality se ve fyzice pořád prosazoval. Koncept gravitačního potenciálu, použitý Eulerem, Lagrangem a Laplacem mířil k myšlence pole definovaného jako všechny body v prostoru. V devatenáctém století Faradayovy a Maxwellovy práce upevnily myšlenku plynulého šíření elektromagnetických polí určitou existenci světlonosného éteru. To vedlo k jasnému konfliktu s Newtonovou mechanikou, který byl řešen Einsteinovou Speciální teorií relativity.“ Další vývoj charakterizuje takto: „Einsteinova teorie revolucionizovala naše myšlenky o čase, s radikálními důsledky pro hmotnost, pohyb a energii. Ovšem to také obnovilo fyziku v úctyhodném principu lokální kauzality. V tomto ohledu to byla velmi konzervativní revoluce. Einstein podle všeho zacementoval vítězství tohoto tradičního principu rozvojem Obecné teorie relativity, který byl schopen vysvětlit šíření gravitačních vlivů lokálně kauzálním způsobem.“

Pan Gillis zde i dále převádí náš pohled i naše porozumění na lokální kauzalitu. Pokud chápeme reálný „prostor“ jako plynulý, pak lze logicky lokální kauzalitu „prodloužit“ na celkovou. Jinak řečeno, prostoročas je plynulý nejen lokálně ale i jako celek. V tomto prostoročasu – jako celku – nemůže existovat byť jediný bod, který by do něj nepatřil, kde by prostoročas „nebyl definován“ nebo byl definován nějak jinak než jeho okolí. Prostoročas – tedy prostoročasové kontinuum – je už ze své vlastní definice plynulý! Prostoročasové kontinuum je ovšem pouhý prostředek, který slouží k popisu některých jevů, zejména gravitace. Nijak se nesnaží objasnit fyzikální podstatu gravitace. Není to totéž, co reálný prostoro-čas, v němž žijeme a jehož jsme součástí. Pouze tento reálný „prostor“ modeluje, tedy – pro matematické účely – nahrazuje. V realitě se vůbec nevyskytuje. Jinak řečeno, je to matematická (geometrická) fikce. Proto prostoročasu nelze připisovat nějaké fyzikální vlastnosti, např. hmotnost, energii a kvantování. Záměna geometrického prostoročasu se skutečným prostoro-časem je v tomto směru nemožná, zavádějící. Přesto k ní hodně často dochází.

Myslím, že k (nevyslovené) záměně skutečného a fiktivního „prostoru“ přistupuje i E. J. Gillis – hlavně výše uvedeným přesunem přístupu: od relativity (přesněji teorie relativity) ke kauzalitě.

Na druhé straně – podle mého soudu – správně poukazuje na problém „kvantového měření“, tedy detekci kvantových jevů: „Pro získání informace o stavu fyzikálního systému můžeme způsobit její interakci s jinými částicemi takovým způsobem, že jsou ustaveny korelace mezi stavy předmětu a detekčními systémy. Řetěz nebo kaskáda korelačních interakcí je postaven tak, že stav původního subjektu může být reprezentován v mnohem větším systému. Jestliže tyto interakce byly plně deterministické a obratitelné, můžeme generovat úplný popis původního stavu. Důvodem, že nemůžeme, obecně získat takový popis, je, že elementární interakce mezi subjektem a detektorem částic nejsou zcela deterministické.“ V mikroskopické oblasti (tedy v „království“ kvantové teorie) totiž – podle mne – nemůžeme jednotlivé částice (např. elektrony) chápat kvantově a zároveň přístroje, které nějak měří stav těchto částic, chápat klasicky, nekvantově. Jinak řečeno, vložením nějakého přístroje do zkoumaného kvantového jevu tento jev podstatně změníme. Přitom ovšem nemůžeme určit jak! Nelze determinovat, které atomy či elektrony přístroje ovlivňují měřený „subjekt“ a už vůbec ne jak jej ovlivňují! Interakce jsou tak složité, že se v tom vůbec nevyznáme. Něco podobného (podle p. Gillise) tvrdí fyzik Landau: „Kvantitativní popis pohybu elektronu požaduje přítomnost také fyzikálních objektů, které se podrobují klasické mechanice s dostačujícím stupněm přesnosti.“ Na druhé straně nelze do zkoumaného jevu nějaký přístroj nevložit. Jak bychom jev sledovali? Pouhou spekulací! Chceme-li ověřovat (a ne spekulovat), bez měřícího zařízení se neobejdeme. Jeho použitím ovšem „riskujeme“, že se nám „vlnová funkce“ zkoumaného subjektu „zbortí“!

Je sice pravda, že „relativita nevylučuje ani nelokální jevy ani jejich seřazení“, ale už by neplatila následující tvrzení, že „je vyjádřením faktu, že neexistuje fyzikální záznam takového seřazování.“ Jak to relativita (lépe teorie relativity) vyjadřuje? Teorie relativity sice nevylučuje nelokální jevy, ale ani s nimi (přímo) nepracuje. Mohou v ní být, ale nemusejí!

Celá problematika dostane zcela jiný smysl, jestliže nebudeme trvat na zásadní, podstatné odlišnosti „částic“ a „pole“. Je nutno opustit představu, že elektrony, protony a neutrony jsou maličkými kousíčky „hmoty“. K této představě bohužel přispívá i jejich souhrnné pojmenování: „částice“. Tento pojem se i v češtině značně kryje s pojmem „částečky“. V angličtině je to horší: „particle“ je jednak částice, jednak částečka.

Řešení zdánlivého rozporu mezi částicí a polem navrhl už Einstein. Tvrdil, že rozdíl mezi nimi je pouze kvantitativní, nikoli kvalitativní. Dále uvedl, že žádná částice nemá přesné hranice, kde končí a odkud by začínalo „čisté“ pole. Dokonce to můžeme tvrdit i pro velká tělesa, jako jsou hvězdy. Např. sluneční protuberance nelze přesně ohraničit, letí celou sluneční soustavou. Je nutné „uposlechnout Einsteina, když říká, že částice jsou jen velkým nahromaděním energie, kdežto pole je řídké rozprostranění téže energie. Z toho přímo vyplývá, že ve vesmíru nemůže existovat ani malé místečko, kde by nebylo vůbec nic, kde by byla prázdnota nebo prázdný prostor.

Vesmírný prostor je vytvářen energií. Tato energie není ovšem rozprostraněna homogenně, nýbrž je kvantována, strukturována. Dynamicky se neustále mění, z jedné formy na druhou. Např. z formy tělesa na formu pole nebo naopak. Dochází ke složitým „interferencím“, které se nám mohou jevit jako zcela odlišné entity, ale ve skutečnosti je jejich podstata pořád tatáž.

17. 10. 2012

Komentujte

Please Přihlásit to comment
  Subscribe  
Upozornit na