Václav Dostál
Úvod
Biblický příběh o stavbě věže, která měla dosáhnout do nebe, tj. o deklaraci velikosti lidského vědění bez respektu k jakoby neexistujícímu Tvůrci, je známý těm lidem, jimž o „něco běží“ a nespokojují se jen s prostými každodenními banalitami.
Hlavním smyslem příběhu je odsouzení lidské pýchy, končící nedorozuměním ve významu slov a tím roztříštěním do mnoha jazyků s odlišnou syntaxí [skladba věty, vztahy mezi slovy – pozn. PK]. Překlad z jednoho jazyka (např. z angličtiny) do jiného je zatížen růzností významů stejných pojmů i v mateřském jazyku, čímž vzniká základní posun v porozumění mnoha „přírodním“ jevům. Nepomáhají sáhodlouhé výklady, někdy zahrnující čím dál složitější matematiku. Spíše naopak, namísto vysvětlení dochází k zatemnění.
Vybírám několik fyzikálních pojmů, s nimiž jsem se při svém studiu setkal. Chci ukázat, že „budova“ vědy – ve vybraném případě fyziky – stojí na velmi vratkých základech: Jestliže jsou nejasné základní pojmy, k čemu je veškerý podrobný rozbor mnoha jevů a jejich výklad? Exaktní věda (konkrétně: fyzika), nerespektující svrchovanost Tvůrce, dosahuje závratných výšin, ale přitom její základní pojmy jsou vágní.
Je lépe být velmi pokornými než holedbat se úžasnými vlastními výsledky. Pokora vede k revizi základních přístupů, které mohou vyústit k velkému rozmachu. Naproti tomu pýcha předchází pád. Mnohaleté zkušenosti lidstva tuto pravdu jenom potvrzují.
1. Pojem hmoty
Jednou ze základních fyzikálních jednotek se stal kilogram jako jednotka hmotnosti. Co však je „hmotnost“? Nejjednodušší odpověď říká, že to je vlastnost hmoty. Pomiňme, že jde o hodně nejasnou odpověď a položme otázku: „A co je to hmota?“
V angličtině se používá dvou termínů, „matter“ a „mass“. Slovo „matter“ znamená (ve fyzice) jednak „hmotu“, jednak „látku“. Rodilý mluvčí rozdíl mezi obecnější „hmotou“ a konkrétnější „látkou“ nerozezná. Jeví se však, že to nerozezná ani český fyzik – překladatel, který přece už od základní školy ví, že hmota má dvě formy – látku a pole. V anglické fyzice se nepoužívá termín „stuff“. „Látka (fyzikální)“ rovněž není v angličtině „material“, termínu odpovídá „materiál“. Není to ani „substance“, která spíše znamená „podstatu“.
Termín „mass“ nejčastěji znamená „hmotnost“, ale také „hmotu obecně“, „masu“. Např. „mass density“ nemůžeme přeložit jako „hustotu hmotnosti“, to je v české fyzice nesmysl. Musíme to překládat „hustota látky“ nebo prostě „hustota“. Nejen zde, ale v jiných případech, se klade rovnítko mezi „mass“ a „matter“. Termín „hustota hmoty“ se však bohužel také používá, i když jde o otrocký překlad. Termíny „hustota baryonické (normální) hmoty“, „hustota temné hmoty“ dokonce nejsou správně české, měly by znít „hustota baryonické (či temné) látky“. To není jazykový puritanismus, ale jasnost a jednoznačnost fyzikálních pojmů.
Co to tedy je „hmota“? Jenom to, co nahmatáme nebo můžeme nahmatat? A světlo a teplo není hmotné podstaty? Nebo Slunce a jiné hvězdy? Tak řekneme: „všechno, co má hmotnost“. Jenže to se točíme stále dokola a tvrdíme, že hmota má hmotnost neboli, že je hmotná. Máme sice pravdu, ale podstatu hmoty nebo hmotnosti jsme neobjasnili.
Jestliže si „pomůžeme“ „definicí“, že hmota se skládá z částic, vznikne otázka: „A co jsou to (hmotné) částice?“ Kousíčky hmoty? Jsme tam, kde jsme byli.
2. Pojem energie
Na základní škole jsme se ve fyzice učili, že „energie je schopnost (tělesa) konat práci“. Co s tím, když teď od Einsteina víme, že energie je ekvivalentní hmotě? Jestliže si v jeho proslulé rovnici E = m.c2 zavedeme novou jednotku rychlosti světla, 1 nová jednotka ≈ 300 000 (přesně 299 792, 458) km/s, získáme rovnost (ekvivalenci) E = m, energie rovná se hmota. Nejde jen o matematickou rovnost, ale také shodnost fyzikální podstaty. Einstein sám tuto shodnost vyslovil při tvrzení, že látka je nahuštěná energie a pole je rozprostraněná energie. Jinak řečeno, mezi energií a hmotou je pouze kvantitativní rozdíl a podstata je tatáž.
Podstatu hmoty však neznáme. Tzn., že neznáme ani podstatu energie. Jde přece o totéž. Triviální definici ze základní školy, že energie je jakási schopnost, musíme opustit. Můžeme ji ponechat jenom pro žáky základní školy při výkladu přeměny potenciální a kinetické energie tělesa. Už při středoškolském výkladu teorie relativity je tato definice zcela nedostatečná.
3. Pojem prostoru
Intuitivní pojem prostoru kolem sebe sama ve fyzice upřesňujeme pomocí tří souřadnic: délky, šířky a výšky (hloubky). To jde ovšem o jakousi „krabici“, v níž není nic. Polohu tělesa (zjednodušeného na hmotný bod) určujeme právě těmi třemi souřadnicemi. Tzn, že si zvolíme počátek, odkud ony souřadnice měříme. Tento počátek si můžeme znázornit jako dolní levý roh místnosti, ve které se nacházíme. Avšak obsah místnosti (nábytek, květiny, atd.) včetně sebe sama neuvažujeme – prostor pokládáme za prázdný. Takovýto prostor je geometrický, fiktivní. Ve skutečnosti vůbec neexistuje. Skutečný prostor je vždycky vyplněn nějakými tělesy nebo/a nějakým polem. Můžeme dokonce tvrdit, že fyzikální prostor, jehož jsme (malou) součástí, je polem (a látkou) vytvářen.
Einstein zavedl tzv. prostoročas, jemuž se stručně také říká „prostor“. Jde o geometrický, tedy fiktivní, čtyřrozměrný prostor. Ve čtvrtém rozměru (přičemž první tři zůstávají z trojrozměrného prostoru) se objevuje čas, ale v součinu s rychlostí (světla). Vzpomeňme si na jednoduchou fyzikální rovnici „dráha se rovná rychlost krát čas“, kterou si každý dobře pamatuje, i když takto nepřesně. Čtvrtý rozměr Einsteinova prostoročasu je také prostorový (délkový), stejně jako ostatní tři.
Ve skutečnosti jde o „prostoročasové kontinuum“, tedy o souvislý čtyřrozměrný prostor. Takový prostor si neumíme představit, a proto často svůj třírozměrný prostor nahrazujeme v obrázku rovinou nebo zakřivenou plochou a čtvrtý rozměr kreslíme jako svislou osu. V takovémto prostoru se můžeme domněle pohybovat i „dolů“, tzn. do „minulosti“ (ovšem násobené rychlostí světla). Zatímco v reálném prostoru se můžeme pohybovat vpravo i vlevo, dopředu i dozadu, nahoru i dolů, nemůžeme se v reálném čase pohybovat do minulosti. Sen o „stroji času“ je jenom snem.
Kdybychom se nějakým strojem času přemístili do minulosti, mohli bychom ji změnit a už nikdy bychom se nemohli vrátit zpět tam, odkud jsme „odletěli“. Navíc přímo ve „stroji času“ by čas ubíhal pozpátku, tzn., že bychom byli na začátku starší a na konci mladší a možná ještě nenarození. To je absurdní!
Mezi Einsteinovým prostoročasem a naším prostorem a časem jsou tedy rozdíly: Einsteinův prostoročas je fiktivní, náš prostor je reálný, v Einsteinově prostoročasu můžeme cestovat do minulosti, v našem skutečném času nikoliv, geometrický prostor je prázdný, skutečný prostor je vyplněný energií a hmotou. Navíc: Einsteinův prostoročas je kontinuální, plynulý, kdežto reálný prostor i čas je kvantovaný: jeho rozměry mohou nabývat jen některých hodnot.
Bohužel se geometrický prostor a skutečný prostor často zaměňují, čímž ovšem vzniká velký zmatek. Tento zmatek je způsobený jazykem.
4. Pojem gravitace
Od Newtonových dob se prosadil názor, že „hmota“ (ve formě „látky“) budí kolem sebe gravitační pole. Tato představa vznikla z jednoduchého chápání magnetismu a elektřiny. Magnet (tedy magnetické těleso) kolem sebe „budí“ magnetické pole, které potom přitáhne jiné tělísko (i když jen z feromagnetického materiálu).
Podobně elektrický náboj (tedy elektricky nabité těleso) k sobě přitáhne jiná tělíska (např. kousíčky papírků). Naivní představu oddělené elektřiny a odděleného magnetismu jsme museli opustit a zavést jinou skutečnost – elektromagnetické pole. Toto pole nemusí vznikat jako následek nějakého elektrického nebo magnetického tělesa, ale může existovat zcela nezávisle na jakýchkoli tělesech („hmotách“).
Avšak naivní představu vzniku gravitačního pole jsme si podrželi. Modernější předpoklad existence gravitonů (částic gravitace), které dokonce jsou považovány za podobné fotonům, je rušen tímto zastaralým (i když běžným) názorem na gravitaci: Gravitony, které „vylétají“ z jednoho tělesa dopadají na jiné těleso. Místo, aby, podobně jako fotony, na těleso vytvářely tlak, tak jej „sají“! Je to zcela špatná představa, ale bohužel (mlčky) uplatňovaná!
Newton sám představu přitahování těles na dálku přes prázdný prostor odsoudil jako zcela absurdní. Sílu ve svém zákonu sice nazval „gravitační“, ale zároveň ostře protestoval proti tomu, že by přisuzoval tělesům schopnost přitahovat nebo být přitahována. Místo toho připouštěl nějaký tlak nebo neznámou příčinu. Newton tak nevědomky naznačil odhalení „tlaku vakua“. Svou dobu tedy předběhl asi o tři sta padesát let! Proč? Protože byl hluboce věřící a o Stvořiteli ani na okamžik nezapochyboval!
Modernější představa tělesa deformujícího prostoročas a tím vytvářejícího „pád“ jiného, menšího, tělesa vznikla na základě neporozumění pojmu „gravitace“. V angličtině slovo „gravity“ i „gravitation“ znamená nejen gravitaci, ale také tíhu čili postaru váhu. Těleso svou gravitací čili tíhou „prohýbá“ prostoročas a ten potom způsobuje gravitaci jiných těles (i světla). To znamená, že gravitace je příčinou gravitace. Angličan nebo Američan (stejně jako Kanaďan nebo Australan) nerozezná „gravitaci jako tíhu“ od „gravitace jako přitažlivosti“. Měl by se však řídit Newtonem, který mluvil stejnou (nebo aspoň velmi podobnou) řečí! A všichni fyzici v tomto „bodu“ také, i když třeba neumí anglicky!
Není mnohem přirozenější pokládat gravitační pole za podobné elektromagnetickému i v tom smyslu, že ke svému vzniku nepotřebuje vůbec žádná tělesa? To, že na tělesa působí a že gravitaci vůbec můžeme zaregistrovat (neboť i my jsme tělesa), to je ovšem až účinek a ne příčina!
5. Závěr
Hmota, hmotnost, energie, prostor, gravitace aj. jsou základní fyzikální pojmy. Jenže my nevíme, co je jejich (fyzikální) podstatou. Jinak řečeno fyzikální podstata základních pojmů nám uniká. Na těchto pojmech však stojí celá fyzika. Co je nám platné, že „rozumíme“ fyzikálnímu vesmíru, když nerozumíme jeho podstatným základům? Jinak řečeno: V celém vesmíru rozumíme skoro všemu nebo aspoň něčemu, ale s výjimkou celého vesmíru.
Na „věci“ nic nemění úspěchy vědy. Ani úspěšné operace srdce, ani úspěšné přistání modulu Philae na povrchu komety 67P/Čurjumov-Gerasimenko. Porozumění uvedeným pojmům se tím nezměnilo.
Vzhlížíme vzhůru k vědeckým výšinám, zda odtud není pro nás pomoc? Naše pomoc je od Hospodina, který všechno učinil – včetně těch vědeckých výšin! To se dá také vyjádřit parafrází výroku jiného velmi zbožného fyzika – B. Pascala:
- „Bože, my po několik století odhalujeme některé tvé pravdy, jež nazýváme přírodními zákony a zdaleka s tím nejsme hotovi!“
K tomu dodávám: „Zatímco Ty jsi všechno stvořil za pouhých šest dnů. I když jsi to mohl udělat v jediné pikosekundě nebo za mnoho miliard let, chtěl si nám dát jasný příklad, abychom i my šest dní pracovali a sedmý den odpočívali.“
14. 11. 2014