Na anglickym twitteru skvěle funguje koncept vláken, tak jsem si řekla, že to zkusím na českym twitteru taky. Takže pro zájemce, kteří se nudí, které zajímá fyzika a kteří se chtějí zapojit do debaty, here we go: první vlákno - co je to čas?
Tohle vlákno vzniká mimo jiný podle článků z @QuantaMagazine, což je úžasnej blog, který píše populárně naučně o moderní fyzice a který píše báječná @nattyover, tak jí utíkejte dát follow/like. Pro ty z vás, co ovládají angličtinu, by to mohlo bejt pomerně zajímavé čtení.
Do nedávna (respektive do začátku minulého století) byl čas neměnná fyzikální veličina, která utíká pořád stejným tempem a to pro všechny místa ve vesmíru stejně, což je pohled, který prvně rozbil Albert Einstein svojí speciální relativitou.
Co přesně speciální relativita říká a jak vznikala se můžete dozvědět z mojí přednášky tady: fyzika-cesky.cz/prvni-prednask…. V rychlosti - Einstein spojit časové a prostorové souřadnice do časoprostorového kontinua.
Ukázal, že čas se může ohýbat a zpomalovat, že je pro pozorovatele v různých souřadných systémech jiný - čas tady na Zemi plyne jinak, než čas na Marsu nebo na Slunci. Co ale jeho teorie nevysvětluje, je otázka, kterou jsme si všichni někdy už položili: proč čas běží jen dopředu?
Když Einstein říká, že čas a prostor se dají spojit do jednoho objektu, proč běží čas jen dopředu, ale prostorově se můžu hýbat kam chci? Tj. ve všech směrech: nahoru, dolu, doleva, doprava, dopředu, dozadu. Nic z toho fyzika nezakazuje, tak proč je tomu u času jinak?
Tahle otázka asymetrie času (čili to, že čas běží jen dopředu a nikoliv dozadu) trápí fyziky už staletí a nebyla dodnes spolehlivě zodpovězena. První vysvětlení, které se nabízí, je schované v termodynamice, konkrétně v druhém zákoně termodynamiky.
Termodynamika je nauka, která pojednává o teple, jak se šíří nebo jak ho využít k práci (mimo jiné). Ukazuje ale taky na hlubší, filozofičtější problémy fyziky. Třeba na to, proč nejde sestavit perpetuum mobile, nebo proč se nedá k práci využít teplo, který je uložený v oceánu.
Říká nám, že teplo VŽDYCKY samovolně přechází jen z teplejšího tělesa na studenější - což, když se nad tím člověk zamyslí, není zas až tak jednoduchý vysvětlit, proč. A ukazuje se, že to souvisí s tím, jak funguje příroda ve všech aspektech - souvisí to s chaosem a informací.
Všechny tyhle koncepty se dají matematicky popsat pomocí pojmu entropie. Co to je, entropie? Je to ten škodolibý šotek, co nám ztrácí ponožky, co způsobí, že se pokoj rozbordelí, sám se ale neuklidí nebo proč se nám ničí elektronika. Je to věc, která způsobuje rozklad.
O entropii právě pojednává druhý zákon termodynamický, který by se dal koncipovat třeba takhle: entropie izolovaného systému vždy roste, nebo zůstává stejná. Což je v termodynamice ekvivalentní s tím, že každý systém se snaží dosáhnout tepelné rovnováhy.
Takže díky termodynamice víme, že příroda se pořád snaží entropii zvyšovat. V praxi to znamená, že led v teplé vodě vždy za čas roztaje, ale nikdy se nestane, že mi ve 20stupňové vodě samovolně vzniknou kostičky ledu. A zdá se, že tenhle princip způsobuje nevratnost času.
Další vysvětlení by mohlo ležet v kosmologii - konkrétně v tom, že vesmírné rozpínání by mohlo určovat směr plynutí času. Proč se ale vesmír rozpíná, nevíme. Nevíme ani, co to rozpínání způsobuje. Takže tady jsme narazili na dead end, neznáme příčinu.
Další problém, na který narážíme, leží v kvantové fyzice. Ukazuje se, že v mikrosvětě existují koncepty, který v našem makrosvětě nejsou. Spin, záporná energie, záporná pravděpodobnost nebo teplota menší než absolutní nula: livescience.com/25959-atoms-co…
Jedna z věcí, kterou nikdo dodnes nedokázal vysvětlit a která může souviset s tím, že čas běží jen dopředu, je kolaps vlnové funkce. Nikdo zatím nenašel souvislost mezi termodynamickým vysvětlením a kvantovým vysvětlením - zdá se, že kolaps by mohl být na termodynamice nezávislý.
Tyjo, zabíhá to do celkem obskurních a složitých témat - dočetl to někdo až sem? 😂 Prosím, pokládejte otázky, ptejte se. Mám pokračovat dál? Jdu si dát cígo, dejte mezitím vědět 😉
Tak jo, jedeme dál. Co myslím termodynamickym vysvětlením? Tím myslím entropii, tedy to, že chaos má tendenci se jen zvětšovat, nikoliv zmenšovat. Když si prdnete, tak ten prd se difunduje, tedy po čase se rozmělní a přestane smrdět. To je taky entropie. Fyzika může být vtipná!
Kvantovým vysvětlením mám na mysli právě kolaps vlnový funkce. Upozorňuju, že dál na vlastní nebezpečí - fyzici se o tomhle hádají už sto let, Einstein tvrdil, že je to nesmysl a nikdo neví, co to je ani jak to vysvětlit. Ale existuje to a mohlo by to způsobovat směr toku času.
V kvantové fyzice popisujeme věci pomocí tzv. vlnových funkcí, což jsou matematický objekty, který umožňují, abychom se o věcech bavili z hlediska pravděpodobnosti. Můžeme je skládat dohromady jako vlny, takže se vzájemně ruší a interferují stejně, jako vlny na hladině rybníku.
Kvantový objekty si teda takhle žijou jako vlny, vzájemně spoju mluví, interagují, skládají se jako vlny a my je známe jen jako pravděpodobnosti. A v jeden moment přijde fyzik, a nějaký ten objekt změří - v ten moment dojde ke kolapsu vlnový funkce a objekt se chová "normálně".
Tenhle přechod od pravděpodobnosti k objektu, který si z ničeho nic vybere, jak se nám vyjeví, je největší záhadou kvantové mechaniky. Existují alternativní teorie, které tvrdí, že k ničemu takovému nedochází a je to jen naše iluze, takové teorie ale zase mají jiné problémy.
Takže výsledkem je to, že kvantovka je divná, tak strašně divná, že ji ani po sto letech nechápeme a bolí nás z ní hlava. Všechny. Někoho napadlo, že tenhle podivný kolaps by mohl způsobovat tok času - nebo alespoň s časem nějak souviset. Proč? Protože se nedá odčinit.
Jakmile jednou nějaký systém zkolabuje, je zkolabovaný a nemůže se navrátit mezi pravděpodobnosti. Existuje dokonce názor, že za kolaps může vědomí. Že je to jen a pouze vědomí, co může z pravděpodobnosti udělat realitu. Souvisí tedy tok času s vědomím...? Možná ano, ale spíš ne.
Dostáváme se úplně na okraj fyziky a je zajímavý, jak čas, který začínal jako nezajímavá veličina v mechanice, se v moderní fyzice přeměňuje na složitý filozofický koncept. Běží jen jedním směrem, běží u každého jinak, souvisí s gravitací, s kvantovou mechanikou, s chaosem.
Propojuje všechny dosud nepropojený koncepty ve fyzice, přitom není vysvětlitelný ani jedným z nich. Zatím nemáme žádnou dokonale uspokojivou teorii o tom, co to čas je, všechna dosavadní vysvětlení a teorie otevírají další a další hádanky. A tak je to taky správně. #StayCurious!
