edice aliter
Carlo Rovelli, pední teoretický fyzik, spolutvrce smykové kvantové
gravita- ce, ale také výtený spisovatel, se ve své nejnovjší knize
zabývá tajemstvím a- su, moná vbec nejvtší záhadou svta.
V první ásti srozumitelným zpsobem shrnuje, co o ase
zjistila moderní fy- zika. Vysvtluje, e fyzikální as vbec není
unikátní, všude stejný a stejn ply- noucí, dokonce není ani
spojitý, a na kvantové úrovni se úpln vytrácí. Do tohoto
podivuhodného svta zbave- ného vší asovosti nás Rovelli zavádí ve
druhé ásti knihy, aby nás ve tetí ásti své dobrodruné výpravy
dovedl zpátky k nám, k lidským bytostem. Je toti nutné
vysvtlit, odkud se vlastn bere náš intenzivní pocit plynoucího asu.
Ze zkoumání této otázky vychází autorovi jako zajímavé ešení odváná
myšlenka, toti e píinou me sám lovk, který tuto otázku klade –
tajem- ství asu moná ve své podstat netkví v základech kosmu,
ale v nás samotných.
Carlo Rovelli (* 1956) je italský profe- sor teoretické fyziky, jen
patí k sou- asné svtové špice. Studoval na rz- ných italských
univerzitách a na Yale, v souasnosti psobí v Centru
teore- tické fyziky Univerzity Aix-Marseille. Specializuje se na
Einsteinovu teorii gravitace, kvantovou teorii a statistic-
kou fyziku a jeho cílem je propojit tyto dosud nesluitelné
obory, ím by se naplnil sto let starý sen z Einsteinových dob.
Patí mezi hlavní tvrce teorie smykové kvantové gravitace, na toto
téma publikoval více ne 200 vdec- kých lánk a dv významné
monogra- fie (Quantum Gravity, 2004 a Covariant Loop Quantum
Gravity, 2014). Pravidel- n pispívá do italských periodik, vydal
adu popularizaních knih o teoretické fyzice a historii
vdy, napíklad Che cos’é il tempo, che cos’é lo spazio? (Co je as?
Co je prostor?, 2006), The first scientist Anaximander and his
legacy (První vdec Anaximandros a jeho d- dictví, 2011), Sedm
krátkých pednášek z fyziky (2014, esky 2017, peloeno do 51
jazyk) a Realita není, ím se zdá (2014, esky 2018).
V roce 2019 ho a- sopis Foreign Policy zaadil na seznam 100
nejvlivnjších myslitel svta.
• Lze si pedstavit svt bez prostoru a asu? • Známe atomy hmoty, ale
co jsou atomy prostoru? • Co kdy ádná nekonena ani singularity
neexistují?
Hluboký – a pozoruhodn tivý – ponor do fundamentální podstaty asu.
[...] Napsáno tak elegantn a poeticky, e naplno zamstná imaginaci
kadého tenáe.
(Financial Times)
V EDICI ALITER MJ. VYŠLO:
K. Devlin: Jazyk matematiky • S. Hawking: Struná historie asu • S.
Singh: Velká Fer-
matova vta • A. Weisman: Svt bez nás • Ch. Orzel: Jak nauit svého
psa fyziku • B. Clegg: Ped velkým teskem • I. Stewart: Jak
rozkrájet dort • S. Singh: Kniha
kód a šifer • J. Powell: Jak funguje hudba • B. Cox a J. Forshaw:
Pro platí
E = mc2 • I. Stewart: Kabinet matematických kuriozit • H. Chang: 23
vcí, které vám
neeknou o kapitalismu • L. Mlodinow: Vdomí podvdomí • B. Cox a J.
Forshaw:
Kvantový vesmír • K. Binmore: Teorie her • S. Singh: Simpsonovi a
jejich matematická
tajemství • R. Crease a A. Goldhaber: Kvantový moment • M.
Miodownik: Neoby-
ejné materiály • Ch. Galfard: Vesmír jako na dlani • R. Smullyan:
Dáma s tygíkem • E. O. Wilson: Smysl lidské existence • C. Rovelli:
Realita není, ím se zdá • S. Hawking
a R. Penrose: Povaha prostoru a asu • A. Zee: O gravitaci • Ch.
Seife: Nula • I. Ste-
wart: Kufík matematických záhad • E. Maor: Hudba v íslech, ísla v
hudb • A. Pross:
Co je ivot?
ÁD ASU
edice aliter svazek 74
Translation © Jií Podolský, 2020
rozmnoována a rozšiována jakýmkoli zpsobem
bez pedchozího písemného svolení nakladatele.
Druhé vydání v eském jazyce (první elektronické).
Z anglické pedlohy The Order of Time peloil Jií Podolský.
Odpovdný redaktor Zdenk Kárník.
Holekova 9, Praha 5,
[email protected], www.dokoran.cz,
jako svou 1059. publikaci (332. elektronická).
ISBN 978-80-7363-887-0
OBSAH
Moná je as ta nejvtší záhada 9
ást první: Rozpad asu 1 Ztráta jednoty 15 2 Ztráta smru 23 3 Konec
souasnosti 38 4 Ztráta nezávislosti 55 5 Kvanta asu 73
ást druhá: Svt bez asu 6 Svt je tvoen událostmi, nikoli vcmi 85 7
Nedostatenost gramatiky 93 8 Dynamika jsou relace 102
ást tetí: Zdroje asu 9 as je neznalost 115 10 Perspektiva 125 11 Co
se vynouje ze speciálnosti 138 12 Vn madlenky 148 13 Zdroje asu
165
Sestra spánku 175
zdroje ilustrací 183
Poznámky 185
Rejstík 202
Není-li uvedeno jinak, jsou verše uvádjící kadou ka- pitolu pevzaty
z Horatiových Ód a epód v pekladu Otakara Jirániho
(vydal Ludvík Bradá, Královské Vi- nohrady, 1923).
9
Moná je as ta nejvtší záhada
Za ei mé závistná uprchne doba. Dneška se chop, v zítek však
mj víry co nejmén. (I, 11)
Zastavuji se a nic nedlám. Nic se nedje. O niem ne-
pemýšlím. Ztišen vnímám jen plynutí asu.
To je as, všem dvrn známý. Unáší nás. Chvátání sekund, hodin, rok.
Vrhá nás do ivota a pak stahuje do nicoty... Pebýváme
v nm jako ryby ve vod. Naše bytí je bytím v ase. Jeho
velkolepá choreografie o nás peuje, otvírá nám svt, trápí nás,
dsí, konejší. Strháván asem se vesmír vyvíjí, dle ádu asu spchá do
své budoucnosti.
V hinduistické mytologii je proud kosmu zpodob-
ován posvátným obrazem tanícího Šivy, jeho tanec udruje bh
svta. Ve své podstat reprezentuje plynoucí as. Co by mohlo být
univerzálnjší a zetelnjší neli toto plynutí asu?
Pesto však jsou vci sloitjší, ne se na první pohled zdá. Realita je
asto jiná, ne jak se nám jeví. Zem se zdá být plochá, ale ve
skutenosti je kulatá. Zdá se nám, e Slunce putuje po obloze, ale ve
skutenosti se naopak otáíme my. A ani struktura asu není
taková, jak se nám jeví. Není to monotónní a univerzální tok.
K vlastnímu velkému úasu jsem se z fyzikálních uebnic,
které jsem
10
kdysi peetl jako univerzitní student, dozvdl, e as funguje docela
jinak, ne jak se nám zdá.
Ve stejných knihách jsem objevil i to, e stále ješt nevíme,
jak as doopravdy funguje. Podstata asu je moná tou nejvtší záhadou,
která ješt zbývá. Podivu- hodné souvislosti ji svazují
s jinými velkými otevenými tajemstvími: s podstatou
lidské mysli, s pvodem vesmí- ru, osudem erných dr,
s fungováním ivota na Zemi. Cosi hlubokého nás neustále pivádí
zpt k podstat asu.
Údiv bývá zdrojem naší touhy po poznání.1 A objev, e as není
takový, jak jsme si mysleli, ped námi ote- vírá tisíce otázek.
Podstata asu je ústedním tématem mého celoivotního psobení
v teoretické fyzice. Na následujících stránkách pedkládám
souhrn toho, co jsme o ase zatím zjistili, i cest,
kterými se pi našem bádání vydáváme, abychom ho poznali ješt
lépe. A také souhrn toho, co nám ješt zbývá pochopit,
i toho, co se mi osobn zdá, e u pomalu zaínáme chápat.
Pro si pamatujeme minulost a nikoli budoucnost? Existujeme
v ase, nebo as existuje v nás? Co pesn znamená, kdy se
ekne, e „as plyne“? Co svazuje as s podstatou našich
osobností, s naší subjektivitou?
Co vlastn vnímám, kdy ztišen proívám plynutí asu? Tato kniha je
rozdlena do tí nestejn velkých ástí.
V první shrnuji, co o ase zjistila moderní fyzika. Je to
jako dret snhovou vloku v teplé dlani: jakmile ji za- nete
studovat, rozpouští se vám ped oima, a docela zmizí. as si obvykle
pedstavujeme jako nco jedno- duchého a fundamentálního, co bez
ohledu na cokoli jiného rovnomrn plyne z minulosti do
budoucnosti,
11
meno hodinami a hodinkami. V bhu asu následují všechny
vesmírné události uspoádan jedna za druhou: minulost, pítomnost,
budoucnost. Minulost je nemnná a daná, budoucnost je
otevená... A pesto se ukázalo, e tohle všechno je jenom mylná
pedstava.
Fyzika nám znova a znova ukazovala, e charakte- ristické
atributy asu jsou pouhé aproximace a omy- ly zpsobené naší
omezenou perspektivou, tak jako zdánlivá plochost Zem i obíhající
Slunce. Rst našich znalostí vedl k postupné destrukci našeho
intuitivního chápání asu. To, co bn nazýváme „as“, je sloitý souhrn
struktur,2 chcete-li vrstev. Pi našem pelivém zkoumání, pi stále
hlubším pohledu ztrácel as jednu svou vrstvu za druhou. První ást
této knihy pojednává práv o tomto rozpadu asu.
Druhá ást knihy popisuje, co nám z asu dnes zsta- lo: prázdná
a pustá krajina tém úpln zbavená všech známek asovosti.
Podivný a cizí svt, do kterého pesto stále patíme. Jako bychom
vystoupili na vrcholky hor, kde není nic neli sníh, skály
a obloha. Pipomíná to, co museli zaívat Armstrong
s Aldrinem, kdy se odváili poprvé vykroit do nehybného msíního
prachu. Svt obnaený na samu podstatu své existence, tpytící se
vyprahlou a znepokojivou nádherou. Obor fyziky, ve kterém
pracuji – kvantová gravitace, je pokusem o to porozumt
a dát smysl oné extrémní a nádherné krajin bytí, jakou je
svt bez asu.
Tetí ást knihy je nejobtínjší, ale také nejdleitjší a týká se
nás nejvíce. I ve svt bez asu musí toti exis- tovat cosi, co
vyvolává as, na který jsme zvyklí, s jeho
12
jasným ádem, jen odlišuje minulost od budoucnosti, s jeho
plynulým tokem. Jakýmsi zvláštním zpsobem se as kolem nás musí
vynoovat, pinejmenším pro nás na naší rozmrové škále.3
Je to tedy cesta se zpátení jízdenkou, která nás do- vede zpátky
k asu, o který pijdeme v první ásti knihy, kdy
budeme pátrat po elementární gramatice svta. Jako v dobré
detektivce budeme pátrat po viníkovi, po pachateli, který stvoil
as. Krok za krokem budeme objevovat nám známé charakteristické rysy
asu, ale u nikoli jako elementární struktury reality, ale spíše
jako uitené aproximace, které pouívají neohraba- né a nepíliš
schopné smrtelné bytosti, jimi jsme my sami. Budeme odhalovat
specifické aspekty své vlastní perspektivy, a snad také
aspekty, je jsou klíové pro pochopení toho, co a kdo jsme.
Nebo tajemství asu moná ve své podstat tkví spíše v nás
samotných neli v kosmu. Moná se ukáe, stejn jako v prvním
a nej- vtším detektivním píbhu, v Sofoklov Králi
Oidipovi, e pachatelem je sám detektiv.
Zde se kniha stává hnoucím magmatem myšlenek, nkdy srozumitelných
a jindy matoucích. Rozhodnete-li se mne následovat, dovedu vás
a tam, kam dle mého pe- svdení dosplo naše chápání asu: na beh
hlubokého a rozsáhlého oceánu, v nm se za noci zrcadlí
bezpoet hvzd, oceánu zaplnného vším, co dosud neznáme.
ást první:
Rozpad asu
Ztráta jednoty
Kytherská Venuše reje ji zavádí v jasném svitu luny
a sliné Grácie a Nymfy v druném objetí zemi nokami
tepají. (I, 4)
Zpomalování asu
Zanme prostým faktem: na horách plyne as rychleji ne dole
u moe.
Rozdíl je to nepatrný, ale dá se zmit pomocí pes- ných hodin, které
si mete koupit na internetu za pár tisíc euro. S trochou úsilí
tedy me kadý na vlastní oi vidt, e as se opravdu zpomaluje. Pomocí
do- konalejších hodin ve speciálních laboratoích lze toto
zpomalování asu zaznamenat i mezi výškami lišícími se
o pár centimetr: hodiny umístné na podlaze jdou o nco
pomaleji neli stejné hodiny na stole.
Ale nezpomalují se jenom hodiny. Dole probíha- jí pomaleji všechny
procesy. Dva pátelé se rozejdou a jeden pak ije
v níinách, zatímco druhý na horách. Po letech se opt
setkají. Ten z nich, který il ní, toho
16
proil mén, mén zestárnul, mechanismus jeho kukaek odbil ménkrát. Ml
mí asu, aby nco vykonal, jeho kvtiny vyrostly mén, jeho myšlenky
mly mí asu, aby se rozvinuly... Dole je zkrátka mén asu neli
nahoe.
Je to pekvapivé? Snad ano. Ale svt takhle opravdu funguje. Na
nkterých místech plyne as pomaleji, na jiných zase rychleji.
Opravdu pekvapivé na tom je, e si zmínný fakt zpomalování asu kdosi
uvdomil sto let pedtím, ne jsme postavili hodiny tak pesné, aby ho
dokázaly zmit. Samozejm, jmenoval se Albert Einstein.
Schopnost pochopit cosi dív, neli je to pozorováno, je skutenou
podstatou vdeckého myšlení. V antických dobách Anaximandros
pochopil, e nebe pokrauje i pod našima nohama, a to dávno
pedtím, ne lod poprvé obepluly celou zemkouli dokola. Na úsvitu
moderního vku Koperník pochopil, e se Zem otá- í, a to dávno
pedtím, ne to od vzdáleného Msíce spatili astronauti. A podobn
i Einstein pochopil, e as neplyne všude stejným tempem,
a to pedtím ne
na horách více asu
u moe mén asu
17
byly vyvinuty natolik pesné hodiny, aby onen rozdíl v chodu
asu zmily.
Pi kadém takovémto velkém skoku v poznání jsme zjistili, e
vci, které se nám zdály být evidentní, nebyly niím neli tradovaným
pedsudkem. Zdálo se evident- ní, e hvzdná obloha je pouze nad námi
a nikoli pod námi – jinak by pece Zem spadla kamsi dol. Zdálo
se evidentní, e se Zem nehýbe – jinak by se pece všechno pádem
rozbilo nebo z ní uletlo. A e as plyne všude stejn
rychle, se nám rovn zdálo zcela evidentní... Dti však rostou
a objevují, e svt není takový, jaký se jim jevil jen mezi tymi
stnami jejich pokojíku. A s celým lidstvem je to úpln
stejné.
Einstein si poloil otázku, která moná trápila mnohé z nás, kdy
jsme se poprvé dozvdli o existenci gravi- taní síly: Jak me
být Zem „pitahována“ ke Slunci, i kdy s ním není
v pímém kontaktu, i kdy mezi nimi nic neleí?
Hledal smysluplné vysvtlení a našel ho. Pedstavil si, e Slunce
a Zem se nepitahují pímo na dálku, ale e ob tlesa postupn
psobí na cosi, co leí mezi nimi. A protoe mezi nimi leí jenom
prostor a as, napadlo ho, e Slunce i Zem pozmují prostor
a as ve svém okolí. Podobn jako tleso hozené do vody mní tvar
hladiny. Tato zmna struktury asu pak ovlivuje pohyby ostatních tles
a zpsobuje, e k sob navzájem „padají“.1
Co ale pesn znamená výraz „zmna struktury a- su“? Je to práv ono
zpomalení asu, které jsem popsal v úvodu: hmota zpomaluje
plynutí asu ve svém okolí. Zem má velikou hmotnost, a proto
v jejím okolí bí
18
as pomaleji. Zpomaluje ho více v níinách neli na horách,
protoe níiny jsou zemské hmot blí. Proto onen z pátel, který
ije u moe, stárne pomaleji.
Tlesa padají dol psobením gravitace díky tomuto zpomalování asu.
Tam, kde as plyne rovnomrn, tedy v mezihvzdném prostoru, vci
nikam nepadají. Jen se voln vznášejí v beztíi. Zde na povrchu
naší planety mají tlesa naopak pirozenou tendenci pohybovat se do
míst, kde as plyne pomaleji. Podobn jako kdy bíme ze behu do moe,
nae vtší odpor vody na nohy zpsobí, e do vody spadneme po hlav. Vci
padají dol, protoe tam dole je as zpomalený pítomností Zem.2
A tak, pestoe není snadné zpomalování asu pímo pozorovat, má
zásadní dsledky: díky nmu vci padají smrem dol a my meme
chodit s nohama pevn na zemi. Naše chodidla se opírají
o chodník proto, e celé naše tlo se pirozen snaí dostat do
míst, kde as ply- ne pomaleji – a as plyne pomaleji
pod vašima nohama neli ve vaší hlav.
Zdá se vám to podivné? Je to jako sledovat Slunce pi úchvatném
západu, kdy pomalu mizí za vzdálenými mraky. Avšak vy si náhle
uvdomíte, e se nehýbe Slunce, ale e jev je zpsoben otáením
zemkoule. Ve své mysli spatíte celou naši planetu – vetn
vás samotných – jak se otáí na opanou stranu smrem od Slunce.
V tom okamiku pohlédnete na svt „šílenýma oima“ své mysli,
jako v písni Fool on the Hill, tedy Blázen na kopci, od Paula
McCartneyho. Je to bláznivá vize, obas ale umouje vidt mnohem dál
neli náš bný zrak.
19
Mojí dlouholetou vášní je Anaximandros, ecký filozof ijící ped
šestadvaceti staletími, který pochopil, e se Zem, niím
nepodepírána, voln vznáší v prostoru.3 Anaximandrovy myšlenky
známe jen zprostedkovan díky jiným autorm. Dochoval se jediný
struný pímý zlomek jeho textu – pouze tento jediný:
Vci se pemují jedna v druhou z dvodu nutnosti,
a poskytují si vzájemné ospravedlnní, dle ádu asu.
„Dle ádu asu“ (κατ τν το κρνου τξιν). Z jednoho
z nejvýznamnjších okamik v djinách, jen vymezuje zrod
pírodovdy, se nedochovalo nic neli tato nejasná a tajemn
znjící slova odkazující se na „ád asu“.
Pak se ustavila astronomie s fyzikou a vyvíjely se, nebo
následovaly plodnou Anaximandrovu myšlenku: snaily se pochopit, jak
se jevy odvíjejí dle ádu asu. Astronomie v antice popisovala
pohyby hvzd v ase. Fyzikální rovnice dnes popisují, jak se vci
mní v ase. Od Newtonových rovnic, které stojí v základech
mecha- niky, po rovnice Maxwellovy popisující elektromagne- tické
jevy. Od Schrödingerovy rovnice popisující vývoj kvantových jev po
rovnice kvantové teorie pole, je urují dynamiku subatomárních
ástic. Veškerá naše fyzika, i vda obecn, je v podstat
o tom, jak se vci vyvíjejí „dle ádu asu“.
20
Je mnohaletou tradicí oznaovat v rovnicích as pís- menem t
(slovo „as“ zaíná na toto písmeno v anglitin, francouzštin,
italštin a španlštin, nikoli však v nmi- n, arabštin,
eštin, ruštin anebo mandarínštin). Co tento symbol t vyjaduje?
Vyjaduje íslo, které míme hodinami. Rovnice nám íkají, jak se vci
mní, kdy plyne as mený hodinami.
Jestlie však, jak jsme vidli, rzné hodiny odmují rzný as, co pesn t
znamená? Kdy se dva pátelé, z nich jeden il v horách
a druhý u moe, opt setkají, budou jejich hodinky ukazovat
rzný as. Který z nich je t? Ve fyzikální laboratoi pjdou
hodiny na stole a na podlaze rznými rychlostmi. Které
z nich mí skutený as? Jak máme popsat rozdíl mezi nimi? Mli
bychom íkat, e se hodiny na podlaze zpomalují vi tm na stole? Anebo
e se hodiny na stole naopak pedcházejí vi tm na podlaze?
Tyto otázky nedávají ádný smysl. Stejn tak bychom se mohli ptát,
zdali je skutenjší hodnota libry v dola- rech anebo hodnota
dolaru v libe. ádná „skutenjší“ hodnota neexistuje. Jsou to
zkrátka jen dv rzné mny, které mají relativní hodnotu jedna vi
druhé. Neexistuje ádný skutenjší as. Jsou to prost dva rzné asy,
které se mní relativn, tedy vi sob navzájem. ádný z nich není
skutenjší neli ten druhý.
Avšak nejsou jenom dva asy. as je ohromné mno- ství: v kadém
bod prostoru je rzný as. Neexistuje jediný a unikátní as, je
jich spousta.
as mený konkrétními hodinami, které mí kon- krétní dj, se ve fyzice
nazývá „vlastní as“. Kadé hodiny
21
odmují svj vlastní as. Kadý dj má svj vlastní as, svj vlastní
rytmus.
Einstein nám poskytl rovnice, které popisují, jak vlast- ní asy bí
relativn, tedy vi sob navzájem. Ukázal nám, jak spoítat rozdíl mezi
dvma asy.4
Jediná veliina „as“ se tedy rozpadla do celé pavuiny as. Moderní
fyzika ji nepopisuje svt, který se vyvíjí v unikátním ase.
Popisuje, jak se vci vyvíjejí v písluš- ném lokálním ase
a jak tyto lokální asy bí vi sob navzájem. Svt není jako
vojenská eta pochodující jedním tempem dle rozkaz jediného
velitele. Je to sí událostí, které se navzájem ovlivují.
Tak popisuje as Einsteinova obecná teorie relativity. Píslušné
rovnice neobsahují pouze jeden „as“, obsahují nespoetn as. asový
interval mezi dvma událostmi není jediný, tak jako není jediný as
mený pomocí dvojích hodin, které se ocitly na dvou rzných místech
a pak se opt setkaly.5
Fyzika nepopisuje, jak se vci mní „v ase“, ale jak se vci mní
ve svých vlastních asech a jak se tyto „asy“ odvíjejí vi sob
navzájem.*
* Gramatická poznámka. Slovo „as“ má nkolik rzných význam, které
spolu sice souvisejí, ale jsou odlišné: 1. „as“ je obecný jev
následnosti událostí („Neslyšný a tichý krok asu.“); 2. „as“
udává interval mezi tmito událostmi („Zítra a zítra, poád
zítra / krok za krokem se ze dne na den sune / a do poslední
slabiky asu.“); nebo 3. Jeho trvání („Ach pánové, as ivota je
krátký.“); 4. „as“ me také oznaovat konkrétní okamik („A pijde,
lásko, as, i ty mne opustíš.“), obvykle aktuální („as se
vymknul z klou- b.“); 5. „as“ oznauje fyzikální veliinu, která
mí trvání („Zrychlení je derivace rychlosti vi asu.“). V této
knize pouívám slovo „as“ voln ve všech uvedených významech, tak jak
je bné v hovorové ei. V pípad nejasností se, prosím,
vrate k této poznámce.
22