ČAS - PROSTOR - ENTROPIE - KODAŇSKÁ INTERPRETACE

21. 09. 2020

ČAS - PROSTOR - ENTROPIE - KODAŇSKÁ INTERPRETACE

Dobrý den, pokusím se to shrnout co možná nejstručněji - předem upozorňuji, že nejsem žádný odborník / expert na fyziku a se středoškolskou látkou jsem docela zápasil, nicméně některá témata, např. čas a prostor jsou pro mě nesmírně zajímavá a fyzika - konkrétně kvantová nabízí velice pozoruhodné odpovědi. Přečetl jsem tedy na danou tematiku několik knih a potřebuji to nějak dovysvětlit, páč si některé věci nedokážu představit nebo je špatně chápu. Rozdělím to do 4 částí:

1/ ČAS - podle kvantové fyziky je "čas" vlastně zrnitý, složený z nejmenších možných časových hodnot, tzv. planckových časů (jako se vše při detailnějším pohledu skládá z menších částic, např. světlo z fotonů apod.) a veškeré dění je jakousí "sítí událostí". Tato "síť událostí" (která tvoří čas) je nicméně naprosto neuspořádaná bez jakéhokoliv řádu. Události se prý nahodile chaoticky shlukují. A zde začíná problém, čemu jaksi nerozumím. Např. Když jdu na zahradu zalít květiny, tak nejprve musím napustit vodu do konve, přistoupit ke konkrétnímu místu a vykonat danou aktivitu. Kdybych toto rozložil na "síť událostí - resp. nejmenší možné časové úseky", tak je přeci nesmysl, aby se vynořovaly chaoticky bez jakéhokoliv řádu. Kdyby tato konkrétní "sít událostí" byla neuspořádá a projevovala by se nahodile, bez jakéhokoliv řádu, tak potom by to vypadalo absolutně bláznivě. Jak je to tedy myšleno? Jinak toto vysvětlení pochází od významného fyzika Carla Rovelliho z jeho nové knihy "Řád času". Když lékaři někoho delší dobu operují, tak co tedy plyne, když ne čas? Jak je to s myšlením? Když nad něčím hloubám a trvá nějakou dobu, než se dostanu k řešení problému, tak v čem má mysl běží, když ne v čase? Někde jsem četl, že vše se děje najednou - že žijeme nekončenou sérii věčných teď. Že minulost už neexistuje. To sice dokážu pochopit, ale např. při myšlení nebo třeba konkrétně při psaní tohoto textu Vám používám svou paměť a sahám tím jaksi "do minulosti", k něčemu, co se mi dříve vtisklo do paměti, ale co už nyní vlastně neexistuje. Ale musí to existovat, když s tím teď operuji, ne? Omlouvám se, že to takto rozepisuji, snad je to srozumitelné. Pokud čas neexistuje a vše se děje najednou, jak mám např. rozumět evoluci? Kde se organismy po tisíce let vyvíjeli - v čem se teda vyvíjeli, když ne v čase? Říká se, že vesmír je starý 13,8 mld. let - jak to mohou fyzici tvrdit, když podle nich samotných čas neexistuje?

2/ PROSTOR -  v další knize opět od Carla Rovelliho tentokrát s názvem "Realita není, čím se zdá" je uvedeno, že prostor neexistuje. V kvantové fyzice prý existuje nejmenší možný rozměr (u času Planckův čas, u rozměru Planckova délka) a pod tuto hranici už nic menšího není, jinými slovy čas a prostor přestává existovat. Že kvantová zrna utváří onen prostor. Tak ale je to nějaký prostor nebo ne? Když někdo řekne, že prostor neexistuje tak v čem žijí lidé na planetě? V ničem? Také v nějaké síti? Když je síť u času platí i síť u prostoru? Síť poskládaná z kvant? Co je ale potom ona síť? Když koukají astronomové do vesmíru a vidí jak se od nás galaxie vzdalují tak v čem leží ony galaxie a všechna hmota ve vesmíru, když ne v prostoru? Jak tomu mám rozumět? Když čekám na zastávce a přijíždí ke mě autobus, tak v čem se tedy pohybuje, když prostor neexistuje? Chápu, že představovat si prostor jako jakousi prázdnou nádobu je špatně, páč i vzduch se skládá z nejmenších částic a tak asi nic není zcela prázdné, ale musí to být přeci nějaký prostor.

3/ ENTROPIE - v knize "Řád času" je uvedeno, že 2. termodynamický zákon je jediný fundamentální fyzikální zákon, který umožňuje šipku času - neboli nevratnost dějů. Pak ale přijdu na internet a najdu tyto dva komentáře: "autor dost polemizuje o (ne)funkčnosti druhého termodynamického zákona. Myslím, že každý komu bylo požehnáno se s ním obeznámit chápe, že tento zákon je jako zvíře co kulhá na všechny nohy. Ostatně je to fyzikální zákon, který ve své podstatě popírá vznik vesmíru, sluneční soustavy, života i mě samotného" a také "zákon o entropii platí pro svět našich rozměrů, ne pro jednotlivé atomy". Tak jak je to s tímto prosím? Co určuje nevratnost dějů? Co stanovuje, že všichni vnímáme čas jednosměrně, zleva doprava a fakt, že minulost se prostě nedá vrátit? Nedávno jsem koukal na nějaký dokument o kvantové fyzice a začínalo to tím, jak se uvaděč pořadu ptá - Jaktože nevidíme události v opačném prostředí? Kvantová fyzika nám ukazuje, že je to možné. Když je to možné, tak proč se tak neděje? Proč všichni živočichové vnímají "tok času" jednoznačně a jednosměrně? A jak je to s tím jak zmiňoval jeden z těch komentářů - že 2. termodynamický zákon popírá vznik života a evoluci. Znovu opakuji, že se v tom moc nevyznám, ale entropie říká, že vše směřuje k neuspořádanosti, že? Jaktože tedy vesmír existuje 13,8 mld. let a nezhroutil se? Jaktože žijeme my lidé tak dlouho? Jestli vše spěje k neuspořádanosti, proč se tak děje až po průměrné délce 75 let lidského života? Proč se organismy nestávají neuspořádanými hned? Jaktože stojí stavby 400 let a nehroutí se do neuspořádanosti / chaosu?

4/ KODAŇSKÁ INTERPRETACE - zde se předem omlouvám, nevím, zda to popíši správně, ale to je asi záležitost, co mě zaráží nejvíce ze všech. Je to z dokumentu "Tajemný svět kvantové fyziky - Einsteinova noční můra" a vím jen, že se to týkalo nějakého rozporu mezi Bohrem a Einsteinem. Tuším, že se té oblastí říká Kodaňská interpretace nebo teorie nebo tak nějak. A tam doslova bylo řečeno toto jako př. "Měsíc přestává existovat, když se na něj nedívám", že vše je závislé na pozorovateli. To se nezlobte ale co to je za nesmysl - s tím se taky nějak nedokážu ztotožnit (jako Einstein) to přece odporuje zdravému rozumu, až to ve mě vyvolává úzkost docela :-). Slunce mi přece svítí do zad, i když se na něj nedívám. Vím, že vedlejší místnost v mém bytě fyzicky teď je, stejně jako věci v ní - to přece nemůže být zase nějaká iluze, závislá na pozorovateli. Týká se to i osob? Př. Vím, že má sestra je teď v jiném městě, ale nemohu ji pozorovat - není tedy reálná? Nevím, jestli víte o čem konkrétně mluvím (sám si nejsem jistý, zda se tato problematika nazývá přímo kodaňská interpretace nebo tak, vím jen, že je prokázané, že pravdu měl Bohr a Einsten se mýlil a nemohl tomu přijít pořád na kloub - což se mu vůbec nedivím, ta představa je dost děsivá). Já sám jsem taky teď nereálný např. pro mého otce, který je rovněž v jiném městě a nemůže mě pozorovat? Neexistuji tedy? Nezlobte se, že to popisuju s takovou vášní, ale tohle prostě potřebuju nějak pochopit...Až mi to kolikrát nedává spát v noci.

Předem moc děkuji za odpovědi, Jakub

 

Ahoj Jakube,

děkujeme za otázky do naší odpovědny a já osobně děkuji za důvěru, kterou ve mě vkládáš. Pokusím se odpovědět v rámci svých znalostí, ale jako obvykle půjde o zjednodušení a také musím upozornit, že jsem jen středoškolský učitel, takže se nepovažuji za odborníka na kvantovou fyziku a fyziku mikrosvěta.
Jako obvykle lze na tvoje dotazy odpovědět krátce a jednoduše - co píšeš je pravda, ale tato divná pravidla platí jen v malých rozměrech (typicky rozměry elektronů).

Zkusím to trochu lépe popsat a vysvětlit. Asi největším problémem nových fyzikálních teorií začátku 20. století (relativita a kvantová fyzika) byla lidská zkušenost. Všichni máme tu zkušenost, že čas běží stejně všem lidem, nezávisle na tom, kde jsou, nebo že můžeme přesně určit polohu a rychlost jakékoliv věci. Jenže ono to tak není úplně vždycky a při vyšších rychlostech čas utíká jinak a velmi malé věci nejsme schopni přesně lokalizovat a určit jejich rychlost. Takže jsme na něco zvyklí, očekáváme, že to platí vždy. Navíc tyto "divnosti" nemůžeme jednoduše odhalit, je potřeba udělat sofistikované pokusy, abychom to dokázali. Ale kdybychom byli velcí jako elektrony, nebo se pohybovali skoro rychlostí světla, tak by nám na tom nic divného nepřišlo.

Zajímavé je to, že Albert Einstein, který stál u zrodu obou těchto teorií se s důsledky kvantové fyziky nestotožnil. Jak sám píšeš, některé důsledky jsou velmi podivné.

Vezmu to od konce - Kodaňská interpretace je spíše filozofický problém - my víme, co se děje, ale nejsme schopni vysvětlit proč. Problém uvedených příkladů je v tom, že Měsíc je velký předmět a přisuzovat mu chování mikroskopických částic je zavádějící. V principu jde o to, že všechny děje v mikrosvětě se dějí s nějakou pravděpodobností. Dokud se na výsledek nepodíváme, tak jej neznáme - jen jsme schopni říci, s jakou pravděpodobností daný děj proběhne. Kdybych to zkusil ukázat v našem velkém světě - vsadíš si loterii, do doby, než proběhne losování jsi zároveň výherce a zároveň jsi nevyhrál nic. Samotné losování je ten děj, který rozhodne, jak to dopadne. Filozoficky je (podle mého) zajímavé, že výsledky v mikrosvětě určuje člověk - dokud se nepodíváme, jak jev proběhl, nevíme, jaké vlastnosti (např. spin) elektron má. Čím je lidská mysl zajímavá, že ovlivňuje měření? Fungovala by tak i např. kočičí mysl? To jsou filozofické problémy, které zatím nikdo nevyřešil. Pokusem o jejich vysvětlení je právě Kodaňská interpretace, která tyto problémy přijímá jako fakt (takže je vlastně nevysvětluje).
Ale je nutné si uvědomit, že řešíme jen 1 elektron, ale např. zrnko písku jich obsahuje 1 000 000 000 000 000 000 000. Proto je ve velkém světě (a zrnko písku je už hodně velký svět) vliv kvantových "podivností" velmi malý.

Entropie je fyzikální veličina, která s průběhem času typicky narůstá, pokud ji chceme snížit, musíme vykonat práci. V zjednodušeném příměru souvisí entropie s uspořádáním systému - jako příklad lze uvést pracovní stůl - jeho neuspořádanost se (alespoň v mém případě) zvyšuje a po čase je potřeba vynaložit práci k tomu, aby byl opět uspořádaný. Kdybychom můj stůl natáčeli a film pustili pozpátku, asi by ti přišlo divné, že se sám uklízí. Zde nám tedy naše zkušenost říká, že lze očekávat navyšování neuspořádání stolu. Ale kdybych natočil vyhození míčku a pustil jej pozpátku, tak nepoznáš, co je puštěné pozpátku a co je puštěné správně, protože v obou směrech nevidíme, jestli se entropie zvyšuje či snižuje. V mikrosvětě lze očekávat, že neuspořádanost částic se bude zvyšovat, což platí a čím vyšší je teplota, tím vyšší je jejich neuspořádanost. Ale protože je celý mikrosvět založen na pravděpodobnosti, může se (s nenulovou pravděpodobností) stát, že atomy se nahodile uspořádají tak, že budou mít menší entropii. Stůl se mi sám neuklidí (kdo si to myslí, tak by měl poděkovat mamince/manželce/přítelkyni), protože je moc velký, ale atomy to udělat mohou. Ale pro samotné atomy to není nic divného a hlavně to není nic, co by se promítalo do našeho "velkého světa".

Myslím, že první dvě otázky opět souvisí se stejným problémem - vztažení chování mikrosvěta na naše podmínky. Ale to není možné - kvantové podivnosti v našem světě nepozorujeme, protože jsou moc malé. Například polohu elektronu jsme schopni určit s přesností +- atom (hodně zjednodušeně víme, že elektron je někde v atomu, ale přesnou polohu neznáme a nikdy znát nebudeme), ale polohu auta jsme schopni určit s přesností větší, než je tisícina průměru elektronu. Zkusím ještě jeden příměr k malému a velkému světu: pokud se budeš bavit s jednotlivcem, také se ti může stát, že mu nebudeš rozumět a nebudeš jej chápat. Ale systém o větším počtu je vcelku dobře předvídatelný (na podobném principu přeci fungují volební kampaně s koblihami (koblihy klidně vyšktrněte, kdyby to bylo zavádějící ;) ) ). A jednotlivé odchylky v takovém systému ani nepozorujete. Navíc naše republika má "jen" 10 000 000 obyvatel, ale v pouhé kapce vody je 1 00 000 000 000 000 víc molekul, než v ČR obyvatel. V tak obrovském systému se jednotlivé podivnosti ztratí.

Kdybych měl celou otázku uzavřít - opravdu se neobávej toho, že zmizí Měsíc, nebo čas začne ubíhat jinak. V našem velkém světě funguje naše zkušenost a obvyklé fyzikální zákony. V mikrosvětě je potřeba tyto fyzikální zákony jen více upřesnit, aby popisovaly svět elektronů i s jeho podivnostmi. Ale kdyby jsi byl elektron a někdo ti začal povídat o světě "velkých", také by ses divil a obrátil se na elektron-fyzikáře, aby ti poradil. Protože pro elektron by bylo nepochopitelné, že jde na sraz s přáteli a ví přesně kdy a kde má stát.

 

Mgr. Jaroslav Koreš, Ph.D., Střední průmyslová škola strojní a elektrotechnická, Dukelská 13, České Budějovice

1

Autor

Jaroslav Koreš

Zadání dotazu

Máte nějaký dotaz?

Pokud se chcete na něco zeptat, napište e-mail s předmětem "Fyzikální poradna" na emailovou adresu

poradna@svetenergie.cz
Skupina ČEZ

Kontaktní informace

Máte-li k obsahu portálu jakékoliv náměty, postřehy či připomínky – prosím kontaktujte nás. Budeme vděční i za připomínky k nekorektnímu zobrazení stránek, či případnému upozornění na chybu. Děkujeme.


email:info@svetenergie.cz

Kontaktní formulář

KONTROLNÍ KÓD

kontrolní kód Opište prosím do políčka formuláře
text z obrázku

Portál Svět energie provozuje společnost ČEZ. Vyrobil Simopt, s.r.o., Copyright © 2016, Všechna práva vyhrazena

detail