1

Konec fyziky?

Když padl komunismus, mluvilo se o konci dějin. Nyní mnozí lidé v podobném duchu hovoří o konci fyziky. Říkají, že všechny elementární jevy jsou vysvětleny, všechny velké otázky zodpovězeny. Další dodávají, že některé významné skutečnosti sice zbývá zodpovědět, ale ty že jsou v podstatě abstraktní a tudíž nepodstatné pro lidské ambice. Stojí tedy před fyziky ještě vůbec nějaké naléhavé problémy, anebo by měli s nadhledem přijmout konec své vědy?

Pochybnosti o budoucnosti fyziky nejsou nové. Už v roce 1890 některé významné osobnosti, ohlížejíce se za stoletími úspěšné aplikace Newtonovy mechaniky a Faradayova a Maxwellova elektromagnetismu, prohlašovaly, že fyzika se jako věda blíží ke svému konci. Ovšem následujících deset let jim nedalo za pravdu. Radioaktivita, rentgenové záření a objev elektronu otevřely zcela nový, dosud neznámý svět. Nedlouho poté pak fyzika dospěla ke dvěma revolučním pilířům 20. století: kvantové mechanice a k dalšímu z klíčových Einsteinových příspěvků moderní vědě, teorii relativity.

 1972 Hoover Dam

Trump and the End of the West?

As the US president-elect fills his administration, the direction of American policy is coming into focus. Project Syndicate contributors interpret what’s on the horizon.

Dostane tedy lidská arogance opět na frak? Abychom pochopili, kam se ještě fyzika může dostat, musíme nejprve znát, jak daleko se už dostala. Fyzika vznikla v 16. století jako kvantitativní, matematicky podložená soustava zákonů, s jejichž pomocí mohli lidé lépe pochopit neživý svět. Záhady, nad nimiž naši předkové stáli v úžasu, nahradil stále stručnější soubor pravidel, jimiž se dal kvantitativně vysvětlit například let náboje, pád jablka ze stromu, dráha měsíce či planet naší Sluneční soustavy.

Díky fyzice můžeme přesně definovat prostor, čas, hmotu a energii. Složité jevy – kupříkladu zatmění slunce, komety, příliv a odliv, vlastnosti hmoty (např. pevných, kapalných a plynných látek), stabilita staveb (např. mostů, věží, lodí), chování světla, procesy spojené s tepelným tokem, teplota, barvy duhy a jemné odstíny barev vydávané látkami po zahřátí, elektrické výboje, gravitace či radioaktivita – to vše bylo utříděno do několika „zákonů fyziky“.

Dvacáté století přineslo hluboké znalosti o vlastnostech fyzikálního světa, které dnes fyzika považuje za „samozřejmé“. Do působnosti fyziky se dostaly hvězdy, galaxie, evoluce vesmíru, ale i součásti patřící zdánlivě jen biologie, jako jsou proteiny, buňky nebo geny.

Co tudíž zbývá fyzice dosáhnout s tímto rejstříkem dosavadních úspěchů? Zaměřme se na několik oblastí, v nichž může během následujících let a desetiletí dojít k významným zjištěním.

V částicové fyzice a kosmologii jsou dnes na spadnutí odpovědi na problémy, jež fyzice nedaly spát už od starověku: jaké jsou základní části hmoty? Jak funguje vesmír a celý náš svět? Naší ambicí je najít odpověď tak elegantní a tak prostou, že by se snadno vešla na přední stranu trička. Dosud jsme došli sice k působivému, nicméně nedokonalému přehledu, tzv. „standardnímu modelu“, který celou naši realitu redukuje na zhruba tucet částic a čtyři základní síly v přírodě.

Proč má tento standardní model nedostatky? První, nejzjevnější vadou je estetická – tj. že je příliš složitý. Model neříká nic o tom, proč existuje tolik základních částic a proč se od sebe tolik liší. Dalším kazem na standardním modelu je to, že neobsahuje jednu ze základních sil v přírodě, tedy zemskou přitažlivost. Stále proto musíme hledat jednoduchou, všeobsahující teorii, která by všechny tyto síly usmířila.

Toto úsilí je obzvláště důležité pro kosmologii, kde abychom zjistili, jak vznikl vesmír, potřebujeme zajistit nerušený vztah mezi relativitou, tedy teorií gravitace, a kvantovou teorií. V prvních chvílích po velkém třesku před dvanácti miliardami let byl vesmír neobyčejně malý a hutný a fyzikální zákony řídily možná jen jeden druh částice a jednu ze sil. Důležitým úkolem pro fyziku je tak ujednotit relativitu a kvantovou teorii, abychom pochopili průběh prvních okamžiků počátku vesmíru, kdy další částice a síly teprve vznikly.

Až toto zjistíme, budou kosmologové moci objasnit, jak se hutný vesmír začal roztahovat a proč více než 90 procent jeho hmoty stále uniká pozorování jakýmkoli z našich přístrojů. Postupně začneme odhalovat základní funkce vesmíru a budeme moci vysvětlit, jak jediná událost před tolika miliardami let dala vzniknout nejen galaxiím, hvězdám a planetám, ale i atomům, z nichž se skládají živé bytosti natolik rozvinuté, aby byly s to uvažovat o svém zrodu a smyslu.

Jistě – jsou hlasy, které tvrdí, že fyzika nemůže dát konečnou odpověď na evoluci, proces, který je základem biologie a medicíny. Já jsem ale toho názoru, že využití fyzikálních principů v chemii a především pak v biologii získá v brzké době na mnohem větším významu. S přerodem biologie v kvantitativní, přírodní vědu bude fyzika svými metodami, výpočetními schopnostmi a základními zákony biology stále více a více ovlivňovat.

Fake news or real views Learn More

Konečnou rolí fyziky se tak opravdu může stát sjednocení veškerého lidského vědění. Významný harvardský biolog Edmund O. Wilson ve své knize Usmíření [Consilience] píše o konečném sjednocení všech přírodních, společenských i humanitních věd. Zní to možná až příliš revolučně, ale přitom toho už dnes můžeme pozorovat náznaky v lidském vědomí. Zdá se, že mozek funguje podle fyzikálních zákonitostí, jež pracují s pravděpodobností kvantové vědy a složitostí teorie chaosu a jež tedy mohou být přístupné logické analýze.

Odnesou s sebou tyto vědomosti cit, lásku, hudbu, poezii, umění? Anebo toto sjednocení věd obohatí chloubu a pýchu lidského ducha? Musíme se spolu s básníkem Keatsem obávat „rozetkání duhy“? Významný teoretický fyzik Richard Feynman odpovídá prostě, a výstižně: „Snižuje nějak naše chápání chodu hvězd naše vnímání krásy a velkoleposti noční oblohy?“