Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

O univerzalitě univerzálních zákonů

 |  8. 12. 2003
 |  Vesmír 82, 663, 2003/12

Otevřete si starý budík a uvidíte soustavu ozubených kol a koleček, větších, menších, rychlejších, pomalejších. Některá jsou na společném hřídélku, jiná do sebe zapadají svým ozubením – prvá se otáčejí spolu, druhá podle toho, jak se liší počtem zubů.

Nyní si zkuste v duchu představit, že podobná ozubená soukolí jsou uspořádána do libovolně dlouhé, chcete-li nekonečné hierarchie do sebe zapadajících kol, vždy nahoře menší, dole větší, jako na obrázku vlevo. Pokud si navíc představujete, že kola jsou v pohybu (neuvažujete tření ani jiné silové poměry a neptáte se, kdo to celé roztočil), 1) pak vás také napadne, že díky tomu, že ve směru dolů se kola otáčejí čím dál tím pomaleji, lze dostatečně daleko najít oblast, v jejímž celém rozsahu již prakticky nelze žádný pohyb pozorovat.

Právě tuto oblast zvolíme v našem myšlenkovém experimentu za poznatelný svět hypotetického fyzika. 2) Tento fyzik vidí hierarchii nehybných kol, přičemž dobře ví, že nemůže vidět vše, a proto předpokládá, že ozubená kola pokračují i za horizontem jeho empirického světa. Navíc si je jist, že ani tam se kola netočí – nikdy by ho totiž nenapadlo, že ozubení, které je v jeho světě považováno za nejlepší zábranu pohybu, by mohlo uvolnit svůj zákles. A i kdyby ho to napadlo, ihned by si zakázal spekulace o něčem, co žádné pozorování ani experiment dosud neprokázal.

Proč uvádím tento podivný příklad pozorovatelova omezení, které je vlastně docela banální? Dobře přece víme, že i naše vědecké teorie, pojmy a data jsou vázány na situovanost člověka, a tudíž omezeny jeho konečností a nepřesností jeho měřicích metod. Právě o to mi však jde. V článku Johna Webba v tomto čísle (s. 671) čteme o zákonech přírody jako o soustavě představ, které „jsou nápadné svou jednoduchostí, zdají se být univerzální a jsou v souladu s experimentem“. Tvrzení považujeme za univerzální, když platí nejen zde a nyní, ale všude a vždy. 3) Náš fyzik tedy položil jisté tvrzení (že se ozubená kola dotyčného soukolí netočí) na roveň univerzálnímu přírodnímu zákonu. Tvrzení to bylo jednoduché. Zdálo se mu univerzální a bylo v souladu s experimentem.

Pokračujme v příběhu. Přišel den, kdy náš dobrý fyzik pojednou zvolal: „A přece se točí!“ Vynalezl totiž neobyčejně silný mikroskop, ten náhodou zamířil na jedno z kol a s hrůzou zjistil, že se ledva znatelně, nicméně prokazatelně pohybuje. (Zprvu mu to nikdo nevěřil, obdobně jako Galileovi jeho současníci nevěřili, že ve svém dalekohledu vidí něco reálného.) Fyzika se otřásla ve svých základech: byl zpochybněn univerzální zákon pohybu dotyčných kol – jakmile se jedno točí, musela by se přece točit všechna, a některá dokonce velmi rychle! Čím onen zákon nahradit? Co třeba zkusit jeho protiklad (že se točí všechna kola)? Nebylo by to zvlášť silné tvrzení, ale otevřelo by celou novou experimentální i teoretickou disciplínu. Čtenář si jistě bude umět představit její výzkumné projekty: zdokonalit dotyčný mikroskop, měřit rychlost dalších a dalších kol, ze vztahu mezi počtem zubů a obvodovou rychlostí sousedních kol formulovat hypotézu o nárůstu rychlosti směrem nahoru (a klesání dolů), pokusit se tuto hypotézu empiricky podpořit či vyvrátit a konečně, bude-li jednoduchá a ověřená, povýšit ji na univerzální zákon.

Fyzika je jediná z přírodních věd, která si nárokuje pro svá tvrzení, pojmy a některé číselné konstanty univerzalitu. Je to významný moment, pro nějž je považována za královnu věd. Jiné přírodní vědy jako biologie, geologie, či meteorologie jsou totiž implicitně nebo explicitně omezeny na tu oblast času a prostoru, kde se objekty jejich studia vůbec vyskytují.

Nárok na univerzalitu není nikterak triviální. Reálný fyzikální jev, zejména je-li někým pozorován či pokusně vyvolán, má vždy svou místní a časovou lokalitu (byť mnohdy skrytou a napohled nepodstatnou); tato lokalita nemá co dělat ve formulaci obecných tvrzení, kde je v lepším případě skryta za obecným kvantifikátorem. A tak řekne-li fyzik něco (obecného) o protonu a elektronu, například že se vzájemně přitahují, pak tím současně míní, že je jedno, zda se dotyčné dvě částice vyskytují na Žofíně nebo v jiné galaxii a zda to má být dnes nebo za milion let.

Jenže fyzika, přes onen nárok na univerzalitu svých výpovědí, je v míře, v jaké je empirická, vědou přírodní – v tom smyslu, že vychází jen z určité oblasti prostoru, času, přirozených (člověkem chápaných) veličin a jejich měřítek. I tato oblast má svůj horizont a fyzice náleží titul královny věd nanejvýš proto, že se nejméně ze všech cítí být tímto horizontem svazována. Jen ve svých kosmologických výletech se k němu někdy zná, byť si tím zakládá na paradox: aby stanovila hranice platnosti svých zákonů (například v blízkosti velkého třesku), musí předpokládat univerzálnost některých z nich.

Poznámky

1) U myšlenkových experimentů bývá neurčitá hranice mezi tím, co se předpokládá, a tím, co se neuvažuje (viz Vesmír 76, 363, 1997/7).
2) Zde je třeba připomenout rozdíl mezi znalostmi myšleného pozorovatele, který náleží do hypotetického světa myšlenkového experimentu, a znalostmi vypravěče, který vůči onomu pozorovateli zaujímá nadřazené postavení jakéhosi „božího oka“.
3) Nekomplikujme si výklad pojetím univerzality rozšířeným i na jiné aspekty, než je prostorová a časová lokace (např. na rozměry objektů).

Ke stažení

RUBRIKA: Úvodník

O autorovi

Ivan M. Havel

Doc. Ing. Ivan M. Havel, Ph.D., (*1938) absolvoval FEL ČVUT v Praze. V letech 1969–1971 studoval Ph.D. (počítačové vědy) na University of California v Berkeley. Několik let pracoval jako výzkumný pracovník v Ústavu teorie informace a automatizace ČSAV. V současné době je docentem na Univerzitě Karlově v Praze a působí v Centru pro teoretická studia (společném pracovišti UK v Praze a AV ČR), jehož byl v letech 1990 – 2008 ředitelem. Přednáší na MFF UK.
Havel Ivan M.

Doporučujeme

Přemýšlej, než začneš kreslit

Přemýšlej, než začneš kreslit

Ondřej Vrtiška  |  4. 12. 2017
Nástup počítačů, geografických informačních systémů a velkých dat proměnil tvorbu map k nepoznání. Přesto stále platí, že bez znalosti základů...
Tajemná „Boží země“ Punt

Tajemná „Boží země“ Punt uzamčeno

Břetislav Vachala  |  4. 12. 2017
Mnoho vzácného zboží starověkého Egypta pocházelo z tajemného Puntu, kam Egypťané pořádali časté obchodní výpravy. Odkud jejich expedice...
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné