Různé kultury mají různé filozofické pohledy na čas. Moderní západní civilizace, a dnes již globální civilizace přináší na čas pohled vědecký. I zde mají na čas různá odvětví vědy svoje úhly pohledu, jiný je čas biologický, jiný z psychologického hlediska, jiný je čas geologický a jiný je z pohledu fyziky. Fyzika vychází z opakovatelných experimentů.
Díky staletí trvajícímu zkoumání přírodních zákonů dospěla fyzika nejen k nesmírně přesnému modernímu měření času, ale vlastně i k překvapivému hlubšímu filozofickému pohledu na prostor, čas a vesmír, veličiny, ve kterých žijeme. Když uvážíme neintuitivní a nesamozřejmou povahu času, tak je pozoruhodné, že v současné době je právě čas hodnotou, kterou dokážeme nejpřesněji změřit. Proto často měříme ostatní veličiny na základě metod využívajících měření času.
Vědecké měření času má historii, která se ztrácí v dávnověku. Například proslulá megalitická stavba Stonehenge zřejmě sloužila mimo jiné jako „kalendář“. Měření času bylo důležité pro zemědělské kultury, aby bylo možné sladit postup zemědělských prací s přírodními cykly. Základem měření času, z kterého vycházely všechny staré kultury a z kterého vyšla i současná věda, jsou pravidelné astronomické cykly. Jde o cyklus střídání dne a noci a také o cyklus ročních období. Pro měření času ve dne se používaly „sluneční hodiny“, které měří čas podle úhlu stínu. Zásadním nedostatkem takového měření času byla závislost na počasí.
Pro měření kratších časových úseků se používala odkapávající voda nebo přesýpací hodiny, které dnes přežívají hlavně jako ikona v operačním systému; naznačují, že bychom měli chvíli počkat, protože počítač provádí nějakou časově náročnou operaci a momentálně nemůže reagovat na naše podněty.
Proslulá megalitická stavba Stonehenge zřejmě sloužila mimo jiné jako „kalendář“. (Foto © pixabay.com.)
Přesné měření času nezávislé na astronomických pozorováních se nám podařilo uskutečnit až v moderní době, ještě ve středověku nebyly naše znalosti a naše technika na dostatečné úrovni. Je to dané tím, že dosáhnout přesnosti srovnatelné s přesností čtyřiadvacetihodinového cyklu je velice obtížné. Jestliže je pro měření vzdálenosti chyba jeden milimetr na jednom metru snadno dosažitelná i tolerovatelná, tak přesnost jedno promile při měření času je již běžně dostupnými prostředky obtížně dosažitelná, ale přitom za jediný den vytvoří odchylku asi jeden a půl minuty.
Trocha matematiky…
„Klasická“ newtonovská věda popisuje fyzikální děje ve čtyřech souřadnicích, které označujeme jako x, y, z, t. Tři rozměry náleží prostoru (x, y, z), čtvrtý rozměr náleží času (t). Prostor a čas jsou zde oddělenými entitami. Pokud známe parametry soustavy a působící síly, jsme schopni vypočítat průběh dějů. Pro složité systémy k tomu potřebujeme velké množství dat a obrovskou „výpočetní sílu“. Klasická newtonovská analýza dynamických systémů nám dovoluje velmi přesně počítat pohyby planet, statiku staveb a dovolila nám posunout naše technologie k nebývalé dokonalosti. S použitím rozsáhlého pozorování a výpočetní síly současných superpočítačů se nám dokonce do značné míry daří na několik dnů dopředu předpovídat vývoj počasí.
Věda se na základě pečlivého zkoumání přírody neustále snaží rozšiřovat a zpřesňovat dosaženou úroveň znalostí. Poznání, že žijeme na povrchu koule, není popřením zkušenosti, že se z našeho pohledu Země jeví víceméně jako rovina. Při běžných výpočtech potřebných například pro stavební plány zakřivení Země nepotřebujeme brát v úvahu.
Podobně věda pomocí „teorie relativity“ zásadním způsobem zpřesnila lidské poznání času a prostoru. I když v principu nejde o složitou věc, obávám se, že dosud není obecným „intelektuálním vlastnictvím“ mas. Zatímco zakřivení povrchu Země můžeme do jisté míry pozorovat například při pohledu na oceán, zakřivení času a prostoru se v rychlostech a vzdálenostech, v nichž žijeme, neprojevuje. Jsme zde odkázáni na měření a pozorování fyzikálních jevů prostřednictvím přístrojů.
Einstein teorii relativity přibližoval pomocí zdánlivých paradoxů vyplývajících z povahy prostoročasu. Jde však o logicky dokonalý systém, kde do sebe všechno zapadá. Jedním z aspektů „relativity“ je, že nelze rozhodnout, která souřadnicová soustava je „správná“, tedy ani komu čas běží „správnou“ rychlostí. Připomeňme si známý „paradox dvojčat“. Pokud se jedno z dvojčat vydá na výpravu do vesmíru, během níž bude cestovat relativistickými rychlostmi, poběží mu z našeho hlediska čas pomaleji, takže bude po návratu mladší. Ovšem z hlediska dvojčete, které vyrazilo do vesmíru, se pohybuje Země, takže v jeho souřadném systému čas poběží pomaleji dvojčeti žijícímu na Zemi! Přesto bude cestující dvojče po svém návratu na Zem i ze svého hlediska mladší. Při zrychlování a zpomalování se totiž přesunuje do jiné souřadnicové soustavy a při tom z jeho hlediska probíhají na Zemi děje rychleji. Nejde o recept na dlouhověkost, subjektivně se cestujícímu dvojčeti život neprodlouží.
Samotný pojem „relativita“ je z hlediska běžného chápání nešťastný, protože zde nejde o nějakou „relativizaci“, ale o relativitu ve smyslu „relací“, tedy fyzikálních časo-prostorově-energetických vztahů. V einsteinovském pojetí speciální teorie relativity existuje „časoprostor“ v souřadnicích x, y, z, t. Vesmír existuje jako nesmírný čtyřrozměrný předmět, jako „panoramatický film“, který se různým pozorovatelům promítá odlišným způsobem. Pro správné pochopení si musíme vysvětlit, jak se matematicky určuje vzdálenost mezi dvěma body v trojrozměrném prostoru, v kartézské soustavě. Jestliže bod 1 má souřadnice x1, y1, z1 a bod 2 souřadnice x2, y2, z2, tak prostorová vzdálenost mezi těmito dvěma body je odmocnina z čtverců rozdílů souřadnic, tj.:
d = [(x1 – x2)2 + (y1 – y2)2 + (z1 – z2)½].
Vypadá to složitě, ale jde o prostou aplikaci Pythagorova zákona, o odmocninu ze součtu čtverců nad odvěsnami trojúhelníků. Z typografických důvodů zde nahrazujeme odmocninu umocněním na jednu polovinu.
Pokud měří vzdálenost mezi stejnými dvěma body jiný pozorovatel, který má posunutý, jinak natočený systém souřadnic, má z jeho hlediska bod 1 souřadnice xx1, yy1, zz1 a bod 2 souřadnice xx2, yy2, zz2. Druhý pozorovatel určí vzdálenost jako:
dd = [(xx1 – xx2)2 + (yy1 – yy2)2 + (zz1 – zz2)2]½. Pokud budou oba pozorovatelé měřit správně, změří mezi těmito body stejnou vzdálenost:
d = dd.
Pokud se pozorovatelé pohybují rychlostmi srovnatelnými s rychlostí světla, projeví se ve směru pohybu kontrakce délky, takže tato rovnice přestane platit.
Einstein však dokázal platnost jiné rovnice, totiž zachování časoprostorové vzdálenosti. Když tedy budeme mít dva body v časoprostoru (tj. dvě události) v souřadnicích x, y, z, t a xx, yy, zz, tt, pak bude platit:
[(x1 – x2)2 + (y1 – y2)2 + (z1 – z2)2 + (c ∙ t1 – c ∙ t2)]½
= [(xx1 – xx2)2 + (yy1 – yy2)2 + (zz1 – zz2)2 + (c ∙ tt1 – c ∙ tt2)]½.
Časy jsme vynásobili rychlostí světla c a tím jsme je převedli na vzdálenosti; nepracujeme tedy se sekundami, ale se „světelnými sekundami“. Pokud různí pozorovatelé správně pozorují dvě stejné události, pak mezi těmito událostmi změří stejnou časoprostorovou vzdálenost. Nezáleží tedy na volbě souřadnicového systému (jak jsou orientovány osy x, y, z) ani na tom, jak rychle se daný pozorovatel pohybuje.
„Einstein teorii relativity přibližoval pomocí zdánlivých paradoxů vyplývajících z povahy prostoročasu.“ (Foto © pixabay.com.)
Pozoruhodnou vlastností základních fyzikálních rovnic je, že jsou symetrické. Když v nich budeme „prohazovat“ souřadnice x, y, z a c ∙ t, tak se nezmění. Zaměnitelnost x, y, z je samozřejmá, fyzikální zákony platí ve všech směrech stejně. Z hlediska těchto rovnic však neexistuje například ani rozdíl mezi x a t, tedy mezi časem a prostorem! To se ve speciální teorii relativity projevuje „natáčením“ času do prostoru a naopak, které se nám jeví jako známá kontrakce délky a dilatace času. Dokonce ani nevíme, proč běží čas tak, jak běží. V základních fyzikálních zákonech není čas oddělenou, privilegovanou entitou. Například podle Richarda Feynmana je možné, že náš čas běží „ve směru růstu entropie“. Jiným jeho postřehem je, že všechny základní fyzikální zákony, které jsme dosud objevili, jsou z matematického hlediska krásné.
Hmota se skládá z atomů, ty však nejsou nedělitelné, vše je nejen v neustálém pohybu a proměně, všechno plyne, všechno se mění, moderní fyzik může společně s Herakleitem zvolat „panta rhei“. Vše, co je zdánlivě pevné a stálé, je tvořeno neustálým pohybem. Z hlediska moderní fyziky jsou objekty světa podobně „pevné a stabilní“ jako víry na vodě. Za tím vším existuje na pozadí princip zachování energie, princip zachování proměny, velmi dokonalý, inteligentní a moudrý vesmírný zákon. Herakleitovo Logos (Slovo, ale také Zákon), které se záhadně propracovalo až do Janova evangelia.
Text byl uveřejněn v časopise Tvůrčí život 2024/5.
