aneb od Aristotela k Newtonovi
Antické představy prostoru a času. Newtonův absolutní prostor a čas. Prostor a čas v klasické a moderní filosofii.
Viz též:
- Jak jsou definovány základní fyzikální veličiny?
(J. Langer, WWW ÚTF, leden 1999) - Timaeus
(Platon, Státní nakl. filosofické lit., Atény, dávno
)
Newton položil základy pro dnešní chápání prostoru, času a inercie. Zdravý rozum novověku se s tímto chápáním natolik ztotožnil, že odhalení, že svět není přesně newtonovský, způsobilo doslova zemětřesení nejen ve fyzice, ale i filosofii.
Nový pohled na prostor a čas -- speciální teorie relativity -- neznamenal pouze změnu fyzikální teorie, znamenal i změnu našeho chápání role fyzikálních teorií. Namísto jedné jediné správné fyzikální teorie se otevřel prostor pro soutěžení několika alternativních a doplňujících se modelů, jejichž kvalita je prokazována pouze jejich předpovědní a vysvětlovací sílou.
Ve fyzikální rovině znamená speciální teorie relativity změnu chápání prostoru a času. Tyto pojmy se propojují v modelu Minkowského prostoročasu, založeného na ekvivalenci inerciálních pozorovatelů a konečné maximální rychlosti šíření signálu.
V tomto semináři si povíme jak o filosofických dopadech speciální teorie relativity, tak o samotné proměně našeho vidění prostoru a času. Pokusíme se ukázat, že speciální teorie relativity nestojí jen na složitých rovnicích, nýbrž hlavně na novém chápání některých elementárních fyzikálních veličin.
Speciální teorie relativity spojuje vlastnosti prostoru a času, v jejím rámci však nelze vysvětlit gravitaci. Ukazuje se, že univerzalita gravitačního působení přiřazuje této interakci výjimečné místo. Gravitaci lze vysvětlit jako pokřivení prostoru a času. Kantovský ideální prostor a čas se tak definitivně vytrácí a místo toho nalézáme fyzikální entitu s měřitelnými a ovlivňovatelnými vlastnostmi. Prostoročas již není pasívním jevištěm pro ostatní fyzikální teorie -- v obecné teorii relativity se sám zapojuje do hry.
Původ směru času
První část semináře naváže na předchozí seminář Gravitace - vlastnost prostoru a času. Zde jsme se dozvěděli, že gravitační působění lze popsat zakřivěním prostoročasu (pohyb tělesa pouze pod vlivem gravitace se odehrává po nejpřímější dráze v zakřiveném prostoročase).
Vedle otázky působení prostoročasu na hmotu se obecná teorie relativity zabývá i opačným problémem. Jaké zakřivení způsobí dané rozložení hmoty? Naznačíme si, jakou odpověď na tuto otázku dávají Einsteinovy gravitační rovnice.
V této souvislosti si pokusíme i vyjasnit, co vlastně nazýváme hmotou a co nás k tomu opravňuje.
V druhé půli části semináře se zaměříme na otázku směru toku času. Probereme si několik základních šipek času - procesů asymetrických v čase - a pokusíme si vyjasnit, jak mohou časově symetrické lokální zákony vést k pozorované asymetrii.
V závěru si dokumentujeme, že v určitém fyzikálním modelu by mohly vedle sebe existovat systémy s opačně plynoucím časem.
aneb prostor jako ementál
Obecná teorie relativity nejen že předpovídá, jak prostor a čas ovlivňuje pohyb hmoty, ale i jak rozložení hmoty mění prostor a čas. To přímo vybízí k tomu, abychom si s prostoročasem pohráli a zkoumali, co vše s ním lze provést.
Ukazuje se, že struktura prostoročasu může být velmi složitá. Ať už se jedná o černé díry, ze kterých není návratu, ale ze kterých někdy lze utéci do jiného vesmíru, či o červí díry provrtávající prostor jako ementál. A od červích děr je jen kousek k cestování do minulosti. Nebo máte depresi z dlouhých mezihvězdných letů? Proč nepoužít warpový pohon a za pár sekund jste v sousední galaxii, přičemž ručička tachometru se ani nepohne z místa.
Za vše lákavé a přitažlivé se však většinou něčím platí a ne vše si příroda nechá líbit. O těchto možnostech a omezeních si povíme v tomto semináři.
Obecná teorie relativity je výjimečná v jednom aspektu -- předpovídá svoje hranice. V rámci obecné teorie relativity lze předpovědět existenci tzv. singularit -- oblastí, kde sama teorie přestává platit. Tento fakt znamená, že naše teorie gravitace není úplná. Potřebujeme lepší zákony ošetřující chování hmoty a prostoročasu v blízkosti singularit. A je zřejmé, že právě zde začnou hrát roli kvantové vlastnosti samotného prostoročasu.
Vytvořit fungující teorii kvantové gravitace není však snadné. Zdá se totiž, že se nutně bude jednat o teorii sjednocující všechny známé interakce. V současnosti existuje mnoho názorů na to, jak bude vypadat takováto finální teorie.
V tomto semináři uslyšíme některé z těchto názorů. V rámci diskuse mezi několika odborníky si povíme o tom jakými cestami se teoretická fyzika k sjednocující teorii ubírá, o úskalích na těchto cestách, a dalších perspektivách.