(c) Graphicstock

Stephen Hawking a 3 šipky času

Odkud vlastně pramení rozdíl mezi minulostí a budoucností? Proč si pamatujeme události minulé, a ne budoucí?
Zákony vědy nedělají žádný rozdíl mezi minulostí a budoucností. Přesněji jsme to vyjádřili v páté kapitole: vědecké zákony se nemění při provedení tří současných operací, symetrií C, P a T, kde C znamená záměnu částic antičásticemi, P je zrcadlení – záměna levé ruky za pravou, a T označuje otočení směru pohybu všech částic, což má stejný výsledek, jako když začneme pohyb sledovat v čase pozpátku. Za normálních okolností jsou zákony vědy, které řídí pohyb hmoty, neměnné také při samostatných operacích C a P. Jinými slovy – život by se odvíjel stejným způsobem pro pozorovatele na cizí planetě, kteří by byli naším zrcadlovým obrazem a celí by byli stvořeni z antihmoty.
Jestliže se za všech obvyklých okolností zákony nemění při operacích C a P a – jak víme – ani při současné záměně CPT, musí být neměnné rovněž vůči samotné operaci T. Přesto v běžném životě přetrvává velký rozdíl mezi pohybem dopředu a zpětným pohybem v reálném čase. Představte si třeba šálek vody, který spadne ze stolu na podlahu a rozbije se. Zaznamenáte-li pád na film, snadno při promítání rozhodnete, zda film běží dopředu či nazpět. Při promítání v obráceném směru totiž uvidíte, jak se střepy na zemi spojují a celý šálek pak vyskakuje na stůl. Takto se hrnky nikdy nechovají; kdyby tomu tak bylo, přišly by továrny na nádobí o práci. Chování šálků i všeho ostatního v našem světě se obvykle vysvětluje tím, že samovolné spojování rozbitých hrnečků je v rozporu s druhou větou termodynamiky. Podle ní v každém uzavřeném systému neuspořádanost či entropie s časem vždy vzrůstá. Jde o jistou modifikaci Murphyho zákona o věcech, které tvrdošíjně
spějí k horšímu konci. Neporušený šálek na stole představuje vysoce uspořádaný stav, ale když leží rozlámaný na zemi, je to stav neuspořádaný. Z celkového množství všech možných stavů částic, které tvoří šálek, je neuspořádaných stavů naprostá většina; uspořádaný stav je proto velmi nepravděpodobný – má nízkou entropii. Od celého šálku k rozbitému se dostaneme okamžitě, ale obráceně to tak snadné není.
Nárůst neuspořádanosti s časem je příkladem toho, čemu říkáme šipka času – rozlišuje minulost od budoucnosti, určuje směr času. Můžeme rozlišit přinejmenším tři různé šipky času. Kromě termodynamické šipky času, v jejímž směru narůstá neuspořádanost, existuje psychologická šipka času, tedy směr, daný tím, že si pamatujeme minulost, ne však budoucnost. Je zde také kosmologická šipka času, která je definována směrem, v němž se vesmír rozpíná.
V této kapitole bych chtěl shrnout argumenty, podle kterých může podmínka neexistence hranice vesmíru společně se slabým antropickým principem vysvětlit, proč všechny tři šipky míří v jednom směru a navíc proč smysluplná šipka času vůbec existuje. Povšimneme si, že psychologická šipka je patrně určena termodynamickou šipkou a že obě mají nutně týž směr. Předpokládáme-li neexistenci hranice vesmíru, zjistíme, že musí existovat dobře definovaná termodynamická a kosmologická šipka času, ale jejich směry nesouhlasí po celou historii vesmíru. Zdá se, že pouze v období rozpínání, kdy jsou směry obou šipek souhlasné, panují vhodné podmínky pro vývoj rozumných bytostí.
Nejprve se věnujme termodynamické šipce času. Druhá termodynamická věta je důsledkem skutečnosti, že neuspořádaných stavů je mnohem více než těch uspořádaných. Vezměme například hlavolam v podobě skládačky z mnoha dílů. Pouze jediná poloha nám dá úplný obrázek, zatímco při všech ostatních jsou díly neurovnané a nedávají smysl.
Představme si, že z nějakého důvodu je systém na počátku svého vývoje v jednom z mála uspořádaných stavů. S postupem času se systém vyvíjí v souhlasu se zákony vědy a jeho stav se mění. V následujících okamžicích se s největší pravděpodobností dostane do některého z neuspořádaných stavů, jejichž počet převyšuje počet stavů uspořádaných.
V systému, jehož počáteční podmínky vyjadřují vysokou uspořádanost, má neuspořádanost sklon narůstat. Nechť jsou tedy kousky skládačky v uspořádaném stavu složeny v nějaké krabici a tvoří obrázek. Jestliže krabicí zatřepete, díly se posunou a původní obraz patrně zanikne. Některé části možná zůstanou zachovány, ale čím více krabicí třepete, tím je pravděpodobnější, že i ty se rozpadnou a jednotlivé kousky se docela pomíchají. Jestliže se tedy obrazec začal vyvíjet ze stavu s vysokou uspořádaností, bude se jeho neuspořádanost zvětšovat.
Připusťme na chvíli, že Bůh rozhodl, že vesmír má ve velmi uspořádaném stavu skončit, ale přitom nezáleží na tom, z jakého stavu vyšel. V tom případě bude zpočátku nejspíš v některém z neuspořádaných stavů. To znamená, že by neuspořádanost měla postupně klesat. Viděli bychom střepy, jak se skládají dohromady a vyskakují nám na stoly v podobě hrnků. Lidé by žili ve vesmíru s klesající neuspořádaností. Domnívám se, že jejich psychologická šipka času by mířila obráceně než směr kosmického vývoje. To znamená, že by si pamatovali budoucí události, ne však události, které se odehrály v jejich minulosti. Nad rozlámaným šálkem by si pamatovali, jak byl na stole, ale když pak je šálek na stole, nepamatovali by si ho rozbitý.
Je obtížné hovořit o lidské paměti, když nerozumíme přesně všem funkcím mozku. Známe však do podrobností, jak pracuje paměť počítačů. Podívejme se proto nejprve na jejich psychologickou šipku. Myslím, že je odůvodněné předpokládat, že šipky času lidí i počítačů mají souhlasný směr. Kdyby tomu tak nebylo, mohli by někteří šikovní makléři neobyčejně úspěšně podnikat na burze s pomocí počítače, v jehož paměti by byly uloženy zítřejší ceny.
Počítačová paměť je v principu složena z velkého množství prvků, které se mohou nacházet ve dvou stavech. Jednoduchým příkladem takové paměti je dětské počítadlo. Bývá vyrobeno z několika drátů a na každém jsou navlečeny korálky, které lze přesouvat z jednoho konce na druhý. Dejme tomu, že korálky jsou zpočátku rozmístěny náhodně. Poté, co se paměť dostane do interakce se systémem, jehož stav si má zapamatovat, ustálí se její prvky v jednom z možných stavů v závislosti na stavu systému. Paměť tím přejde z neuspořádaného stavu do stavu uspořádaného. Před záznamem další informace se předchozí obsah paměti musí zase vymazat. K překlápění paměťových prvků do správné polohy je však třeba vynaložit určité množství energie (k posunutí
nebo k napájení počítače, abychom uvedli konkrétní příklad). Část této energie se rozptýlí v podobě tepla a zvýší neuspořádanost okolního vesmíru. Lze ukázat, že tento přírůstek neuspořádanosti vždy převáží nad nárůstem uspořádanosti samotné paměti. V důsledku toho teplo, které během záznamu do paměti vyhání větrák z počítače ven, způsobuje, že se míra neuspořádanosti vesmíru neustále zvyšuje. Směr času, podle něhož počítače zaznamenávají údaje, souhlasí se směrem, v němž neuspořádanosti přibývá.
Myslím, že náš subjektivní pojem času, psychologická šipka času, je v lidském mozku rovněž určen termodynamickou šipkou. Tak jako počítače si pamatujeme události v pořadí daném narůstající entropií. Tím se ovšem stává druhá věta termodynamiky téměř trivialitou: neuspořádanost vzrůstá s časem proto, že čas měříme právě ve směru narůstající neuspořádanosti.
Proč by však termodynamická šipka času měla vlastně existovat? Nebo jinými slovy – proč by měl být vesmír ve stavu vysoké uspořádanosti na jednom konci času, na tom konci, jemuž říkáme minulost? Proč není trvale ve stavu naprosté neuspořádanosti? Vždyť by se to nakonec mohlo zdát nejpravděpodobnější. A proč je směr času, ve kterém vzrůstá neuspořádanost, totožný se směrem, v němž se rozpíná vesmír?

(pokračování: Šipka času v kolabujícím vesmíru)

Tento text je úryvkem z knihy
Stephen Hawking: Stručná historie času
nové vydání Argo a Dokořán 2019
O knize na stránkách vydavatele

obalka_knihy

Čtyři čtverce a tři trojmoce

Experimenty vedly několik matematiků k domněnce, že každé celé číslo je součtem čtyř celočíselných trojmocí. …

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close