Čas neexistuje

Úvodem

Kolikrát jste v životě četli podobný titulek? Nebo jste nad tím sami přemýšleli? Jak je to tedy s tím časem? Existuje nebo neexistuje? A lze ním cestovat? I do minulosti? Co je to časoprostor a jak vypadá ten čtvrtý rozměr, ve kterém podle Einsteina všichni žijeme? Co je uvnitř černé díry? Tento text se pokusí odpovědět (nebo odpoví?) na některé otázky, nad kterými mnoho současných i minulých vědců bádá. Možná, že pravda je mnohem jednodušší, než by se mohlo zdát. Anebo si o tom alespoň popovídáme.

Myšlenkový experiment – prsty utíkají hlavě

Dlouhou dobu mě trápila myšlenka, jak je to ve vesmíru zařízené, když (pokud) platí některé věci vycházející z Einsteinovy teorie relativity. Z obecné teorie relativity a z ní všeobecně uznávaných názorů totiž vyplývá, že hmota zakřivuje časoprostor a čím vyšší je její hmotnost, tím více se časoprostor kolem ní zakřivuje. Prostor a čas jsou propojené a zakřivují se společně. Pokud jste to ještě neslyšeli, pak vězte, že toto tvrzení přímo vyplývá z teorie relativity. Mimo jiné z toho vyplývá, že po uplynutí určité doby budou atomové hodiny na povrchu měsíce ukazovat jiný čas než hodiny na povrchu země. Představme si, že bych byl schopný sestavit miniaturní, atomové hodiny. Vyrobil bych takové dvoje. Jedny bych implantoval pod nehet na konci mé ruky a druhé bych vložil do středu mé hlavy. Zároveň bych se nacházel někde ve vesmíru, daleko od jiných hmotných objektů, planet apod, které by tento experiment ovlivňovaly. Dalším předpokladem je, že hlava je hmotnější než prst, a proto její hmota bude způsobovat větší gravitaci. Podle obecné teorie relativity by čas na hodinách v mém prstu předběhl čas, změřený hodinami v mé hlavě. A v konečném důsledku, by dvoje hodiny umístěné kdekoliv v mém těle, musely dříve nebo později ukazovat rozdílný čas. Jak je to tedy zařízeno, když čas plyne jinak podstatě v každé části mého těla? Jak je možné, že různé částice mého těla spolu interagují, přestože mají jiný čas? Co zařídí, že držím pohromadě v rámci „časoprostoru“? Neměl bych se na základě toho všeho rozpadnout na prvočástice? A když bych se chtěl vrátit zpět do minulosti o „jednu sekundu“, co to vůbec znamená? Na makro úrovni je v podstatě každému jasné, co znamená jedna sekunda, ovšem na úrovni oněch atomových hodin v mém těle bych musel provést návrat každé částice o jiný „čas“ (i prostor).

Co je to čas?

Z historie máme minimálně dva pohledy na to, co je to čas:

1. Newtonův pohled na čas:
   • Absolutní čas: Newton považoval čas za absolutní, nezávislý na pozorovateli a prostředí. V jeho pojímání byl čas konstantní a univerzální, plynul stejně pro všechny bez ohledu na jejich pohyb nebo gravitační pole.
   • Neměnný a lineární: Newtonův čas je konstantní a nezměněný, nepodléhá žádným vnějším vlivům.
2. Einsteinův pohled na čas (v rámci teorie relativity):
   • Relativní čas: V Einsteinově teorii relativity se čas stává relativním. To znamená, že měření času závisí na pohybu pozorovatele a na gravitačním poli. Tento jev je známý jako časová dilatace.
   • Časoprostorové kontinuum: Einstein spojil čas s prostorem, vytvářející čtyřrozměrné časoprostorové kontinuum. V tomto kontinuu se čas a prostor navzájem ovlivňují.
   • Gravitace a čas: Podle obecné teorie relativity gravitace ovlivňuje tok času. Čím silnější je gravitační pole, tím více je čas zpomalován.

Pojďme se nyní podívat na celý problém ještě dalším pohledem. Pochopení tohoto úhlu pohledu je zcela zásadní pro porozumění následujícího textu. Shrneme si některé základní premisy, týkající se toho, co nazýváme a jak jako lidé vnímáme čas a věci s tím spojené:

1. Všichni zažíváme a vnímáme nějaké „teď“ – jedná se o okamžik, nebo řekněme snímek, celého vesmíru, nebo klidně všech vesmírů (nebo úplně všeho), který je daný právě tím jedním okamžikem, zvaným „teď“ (současnost).
2. Je pravděpodobné, že taková „teď“ (z bodu 1.) probíhala předtím (minulost) a budou i potom (budoucnost).
3. Čas podle Newtona je absolutní, neměnný a lineární.
4. Čas podle Einsteina je relativní, spolu s prostorem tvoří takzvaný časoprostor a je ovlivňován gravitací.

Máte s některou z těchto premis problém? Pak zkuste alespoň na chvilku připustit, že by to mohla být pravda. Třeba jen pro účely tohoto textu.

Co lze z těchto premis vyvodit?

Pokud to, co plyne z bodu a. chceme nazývat časem, pak si musíme uvědomit, že existují dva časy. První podle bodu a. a druhý, podle bodu b.. Nemůže se jednat o stejnou „věc“ už díky tomu, že to první měřit nejde zatímco to druhé měřit jde a umíme (hodinami).

Abychom věděli o kterém z těchto dvou časů se budeme dále bavit, zavedeme si pro čas z bodu a. pojmenování nad-čas a čas podle bodu b. budeme dále označovat termínem čas nebo také relativní čas.

Existuje (relativní) čas?

Na základě různých pozorování a experimentů víme, že Einsteinova definice času je ta „správnější“ (než Newtonova), ovšem pro změnu zde vyvstalo několik dalších otázek, kterými se Newton nemusel zabývat. Například: je možné cestovat časem a lze to i do minulosti? Ale odpovědi na tuto otázku se budu věnovat trochu později. Nyní se podíváme na to, jestli ten (relativní) čas skutečně existuje.

Ať už se bavíme o čase podle Newtona nebo Einsteina, vždy se bavíme o jednotkách, jako jsou sekundy, minuty, dny, roky, … A jaká je definice každé této jednotky? Ať už se jedná o oběhnutí naší planety kolem slunce (rok), nebo 9 192 631 770 oscilací atomu cesia (sekunda), tak si všimněte, že definicí jednotky času je vždy pohyb. Fyzika nám říká, že pohyb je, když se poloha něčeho mění v čase. Ovšem pokud je čas definicí pohybu, pak se dostáváme do začarovaného kruhu. Stejně, jako u otázky, zda bylo první vejce, nebo slepice. Nebo tomu tak není? A byl tedy první pohyb nebo čas? Tady je situace a odpověď mnohem jednodušší, než u té slepice. Samozřejmě, že první byl pohyb. Musel být. Čas je něco, co vymyslel člověk a „vznikl“ teprve následně z pohybu, nikoliv naopak.

Nevěříte?
Pokud je sekunda definována jako určitý počet oscilací (změn) atomu cesia, pak je to přesně v té definici řečeno. Pohyb (atomu) definuje sekundu, tedy jednotku času, tedy čas. Ukažte mi jakýkoliv zdroj informací, kdy je jednotka času definována jinak, než pohybem (čehokoliv). Neexistuje! Čas se vždy odvozuje z pohybu.

Z toho tedy vyplývá, že to není čas, co určuje pohyb, ale přesně naopak. A zároveň to znamená, že čas, tak jak ho interpretuje Einstein ve své teorii relativity, neexistuje! A ani ten Newtonův. Oba jejich časy, přestože se na první pohled můžou zdát rozdílné, jsou vlastně definovány naprosto stejně. Vždy je to jen a pouze pohyb.

Space-time -> Space-motion

Pokud je čas vlastně jen pohyb, můžeme se dále bavit o časo-prostoru? Neměli bychom se bavit o pohybo-prostoru? Když se podíváme na definici jedné sekundy, pak ta je definována jako 9 192 631 770 kmitů atomů cesia. Pokud (a různé pokusy to stále dokazují) měl Einstein s jeho teorií relativity pravdu, pak to, co je z jeho teorie relativní, není čas, ale pohyb! To znamená, že pro různé pozorovatele bude plynout pohyb různých těles (nebo částic) různě. Čili, různý bude počet kmitů částic, z nichž jsou tato tělesa složená. Můžeme říct, že bude jinak plynout jejich stárnutí – a to je přesně to, co je relativní. Relativní je tedy pohyb částic prostorem. Opravdu bychom se tedy neměli bavit o časoprostoru, ale spíše o pohyboprostoru „space-motion“. Nebo je to ještě jinak?

Space-motion -> Space

Podle Einsteina, gravitace zakřivuje časoprostor a díky tomu dochází ke gravitační dilataci času. Gravitace ovšem neovlivňuje čas, ale pohyb – protože, jak jsme si řekli, čas = pohyb. Je-li to ovšem pohyb a ne čas, pak se může deformovat (zakřivovat) pouze prostor, jehož zakřivení ovlivňuje pohyb v něm. A protože pohyb=čas, pak nedochází k dilataci času, ale pouze k zakřivení prostoru, na jehož základě je ovlivněn pohyb. Změní-li se vzdálenost prostoru, mělo by to mít také vliv na počet kmitů, které se v tomto změněném prostoru provedou. Máme se tedy bavit o pohyboprostoru? Vzhledem k tomu, že pohyb se děje v prostoru a pohyb sám o sobě tento prostor nijak nerozšiřuje, ani jinak nemění, měli bychom se bavit pouze o prostoru „space“.

Černá díra

Zajímavé konsekvence z výše uvedeného mimo jiné vyplývají i pro objekty, označované jako černé díry. Černá díra je pouze část prostoru, ve kterém je délka velmi zkrácena a to tak, že je počet tiků atomů pro pozorovatele tak malý, že to vypadá, jako by se zastavil. A možná se i zastavil. Ovšem není třeba se trápit časem v takovém prostoru, protože by došlo akorát k tomu, že tik atomu v atomových hodinách (pro pozorovatele) bude trvat velmi dlouho, nebo k němu nikdy nedojde. Nic víc, nic míň.

Cestování časem

Díky faktu, že (relativní) čas neexistuje, můžeme jednoznačně prohlásit, že ním ani nelze cestovat. A to ani zpátky. Zároveň, když si uvědomíme, že „vážněji“ se o cestování časem začalo uvažovat až po všeobecném přijetí teorie relativity, pak od něj nyní na základě tohoto textu můžeme v klidu upustit. Ve skutečnosti lze totiž pouze zpomalit anebo zrychlit proces stárnutí (pohyb částic) vůči různým pozorovatelům. Cestování časem (do minulosti) je možná dobré pro sci-fi literaturu, kde si s detaily moc hlavu lámat nemusí. „Cestování časem“ do minulosti je tudíž neproveditelné (a ani nedává smysl) a čekání Stephena Hawkinga na návštěvníky jeho večírku pro cestovatele časem bylo zbytečné.

Závěr

Existují různé definice pro jednotky času a člověk se na nich postupně stal závislý. Asi si neumíme představit život bez času (sekund, hodin, dnů, …). Cílem této úvahy proto není to, abychom přestali jako lidé používat něco, co je dlouhodobě celospolečensky přijato a víceméně to funguje. Cílem bylo poukázat na opomíjený fakt, že je zbytečné se bavit o věcech, jako je čas nebo dokonce časoprostor na fundamentální úrovni fyziky.

Vyplývá z toho také, že vlastně nevíme, jak čas správně definovat. Takový čas, se kterým my, lidé, můžeme spolehlivě pracovat. Existuje něco, čemu můžeme říkat „teď“ a lze říct, že něco bude potom a něco také bylo předtím. Nelze se tam ovšem vrátit, ať už jakkoliv.

Celá „průlomová“ myšlenka (kterou jsem se zde snažil zachytit) je, že jsem si uvědomil, že čas je definován pohybem, nikoliv naopak a že vlastně existují dva časy – jeden Einsteinův/Newtonův – tím se zabývá tento text a pak druhý, řekněme intuitivní (nad-čas) který plyne z toho, že něco bylo, něco je a něco taky bude. Ten Einsteinův, používaný v teorii relativity, který se zakřivuje s prostorem, tak takový čas neexistuje.

Pro potřeby fyziky by bylo třeba definovat, co je to onen nad-čas. Třeba na základě kvantové mechaniky? A jistěže pro účely všeobecné fyziky budeme dál časovou veličinu používat. Nemusíte se ani bát, ale Slunce zítra zase vyjde.

Autorem tohoto textu je Jaroslav Buček. Tento text byl sepsán na základě jeho myšlenek v průběhu roku 2023 a byl zveřejněn 14. prosince 2023. Všimněte si, že záměrně uvádím pouze datum, nikoliv čas 😉

Citace, kopie a překlady tohoto textu jsou možné pouze se souhlasem autora.

Obrázky byly vygenerovány pomocí nástroje DALL·E a mají pouze ilustrativní charakter.