Jak zastavit fyzikální čas

Když mluvíme o tom, že čas stojí, představujeme si to tak, že stojí nejen hodiny a to všechny hodiny, ale že se kolem nehýbe vůbec nic, tedy že se všechny pohyby zastavily. Ukažme si, jak je možné toho dosáhnout.

Začneme úvahy tím, že se nejdříve pokusíme zastavit jedny hodiny a poté všechny hodiny. Neprotestujte, že zastavení hodin není zastavení veškerého pohybu. K tomu se dostaneme, jen postupujeme po jednoduchých krocích.

Začneme u těch nejpřirozenějších hodin, hodin slunečních. Rotace Země a oběh Země kolem Slunce jsou ty pohyby, které odpradávna řídily lidský život a promítají se do rytmu spánku (dokonce v podobě vnitřních tzv. biologických hodin) a do zemědělských cyklů. To jsou pohyby, které vedly ke vzniku slunečních hodin (rotace Země) a zvláštních slunečních hodin pro celý rok, třeba v podobě Stonehenge. Pro jednoduchost se ale zaměříme na obvyklé sluneční hodiny, které určují čas v rámci bílého dne.

Jak se zastavují sluneční hodiny? To je vezmeme třeba do letadla. Řekněme, že vystartujeme například v 11:00 a letíme tak, abychom byli stále přesně nad tím místem za Zemi, kde by stín ukazoval právě 11:00. Vlastně to znamená, že se poloha letadla nemění vzhledem ke Slunci, ale Země se pod letadlem otáčí. (Mimochodem, to letadlo by muselo letět rychlostí 1674 km/h, což už je nadzvuková rychlost 1,37 Machu.) Samozřejmě to můžeme udělat i tak, že budeme sluneční hodiny na Zemi otáčet tak, aby byly stále ve stejné poloze vzhledem ke Slunci. Když se bude blížit noc, tak nám Země zabrání vidět Slunce, ale můžeme si představit, že je Země průhledná.

Jak však zastavit ne jedny, ale všechny sluneční hodiny, tedy udělat krok dvě? To nám zbývá jediné. Zastavit rotaci Země, na které jsou všechny sluneční hodiny. Vždy tedy zastavujeme sluneční hodiny tak, že zastavíme jejich rotaci (vůči Slunci). Zastavíme-li rotaci Země a s ní rotaci všech slunečních hodin na ní, zastavili jsme pro Zemi sluneční čas. Ba co víc, kdybychom Zemi dali opačnou rotaci, běžel by sluneční čas pozpátku.

Sluneční čas ale není pravý čas, namítnete. Zkusme si ale na chvíli představit, že naše možnosti vnímání jsou omezeny pouze na Zem a to na zrakové vnímání. A na Zemi jsou pouze optické procesy, které si můžeme představit tak, že je tak celý povrch Země pevný, nehybný a to například ze skla a atmosféra neexistuje. Nemáme také žádné vlastní zdroje světla. Pak když se Země nebude otáčet a svit Slunce bude absolutně stálý, budou se paprsky sice všemožně lámat a odrážet, dělat libovolné optické efekty, ale stejně nikdo neuvidí žádný pohyb. Bude to nehybné království, kde se zastavil sluneční čas. Jasně, že normální čas stále běží, nesvětelné pohybu stále probíhají, například na Zemi může dopadnout meteorit. Stojí jen námi uměle vybraný druh pohybů. Ale zastavení tohoto uměle omezeného času, zatímco čas mimo toto omezení stále běží dál, si pamatujme, brzy se nám bude hodit.

Vyberme si teď jiný typ hodin, třeba hodiny přesýpací. Jejich podstata je v tom, že měří, kolik zrnek písku projde jejich zúžením. Baňky na koncích onoho zúžení jsou jen hrubá počitadla zrnek písku. Když si představíme, že zúžená trubice mezi baňkami je velmi, velmi dlouhá, a to tak, až ty baňky nevidíme, nicméně máme čidlo, které je schopno počítat počet zrnek, který kolem nás "proplul", je nám princip těchto hodin jasný.

A snadno pak vymyslíme, jak chod takových hodin zastavit. Musíme se pohybovat tak, jak se pohybují ta zrnka. To znamená, padat spolu s nimi v gravitačním poli. A opět, mějme rovnoměrné gravitační pole, u něhož konce nedohlédneme (tedy žádný tvrdý dopad na Zem nehrozí) a v němž padáme spolu se zrnky písku (trubice už ani není třeba). Je to přesně totéž, jako kdyby všechna zrnka stála na místě a byla nehybná. (To je mimochodem princip ekvivalence, na kterém Albert Einstein založil obecnou teorii relativity.) Všechny písečné hodiny stojí. Samozřejmě můžeme zrnka písku nahradit libovolnými objekty, které padají spolu s námi. Padáme-li zcela stejně, můžeme tvrdit, že všechny (gravitační) hodiny stojí. A budou-li všechny procesy, které uvidíme, jen pádem v tomto poli, budou všechny procesy hodinami a tedy budou všechny procesy zastaveny. Zastaví se tak gravitační čas. Dokonce, kdybychom padali rychleji, přesně s větším zrychlením, dosáhli bychom otočení směru tohoto gravitačního času, když budeme omezeni na pozorování jen těchto gravitačních procesů a jiné nebudeme mít pro srovnání k dispozici.

Zatím jsme vždy k zastavení "všech" pohybů museli výběr pohybů uměle omezit. Zastavovali jsme vždy jen všechny pohyby určitého druhu. Teď se ale pokusíme zastavit pohyby úplně všechny. Překvapivě toho dosáhneme tak, že subjektivní omezení typu pohybů (my jsme rozhodli, který omezený typ pohybů budeme sledovat) zaměníme objektivním omezením typů pohybů. Teď tedy necháme omezení na přírodě, budeme zkoumat oblast, která se jeví tak, že to není žádný výběr nějakého druhu pohybu, ale že jsou to všechny pohyby. Jak už jsme si ale v našich předešlých myšlenkových pokusech naznačili, stačí když je čímsi náš pohled limitován, my tedy vidíme pouze část pohybů, vybraných podle určitého klíče a v rámci tohoto omezeného pohledu získáme dojem, že čas se zastavil, protože se zastavily všechny pohyby, které vnímáme. Když budeme omezení takové, že o něm nevíme, zastaví se pro nás SKUTEČNĚ úplně VŠECHNY pohyby a tedy se zastaví fyzikální ČAS.

Hezkým příkladem tohoto tzv. neviditelného fenomenologického vězení může být vlak. Představme si, že jsme se narodili ve vlaku a neustále vidíme, že všechna světla na všech přejezdech výstražně blikají, všechny závory jsou stažené. Ani nás nenapadne, že by někdy tato světla mohla neblikat nebo že by některé závory mohly být nahoře. Takové stavy jsou pro nás neviditelné. I když existují, my budeme tvrdit, že neexistují. Bude to pro nás dokonce zcela samozřejmá skutečnost.

Uvádíme to proto, abychom pochopili, že situace zastavující limitovaný "sluneční" čas a zastavující "neomezený" fyzikální čas, kteří lidé většinou stále považují za jediný čas, jsou vlastně stejné. Náš čas není žádnou absolutní hranicí, existují pohyby i "za" ním, například tzv. kvantová provázanost, která se našemu času vymyká tím, že funguje rychleji než rychlost světla. Pro ni tedy náš čas už neplatí. Existují i minimální "kvanta" času, definovaná jako Planckův čas 5,4 10-44 sekundy. To je další hranice našeho času. Náš fyzikální čas, kterému říkáme jen ČAS, je taky omezený výběrem pohybů, ale ten výběr jsme neudělali my a proto o něm zatím nevíme. 

Pro tuto chvíli zůstaňme ještě "uvnitř" našeho času a nezabývejme se obecnějším časem, který z těchto úvah už vykukuje, a pokusme se zastavit náš obvyklý čas.

To půjde vlastně docela snadno, když si uvědomíme, že všechny pohyby, které známe, můžeme chápat jako hodiny a musíme je všechny zastavit. Tuhle situaci zná již speciální teorie relativity a to v případě, že urychlíme nějaké těleso či částici prakticky na rychlost světla. Pak je každé těleso, kolem kterého prolétáme touto rychlostí, nehybné, jakoby "zamrzlé". Takovou rychlostí se k pozorovateli např. k nám na Zemi také pohybuje třeba raketa padající do černé díry, protože právě na tzv horizontu událostí černé díry dosáhne vůči nám rychlosti světla (ale to už jsme ale v obecné relativitě). Vidíme ze Země, že se pohyb té rakety a tím i její čas zastavil a nikdy do černé díry nespadne. Současně uvidíme, že se všechny pohyby v raketě zastavily. Vlastně se na horizontu událostí čas zastavil.

Fyzikální čas jsme tedy krásně zastavili, i když tušíme, že se stále něco mimo náš obzor pohybuje, v tomto případě třeba v měřítkách, která jsou ještě řádově menší než měřítka elementárních částic. Nazvěme si tento skrytý stále nezastavený čas třeba termínem kvantový čas. Ostatně je to kvantová provázanost a Planckův čas, který tento obecnější čas povolávají k životu.

Tak to máme hezky jasné a to asi proto, abychom si to zpochybnili. :-) Uvažme, jak vlastně vnímáme čas nebo jak měří čas přístroje. Vztahujeme vlastně rychlost okolních pohybů na rychlost operací našeho mozku, našeho vědomí. Stejně tak měřící přístroj srovnává rychlost okolních pohybů s rychlostí svých hodin. Řekněme, že třeba za 10 tiknutí hodin pozorovatele, tedy třeba 10 vteřin, spadne například 50 kapek pozorované kapaliny. Naměřili jsme tedy rychlost 5 kapek za vteřinu. Jenže, co když se všechny procesy měřícího přístroje či pozorovatele dvakrát zpomalí a tedy jeho hodiny tiknou pouze 5x zatímco spadne 50 kapek? Rychlost kapání se sice nezměnila, nicméně měřící přístroj či pozorovatel budou uvádět, že rychlost kapání byla už 10 kapek za vteřinu.

A teď si představte, že se všechny procesy pozorovatele, ale pouze pozorovatele, zrychlují a zrychlují, což bude znamenat, že pozorovatel uvidí, jak se kolem něho všechno, tedy čas, zpomaluje a zpomaluje, až se prakticky zastaví. Inu, čas je relativní, tedy vnímáme jen poměr rychlostí vnějšího pohybu ku vnitřnímu, tedy měřícímu procesu pozorovatele a nemůžeme vlastně při změnách říci, který z nich se opravdu zrychlil a který z nich se třeba opravdu zpomalil. Známe jen ten poměr.

Kdyby došlo ke zpomalování všech pohybů v oblasti, kde se nalézáme, zpomalovaly by se i procesy našeho mozku a všechny naše měřící přístroje a my bychom tak vůbec žádné změny rychlosti času nepozorovali. Z toho vyplývá paradoxně, že zastavit čas je možné jedině tehdy, když někde nějaký proces stále běží, když máme někde běžící hodiny, ve srovnání s kterými se čas zastavil. A co může dále běžet, když se zastavil čas? No přece kvantový čas.

Stejně jako u zastavení slunečního času, kde potřebujeme nějaký pohyb nezávislý na slunečním čase, tedy třeba běh našeho mozku, potřebujeme běžící kvantový čas. Teorie relativity, která "umí" zastavit náš čas, tak paradoxně předpokládá obecnější čas, který existoval před velkým třeskem a v rámci něhož vznikl čas našeho vesmíru, čímž je taky vyřešen paradox postulovaný otázkou, co bylo před velkým třeskem. A také proto je definice současnosti v teorii relativity založena na nadsvětelné rychlosti, tedy na kvantovém čase.

Že náš fyzikální čas není absolutní, to jsme si mohli pomalu uvědomovat od roku 1905, kdy vznikla speciální teorie relativity. Relativnost našeho času také znamená, že náš čas vznikl (spolu s vesmírem) a zanikne a že ve své struktuře, v každém svém kvantu, je tvořen obecnějším časem, podobně jako je třeba odkápnutí jedné kapky vody nemožné bez pohybu molekul vody v ní. "Kapka" našeho času, která je velká nejméně jako Planckův čas, je tak určitou porcí kvantového času. Náš čas na kvantové úrovni by se zřejmě dal popisovat jakousi "termodynamikou" kvantového času.
P.S.: Všimněte si, že tady máme částečnou odpověď na otázku, co je to čas. Příště si vysvětlíme zcela jasně, co je to čas. A také si všimněte, že hypotéza kvantového času je opravdu hypotézou.a nikoliv ověřeným faktem.