Dnešní fyzice chybí.... více fyziky, aneb proč je matematika někdy fyzikálně slepá

16. 10. 2017 9:07:59
Matematika je náš nejlepší "smysl", kterým vidíme nejhlouběji do světa elementárních částic, či nejostřeji do minulosti vesmíru. Tento superiorní "smysl" má ale, bohužel, i své "optické klamy" a nedostatky.

V běžném životě je naším nejlepším smyslem zrak, který nám dodává kolem 80% informací o okolním světě. Je skvělý v tom, že dosáhne nejdál, třeba až na hvězdy, na rozdíl od hmatu a sluchu. Jenže i tento "dokonalý" zrak má své nedostatky. Známe třeba mnoho optických klamů a když pomineme všechny ty, které jsou způsobeny algoritmy zpracování zrakové informace v naších očích a mozku, vidíme, jak snadno lze zrak oklamat třeba na příkladu "lomené" tyče vložené do vody.

article_photo
(http://www.gymhol.cz/projekt/fyzika/02_odraz_a_lom/02_odraz.htm)

Spolehlivější než zrak je v takovém případě omezenější hmat, kterým si ponořený objekt osaháme a získáme tak informaci o skutečném tvaru. Evidentně tedy jsou situace, kdy ne tak dokonalý smysl dává solidnější informace než ten superiorní, prostě i ne tak dobrý smysl má své přednosti, které ten "dokonalý" nemá. Je zajímavé, že dokonce i v teorii relativity je nejspolehlivější údaj, který se získá kontaktem pozorovatele a tělesa, tedy jakoby způsobem, který využívá náš hmat v přirozeném světě. Teorie relativity například tvrdí, že pouze soumístné události jsou absolutně současné, zatímco současnost událostí na různých místech je už jen relativní, tedy poněkud problematická.

Postavení matematiky je v dnešní fyzice neotřesitelné, fyziky bez matematiky nemůže existovat. Dávno pryč jsou doby pánů Volty, Galvaniho, ale zřejmě i Tesly, kteří žili jen či hlavně z fyzikální interpretace a matematiku nepoužívali buď skoro vůbec nebo jen a jen jako službu fyziky.

Podobně, jako se v historii matematika odtrhla od reality a začala se domnívat, že je zcela na ní nezávislá, a začala být postupně racionálně dominantní, což začalo někde u Platóna a jeho světa idejí, trochu podobně ve 20. století začala matematika postupně ve fyzice dominovat. Tak jako lze představu absolutně odděleného abstraktního světa matematiky považovat za účelnou, nicméně přesto profesionální deformaci, tak analogicky úžasný a oprávněný úspěch matematiky ve fyzice způsobuje i negativní efekty ve smyslu přecenění matematiky.

Že matematika není ve fyzice zdaleka všemocná je nejlépe vidět na kvantové mechanice, jejíž matematika byla v základu zformulována už ve 20. letech 20. století (Schrödingerova rovnice v 1925), nicméně obecně přijatou interpretaci, obecně přijaté pochopení nemá dodnes. Dokonce i milovaný Richard Feynman prohlásil: "Na druhé straně si však myslím, že mohu klidně prohlásit, že kvantové teorii nerozumí nikdo." a považoval to tak nějak skoro za přirozený stav. Jak je možné, že (spolu)autor kvantové elektrodynamiky, která matematicky modeluje chování částic s neuvěřitelnou přesností, jí vlastně nerozumí?

article_photo

Tato v podstatě rezignace na pochopení či přinejmenším neschopnost věc pochopit, která se od dob Feynmana v zásadě nezměnila, jasně ukazuje, že i superiorní "zrak" matematiky není sám o sobě vůbec postačující. Matematické oko vidí úžasně ostře, leč nevidí v daném případě fyzikálně a svým detailním viděním nepostihuje vnější souvislosti. Matematika je fyzikálně slepá. Tak jako nelze u lomené tyče podstatu věci odhalit zrakem (když jsme třeba fixování v jenom bodě pozorování), stejně nelze fyzikální podstatu nalézt čistou matematikou. Zde musí nastoupit fyzikální interpretace matematického modelu, která není matematizovatelná a při svém intuitivním vznikání není ani algoritmizovatelná.

Mezi matematické "optické klamy" patří třeba naivní představa, že podstatou naší reality je matematika. Tuto koncepci můžete najít třeba v knize Maxe Tegmarka Matematický vesmír, její názornou metaforickou kritiku můžete najít v tomto anglicky psaném blogu nebo česky zde na iDnes. Z Maxovy představy, že podstatou světa je matematika, by měl Platón se svým světem idejí určitě velkou radost.

Samozřejmě je nesmyslné nepoužívat ve fyzice matematiku, neboť by to bylo asi něco takového, jako z důvodů optických klamů přestat používat zrak a orientovat se v okolí pouze hmatem. Ale spolupráce hmatu je v některých situacích jistě velmi užitečné i pro tak superiorní smysl jako je zrak.

Jako primitivní a naivní se mohou zdá nematematické analogické pokusy se kapičkou skákající na povrchu vlnící se kapaliny (viz video níže), tedy naivní přinejmenším ve srovnání se složitostí matematiky kvantové mechaniky. Fascinující na oné primitivnosti ale je, že dokáže vysvětlit většinu kvantových podivností zcela přirozeně, což nedokáže žádná jiná interpretace kvantové mechaniky, která je sice kompatibilní se stávající kvantovou matematikou, ale zato je fyzikálně nesmyslná. Odrážející se kapička zase snadno vysvětlí třeba tzv. superpozici, tedy přítomnost jedné částice na mnoha místech. Ona na mnoha místech není ona kapička, ale ta vlna, která její pohyb vlastně řídí. Nebo lehce vysvětlí interferenci jediné částice (kapičky) na dvou štěrbinách, v níž oběma současně prochází ona vlna, a ne jedna částice.

Ano, je to sice jen naivní analogie skutečné kvantové mechaniky, nicméně je to jen ilustrace interpretace tzv. de Broglieho pilotní vlny z roku 1927, vylepšené Bohmem v roce 1952. Ano, toto deterministické pojetí kvantové mechaniky nemá zatím přesný matematický model, který je evidentně o dost složitější než současný pravděpodobnostní, tedy zjednodušený model. Přikloníme se však k této pilotní vlně, která fyzikálně vysvětluje skoro vše, leč matematicky není hotová, nebo k dokonale matematicky propracované pravděpodobnostní interpretaci, která neúspěšně fyzikálně skřípe už 90 let?

Ona pravděpodobnostní matematika je dokonalá, popisuje ale celou věc pouze povrchně, asi jako statistická termodynamika, která řeší spoustu molekul plynu najednou, není však vůbec přesná, co se týče jediné molekuly. Že je třeba dát šanci "naivnímu" fyzikálnímu uvažování si zřejmě myslí i časopis Nature, který již informoval o oné kapičce skákající na povrch vln. Matematika je dobrý sluha, ale zlý pán, když má nahrazovat fyzikální uvažování.

Jestli se ukáže takový naivní a fyzikální přístup nakonec jako úspěšný, bude to zřejmě znamenat, že část současné fyzikální krize, která se projevuje tím, že už 50 let nevznikla žádná ověřená fyzikální koncepce na tak zásadní úrovni jako jsou teorie relativity či kvantová mechanika, je způsobena jistým nedostatkem fyzikálního myšlení. Ten je asi způsoben i tím, že matematika se občas považuje snad za jediný poznávací nástroj a má tendence vytlačovat fyzikální uvažování.

O krizi současné fyziky si můžete přečíst něco třeba z pera fyzika světového jména, Lee Smolina, v jeho i u nás vydané knize Fyzika v potížích. Nobelova cena za objevení gravitačních vln je skvělá, leč krizi fyziky je možné spatřovat v tom, že je to jen ověření 100 let staré předpovědi Alberta Einsteina, podobně jako Nobelova cena za Higgsův boson je vlastně za 50 let starý článek a předpovědi v něm.

Nestačí dokonalá a krásná matematika superstrunové teorie, když po 40 letech není schopna tato teorie ani navrhnout způsob experimentálního ověření, netobože být experimentálně ověřena.

Takže chvála patří úžasné matematice, která dokáže, co nic jiného nedokáže, jenže i když budeme tímto "jazykem mluvit" zcela přesně podle jeho dokonalých pravidel, stále to neznamená, že naše sdělení budou mít smysl, když nebudou dobře popisovat realitu.

Přestože je pravděpodobnostní pojetí kvantové mechaniky v matematice dokonalé, stejně je pravděpodobnostní kvantové mechanika fyzikálně mrtvá už od svého zrodu. Chybí jí totiž fyzikální a filosofické pochopení toho, že je jen neúplným popisem reality ne realitou samotnou.

Autor: Jan Fikáček | pondělí 16.10.2017 9:07 | karma článku: 36.61 | přečteno: 1965x

Další články blogera

Jan Fikáček

Mašínové: Padouch nebo hrdina, my jsme jedna rodina!

Film Bratři o skupině Mašínů dostal v sobotu cenu za nejlepší film roku na Českém lvu. Jeho tvůrce na večeru prohlásil, že to byli hrdinové. Tak se pojďme podívat na jejich činy.

11.3.2024 v 9:07 | Karma článku: 45.66 | Přečteno: 6204 | Diskuse

Jan Fikáček

Jak nás intuice vede na scestí v otázce, co je to realita

V hollywoodských filmech často nějaký hrdina, astronaut nebo detektiv, vyřeší problém intuicí. Když selže rozum a důkazy, intuice zaskočí. Jenže intuice není vždy spásné řešení, někdy tomu řešení naopak brání..

27.2.2024 v 9:07 | Karma článku: 30.21 | Přečteno: 2085 | Diskuse

Jan Fikáček

Dá se v padesáti naučit anglicky?

Mnohokrát jsem slyšel názor, že pokud se člověk nenaučí nějaký cizí jazyk do třiceti, už se ho nenaučí nikdy. A proto když jsme se přestěhovali s rodinou před tímto mým věkem do Belgie, ani jsem se nový jazyk naučit nesnažil.

13.2.2024 v 9:07 | Karma článku: 39.51 | Přečteno: 6975 | Diskuse

Jan Fikáček

Kdy věčnost trvá jen 40 minut

Nositel Nobelovy ceny za fyziku z roku 2012 Franz Wilczek vymyslel kdysi tak zvané časové krystaly. Teď vědci objevili jejich nový druh, o němž dokonce někdo prohlásil, že je nesmrtelný.

7.2.2024 v 9:47 | Karma článku: 22.45 | Přečteno: 1036 | Diskuse

Další články z rubriky Věda

Dana Tenzler

Čokoládoví velikonoční zajíčci

Blíží se Velikonoce. Napadlo vás někdy, odkud se vlastně vzali velikonoční zajíčci a vajíčka z čokolády, kterých jsou před velikonocemi plné obchody? (délka blogu 3 min.)

18.3.2024 v 8:00 | Karma článku: 20.11 | Přečteno: 308 | Diskuse

Dana Tenzler

První lidé, kteří přišli do Evropy - nové datování hornin

Nedávno proběhla médii zpráva o tom, že lidstvo začalo osídlovat Evropu z východu kontinentu. Jak ale vědci určili stáří vzorků? Na datování pomocí radioaktivních izotopů uhlíku totiž byly moc staré. (délka blogu 5 min.)

14.3.2024 v 8:00 | Karma článku: 24.60 | Přečteno: 427 | Diskuse

Dana Tenzler

Umělé zatmění Slunce

ESA se chystá vytvořit (s pomocí dvou satelitů) první umělé zatmění Slunce. Nový převratný experiment na oběžné dráze Země. (délka blogu 3 min.)

11.3.2024 v 8:00 | Karma článku: 18.23 | Přečteno: 266 | Diskuse

Martin Tuma

Matematický mozkolam s váhami

Nepravidelný občasník zaměření na občerstvení mozkových závitů v matematice. Neváhejte to zkusit, třeba v sobě objevíte netušený talent.

8.3.2024 v 12:55 | Karma článku: 10.36 | Přečteno: 493 | Diskuse

Rudolf Pekař

Praotec Ukrajinec? No a co?

Naděje a očekávání vyplývající z vědeckých objevů jsou něčím, co nás jako lidstvo posouvá vpřed. Nedávno objevené nejstarší pravěké lidské osídlení na území Evropy v západní Ukrajině je přesně takovým objevem.

7.3.2024 v 11:45 | Karma článku: 10.12 | Přečteno: 567 | Diskuse
Počet článků 306 Celková karma 32.22 Průměrná čtenost 3144

Vystudoval chemii (SŠ), kybernetiku, řízení, ekonomii a teorii systémů (interdisciplinární studia - VŠ), je obecně uvažujícím člověkem někde na pomezí mezi přírodními vědami a filosofií. Roky vyučoval filosofii fyziky a virtuální reality na PřF a MFF UK v Praze. Od září 2021 Ph.D. se zaměřením na filosofii fyziky a matematiky. Pracoval jako evropský expert pro "Future Technologies", 7 let pak v jedné z nejvyšších evropských pozic v počítačové bezpečnosti. Momentálně finanční expert na evropské úrovni. V letech 1991-7 byl předsedou společnosti Mensa ČR. Je členem světové vědecké Společnosti pro filosofii času. Absolvent Oxfordského kurzu Filosofie vědy. Více informací zde.

Chcete-li sledovat diskuse v "jeho" skupině, připojte se do Vědecké filosofie & Fyziky (nejen). jfikacek@gmail.com
 
Upozornění: Toto je popularizační blog pro veřejnost, neberte ho tedy jako vědeckou dizertační práci. Někdy je to jen divoká fantazie. Na druhé straně se snaží udržovat jistou vědeckou kvalitu, takže "esoterické" komentáře nejsou vítány. P.S.: Osobně útočné a odborně velmi nekvalitní komentáře, zejména velmi dlouhé, budou mazány.

Nutný výchovný pohlavek, souhlasí Bouček i Havlová s přerušením projevu na Lvu

Moderátor Libor Bouček ostře zareagoval na kauzu ohledně délky proslovu režisérky Darji Kaščejevové na předávání cen...

Švábi, vši a nevychované děti. Výměna manželek skončila už po pěti dnech

Nová Výměna manželek trvala jen pět dní, přesto přinesla spoustu vyhrocených situací. Martina ze Znojma se pokoušela...

Vyzkoušeli jsme podvod z Aliexpressu. Může vás přijít draho, i po letech

Nakoupili jsme na Aliexpressu a pěkně se spálili. Jednu USB paměť, dvě externí SSD a jeden externí HDD. Ve třech...

Chtěli, abych se vyspala s Baldwinem kvůli jeho výkonu, říká Sharon Stone

Herečka Sharon Stone (66) jmenovala producenta, který jí řekl, aby se vyspala s hercem Williamem Baldwinem (61). Měla...

Byla to láska na první pohled, říká hvězda Gilmorek o manželství s modelkou

Milo Ventimiglia (46), představitel Jesse ze seriálu Gilmorova děvčata nebo Jacka Pearsona ze seriálu Tohle jsme my, je...