Tajemná síla? Víme, co to je?

V našem světě je spousta tajemství. Kdo dobře chápe podstatu nekonečna, dobře rozumí kvantové mechanice nebo teorii relativity? Kdo ví, co je to čas? A co je síla? Údajně to u těch posledních dvou věcí neví nikdo.

Časem a nekonečnem jsme se už zabývali mnohokrát, třeba v textu Nekonečno jako mechanický bůh nebo Kde neexistuje čas a teplota, jak to spolu souvisí a proč tomu skoro nikdo nerozumí. Dnes se budeme stručně zaobírat tím, co údajně nezvládl Issac Newton. Prý neuměl definovat, co je to síla a nezvládl to údajně ani nikdo po něm, a to až dodnes. Tedy alespoň to tvrdí Prof. Kulhánek třeba v níže přiložené přednášce. Záznam si pusťte od času 11:05, tam se hovoří o krizi síly ve fyzice. A je možné, že je to mainstreamový názor.

Vtipné je, že dotyčný pak v přednášce hned vzápětí uvádí rovnici pro sílu, tedy druhý Newtonův zákon, F = m.a, kde F je síla, m  je hmotnost tělesa, na které působí síla a a je pak zrychlení tohoto tělesa, které získá v důsledku působení oné síly F. Tato rovnice se dá totiž považovat také za definici síly, když jí provází fyzikální interpretace. Ne možná definici nějak moc kvalitní, ale funguje. Podle Wikipedie je definice "pokud možno jednoznačné určení významu nějakého pojmu" a význam je to, co dává lidské pochopení. Podobných rovnic pro jiné síly než tu mechanickou, je daleko více (síla způsobená gravitačním nebo elektrickým polem atd.) Nicméně ono "hlavní" F = m.a v situacích, které tyto rovnice popisují, tam můžeme nalézt vždy, ať je zdroj síly jakýkoliv.

Otázka je, co je to definice, a na ni fyzika poskytnout odpověď nemůže, protože nejde o fyzikální objekt. Není předmětem fyzikálního zkoumání. Definice se objevuje v mnoha lidských oborech, nejen ve fyzice, tedy značně přesahuje její hranice. Podstata definice je uvedení daného pojmu do vztahu k jiným pojmům, jeho začlenění do sítě termínů, a v empirických vědách pak také uvedení pojmu do vztahu k něčemu v realitě. Za pre-definici můžeme v případě síly považovat i názornou ukázku, tedy spíše mnoho názorných demonstrací síly a jejího působení. Definice směřuje k pochopení termínu, a leckdy stačí i intuitivní pochopení z mnohokrát opakované praxe. Vzpomeneme-li si na geniálního psychologa Jeana Piageta a jeho experimentální zkoumání vzniku abstrakcí v dětské věku, připomeneme si následující situaci.

Malé dítě nejprve zkouší nešikovně postavit kostky na sebe, a pořád mu padají a pak se je nějak relativně náhle naučí stavět tak, aby nepadaly a prakticky už nedělá mnoho chyb. Pro pochopení je ale podstatné poměrně velmi krátké období, kdy už dítě nedělá mnoho neúspěšných pokusů, ale ještě nestaví kostky s jistotou. Toto období se totiž vyznačuje mnoha náznaky pohybů rukou, kterými by postavilo kostku špatně. Tyto pohyby ale nedotáhne do konce, jen si pomocí nich dělá v hlavě jejich představu, jakýsi "chomáč" pohybů, model jejich množiny a jejich výsledků, špatných nebo správných. Brzy tyto pohyby přenese jen do svých představ a přemýšlení přestane být doprovázeno fyzickými náznaky. Že se těchto fyzických náznaků lidé úplně nikdy nezbaví, to je užitečné pro kouzelníky, kteří ze sotva znatelných mikropohybů těla poznají, například na jaký směr lidé myslí. Přestože je v hlavě stále množina i mnoha různě (ne)úspěšných pohybů, vybere člověk z této množiny už spolehlivě ten správný. Tento model pochopitelně už také obsahuje pochopení toho, co je to síla (a hmotnost, prostor a čas). Dítěti jsou základní fyzikální pojmy nedefinoriticky jasné, tedy třebaže ještě nezná exaktní definice. Ty mu k jeho modelu připojí většinou až následná školní výuka.

Mimochodem, nepřipomíná vám trochu tento "chomáč" pohybů, "chumle" drah paprsku světla ve Feynmanově kvantovém sčítání přes historie, ze kterého nakonec vyjde jako zjevná také jen jedna určitá dráha světelného paprsku? A nepřipomíná vám takový "chomáč" též "obláček" rozmanitých vizuálních vjemů, ze kterých vystupuje jediný (zdánlivě) přesně vnímaný fyzikální objekt? Blíže viz Není objektivní stůl jen chomáč pohledů? Je trojrozměrný předmět opravdu 3D?

Ale zpět k definici. Fyzikální definice je pak explicitní a přesné určení, popis nějakého fyzikálního pojmu, jeho začlenění do sítě dalších termínů, ale bez oné intuice pocházející z reality by definice neříkala vůbec nic. A tím ani jakýkoliv pojem, třeba právě pojem síly. Abstraktní systém bez reality je zcela k ničemu. Ani 1+1=2 by nebylo k ničemu, nebýt skutečnosti, ve které tuto rovnici použijeme. Ani bychom na ni nepřišli.

Je-li uvedení pojmu do souvislostí s jinými pojmy a s realitou definicí, je pak výše zmíněná rovnice F = m.a docela slušnou definicí, která říká, že síla je to, co uděluje nějakému tělesu s hmotností zrychlení. Ba je to i kvantitativně velmi přesný vztah. Že to takto někomu nebo třeba celému oboru nepostačuje, je chvályhodné, ale neznamená to, že to definice není, ale jen že tato není pro hlubší vědecké účely dostačující. A až budeme mít definici dostačující současnému stavu vědy, stejně časem zjistíme, že ji můžeme dále upřesňovat a zdokonalovat, a to dokonce možná potenciálně nekonečna mnoha kroky.

Krize síly ve fyzice je zřejmě jen proces prohlubování chápání pojmu síly (jinak intuitivní chápání spolu s Newtonovými vzorci pro přirozený svět úplně postačuje). To je vidět i na prohlášeních, že v obecné teorii relativity už síla neexistuje, i když je vlastně OTR spíše vysvětlením toho, jaký mechanismus gravitační sílu způsobuje, tedy objasněním, co je to gravitační síla. Viz třeba analýza Existuje vůbec gravitace (jako síla)? Takovým popisem gravitační síla nemizí, stejně jako nemizí silná, slabá či elektromagnetická síla proto, že jsme odhalili jejich mechanismus. Relativní existence síly, která se ukazuje tak, že pronikneme k jejímu mechanismus, není nic výjimečného, neboť vše kolem nás je jen jev a má to relativní existenci. Negativně vnímat tuto "krizi" může spíše ten, kdo si zvykl na staré povrchnější pojetí a má problémy se ho vzdát. Jinak je tato "krize" spíše pozitivní, v duchu prohlášení jednoho geniálního Japonce, že krize, to je především velká příležitost.