Medzi knihami - čerstvé informácie z diania v knižnom svete

Helgoland – O vzniku a smyslu kvantové teorie

Carlo Rovelli

Absurdní idea mladého Heisenberga: Pozorovatelné

Bylo kolem třetí hodiny ranní, když jsem měl před sebou konečně výsledky svých výpočtů. Prožíval jsem hluboký šok. Byl jsem tak vyveden z míry, že jsem nemohl jít spát. Vyšel jsem z domu a začal se pomalu procházet tmou. Vylezl jsem na skalisko nad mořem na konci ostrova a čekal tam, než vyjde slunce… Často jsem přemítal nad tím, jaké myšlenky a pocity asi musel prožívat mladý Heisenberg, když se vyšplhal na útes tyčící se nad mořem na téměř pustém, větry ošlehaném ostrově Helgoland v Severním moři, hleděl do bezbřehého prostoru plného vln a čekal na východ slunce, poté co jako první člověk v dějinách lidstva spatřil jedno z nejzávratnějších tajemství přírody.

Bylo mu dvacet tři let. Hledal tam úlevu od alergie, která ho sužovala. Helgoland – v překladu Svatý ostrov – nemá skoro žádné stromy a je tam jen velmi málo pylu. („Helgoland, kde roste jeden jediný strom,“ píše Joyce v Odysseovi.) Možná ho přilákaly také legendy o strašlivém pirátu Störtebekerovi skrývajícím se na tomto ostrově, které jako malý chlapec miloval. Hlavním důvodem ale bylo, že se chtěl pohroužit do hlubokého problému, jímž byl posedlý, a řešit palčivou otázku, kterou mu položil Niels Bohr. Spal jenom málo a většinu času trávil zcela osamocen. Pokoušel se spočítat cosi, co by odůvodnilo Bohrem stanovená, nepochopitelná atomová pravidla. Často dělal pauzy a vydával se na útesy kolem ostrova anebo se učil nazpaměť básně z Goetheho Západovýchodního dívánu, sbírky, ve které se největší německý básník vyznává ze své lásky k islámu.

Niels Bohr byl už tehdy slovutný vědec. Napsal jednoduché, ale podivné vzorce, které předpověděly vlastnosti chemických prvků ještě předtím, než se je podařilo experimentálně změřit. Předvídaly například frekvence světla vyzařované různými prvky – jejich konkrétní barvy. Byl to fantastický úspěch. Bohrovy vzorce ale nebyly kompletní. Nedokázaly spočítat třeba intenzitu vyzařovaného světla. Především v sobě ale jeho vzorce skrývaly něco zcela absurdního. Bez hlubšího zdůvodnění totiž předpokládaly, že elektrony v atomech obíhají jenom po zcela přesných orbitálních drahách, v určitých naprosto přesných vzdálenostech od jádra, s přesnými hodnotami energie – než se rozhodnou magicky „přeskočit“ z jedné orbity na druhou.

Bohr postuloval první kvantové skoky. Ale proč jenom konkrétní orbity? A proč ony nemístné „přeskoky“ z jedné dráhy na druhou? Jaké síly by mohly způsobovat tak bizarní chování? Atom je základní stavební kámen všeho kolem nás. Ale jak funguje? Jak se v něm pohybují elektrony? Více než deset let si vědci na počátku 20. století kladli tyto otázky, ale neúspěšně. Podobně jako velký renesanční mistr ve své umělecké dílně shromáždil také Bohr kolem sebe v Kodani ty nejlepší mladé fyziky, jaké mohl najít, aby spolu bádali nad mystériem atomů.

Mezi nimi byl i brilantní Wolfgang Pauli – Heisenbergův nesmírně inteligentní a velice arogantní přítel a bývalý spolužák. Pauli doporučil Heisenberga velkému Bohrovi s tvrzením, že k dosažení významného pokroku je právě on zcela nezbytný. Bohr dal na Pauliho radu a na podzim roku 1924 Heisenberg opustil Göttingen, kde působil jako asistent fyzika Maxe Borna, a přijel do Kodaně. Tam strávil několik měsíců diskusemi s Bohrem před tabulemi plnými vzorců.

Mladý učeň a jeho mistr strávili mnoho času také společnými dlouhými procházkami v horách. I tam hovořili o záhadách atomů, o fyzice a o filozofii. Heisenberg se do těžkého problému plně pohroužil. Stal se jím posedlý. Stejně jako ostatní zkoušel všechno možné. Nic nefungovalo. Vypadalo to, že neexistuje žádná smysluplná síla, která by dokázala udržet elektrony na Bohrových prazvláštních orbitách či vysvětlila jejich podivné přeskoky. Přesto však právě tyto orbity a tyto přeskoky dávaly zcela správné předpovědi atomových jevů. Panoval tedy opravdový zmatek. Zoufalství bývá matkou extrémních řešení.

Na onom ostrově v Severním moři, v naprostém osamění, se Heisenberg odhodlal vyzkoušet zcela radikální myšlenku. Koneckonců to byly právě naprosto radikální myšlenky, jimiž dvacet let předtím Einstein ohromil svět. Einsteinův radikalismus zafungoval. Pauli i Heisenberg byli jeho fyzikou okouzleni, Einstein byl pro ně doslova legendou. Co když nadešel čas, říkali si, aby byl podniknut nějaký další riskantní a radikální krok vedoucí k vysvětlení elektronů v atomech? Třeba právě ten dokáže vyvést fyziky ze slepé uličky. Mohli by snad takový krok učinit oni sami? Když je vám něco málo přes dvacet, můžete snít o čemkoli. Einstein ukázal, že i ty nejtradovanější názory mohou být někdy chybné.

Co se nám dosud jevilo jako zcela zřejmé, se může ukázat nesprávné. Oproštění se od předpokladů, které se dlouho zdály evidentní, může vést k hlubšímu poznání. Einstein nás naučil, že bychom měli důvěřovat tomu, co opravdu je, tomu, co pozorujeme, nikoli našim pouhým domněnkám.

Pauli si s Heisenbergem tyto myšlenky stále opakovali. Oba mladí muži se hluboce napili z onoho poháru s „otráveným medem“. Navázali na zásadní diskusi o vztahu reality a zkušenosti, která se počátkem století odehrávala na poli rakouské a německé filozofie. Ernst Mach, který svými názory rozhodujícím způsobem ovlivnil Einsteina, trval na tom, že naše poznání musí být založeno výhradně na pozorováních, že musí být osvobozeno od všech implicitních „metafyzických“ předpokladů. To vše se nyní poskládalo v mysli mladého Heisenberga, když se v létě roku 1925 ocitl sám na Helgolandu, jako chemické složky mohutné třaskaviny. A dostal tam klíčový nápad. Revoluční ideu, na kterou může přijít pouze ničím nespoutaný mladý duch. Jeho radikální myšlenka promění celou fyziku – a spolu s ní pak veškerou vědu i naši koncepci světa. Myšlenka, kterou lidstvo – podle mého názoru – ještě plně nevstřebalo.


Carlo Rovelli

(1956) je současný přední italský teoretický fyzik. Vystudoval fyziku na Boloňské univerzitě, doktorát obhájil na Univerzitě v Padově. Aktuálně působí na Univerzitě Aix-Marseille ve Francii a na Pittsburské univerzitě v USA. Zabývá se převážně kvantováním gravitace, patří mezi hlavní tvůrce teorie smyčkové kvantové gravitace. Věnuje se také historii a filozofii vědy. Je autorem více než 200 vědeckých článků v prestižních odborných časopisech, dvou významných monografií (Kvantová gravitace, 2004; a Kovariantní smyčková kvantová gravitace, 2014) a čtyř popularizačních knih (Co je čas? Co je prostor?, 2006; Co je věda: Anaximandrova revoluce, 2011; Sedm krátkých přednášek z fyziky, 2014; a Realita není tím, čím se zdá být, 2014).

Helgoland (české vydanie)

Helgoland (české vydanie)

Rovelli Carlo

Známý soudobý teoretický fyzik Carlo Rovelli, jeden z tvůrců smyčkové kvantové gravitace, ale také vynikající spisovatel, se v této knize zabývá okolnostmi vzniku kvantové mechaniky, snad nejpozoruhodnější fyzikální teorie všech dob. Nejprve elegantně líčí její zrod v díle Heisenberga a Schrödingera a popisuje hlavní podivnosti teorie.

Kúpiť za 12,60 €