Nevědecké pohádky moderní vědy I - nekonečno

Fyzika se dostává extrémně daleko od našeho přirozeného světa, a tím se ocitá v oblasti záhad, které je hodně těžké pochopit. Nejednou si s nimi neporadí i ti největší géniové. Pak je ale velmi důležité vyloučit prosté chyby.

Proto se pokusíme postupně ukázat, které prosté chyby v uvažování se ve vědě, konkrétně fyzice, objevují a zdůvodníme, proč se jedná o chyby. Je však záhodno předeslat, že problematické otázky na hranicích poznání nijak nezpochybňují jitstotu vědy v miliónech již vyřešených otázek, na nichž stojí naše chemie, lékařství, počítače, mobily, doprava, elektřina, vytápění. To je snad 99,99% jisté vědy, která tvoří základ naší civilizace.

Prvním nepravdivou pohádkou je nekonečnost vesmíru v prostoru či čase, nekonečný počet vesmírů v multivesmíru, nekonečná hustota hmoty v singularitě černé díry apod. To jsou jen konkrétní příklady představy, že cokoliv realitě může být nekonečné, viz níže.

Začněme třeba nekonečností v prostoru. Fyzika je věda, jejíž základní princip říká, že své hypotézy musí ověřovat pozorováním v realitě nebo pokusy v realitě, což je jediná cesta, aby se daly pokládat za pravdivé. Proto pokud nějakou představu není a nebude možné nijak v realitě verifikovat, musí být (nejen) z fyziky vyřazena jako nevědecká a tedy nepravdivá.

Stačí pouvažovat, jak by se prostorová nekonečnost vesmíru dokazovala experimentálně nebo observačně. Žádný pozorovací přístroj ale nemůže vidět do nekonečné vzdálenosti. Vždy ho limituje citlivost přístroje (třeba dalekohledu), která nemůže být absolutní, tedy nekonečná. Kdyby citlivost nekonečná byla, přístroj by byl zlikvidován už jediným fotonem, či tou nejslabší gravitační vlnou. Proto tedy žádný pozorovací přístroj nemůže "vidět" do nekonečné vzdálenosti. Nekonečnou vzdálenost tedy není možné v principu nijak pozorovat nebo ověřit.

A to si ještě všimněme jednoho "podvodu" nekonečna. K tomu, abych dosáhli jednoho nekonečna (v tomto případě pozorovali do nekonečné vzdálenosti), potřebujeme už mít k dispozici jiné nekonečno (nekonečnou citlivost pozorovacího přístroje). Jenže ono další nekonečno je stejně nedosažitelné, jako to první, což jsme si ukázali tím, že nekonečně citlivý přístroj by byl okamžitě zničen. A to už pomíjíme prostý argument horizontu pozorování. Ten je dán tím, že vesmír vznikl velkým třeskem před 13,7 miliardami let, a tedy světlo či gravitační vlny měly jen konečný čas na svůj let, což při konečné rychlosti světla znamená, že lze něco pozorovat pouze v konečné vzdálenosti. S představou postupu vědy jako odstraňování jednotlivých nekonečen se můžeme seznámit v textu Jsme mrchožrouti nekonečna. To dokládá i téměř stoletá snaha moderní fyziky o teorii "všeho", jež se snaží o kvantování gravitace, tedy odstranění např. nekonečně malé a nekonečně husté singularity černých děr (jejich "středovým bodem") či velkého třesku z obecné teorie relativity. Nalezení takové unitární teorie se považuje za hlavní úkol moderní fyziky.

Obecně když se fyzice někde v rovnicích vyjde nekonečno, je to doklad toho, že daná teorie tam už přestala platit a cesta k dalšímu poznání vede pouze přes odstranění dotyčné nekonečna, což ukazuje hezky příklad s konečnou rychlostí světla nebo snaha po nalezení teorie "všeho", která bude chápat singularitu jako oblast nenulových, nikoliv nekonečně malých rozměrů. Když takové nekonečno nahradíme velkou konečnou hodnotou, vše funguje přinejmenším stejně jako s nekonečnem, mnohdy ale dostaneme dokonalejší teorii, jako ve zmíněných případech. 

Dobře, nekonečný vesmír do vědy tedy nepatří, zdá se. Ale někdo může namítnout, že to, co jsme neověřili, stále může být pravda. V tom případě je ale vhodné upozornit, že jsme výše vysvětlili, že nekonečnost vesmíru není ověřitelná v principu. To znamená, že taková představa nepatří do vědy, a zdá se, že nikdy patřit ani nemůže. Nemůže být tedy ani správná.

Navíc se můžeme "zeptat" kritéria vědeckosti Karla Poppera, tedy falsifikace, je-li představa nekonečna možná. Toto kritérium říká, že pokud není možné dané tvrzení relativizovat, tedy částečně popřít, negovat, ukázat ho jako zjednodušené, nemůže být takové tvrzení vědecké a tím ani pravdivé. Každé vědecké tvrzení musí být totiž relativní, mít omezenou platnost. Věda není metafyzika nebo víra.

Při pokusu o falsifikaci nekonečně velkého vesmíru máme jen dvě možnosti. Buď je to vlastnost falsifikovatelná nebo není. Vezměme nejdříve možnost, že nekonečnost vesmíru je falsifikovatelná. Jenže zjistíme, že jediný způsob, jak negovat nekonečný rozměr vesmíru je připustit, že je konečný, přesto, že jeho konec nevidíme. Nekonečnost je totiž absolutní velikost. A každá, byť sebemenší negace čehokoliv absolutního musí být tedy absolutním popřením. Například nekonečná rychlost v Newtonově mechanice byla popřena limitní konečnou rychlostí signálu ve speciální teorii relativity, rychlostí světla. Tohle je i dobrý příklad neexistence jedné konkrétní nekonečnosti. Tedy jestli představu nekonečnosti vesmíru pokládáme za vědeckou, falsifikovatelnou, je nutně nesprávná.

Druhá možnost je, že nekonečnost vesmíru není falsifikovatelná. Pak ale není ani vědecká a také v tomto případě je tedy nutně nesprávná. Celkový závěr tedy zní, že nejenže nekonečnost vesmíru nelze prokázat, ale právě jsme dokázali, že vesmír musí být konečný. A když uvážíme, co nám říká rozbor falsifikovatelnosti nekonečna obecně, je to vlastně důkaz, že nemůže existovat ani žádné jiné nekonečno v realitě.

Abychom tyto úvahy podpořili, citujme mimořádného génia, Davida Hilberta, který rovnocenně soupeřil s Albertem Einsteinem při formulování náročných rovnic obecné teorie relativity. Hilbert napsal: „Nekonečno se podle všech zkušeností, pozorování a znalostí v realitě nikde nenachází.“ [1] Nebo se můžeme podívat na související a v podstatě shodnou argumentaci o neexistenci nekonečna v realitě v podání přednášky Prof. George Ellise, v rámci mini-série Nekonečno a kosmologie universit Oxford a Cambridge:

Druhá část přednášky obsahuje přímo některé naše argumenty, přestože obě argumentace vznikaly nezávisle:

Jestliže jsme předvedli, že nekonečno v realitě nemůže existovat, nemůže existovat ani nekonečno paralelních vesmírů. A to je v podstatě skoro jediný zásadní argument pro paralelní vesmíry, které by obsahovaly kopie nás samých, neboť zcela mizivou pravděpodobnost takových kopií může eliminovat pouze nekonečné množství Zemí. Zdá se tedy, že i kopie nás samých jsou jen nevědeckou pohádkou.

Jak je ale možné, že mnoho lidí, ba i vědců věří v nekonečno v realitě v nějaké podobě. Jednak je to vliv matematiky, kde se nekonečno běžně používá (i když nesprávně, jak se můžeme přesvědčit v textu Nekonečno jako mechanický bůh). Druhá věc je, že koncept nekonečna je úžasně tajemný, neboť překračuje naše chápání, čímž nás fascinuje a ochromuje a vypíná náš rozum. Prostě si emočně přejeme v nekonečno věřit, neboť nám to poskytuje pocit úžasného "náboženského" uvytržení.

[1] Hilbert, D., On the Infinite, in: Philosophy of Mathematics, Ed. P Benacerraf and H Putnam (Englewood Cliff, N. J.: Prentice Hall), 134, 1964.
[2] Fikáček, J., Experimentální filosofie jako efektivní cesta k revoluci ve fyzice, ERGOT š. 2/2017