Skutečnost jako přirozená virtuální realita

Rozdíl mezi virtuální realitou třeba z filmu Matrix a naší starou dobrou realitou je jen v tom, jakým typem jevových mechanismů je vytvářena. V prvém případě jsou to počítačové algoritmy, v druhém přirozené fyzikální "stroje".

Protože na ten článek pořád odkazuju, rozhodl jsem se ho zveřejnit také touto cestou. Jde o stařičký příspěvek na konferenci Modelling and Simulation of Systems MOSIS'97, konkrétně v roce 1997, kde jsem vystoupil tehdy jako pracovník Ústavu aplikované matematiky a výpočetní techniky Přírodovědecké fakulty UK. Je to k nalezení ve sborníku konference ISBN 80-85988-17-8, str. 7 až 12. Dnes už bych pár věcí korigoval, ale hlavní smysl zůstává zachován.
Abstrakt : 
Skutečnost, ve které žijeme, není příliš userfriendly. Její fyzikální zákony jsou na nás nezávislé. Existuje možnost vytvořit si umělou realitu s umělými fyzikálními zákony? Virtuální realita je prvním krokem v tomto směru, je vždy ale jen modelem skutečnosti a nikdy nemůže mít statut skutečnosti. Virtuální realita je totiž na rozdíl od skutečnosti vytvářena jevovými (počítačovými) "stroji". Nikoliv. Snadno lze ukázat, že i skutečnost je vytvářena jevovými "stroji", jen přirozeného fyzikálního původu. Každá nedokonalost dnešní virtuální reality je technická a je možné vytvořit takovou virtuální realitu, která je od skutečnosti nerozlišitelná. Skutečnost se tak jeví jen jako přirozená virtuální realita. Výjimečnost skutečnosti je dána jen pevností vězení fyzikálních zákonů a neměnností fyzikálních a smyslových jevových mechanismů.

-----------------------------------------------------------------------------

Již dávno člověk zjistil, že okolní svět, kterému říká realita, není příliš userfriendly, tedy k člověku přívětivý. Proto si jej mění podle vlastních představ, staví města, kácí lesy.... Tyto jeho snahy mají však mnohá omezení. Ve svém okolí nemůže mnohé změnit. Zejména nemůže měnit směřování času a fyzikální zákony. Chybný krok při chirurgické operaci nelze vzít zpět a může stát člověka život. Podobné důsledky může mít chybný krok při výuce pilotování letadla. Fyzikální zákony jsou neúprosné.

Vědci zatím fyzikální zákony a skutečnost jen vykládali, je ale na čas je změnit . Je na čase si udělat novou skutečnost. Virtuální realita se může jevit jako první náznak na této cestě. Ta ale přece, podle názoru většiny, nemůže být skutečnou realitou, bude vždy jen zjednodušeným modelem. 

Abychom zjistili, jestli skutečně virtuální realita může někdy v budoucnu být rovnocenná pravé skutečnosti, musíme přesně vědět, co je skutečnost a co je virtuální realita. U virtuální reality to zřejmě nebude problém. Virtuální realita je prostoročasové prostředí 3D prostoru a času a předmětů v nich. V tomto prostředí se nalézáme, jsme v něm ponořeni, a můžeme jen ovlivňovat a ono působí na nás. Toto prostředí je vytvořeno hardwarovými a softwarovými stroji, které působí na naše smysly. Tato představa je ale jen podoba virtuální reality a to existující v současnosti. Jsou možnosti naše smyslové orgány obejít, používat jiné než hardwarové stroje, vytvářet jiný než 4D prostoročas a podobně.

Skutečnost je ale něco zcela jiného než námi právě definovaná virtuální realita. Je to přece svět sám o sobě, takový, jaký je. A není tvořen žádnými stroji, které působí na naše smysly! Opravdu? 
Je dobré si uvědomit, že už naše smysly jsou vlastně stroje na zpracování informací, které signály z okolí mění na signály neurochemické. Tyto smyslové stroje jsou v současnosti společné virtuální realitě i realitě. V každém případě se v nich signály z okolí (ať už přirozeného nebo umělého) zjednodušují. Například oko má jistou citlivost a rozlišovací schopnost. V okolí je možné zaznamenat daleko více informací než zaznamenává naše oko. O tom svědčí oko orla, které vidí 8x menší podrobnosti než naše. V oku (a v každém smyslu) je jistý rastr, kterým se informace filtruje a zjednodušuje. 

Aby mohla být virtuální realita rovnocenná skutečnosti, musely by být v této pravé skutečnosti stroje, které vytváří onen vjem prostoru a celého okolí, na který jsme zvyklí. A tak tomu také je. V okolí existuje další druh jevových strojů - fyzikální jevové stroje. 

Vizuálně vnímáme nějaký předmět jen díky tomu, že odráží a také pohlcuje a vyzařuje určité elektromagnetické záření. Za příklad si můžeme vzít právě ono vyzařování. Tomu musí předcházet pohlcení fotonů určité vlnové délky. Ona vlnová délka je dána energetickými hladinami určenými kvantově. Kvantová mechanika dost přesně říká, jaké barvu světla budou vyzařovat jaké atomy. Těleso je v tomto smyslu jen stroj na vysílání fotonů. Tento stroj ale může vysílat jiné barvy paprsků, pokud předmět ozáříme světlem jiné vlnové délky. Navíc vidíme jen povrch předmětu a vnitřek si často domýšlíme podle svých zkušeností.

Nelze říci, že světlo jiné barvy dodá předmětu jinou barvu než ve skutečnosti má, protože to, že ve slunečním záření jsou právě ty barvy, které tam jsou (ty, které smícháním dávají bílou) je věc náhody. Je to dáno tím, že právě v oblasti viditelného světla svítí naše Slunce nejjasněji (viz obrázek č.1) a proto při vývoji druhů měly výhodu ty druhy, které vnímaly zhruba tyto vlnové délky. (Každý fotograf ví, že čím větší intenzita světla, tím se lépe fotí (pro oko vnímá), protože je největší hloubka ostrosti a rozeznávají se nejmenší podrobnosti.) V hypotéze je možné říci, že kdyby byly nejvýhodnější jiné vlnové délky (např. bychom žili u jiného typu hvězdy), právě jejich smíchání by vytvořilo bílé světlo. A barvy předmětů by se jevily právě v tomto osvětlení jako barvy skutečné.

Podoba skutečnosti ve své vizuální složce je tak závislá na spektrální třídě hvězdy, v jejíž blízkosti se pozorovatel nalézá. Skutečnost (ve své vizuální složce) je v tomto smyslu relativní, platná jen za určitých podmínek. 

Podoba vizuální skutečnosti je navíc závislá i na chemickém složení naší atmosféry a na fyzikálních vlastnostech světla. Světlo je elektromagnetické záření, tedy vlnění. Vlnění není schopno dobře zaznamenat předměty menší než půlvlna tohoto záření. Záření, kterým pozorujeme, musí mít tedy vlnové délky menší než řádově 1 milimetr. Jinak by naši předci nerozeznali jedovaté bobule či vzorek na těle jedovatého hada nebo hmyzu a měli by tak menší šanci na přežití. Život jim usnadňovalo třeba i pěstování obilí či sběr kořínků a plodů velkých třeba centimetr a méně.

Když se ale vrátíme ke složení atmosféry, zjistíme, že pro velkou část záření je současná atmosféra Země neprostupná. Infračervené záření pohlcuje vodní pára, vysokoenergetické paprsky X s velmi krátkou vlnovou délkou absorbuje kyslík a dusík, a záření ultrafialové ze souvislosti s ozónovými dírami známý ozón. Vlastně existují v atmosféře z hlediska vlnové délky jen 3 okna, kterými se záření dostane až na povrch Země (viz obrázek č. 2).

Největší okno, počínající asi u 10 na -3 metru a končící u 10 metrů, se pro vnímání nehodí pro svou velkou vlnovou délku a malou intenzitu světla. Ze zbývajících dvou malých vybrala matka příroda to levé již zmíněnou "volbou" spektrální třídy naší životodárné hvězdy.

Celé naše okolí je tedy fyzikální stroj, který vyrábí jevy určitého typu a konkrétní podoby. Souhrnu těchto jevů říkáme skutečnost. I pravá skutečnost je tedy produktem jevových strojů a v tomto smyslu se neliší od virtuální reality. Liší se jen typem jevových strojů, které ji vytvářejí.

Všechny ostatní rozdíly vnímané dnes jako nedostatky virtuální reality, jsou jen technickým problémem a je možné je vyřešit. Malou saturaci (výraznost) barev obrazovek virtuálních přileb se již podařilo vyřešit (za cenu 2000 USD), malé rozlišení těchto obrazovek je otázkou vývoje a ceny hardwaru. Zdá se, že na dokonalé zmatení oka bude stačit 5000 x 3000 bodů obrazovky v 16 miliónech barev. Pomalost virtuální reality, kdy počítač nestačí překreslovat scenérii kolem člověka, protože pozorovatel příliš rychle otáčí hlavou, je otázkou dalšího vývoje rychlosti počítačů. Bude stačit 25 obrázků, nanejvýš 100 obrázků za vteřinu.

U šálení sluchu je hlavním problémem vnímání prostorového zvuku tak, abyste například skřivánka slyšeli nad sebou. Je zajímavé, že zde je výpočetní náročnost dána tím, že jestliže chceme pouštět 3D zvuk do sluchátek, pak je nutné znát přesný tvar ušního boltce dotyčné osoby. Ten je totiž naprosto unikátní, stejně jako otisky prstů a rozhoduje o tom, jak se přicházející zvuk bude lámat do vnitřního ucha. Způsob lomu, spolu se sílou a zpoždění zvuku (jde-li zvuk zleva, uslyší jej člověk levých uchem silněji a dříve) rozhoduje o lokalizaci zdroje zvuku mozkem. Možnou metodou dokonalé iluze je tvar ucha laserově naskenovovat a převést jej do matematického modelu v počítači. Tímto modelem pak přefiltrovat každý zvuk. Praxe ukazuje, že potom člověk skutečně slyší prostorově.

Podobně by bylo možné rozebírat technické obtíže šálení každého smyslu a jejich složek a stále by se nikde nenarazilo na skutečně principiální překážky. Virtuální realita může být v budoucnu tak dokonalá, že bude prakticky nerozeznatelná od skutečnosti. Kdyby do takové virtuální reality bylo již od mládí ponořeno dítě, nepochybovalo by o tom, že je to pravá skutečnost. V podobné situaci jsme ostatně i my, kteří jsme ponořeni v přirozené realitě . Ta je vytvořena, jak se ukazuje podle posledních postupně ověřovaných fyzikálních hypotéz, fluktuací jedenáctirozměrného prostoročasového vakua. Celý náš vesmír by pak byla zvláštní virtuální realita, vzniklá pravděpodobně přirozeným způsobem. 

Pak bychom mohli pojetí obrátit a tvrdit, že naše stará dobrá skutečnost je jen speciální, samovolně vzniklý druh virtuální reality. Prostě na světě není nic než jevy.

Předcházející výklad ale nevysvětluje naprosto výjimečné postavení skutečnosti, její zdánlivou jedinečnost a neměnnost. Neměnnost této reality je dána opravdu velmi pomalým vývojem smyslových, fyzikálních a také rozumových jevových strojů, které ji vytvářejí. K obhájení faktu jejich pohybu stačí podotknout, že náš vesmír (tzv. metagalaxie) s jeho fyzikálními zákony někdy vznikl (asi před 15 miliardami let). Po vzniku vesmíru se fyzikální zákony vyvíjely - spontánním narušením symetrie vznikaly jednotlivé interakce, silná, slabá, elektromagnetická a gravitační. Stejně vznikl člověk se svými smysly a rozumem. Jak fyzikální zákony, tak smysly i lidský rozum se stále vyvíjejí, jen z našeho hlediska neviditelně (zejména smysly). Tento pohyb nemůžeme snadno zaznamenat podobně jako je těžké zaznamenat pohyb kontinentů například ze stavu jednoho prakontinentu, Pangey do současné podoby.

Všechny jevové stroje vytvářející naši realitu jsou tedy velmi stabilní a odtud pochází ona výjimečná stabilita skutečnosti. Druhým důvodem neviditelnosti toho, že skutečnost je pouze jevového charakteru je naše centrální postavení v ní (pro nás) a náš zvyk na tuto podobu skutečnosti. Vše pozorujeme ze svého hlediska a to již od narození. Od narození nevnímáme jinak než jak nám přikazují fyzikální zákony v naší oblasti (jde o strukturní a časovou velikost, typ prostoročasu apod.). To je dáno tím, že jsme se narodili na daném místě (například u určitého typu hvězdy) a do těla daných fyzikálních vlastností. Výběr za nás učinila matka příroda a my jsme touto její náhodnou "volbou" téměř dokonale uvězněni. Toto naše vězení vlastní skutečnosti se projevuje jako vězení našeho prostoru, vězení našeho času, vězení světla (elektromagnetického záření), což se rovná vězení teorie relativity, vězení kvantové mechaniky, vězení našeho ega neboli vězení vlastního vědomí a vězení vlastních smyslů.

Nemůžeme vnímat a uvažovat bez svého vědomí, nemůžeme žít mimo prostor a čas, mimo zákony teorie relativity a kvantové mechaniky atd. Všechna tato vězení jsou v tuto chvíli pro nás nepřekonatelná (nebo alespoň nepřekonaná) a deformují náš obraz okolního světa. Tomu deformovanému výsledku říkáme skutečnost. Skutečnost je totiž právě systém jevů na stěnách těchto a dalších vězení, je to systém jevů na našem horizontu. Jako taková je ale skutečnost "zbabělou" kategorií, stejně jako pravda nebo bůh. S posunem horizontu se totiž také posouvá na novou "pozici". "Utíká" před stále větší svobodou, kterou nám poskytuje náš rozumu dalšími znalostmi. Právě znalosti jsou tím, co nám dává možnost jednotlivá vězení postupně opouštět. 
Příklady projevů takových jevových vězení mohou být velmi názorné. Již jsme si řekli, že z elektromagnetického spektra vnímáme zrakem pouze úzkou část. Vlnové délky mohou začínat někde u 4.10 na -35 m a končit daleko dále než u délek kilometrových a delších. Když zrakem vidíme jen vlnové délky 400-750 nm (=10 ńa -9 m), znamená to, že vidíme daleko méně než 1 tisícinu celého spektra. Tomu, co zbude, říkáme skutečnost.

I to málo, co vidíme, vidíme deformovaně. O tom nás může přesvědčit třetí obrázek. Ten znázorňuje citlivost lidského oka na jednotlivé vlnové délky viditelného světla. Ukazuje, že nejen že vidíme různé barvy různou intenzitou (barvy jsou ve skutečnosti jinak výrazné, než je vidíme), ale dokonce selektivní citlivost našeho oka závisí na intenzitě tohoto světla. Známý Purkyňův jev popisuje vidění za šera, kdy vidíme jasněji jiné barvy než jsme jako jasné viděli za plného světla. Vizuální skutečnost je tedy dokonce proměnlivá podle intenzity osvětlení. 
Samozřejmě, že není problém takové deformované vnímání doložit na všech dalších smyslech. Všechny smysly dělají jen úzký výběr ze všech signálu a to nejen co do jejich frekvence či velikosti, ale také intenzity (příliš slabé světlo už neuvidíme). 
Zdánlivou absolutní objektivitu skutečnosti můžeme "dorazit" tím, že si uvědomíme, že i naše smysly vybírají z mnoha známých i neznámých interakcí a částic. Nevnímáme neutrina, které námi procházejí a spoustu dalších částic, nevnímáme jaderné síly (silné síly) a síly radioaktivního rozpadu (slabé síly) ani síly gravitační. Silné a slabé síly mají totiž příliš malý dosah, gravitace je v našich měřítkách příliš slabá. Jen elektromagnetické záření je člověku "přiměřené". Z hlediska všech interakcí a částic děláme zase jen úzký výběr. Jím jsme uvězněni a měnit jej, uvolňovat stěny vězení, můžeme jen velmi, velmi pomalu. Z hlediska přirozeného světa s tím nemůžeme dělat vlastně nic. Toto uvěznění je ale také zároveň základem blahodárné stability a spolehlivosti naší skutečnosti. 
Ano, naše skutečnost je jen speciální a náhodnými procesy při vzniku vesmíru (či jindy) mohla být velmi odlišná. Leč je taková jaká je, a pro náš přirozený i vědecký svět je dosti spolehlivým základem. Prostě matka příroda má velmi pomalý inovační cyklus naší přirozené virtuální reality a než bude k dispozici nový "model", uběhne spousta času. Přesto, že je skutečnost jen relativní, je to obvyklé a stálé prostředí, ve kterém se pohybujeme tak snadno, jak v našem vlastním, dobře zařízeném domě. Však je to také naše vlastní realita, kterou jsme pomohli světu vytvořit našimi smyslu a rozumem. Neměli bychom být tak egocentričtí či antropocentričtí, abychom ji považovali za zcela absolutní. 
Literatura : 
1. Fikáček Jan : Technologie výroby skutečnosti (viz http://www.fikacek.cz/906675762-technologie-vyroby-skutecnosti.html) 
2. Grygar Jiří, Horský Zdeněk, Mayer Pavel : Vesmír. Praha Mladá fronta 1993 
3. Hawking Stephen, Penrose Roger : The Nature of Space and Time. Princeton, New Jersey. Princeton University Press 1996. 
4. Slavíček Emil, Wagner Jiří : Fyzika pro chemiky. Praha : SNTL 1971.
5. Úvodní foto k perexu: http://bonusweb.idnes.cz/virtualni-realita-vyuziti-ddf-/Magazin.aspx?c=A151013_151745_bw-magazin_anb