Všichni ti, kdo sledují Diskuse ChristNet.eu, dobře vědí, že nemalá pozornost je u řady diskutujících věnována některým obecným filozofickým důsledkům vývoje, který proběhl v minulém století v přírodních vědách, a zvláště ve fyzice. Obecně existuje mezi lidmi povědomost o dvou zásadních revolucích moderní fyziky, totiž o teorii relativity a o kvantové mechanice, avšak málokdo i v odborných kruzích ví, že v druhé polovině 20. století došlo ještě k třetímu zlomu v samotných základech fyziky, který se nyní pokusím velmi zjednodušeně nastínit. Ale nejdříve pár slov k oběma prvním revolucím.

Teorie relativity
Feynman začíná kapitolu o speciální teorii relativity ve svém monumentálním přednáškovém cyklu těmito slovy: "Více než 200 let se věřilo, že Newtonovy rovnice správně popisují přírodu. Když se v nich poprvé našla chyba, našel se i způsob, jak ji odstranit. Oboje, chybu i její korekci, objevil Einstein v roce 1905." V Newtonově mechanice platil zcela neomezeně princip skládání rychlostí, kdybychom tedy např. měli auto, které by se pohybovalo rychlostí v vzhledem k povrchu Země, potom by se světlo jeho reflektorů pohybovalo vzhledem k témuž povrchu rychlostí c + v, kde c je rychlost světla samotného. Roku 1887 Michelson a Morley provedli jeden z experimentů, který měl určit rychlost Země vzhledem k hypotetickému "éteru", který podle tehdejších teorií naplňoval celý vesmír, byl v klidu a umožňoval jako vztažný systém určit "absolutní" rychlost těles. Experiment však nedovedl k všeobecnému překvapení odpovědět na položenou otázku a jeho výsledek byl nulový. Vysvětlit tento překvapivý fakt se podařilo teprve Einsteinovi tím, že určil, že rychlost světla je konstantou, tedy odmítl představu skládání rychlostí pro světlo. Světlo z reflektorů stojícího auta se pohybuje vzhledem k povrchu Země touž rychlostí jako světlo z auta, které jede rychlostí v. Tato základní myšlenka vedla k velkému množství nesmírně podivných důsledků (např. tzv. kontrakce délek a dilatace času), které se však podařilo experimentálně potvrdit. Feynman vliv první revoluce moderní fyziky vystihuje mj. těmito slovy: "To, že jsou Newtonovy zákony chybné, byl po mnoha letech, kdy se zdály být přesné, samozřejmě šokující objev. Je jasné, že příčinou nejsou špatné experimenty. Byly však provedeny pouze v omezeném rozsahu rychlostí, v tak malém, že relativistické efekty se neprojevily. Nicméně, dnes zaujímáme mnohem pokornější stanovisko k našim fyzikálním zákonům – všechno může být špatně!" Takto tedy vkročilo do fyziky 20. století.

Kvantová mechanika
Einstein nedostal Nobelovu cenu (r. 1921) za teorii relativity, nýbrž za interpretaci tzv. fotoelektrického jevu, který pozorovali v letech 1887-1888 nezávisle na sobě A. G. Stoletov a H. Hertz. Einstein přitom oživil dávnou Newtonovu hypotézu, že světlo je proud světelných částic čili diskrétních jednotek, kvant. Fotoelektrický jev je jedním z příkladů, kdy se světlo chová tímto způsobem, naopak v případě ohybu nebo interference se chová nikoli jako proud částic, nýbrž jako elektromagnetické vlnění. L. de Broglie později (Nobelova cena z roku 1929) poukázal na to, že ne pouze světlo, nýbrž hmota vůbec se jednou projevuje částicově, jindy však vlnově (důkaz provedli v roce 1927 Davisson a Germer).

Shodou okolností se v oné době řešil také závažný problém struktury atomu. Po prvním modelu J. J. Thomsona z roku 1898, který byl vyvrácen Geigerovým a Marsdenovým experimentem, navrhl další model atomu E. Rutherford. Představoval si atom jako sluneční soustavu: uprostřed malé, kladně nabité a těžké jádro, kolem kterého krouží lehké, záporně nabité elektrony. Rutherford přitom ignoroval skutečnost, že podle klasické teorie elektromagnetického pole musí pohybující se elektrony vyzařovat energii a spadnout do jádra, tzn. atomy by nemohly existovat v našich časových měřítcích. Roku 1913 N. Bohr vysvětlil tzv. čárová spektra atomů myšlenkou, že elektron nemůže kolem jádra kroužit po všech možných drahách, ale pouze po některých, přičemž na každé z nich má přesně danou energii, která se směrem od jádra ven zvyšuje (Nobelova cena z roku 1922). Takovéto omezení dráhy elektronu na definované násobky základní dráhy se nazývá kvantování dráhy. Později bylo zřejmé, že elektron se v atomu chová jako vlna (a každá vlna je v daném čase zároveň na více místech) a že nelze říci, na které z přípustných drah právě je, nýbrž že můžeme určit pouze pravděpodobnost, s jakou se na každé z nich vyskytuje. Takto pojatý model atomu už nebylo možno popisovat klasickou elektromagnetickou teorií.

Příslušný teoretický aparát pro tyto a podobné jevy vytvořila kvantová mechanika. Einstein vyjadřuje rozdíl mezi klasickou a kvantovou fyzikou takto: "Klasická a kvantová fyzika se pronikavě liší. Klasická fyzika usiluje o popis předmětů existujících v prostoru a o formulaci zákonů, jimiž se řídí změna jejich polohy v čase… V kvantové fyzice není místa pro zákony, které popisují změny jednotlivých předmětů v čase. Místo nich máme zákony, které udávají změnu pravděpodobnosti v čase. Jenom tato fundamentální změna, kterou do fyziky zavedla kvantová fyzika, umožnila podat konzistentní výklad nespojitého a statistického charakteru událostí v říši jevů, kde elementární kvanta hmoty a záření prozrazují svou existenci." Za tvůrce kvantové mechaniky jsou považováni L. de Broglie, M. Born (Nobelova cena z roku 1954), E. Schrödinger (Nobelova cena z roku z roku 1933 spolu s P. A. M. Dirakem) a W. Heisenberg (Nobelova cena z roku 1932). Mezi dalšími nositeli Nobelových cen, kteří se na rozvoji kvantové fyziky přímo podíleli, lze zmínit: W. Pauliho, S. Tomonagu, J. Schwingera, R. P. Feynmana a R. S. Mullikena.

Termodynamika
Třetí revoluci v moderní fyzice bych se chtěl věnovat podrobněji. Od Newtonových dob existuje ve fyzice symetrie mezi minulostí a budoucností. Ačkoli čas je i v klasické mechanice pojat jako proud dějů, nepřináší nic zásadně nového, čili v principu je vratný. Známe-li totiž polohu všech částic a všechny zákony, jimiž se řídí jejich chování, můžeme de facto zjistit všechno, co se kdy stalo, či stane. Nelze říci, zda náš čas neplyne spíše do minulosti než do budoucnosti, minulost a budoucnost jsou věcí konvence. Významní fyzikové, kteří zdědili toto vnímání času od klasické fyziky, dospívali dokonce k názoru, že čas je pouhá iluze. Einstein to vyjadřuje v kondolenčním dopise sestře svého přítele těmito slovy: "Michele opustil tento podivný svět přede mnou. Není to důležité. Pro nás, přesvědčené fyziky, je rozdíl mezi minulostí, současností a budoucností pouhou iluzí, i když trvalou."

Roku 1865 to byl R. J. Clausius, kdo započal drama třetí revoluce v moderní fyzice, která Einsteinova slova radikálně zpochybnila. Zformuloval totiž tzv. druhou větu termodynamiky. Než se k ní však dostanu, chci se stručně zmínit o historii této vědní disciplíny, která se od začátku stavěla proti už zmíněnému determinismu. Když roku 1811 J. J. Fourier získal cenu Francouzské akademie věd za popis šíření tepla v pevných látkách, objevila se na vědecké scéně velmi zvláštní teorie. Prigogine o ní užívá tato slova: "Byla vytvořena fyzikální teorie, která byla matematicky stejně pečlivá a přesná jako pohybové zákony mechaniky, ale přitom byla newtonovskému světu naprosto cizí. Od tohoto okamžiku přestaly být matematika, fyzika a newtonovská věda synonymem." Vznikla termodynamika jako věda o vzájemných vztazích tlaku, objemu, teploty a chemického složení při jejich změnách. První a základní věta termodynamiky je vlastně zákon zachování energie. Clausius si ovšem všiml, že při reálných dějích např. v tepelných motorech dochází k nevratnému nárůstu veličiny, která odpovídá míře neuspořádanosti systému a kterou nazval entropie. Objev zákona o tom, že ve vesmíru stále vzrůstá chaos, byl pro fyziky velmi vzrušující. A to už jen proto, že náhle bylo možné rozlišit budoucnost od minulosti, neboť minulost má vždy vyšší míru uspořádanosti. Říkává se, že entropie je tzv. šipka času.

Dokončení zítra