Jistý vědec 19. století jménem Clausius pozoroval svůj hrneček s kávou a vypočítal z toho konec vesmíru. Jeho postup byl zhruba takovýto: [1]
- V přírodě pozorujeme nevratné procesy (ohřívání studeného hrnečku a ochlazování horké kávy)
- Nevratné procesy v uzavřené soustavě vedou do stavu, kdy se už nic dalšího neděje (přesun tepla skončí ve chvíli, kdy hrneček i káva mají stejnou teplotu)
- Vesmír je uzavřená soustava
—> Jednoho dne ve vesmíru ustane prakticky všechen pohyb a už nikdy se nic hýbat nebude.
Tato pozorování mají těsnou souvislost s druhým zákonem termodynamiky, který lze formulovat např. takto: “Není možné, aby teplo samovolně přecházelo z chladnějšího tělesa na těleso teplejší.” Nakolik se můžeme na tuto argumentaci spolehnout a co můžeme dále reálně vyvozovat z jejího závěru?
Neověřitelnost
A) Především se můžeme ptát, co je to ta uzavřená soustava. Je to soustava, na kterou nepůsobí žádná síla? Nebo spíše soustava, do které neproniká žádná energie, tam ani zpět? Dobrá. Ale jak dlouho? Donekonečna se asi za její uzavřenost zaručovat nemůžeme. Tedy potřebujeme, aby byla uzavřená do konce experimentu – do situace, kdy v ní “navždy ustane veškerý pohyb”. Ale vzhledem k tomu, že mluvíme o zcela obecné soustavě, je na místě otázka, jak poznáme, že její pohyb “navždy ustal”. Co když ustal jen na chvíli a jen zdánlivě? Například brouk uzavřený v láhvi se může přestat hýbat, ale to neznamená, že se přestal hýbat navždy. A to mohou snadno existovat systémy ještě neprůhlednější než brouci. Pro obecný proces, třeba je konečný, nemůžeme předem stanovit žádnou horní hranici, kdy zaručeně skončí. Ba co hůř: Čím vzdálenější horní časovou hranici chceme stanovovat, tím obtížněji se můžeme zaručit, že soustava bude po celou dobu uzavřená. O něčem jako “uzavřená soustava” tedy nemáme právo v takto obecném smyslu mluvit.
B) Ostatně, co to znamená, že někam proniká energie, nebo že dochází k její výměně? Co je to energie a jak ošemetné je mluvit o ní v takto obecném smyslu, jsme už rozebírali.
C) Jen tak mimochodem – vůbec není dokázáno, že by vesmír měl být uzavřená soustava. Pokud věříme v jeho uzavřenost, pak věříme, že je konečný a že nic jiného než tento vesmír neexistuje. To je dost odvážná víra. I toto téma jsme už probírali.
Co nám z toho vychází? Hypotéza o termodynamické smrti v obecné soustavě (tj. snaha aplikovat druhý termodynamický zákon na cokoli) je hned ze dvou důvodů neověřitelná. Za prvé, jak dokazuje odstavec A, nelze ověřit, že soustava bude uzavřená po celou dobu experimentu. Za druhé nelze ověřit samotnou uzavřenost soustavy (ani pro krátký časový úsek), protože ta se opírá o pojem energie, který je pro složitější procesy nepostižitelný a nedefinovatelný.
Nefalsifikovatelnost
Druhý zákon termodynamiky (dále jen 2ZT) nelze falsifikovat. Hypotéza může samu sebe “ověřovat” kruhem: Pokud pozorujeme proces, ve kterém nakonec ustane pohyb, pak je vše v pořádku a je to jen “další ověření 2ZT”. Pokud ale pozorujeme proces, ve kterém pohyb neustává, nýbrž střídavě ho ubývá a přibývá proti základnímu duchu 2ZT, máme hned dva způsoby, jak to beztrestně okecat ve prospěch 2ZT: buďto ve smyslu odstavce A, a totiž, že jsme systém nesledovali dost dlouho. Že tu šlo jen o uvolnění skryté vnitřní energie, tedy jen o zdánlivý přírůstek pohybu, a systém tak jako tak směřuje k nevyhnutelnému vyčerpání a nehybnosti, jenom si musíme déle počkat. Nebo ve smyslu odstavce B, a totiž, že systém ve skutečnosti není uzavřený a dochází ke skrytému přesunu energie odkudsi z vnějšku. Pokud tedy něco nehraje, vždycky se lze odvolat na “skryté síly”. Pokud je vše v pořádku, skryté síly vytahovat nebudeme.
Kruhovost argumentace tu spočívá v tom, že v případě A definujeme 2ZT pomocí určité lhůty, po jejímž vypršení ustane veškerý pohyb (“pohyb ustane, až vyprší lhůta”), a naopak tuto lhůtu určujeme pomocí 2ZT (“lhůta vyprší, až pohyb ustane”). V případě B definujeme 2ZT mj. pomocí termínu “uzavřená soustava” (“k termodynamické smrti dojde v uzavřené soustavě”), a naopak uzavřenou soustavu určujeme pomocí 2ZT (“uzavřená soustava je taková, kde dojde k termodynamické smrti”).
Idea uzavřené soustavy vnáší do zdánlivě řádné hypotézy nezkrotný chaos. To ale není jediná cesta, jak hypotézu vyjádřit a bránit. Znovu si povšimněme na začátku zmíněné explicitní formulace 2ZT: “Není možné, aby teplo samovolně přecházelo z chladnějšího tělesa na těleso teplejší.” Pochybný termín uzavřená soustava tu chybí. Místo něj je tu ale jiné problematické slůvko, samovolně. Ještě se nikomu nepodařilo formulovat fyzikálně přijatelným jazykem, co to znamená “samovolně” nebo “samo od sebe”. Toto záludné slůvko je neoddělitelně spjato s kauzalitou, svobodnou vůlí, předvídatelností a náhodou – pojmy, které nemají se samotnou fyzikou co dělat a daleko přesahují její pravomoce. A bez slůvka “samovolně” ta věta není pravdivá – o tom svědčí např. ledničky nebo živí tvorové, udržující si stálou vnitřní teplotu z elektriky, resp. z potravy(?). Pokusem o fyzikální vysvětlení je nahradit slůvko “samovolně” souslovím “bez dodání energie”. Ale jak bylo řečeno, fyzika neumí definovat energii v celém širokém pojetí toho slova. 2ZT se na základě toho může pokoušet vztahovat nárok jen na jakési těžko vymezitelné jednoduché děje. Na celý vesmír to rozhodně nestačí.
Nulová informace
“Veškerý reálný pohyb ve vesmíru se postupně zmenšuje a jednou navždy ustane.”
I kdybychom té větě nějak uvěřili… co nám vůbec říká užitečného? Říká, že svět kolem nás jednou skončí. Ale kdy – za kolik let? Můžeme si vybrat z nekonečného množství odpovědí, všechny jsou z tohoto pohledu stejně pravděpodobné. To je nulová informace o délce trvání vesmíru.
Určuje tato věta alespoň průběh chování jevového světa kolem nás? Neurčuje vůbec nic. “Reálný pohyb” tu znamená něco jiného než “pozorovatelný pohyb”. Popisuje se tu jakási “podstata”, abstraktní metafyzická veličina, která se nazývá entropie (a o které se budeme bavit v následujícím článku). Jde o veličinu, která není přímo pozorovatelná, ale má být neurčitě a nepřímo úměrná míře pohybu a má se nezadržitelně zvětšovat. Jenže není řečeno, jakou rychlostí, a není řečeno, jestli se to bude opravdu projevovat úbytkem viditelného pohybu, nebo jeho vzrůstáním. Představte si jakýkoli graf vývoje míry viditelného pohybu, a tento graf bude v souladu s výše uvedenou větou. Tady něco není v pořádku… 2ZT má údajně vymezovat, jak se svět chová a jak se nechová, ale přitom nelze myslet takovou historii světa, která by s ním byla v rozporu. Cokoli se děje, je důkazem pravdivosti dogmatu? To už tady bylo…
Fyzika má velmi krátký řetěz. Ve snaze povznést se k filozofii se z něj utrhne a stává se z ní novodobé náboženství… Jaký máme důvod fyzikům věřit, že popisují jedinou a základní pravdu o veškerém chování světa?
Poznámky:
[1] Možná to nebylo přímo při pozorování hrnečku s kávou a možná to nebyl přímo Clausiův myšlenkový pochod. Tak či onak se však jedná o známý argument, na jehož vzniku se tento vědec významně podílel.
