Albert Einstein mohl mít pravdu, když tvrdil, že čas je relativní. (FlashMovie / Shutterstock)
Britský fyzik vytvořil ve své laboratoři „mini-vesmír“ a změřil čas bez použití hodin. Jeho experiment s takzvanými ultrachladnými atomy a kvantovou gravitací nabízí nový pohled na jednu z nejstarších záhad fyziky a ukazuje: čas je relativní.
Stručně:
- „Co je čas?“ patří k nejstarším otázkám, kterými se lidé zabývají už více než 2 000 let.
- Britský vědec vytvořil ve své laboratoři malý vesmír a poprvé změřil čas bez hodin.
- Na základě 24 000 ultrachladných atomů zjistil, že čas může plynout vpřed, zpomalovat se, ale také se zastavit – podle toho, kolik pozornosti mu věnujeme.
Znáte ten okamžik? Sedíte nad nepříjemným úkolem nebo se na něco těšíte, podíváte se na hodiny, ale ručičky se snad vůbec nehýbou. Skoro jako by se čas zastavil. Naopak ve chvílích, kdy nevěnujeme pozornost jemu, ale příjemným věcem, jako by mizel před očima. Jako by byl čas, jak se domníval Albert Einstein, relativní.
Co je ale vlastně čas? Jde o jednu z největších otázek vědy, na kterou se přírodovědci, filozofové a teologové snaží najít odpověď už tisíce let. Aby k tomuto tématu přispěl z pohledu fyziky, vytvořil vědec z Birminghamské univerzity ve své laboratoři „mini-vesmír“. Ukazuje na něm, jak lze měřit plynutí času bez použití hodin a nepřímo také to, jak se čas chová.
Otázka všech vědeckých otázek
Od chvíle, kdy člověk začal zkoumat své okolí a zákony, které jej řídí, existují různé představy o podstatě času. Myslitelé jako Platón (427–347 př. n. l.) nebo Augustin z Hippa (354–430) jej zpočátku chápali jako pozemský „výtvor“ – čas tedy vzniká společně se světem a spolu s ním také zaniká. Tato představa se objevuje rovněž v křesťanské víře v souvislosti s dnem Posledního soudu.
Později se rozvinula myšlenka absolutního času, kterou zastávali například Isaac Newton (1643–1727) a Immanuel Kant (1724–1804). Podle ní čas existuje nezávisle na člověku i na Zemi.
S technickým pokrokem přišli přírodovědci s řadou nových teorií o čase. Jedním z nich byl švýcarský fyzik Albert Einstein se svou teorií relativity. Zjistil, že v závislosti na rozdílné rychlosti pohybu nebo síle gravitačního pole může být čas vnímán a z různých perspektiv plynout pomaleji či rychleji.
Pro Alberta Einsteina byla hudba důležitou součástí života. Relativní není pouze její vnímání, ale také její časový průběh. (Volné dílo)
Kvantová mechanika podle všeho podporuje teorii, že čas je relativní. Život člověka, tvořeného nesčetnými atomy, uplyne během několika desetiletí, zatímco samotné drobné atomy nestárnou a jsou jakoby bezčasé. Jak je tomu ale mimo Zemi?
Má vesmír něco jako čas?
Některé fyzikální teorie, například Wheelerova–DeWittova rovnice – kombinující kvantovou mechaniku a teorii relativity – naznačují, že na své nejhlubší úrovni vesmír žádný čas neobsahuje.
Kosmos by podle této představy existoval jako jediný neměnný kvantový stav, v němž částice vykazují jak vlnové, tak částicové vlastnosti. Vesmír jako celek je přitom chápán bez jakýchkoli vnějších hodin.
Veškerý pocit času by pak musel vyplývat z vnitřních vztahů mezi jednotlivými částmi, což se označuje jako relační čas. Tato teorie nebyla nová, dosud však nebyla přímo laboratorně otestována. To chtěl změnit Giovanni Barontini, profesor fyziky na Birminghamské univerzitě v Anglii, pomocí svého laboratorního mini-vesmíru.
Giovanni Barontini, profesor fyziky na Birminghamské univerzitě, vytvořil ve své laboratoři „mini-vesmír“ a poprvé změřil čas bez hodin. (University of Birmingham)
Mini-vesmír v laboratoři
Profesor Barontini použil oblak 24 000 ultrachladných atomů, takzvaný Boseho–Einsteinův kondenzát. Jeho teplota činila jen několik miliardtin stupně nad absolutní nulou. Fyzik tím vytvořil hermeticky uzavřený kvantový systém napodobující jednoduchý „vesmír“.
Částice zachytil a rozdělil pomocí tenké bariéry vytvořené laserovým paprskem, čímž vznikla pozorovaná („světlá“) a nepozorovaná („temná“) oblast. Atomy se mohly mezi „světlou“ a „temnou“ částí pohybovat, jinak však zůstal celý systém od okolního světa izolovaný. Neměl tedy ani nic, co by mohlo sloužit jako hodiny.
„Oblak“ uvnitř skleněné komory tvoří magnetooptická past na atomy. Teplota zde dosahuje přibližně 0,0001 stupně nad absolutní nulou. (University of Birmingham)
Atomy ve „světlé“ oblasti se v pasti pohybovaly tam a zpět a v pravidelných intervalech přetékaly přes bariéru. Barontini tyto okamžiky označoval jako „velký třesk“. Když se však atomy vracely zpět k bariéře, nazýval tento okamžik „velkým krachem“ (Big Crunch). Jde o hypotetický scénář, při němž se rozpínání vesmíru obrátí.
Následně sledoval, jak si obě poloviny systému vyměňují entropii – tedy míru neuspořádanosti či rozptýlení atomů a jejich chování uvnitř systému – ve chvílích, kdy atomy překračovaly bariéru. Namísto laboratorních hodin, které by určovaly pořadí událostí, vytvořil „entropický čas“. Ten byl definován výhradně množstvím entropie, které mezi oběma polovinami systému proudilo.
Tři fáze času
Profesor Barontini ověřoval teorii „entropického času“ na svém laboratorním vesmíru a překvapivě objevil tři fáze času:
- pokud entropie proudila, tedy rozptýlení částic ve světlé části narůstalo nebo klesalo, čas plynul vpřed,
- pokud se výměna atomů zpomalila, zpomalily se i „hodiny“,
- pokud obě poloviny dosáhly rovnováhy a entropie přestala proudit, čas se zastavil.
„Studie poskytuje první kontrolovaný experimentální důkaz, že ‚čas‘ lze definovat prostřednictvím změn uvnitř systému, nikoli jako vnější ‚tikající hodiny‘, jak čas běžně chápeme,“ vysvětlil profesor Barontini.
Pocit času vysvětlený nevědomostí aneb Schrödingerova kočka
Samotný čas i směr, kterým čas plyne – takzvaný šíp času –, by tedy mohly pocházet z jednoho zdroje: od pozorovatele, který se vzdává určité části informací.
Když se Barontini rozhodl nepozorovat temnou oblast, vzdal se znalostí o této polovině systému. Právě tento akt nevědomosti, zakódovaný v entropii, umožnil v druhé polovině vznik času. Silně to připomíná Schrödingerovu kočku, která je zároveň mrtvá i živá – podle toho, zda se do krabice podíváme, či nikoli.
„Jak čas, tak šíp času – možná jednoduše vznikají z nevědomosti,“ shrnul Barontini. „Abychom mohli čas mít a pozorovat, musíme se vzdát určitých stupňů volnosti.“
Pokud tedy v nepříjemných chvílích přestaneme věnovat pozornost hodinám, možná se budeme moci o něco dříve vrátit k příjemnějším okamžikům života.
Studie byla zveřejněna 11. června 2026 v odborném časopise Physical Review Research.
–etg–
-etcz-
Comments