Fyzikové (mezi nimi i mladý Čech – dnes již doktor – Jaroslav Trnka) popsali nový matematický objekt, který má potenciál radikálně změnit náš pohled na realitu, a který tak probudil velká očekávání nejen v prvních liniích teoretické fyziky. Tzv. amplituhedron, který umožňuje výpočet interakcí subatomárních částic, má totiž minimálně jednu nesmírně užitečnou a jednu bezprecedentně fascinující vlastnost (původní článek). S pomocí amplituhedronu lze jednak zjednodušit dosud extrémně komplikované matematické výpočty částicových interakcí na relativně triviální příklady, a jednak, což je doslova mindblowing i z laického hlediska, výpočet s pomocí amplituhedronu vůbec nepotřebuje brát v potaz existenci času a prostoru. Ty při výpočtu, chtělo by se říct, „vznikají“ jako vedlejší produkt.
Umělecké ztvárnění amplituhedronu (Andy Gilmore)
Detailní pochopení tohoto konceptu samozřejmě stále vyžaduje velice úzkou specializaci a bystrou mysl, a tak mohu jen předpokládat, že ti, kteří se zasvěceně a nadšeně k amplituhedronu dosud vyjádřili, nelžou, a dodat odkazy na další zdroje pod článkem. I kdyby si v tomto momentě někdo trošku zapřeháněl, tak věda disponuje jedním mocným nástrojem. Vždy vyžaduje důkladné a nezávislé ověření, kterým nemilosrdně odděluje zrno od plev bez ohledu na to, kdo čemu věří a co si přeje.
Nákres amplituhedronu reprezentující interakci 8 gluonů. Stejný výpočet s použitím klasických Feynmanových diagramů by zabral zhruba 500 stránek algebry. (Nima Arkani-Hamed)
Drbali se fyzikové ve svých výpočtech celou dobu jen levou rukou za pravých uchem a až teď si všimli druhé ruky nebo jsme se skutečně všichni nechali ošálit iluzí a svět je zcela jiný než jak se nám na první pohled jeví?
Svět vnímáme pěti smysly a jeho podoba v podstatě vzniká až v našich mozcích. (Podívejte se, jak to občas také dělá: http://i.imgur.com/opNnoOx.gif). Možnost, že vnímáme jen zmuchlanou verzi jinak elegantního světa je zcela otevřená. Lidský mozek se do dnešní podoby vyvinul (nebo klidně i byl stvořen) v hlavách našich předků – lovců a sběračů – kde strávil mnohem delší dobu než v hlavách zemědělců, inženýrů, nebo jaderných fyziků. Za účelem přežití vůbec nemuselo být výhodnější vnímat svět v jeho pravé podobě. Stejně jako nemusíme chápat funkci auta nebo internetu, abychom je využili k našemu prospěchu, nemusíme ani vědět, že existují atomy abychom ulovili králíka. V podstatě i z hlediska popíračů evoluce (vyjma kreacionistů mladé Země) by se od milujících stvořitelů a stvořitelek dalo očekávat, že nenechají po statisíce let žít mezi šelmami šprty, kteří myslí v n-rozměrném prostoru, ale nedokáží trefit mamuta, aniž by si zlomili ruku. Naši dávní předkové potřebovali vyhodnocovat svět kolem sebe rychle a intuitivně v rámci rozměrů a rychlostí jejich každodenní zkušenosti – a to klidně i jen jako černou skříňku s určitými vstupy a výstupy. Že kámen padá dolů a voda se vlní nám příjde tak přirozené, že i když jsme později nalezli rovnice, které tyto jevy popisují, nikdo se extra neudivoval. To se ale dramaticky změnilo, když jsme díky technologickému pokroku začali pozorovat jevy v mnohem menších nebo větších rozměrech, rychlostech, teplotách atd.
Dnes pozorujeme kvantové jevy na subatomární úrovni a úplně stejně je popisujeme rovnicemi jako dříve kameny a vodu, ale tentokrát kroutíme hlavou div si nezaškrtíme tepny. Kdo nekroutí, tak o kvantových jevech nic neví. A přitom co se změnilo? Principiálně nic. Pozorování -> rovnice -> předpověď -> ověření/vyloučení… Jen drtivá většina lidí (ba spíš všichni) nedokáží intuitivně odhadnout výsledek kvantových jevů, zatímco v případě klasické mechaniky ze světa pračlověčích rozměrů a rychlostí to více méně dokáže každý, přestože kámen padající dolů je stejně divný nebo normální jako vlnově korpuskulární dualita částic. Žádná logika v tom není (snad jen zatím).
Troufám si tvrdit, že to byla až kvantová fyzika, která vědce donutila opravdu kapitulovat při snaze přeložit si fyzikální jevy vždy do podoby uspokojující intuici pravěkého mozku a přiměla je soustředit se na vědu v její nejryzejší formě. Prostě pozorovat, popisovat rovnicemi, rovnice sjednocovat pro co nejvíce jevů a testovat jejich předpovědi. Naše uspokojení z jejich pochopení se stalo druhořadé vedle zdrcující přesnosti takto vypracovaných teorií. Snad nejzjevnějším odpůrcem přijímání neintuitivních a „ošklivých“ teorií byl Albert Einstein. Fascinujícím příkladem jeho kapitulace byl tzv EPR paradox. Einstein navrhl myšlenkový experiment, který by podle předpovědí kvantové teorie vedl k výsledku zcela odporujícímu zdravému selskému rozumu. Tento experiment byl proveden a předpověď kvantové teorie se potvrdila. Svět je mnohem šílenější, než si i ti největší géniové mysleli.
Fyzikální teorie se tedy dál vyvíjely rychleji než jejich chápání v tom intuitivním smyslu. Myšlení vědců v první linii se ale také přizpůsobilo. Naučili se přijímat lidskou omezenost a experimentální fakta ještě přísněji než kdy dříve což na druhou stranu přinášelo zážitky asi jako při otevírání nových a nových dveří v obrovském kouzelném domě. Zde se hodí citát už nevím koho: „Zatímco básníci a filosofové se dívají na zavřené dveře a představují si svět za nimi, věda je otevírá a objevuje svět, na který lidská fantazie nestačí.“ Pocity při vědeckém pátrání pak shrnul Richard Feynman: „Fyzika je jako sex. Může mít nějaké užitečné výsledky, ale to není to, proč to děláme.“
Výsledkem výzkumu sice byla v podstatě kuchařka popisující chování tohoto světa jako černé skříňky, bez pocitu pochopení, ale o to přesněji. To ovšem záhy přestalo být výhodné i z praktického hlediska. Teorie byly stále komplikovanější, zahrnující zoo částic a experimentálně určených konstant, přičemž elegantní teorie Všeho by neměla obsahovat konstatntu žádnou a měla by vysvětlovat i sama sebe.
Vedle poměrně přímočaré snahy popsat všechny dosud pozorované jevy jednou rovnicí, fyzikové neustále pátrají po jiném úhlu pohledu, jiném fundamentálním základu, nebo hlubším mechanismu, který by popisoval pozorované minimálně stejně přesně jako stávající teorie a pokud možno jednodušeji. Nový pohled na starý problém má vždy potenciál pootevřít černou skříňku současných modelů. Jednou z takových tref a nabízených cest je možná teorie strun, která nově zahrnula i gravitaci a relativitu do kvantového světa, ale jinak trpí řadou neduhů. Experimentální ověření existence jejích elementárních objektů – strun – je daleko za našimi současnými experimentálními možnostmi a jako výpočetní pomůcka je téměř nepoužitelná.
Amplituhedron má vlastnosti zcela zdrcujícím způsobem jiné – je jednoduchý (relativně). Tento koncept je zatím mladý, ale je možné, že se v něm schovává obrovský lék, který naše chápání reality posune gigantickým skokem dopředu. Nabídka toho, že svět, tak jak ho vnímáme, je jen projekční plátno zcela jiného „reálnějšího“ světa, je velice lákavá. Svět možná nejenže není placatý ani ve středu vesmíru, jak se na první pohled jeví, možná že ani nemá rozměry a čas takové jak je známe.
Původní článek: http://arxiv.org/abs/arXiv:1212.5605
Slajdy Jaroslava Trnky (spoluautora): http://www.staff.science.uu.nl/~tonge105/igst13/Trnka.pdf
Dle mého názoru asi nejzdařilejší popularizace: https://www.simonsfoundation.org/quanta/20130917-a-jewel-at-the-heart-of-quantum-physics/
Článek Luboše Motla: http://motls.blogspot.ch/2013/09/amplituhedron-wonderful-pr-on-new.html