Zápočtová práce k přednášce Fyzikální obraz světa

Hlavním popudem k sepsání této práce nebylo zdaleka tak potřeba sepsání nějaké zápočtové práce z této přednášky, ale vnitřní potřeba pokusit se vyrovnat s podle mého mínění dosti rozšířeným problémem v chápání lidských možností ovládat okolní svět díky poznání fyzikálních zákonů.
Poslední kapkou, která mě donutila k tomu, abych se pokusil promyslet si a hodit na papír (spíš na disketu) svoje námitky k bezmezné důvěře spousty svých kamarádů, ale i lidí, které osobně neznám, v možnosti fyziky jako všespasitele lidstva, byl článek poradce ministra školství pana Rostislava Garguláka v Rudém právu ze dne 22.3.1995. Poradce ministra školství v něm reagoval rozhovor s p. Vavrouškem o programu Svobodných demokratů, jehož podstatnou částí se stala ekologická politika, konkrétně idea trvale udržitelného rozvoje. P.Gargulák kontroval tím, že "lze spíše tvrdit, že díky kreativitě lidského myšlení přírodních zdrojů neustále přibývá", "možnosti lidského intelektu jsou neomezené" a jako příklad uvedl "svět bez mědi by fungoval pravděpodobně stejně dobře, ne-li lépe, než svět s mědí."
 V další části pak zpochybnil možnost skleníkového efektu, škodlivost ozónové díry, vliv znečištěného prostředí na lidskou populaci (protože průměrný lidský věk stoupá) a hrozbu přelidnění. Jeho článku se dostalo zaslouženého ohlasu, v kterém byla napadána bohužel pouze ta druhá část. Možná proto, že o škodlivosti ozónové díry dneska pochybují pouze profesionální optimisté a manažeři firem produkujících freony, ale možná i proto, že mnohý z kritiků stejně jako pan Gargulák spoléhá na to, že díky fyzice nakonec ty zákony nějak ovládneme a to nás zachrání.
 Zkusíme si představit náš svět bez mědi. Prostě včera měď došla.Možná by bylo lepší vyrábět měď jadernými reakcemi. Energetická a technologická náročnost takové výroby je však dnes tak vysoká, že by takto získaná měď patřila mezi nejdražší látky na světě a těžko by bylo možné ji používat stejně jako dnes. Obvyklým nápadem autorů scifi je těžba kovů z dnešních skládek. Bohužel těžba ze suroviny s tak nízkým obsahem kovu by zvedla cenu suroviny velice vysoko, vždyť se dnes nevyplatí tímto způsobem získávat ani takové komodity jako zlato. Vypadá to tedy tak, že pokud dojdou přírodní zásoby mědi, budeme se bez ní muset obejít.
 Asi nejsnáze se ze ztrátou mědi vypořádá mezinárodní olympijské hnutí. Bronzová medaile se zruší a nahradí jiným kovem. Ostatně by se při této příležitosti mohl upravit celý systém, vždyť zlato už dávno není nejdražším kovem. Trochu horší to budou mít sochaři a restaurátoři, pozinkované plechy totiž nevypadají tak pěkně. I nefyzika asi napadne, že největší problémy budou v elektrotechnice. Měď je dodnes nejpoužívanější vodič pro slaboproudé aplikace. Kromě vysoké vodivosti má i solidní mechanické vlastnosti. Když se podívám do tabulky vodivosti je jasné, že nejlepší by bylo nahradit měď stříbrem, které je po všech stránkách lepší (také se dnes pro mimořádné aplikace, kde není tolik na závadu jeho vysoká cena, běžně používá.) Náš bezměďový svět by fungoval opravdu lépe. Bohužel to zatím nevypadá, že by v okamžiku, kdy dojde měď, mělo na světě nějak podstatně přibýt stříbra, spíše dojde ještě dřív než měď. Nakonec nám nezbude nic jiného než vzít zavděk obyčejným hliníkem. V tabulce je sice hned za mědí, ale i tak je jeho měrný odpor téměř dvakrát větší. Bohužel budeme muset víc platit za elektrickou energii, protože se nám o něco víc ztratí v místních rozvodech, kde jsou na rozdíl od dálkového vedení měděné dráty. Puberťáci si budou muset zpočátku zvyknout, že jim častěji odcházejí šňůry ke sluchátkům u walkmana, ale tenhle problém se po zavedení nových vodičů sice s hliníkovým jádrem, ale speciálním dvojitým (u zvláště kvalitních výrobků trojitým) pláštěm vyřeší. Horší bude situace při výrobě transformátorů, kde už dnes je problémem chladit stroj, v kterém dochází na poměrně malém prostoru k tak vysokým ztrátám, že bez chlazení by shořel. Až konečně přijdeme o měď, budou ztráty transformátorů v hliníkovém vinutím při stejném užitečném výkonu téměř dvakrát větší.
Vcelku lze ale konstatovat, že je možné se bez mědi obejít. Ale nebylo by to bez problémů, svět by určitě nefungoval lépe než nyní a hlavně by to nebylo zadarmo. Každé z těchto řešení sebou nese vyšší spotřebu energie a tím další problémy. Je zajímavé, že celé neštěstí by se hospodářsky mohlo projevit i kladně zvýšením národní důchodu, podobně jako nám "pomohla" ozónová díra. Počty prodaných slunečních brýlí navíc s UV filtrem a opalovacích krémů s vysokými ochranými faktory jsou dnes mnohonásobně větší než před jejím objevením. Tento progresivní způsob uvažování se vyskytuje přinejmenším u některých ekonomů, není to tak dávno, co jsem v televizi viděl, jak si jeden z nich pochvaloval, že po oteplení Země díky skleníkovému efektu se zvednou průměrné výnosy obilí na zatím příliš studeném poloostrově Labrador.
 V této chvíli by se mohlo zdát, že situace opravdu není tak strašná, vždyť jsem vůbec neuvažoval o možnostech technického pokroku. O tom, že svět může být za sto let (v době kdy podle současných trendů vyčerpání zásob mědi hrozí) úplně jiný, žádné transformátory už nebudou potřeba a místo mědi se budou používat vodiče s daleko lepší vodivostí a mechanickými vlastnostmi. Problém tedy spočívá v tom je-ji možné takovéto látky vyrobit. Z hlediska mnoha lidí je to jasné, jedná se pouze o otázku času a peněz určených na výzkum. Dříve nebo později se musí nějaká taková látka objevit. Tady je asi jádro problému. Těžko dnes, když není k dispozici všeobecně přijímaná teorie supravodivosti, předpovídat, kde se zastaví vývoj vysokoteplotních supravodičů, ale je možné, že existuje teplota, za kterou se již nepůjde dostat. Půjde tedy o podobný příklad jako při nejvyšší rychlosti povolené ve vesmíru - rychlosti světla.
 Existuje obrovská skupina lidí, často i s vysokoškolským vzděláním, kteří nechápou omezení rychlostí ve vesmíru jako věc, se kterou se musíme smířit, ale jako jakýsi nedodělek lidstva, který by bylo záhodno vyřešit a konečně teda vymyslet nějakou raketu létající rychleji. Chápou, že jde o úkol obtížný a tudíž nyní těžko řešitelný, ale jsou si jisti, že na to lidé určitě jednou přijdou. Koneckonců scifi podobných raket vyprodukovala obrovské množství. Jsme ale opravdu ve stejné situaci jako lidé roku dva tisíce před n.l. pro které lety na Měsíc byly podobně neuskutečnitelným snem jako pro nás nadsvětelné dopravní prostředky?
 Rozdíl je zejména v chápání slovesa ovládat fyzikální zákony. Zkusím přiblížit rozdíl tak jak ho chápu já na příkladě docela obyčejných zákonů, které nejsou fyzikální, ale jsou to ty úplně běžné, takové které přijímá sněmovna a my bychom se podle nich měli řídit. Ovládat se dají dvěma způsoby. První řekněme právnický způsob ovládání zákonů znamená, že právník zákony zná, chápe jejich obsah a v případném soudním řízení se je snaží použít tak, aby dosáhl svého cíle. Jsou ale chvíle, kdy prostě žádný takový zákon neexistuje a dotyčný právník má smůlu (Chtělo by se věřit, že právě toto je důvod, většiny nespravedlností právního řádu, které většina z nás pociťuje.). Druhý způsob ovládání zákonů bych pojmenoval podle Stalina nebo Hitlera. Oba tito pánové měli možnost udělat si ty zákony tak, jak jim vyhovovalo. Ani pro ně to nebylo zadarmo, bylo nutno zlikvidovat ostatní členy politbyra, podpálit Říšský sněm apod., ale je, myslím si pravdou, že potom se zákony docela podobali tomu, co si oba pánové představovali.
Bohužel fyzici nejsou v postavení Stalina a svoje fyzikální zákony ovládají pouze způsobem, který jsem výše označil jako právnický. Navíc mají oproti skutečným právníkům dvě nevýhody: neznají ( A asi ani nikdy nebudou znát) zákony celé a všechny a nemají na rozdíl od právníků a ještě víc Stalinů a Hitlerů možnost ty zákony porušovat. Tady je největší rozdíl mezi zákonem lidí a přírody. Lidský zákon říká "to nesmíš" zatímco příroda suše konstatuje "jinak než takhle to prostě neuděláš". Tedy zákon zakazuje zabít, ale bohužel to neznamená, že bych nemohl někoho zabít, zaleží jen na mě zda budu ochoten riskovat sankce, které zákon obsahuje. Kdyby "nezabiješ" byl zákon přírodní vrahové by neexistovali, ne protože by se nenašel nikdo, kdo by chtěl někoho zabít, ale protože by nikoho zabít nešlo.
 Na závěr si zkusíme představit naši fyzikální realitu třeba jako oslíčka třesoucího zlaťáky, stříbrňáky, bronzáky a podobné potřebné věci. Bohužel náš fyzikální se od toho pohádkového liší v jedné zásadní věci, nereaguje na povel "oslíčku otřes se", ale zlaťáky apod. třese pouze poté, co ho nakrmíme. Čím víc se nají, tím víc natřese, navíc díky dlouhodobému pozorování víme, že podle toho, co mu dáme třese buď zlaťáky nebo stříbrňáky a nebo taky něco jiného. Například po malé dávce velice vzácné byliny Otřeskavice platinové, která se musí dvakrát sušit a máchat ve vodě z Mrtvého moře začne třást platináče. Je obdivuhodné, že na tento postup lidé přišli. Dále se podařilo zjistit, že po zahlednutí oranžové barvy je oslíček nervózní a pokopává pravou nohou. Obrovskou nevýhodou je to, že oslíček se snaží zlaťáky apod. ihned sežrat a nikdy netřese zlaťáky pokud máte v jeho blízkosti nádobu větší než půlmetru v průměru. Postupem času se podařilo zjistit kam třepe většinu zlaťáků bohužel stále se nedaří rozestavit všechny nádoby, které jsou pro oslíčka snesitelné, tak, aby se podařilo zachytit všechny zlaťáky. Pořád tedy osel stíhá některé sežrat dříve než je zachytíme. Je možné vylákat oslíčka a tím ho donutit k běhu. Je na to potřeba vybraných lahůdek a stejně se oslíček pohybuje nejvýše rychlostí 20 km/h. Vědci navíc věří, že nemůže běhat rychleji než dvakrát tolik, protože nemá tělo stavěné na vyšší rychlosti. Bohužel ubývá kvalitní potravy pro oslíčka a k tomu, aby vytřásl stejné množství peněz je třeba více nekvalitní stravy. Při pokusech, kdy oslíčka krmili vědci zlaťáky se zjistilo, že je schopen produkovat zpět potravu, kterou spotřeboval při produkci zlaťáků, ale v menším množství a v ne takové kvalitě jako byla ta původní. U některých druhů potravy tento zpětný proces téměř nefunguje. Ačkoliv už bylo vyzkoušeno 100000000000000 různých zaklínadel a rozkazů, ani na jeden z nich oslíček nereaguje a je téměř jisté, že ani nikdy reagovat nebude.
 Něco společného tento oslíček s naším světem má. Například to, že nic nedostaneme zadarmo a nic nejde vrátit zpátky beze ztrát. Bohužel ani příroda nereaguje na rozkazy a zaklínadla a nevypadá to, že by někdy chtěla začít. Stejně tak jediným způsobem, jak ovládat přírodu je připravit celý proces tak, aby se jí líbil a proběhl zcela v souladu s jejím způsobem chování. Všechny naše stroje se přírodními zákony řídí, v žádném případě nejde říct, že by to bylo opačně. Stejně tak se nám nedaří přinutit přírodu, aby něco létalo rychleji než světlo. Asi se nám to ani nikdy nepodaří. Pokud ano, jsou dvě možnosti. Buď je současná představa o světě ve velmi podstatných rysech špatná, ale ani potom to neznamená, že budeme moci všechno. Určitě se objeví jiná omezení. Pokud je naše představa správná a lidem se podaří změnit přírodní zákon, ztratí současná fyzika své opodstatnění, protože celá naše technika pracuje na tom, že fyzikální zákony, jak jsou nám známy, neznají výjimky a všechnu moc, kterou díky ní máme, na tom stojí. Ve světě, kde není jisté jestli Vás nezačne za chvíli Země odpuzovat, je naše technika na nic. Naštěstí nebo bohužel pravděpodobnost, že by se něco takového stalo, je mizivá. Experimenty hovoří jasně: zatím se nikdy nikde nic takového zpozorovat nepodařilo.
 Nezbývá než doporučit, aby se pokud možno věta "člověk ovládá přírodní zákony" používala co nejméně, protože se pořád najde dost lidí, kteří si myslí, že je to člověk kdo určuje pravidla, zatím co ta už jsou dávno daná a člověk je může nanejvýš objevit (Ani to není jisté) a potom připravit hřiště tak, aby utkání dopadlo, tak jak by si přál. Navíc jsou některé výsledky zřejmě zakázány už v pravidlech a tak se potřebné rozestavení nepodaří nikdy nalézt. Ach jo...

Poznámka: Je samozřejmě možné napadat tento text za faktickou nesprávnost, když je dílem pouhého studenta. Tato práce však byla posouzena a ohodnocena výborně Doc. Langrem z katedry teoretické fyziky MFF UK.