Věda a víra: Konflikt nebo koexistence? Jiří Hořejší, Ústav částicové a jaderné fyziky MFF UK Praha (veřejná přednáška, Gymnázium Letohrad 25. 11. 2013) 1. Úvod Tato esej se týká tématu „věda a víra“, což je po mnoho let, dokonce po řadu staletí, téma kontroverzní a poněkud ožehavé. I když už naštěstí nežijeme v době, kdy státní doktrínou byl tzv. “vědecký ateismus“, podstata problému vlastně přetrvává a redukuje se na otázku kompatibility např. křesťanské víry a moderního přírodovědeckého poznání. V myslích mnoha lidí přetrvávají ozvěny letitého „kulturního boje“ mezi čistě racionálním pohledem na svět a náboženskou vírou, zejména tou, která je zakotvena v některé konkrétní církvi. Rád bych v mezích svých možností přispěl k odstranění některých existujících předsudků a ukázal, že realita je poněkud jiná než myšlenkové stereotypy populárního ateismu – stereotypy formované na základě zjevné efektivity moderní přírodovědy a s ní souvisejícího ohromujícího technického pokroku lidstva. Pokud budu mluvit o daném problému, budu mít na mysli nejčastěji vztah vědy a katolické církve, jelikož tu znám nejlépe (v jejím prostředí se s krátkou přestávkou asi 15 let pohybuji prakticky celý život). 2. Trochu historie Leckdo si myslí, že zejména katolická církev je a vždy byla příkladem tmářské instituce, která pronásleduje svobodně myslící jedince a je v trvalém konfliktu s racionální vědou. Skutečnost je ale opravdu jiná. Tak například i mezi římskými papeži najdete v průběhu staletí vynikající vědce své doby. Jedním z nich byl na přelomu 10. a 11. století Silvestr II. (Gerbert z Aurillacu, mimochodem je o něm zmínka také ve slavném Bulgakovově románu Mistr a Markétka, kde o něm Woland mluví jako o čaroději). Jeho poměrně krátký pontifikát spadá do let 999 – 1003, byl prvním Francouzem v papežském úřadě a vynikal v matematice a přírodních vědách, v nichž se mnohému naučil od arabských učenců. V 16. století to byl Marcellus (Marcello Cervini, pontifikát 1555), muž všestranně vzdělaný, jehož vědeckou erudici obdivoval i Michelangelo Buonarotti. V 18. století byl zcela mimořádnou osobností Benedikt XIV. (Prospero Lambertini, pontifikát 1740 – 1758). Tento papež zřídil Římskou archeologickou akademii a na římské universitě založil katedry matematiky, fyziky a chemie, vybavené laboratorními přístroji. V Bologni založil speciální katedru pro ženy a také tam zřídil anatomické muzeum. Z jiných církevních celebrit v roli významných vědců jmenujme alespoň sv.Alberta Velikého (1200 ± 7 – 15.11.1280) (každý ví, že 11.11. je sv.Martina, ale že o 4 dny později má svátek tento mnohem významnější muž, se obecně neví). Ten byl všestranným učencem, na pařížské universitě byl mimo jiné také učitelem sv. Tomáše Akvinského. Po dva roky byl biskupem v Regensburgu, ale vědecké bádání a přednášky na universitě mu byly určitě milejší než církevní funkce. Byl kanonizován v roce 1931 a o 10 let později jej
papež Pius XII. jmenoval patronem přírodovědců. Mimochodem, vrátíme-li se zpět ke zmíněným papežům, je vlastně s podivem, že i na nejvyšším církevním postu seděl občas nějaký vědec – představte si, že by např. americký prezident byl zároveň vynikajícím přírodovědcem! Byla ovšem celá řada úspěšných vědců na nižších duchovních pozicích a leckoho možná překvapí, že dobrá věda se pěstovala ve středověku nejen na universitách, ale i v klášterech. Zůstaneme-li ve 13. století, vynikajícím přírodovědcem byl františkánský mnich Roger Bacon (matematika a optika), který také učil v Oxfordu a je považován za průkopníka moderní vědecké metody. V pozdějších staletích se vyznamenali zejména jezuité (ano, jezuité, s nimiž je spojeno v českých zemích tolik předsudků, viz třeba známý epigram Karla Havlíčka Borovského: „Českých knížek hubitelé lítí: plesnivina, moli, jezoviti“). Tak například Giovanni Riccioli (1598 – 1671) a Francesco Grimaldi (1618 – 1663) studovali volný pád a pohyb kyvadla a určili gravitační konstantu, Grimaldi navíc objevil také difrakci světla. Na jejich počest jsou pojmenovány dva krátery na Měsíci. Jednu osobnost 18.století je třeba zmínit zvlášť: Rudjer (Roger) Boškovič (1711 – 1787), katolický kněz a člen jezuitského řádu narozený v Dubrovníku byl opravdovým polyhistorem, zabýval se matematikou, optikou i astronomií a ve fyzice mimo jiné položil základy moderní atomové teorie hmoty. Šťastnou shodou okolností se jeho nejlepší léta překrývala s pontifikátem již zmíněného Benedikta XIV. V roce 1758 publikoval jednu ze svých stěžejních prací, věnovanou právě atomové teorii (mimochodem, v roce 1958 byla na počest dvoustého výročí této publikace pořádána v Bělehradě mezinárodní konference, na níž vystoupili např. Niels Bohr a Werner Heisenberg). V chorvatském Záhřebu je velký ústav přírodních věd a technologie, založený v roce 1950 a nesoucí Boškovičovo jméno. Mezi významné humanitní vědce z řad jezuitských duchovních lze jistě počítat i našeho Josefa Dobrovského. Celkem zajímavý je statistický údaj, který jsem se dozvěděl nedávno: Jeden z prvních historiků matematiky Charles Bossut (matematik a spolupracovník francouzských encyklopedistů v 18. století) sestavil seznam prvořadých matematiků od roku 900 př. n. l. do roku 1800 n. l. a mezi 300 vybraných osobností zařadil 16 jezuitů. To je celkem pozoruhodné číslo, zvláště vezmeme-li přitom v úvahu, že za těch 27 století existovali jezuité pouhá dvě. Už tady také byla zmínka o jménech kráterů na Měsíci: ve skutečnosti celkem 35 z nich má jména po jezuitských matematicích a přírodovědcích. Při vší úctě ke Karlu Havlíčkovi Borovskému, který byl nepochybně jednou z největších českých osobností 19. století, lze konstatovat, že jeho myšlení mělo v tomto ohledu poněkud provinční charakter. (Myslím, že výrazné stopy tohoto stylu myšlení si česká společnost v sobě nese až do dnešních dnů.) Přeskočíme-li nyní do 20. století, je třeba především připomenout belgického kněze a teoretického fyzika Georgese Lemaitra, který je jedním z tvůrců kosmologické teorie „velkého třesku“. Lemaitre získal první vzdělání v jezuitské koleji a později byl profesorem na Katolické univerzitě v Louvain, členem jezuitského řádu však nebyl. Jezuité vědecky dominují v církevním prostředí i v současnosti, mimo jiné vedou Vatikánskou observatoř, což je renomované astrofyzikální pracoviště se sídlem
v Castel Gandolfo v Itálii a pobočku má také v Tucsonu v Arizoně (USA). Tam teď pracuje např. Pavel Gábor, absolvent MFF UK a dalších škol v cizině, kněz, doktor fyziky i teologie; dobře si ho pamatuji z doby jeho studia na naší katedře v Praze. Aby to však nevypadalo jako církevní (resp. jezuitská) propaganda a lakování historie na růžovo, je třeba připustit, že byly i případy opačného přístupu – v relativně nedávné době významní papežové Pius IX. (pontifikát 1846 – 1878, nejdelší v dějinách) a Pius X. (pontifikát 1903 – 1914) vedli boj s tzv. modernismem, což zasáhlo i svobodomyslné katolíky v řadách inteligence. Pius IX. sepsal proslulý Syllabus, seznam „bludů 19. století“, do něhož podle něj patřila i moderní racionální věda a Pius X. inspiroval a podporoval honbu na modernisty. Není asi náhodou, že tzv. kněžské bratrstvo sv. Pia X. (známé též pod značkou „lefebvristé“) představuje ultrakonzervativní hnutí v současné církvi (i když vědy se to nijak netýká – jde jim zřejmě především o návrat před 2. vatikánský koncil). Myslím si, že jakýsi reakcionářský postoj těchto dvou papežů souvisel především s politickou atmosférou své doby a jejich obavy mířily na antiklerikální republikánské systémy, socialismus, komunismus, atd. Odpor k moderní vědě zde hrál spíše okrajovou roli. V každém případě to byla nepříliš šťastná doba v dějinách církve: zdá se, že tito dva papežové dobře nezvládli danou společenskou situaci, na rozdíl třeba od už zmíněného Benedikta XIV., který s agnostiky a ateisty osvícenského 18. století dokázal vyjít docela rozumně. Během 20. století se „kulturní boj“ mezi racionálním „vědeckým“ sekularismem a náboženstvím v demokratických zemích zklidnil, dramatické konflikty vzplanuly jen v rámci některých totalitních režimů. Oficiální vztah samotné katolické církve k moderní vědě je v současnosti naprosto benigní, o čemž svědčí jak některé vatikánské encykliky, tak osobnostní profily papežů. Např. Pius XII. (Eugenio Pacelli, pontifikát 1939 – 1958) se mimo jiné živě zajímal o astronomii, výrazným intelektuálem a humanitním vědcem byl jistě Benedikt XVI. (Joseph Ratzinger, pontifikát 2005 – 2013). 3. Trochu statistiky A nyní obráceně, je zajímavé vědět, alespoň statisticky, jaké procento profesionálních vědců se hlásí ke křesťanství. Domnívám se, že vědci jsou na tom statisticky podobně jako obecná populace. Americký fyzik Richard Bube (známý v teorii polovodičů) kdysi poznamenal, že mezi vědci je procento věřících zhruba stejné jako mezi řidiči kamiónů. Zajímavý statistický údaj poskytl před časem na své webové stránce významný americký vědec Henry Schaefer (je to vynikající osobnost v oboru kvantové chemie a byl již dokonce několikrát nominován na Nobelovu cenu; jinak se hlásí k jedné z protestantských denominací). Schaefer uvádí, že podle výsledků průzkumu americké profesionální agentury Sigma Zi zhruba 43% Američanů s vědeckou hodností Ph.D. chodí v neděli pravidelně do nějakého kostela, zatímco v případě americké veřejnosti obecně je to asi 44%. Průzkumu se přitom vždy zúčastnilo 3300 respondentů. Moje vlastní zkušenost z českého prostředí v podstatě potvrzuje tyto odhady. Podle dostupných statistik chodí u nás v neděli do nějakého kostela zhruba
5% populace a ve vědeckém prostředí, v němž se pohybuji posledních 40 let, je to podobné. Spíše se dokonce zdá, že mezi vědci a vzdělanými lidmi vůbec je procento věřících křesťanů vyšší než obecný průměr. Tak např. v 8. patře budovy MFF UK, kde mám svou místnost, pracuje zhruba 25 lidí a pět z nich se aktivně hlásí ke křesťanství; přitom většina z nich jsou relativně mladí lidé. V českých poměrech je to tedy výrazná anomálie (z mého hlediska „pozitivní deviace“). V rámci většího statistického souboru odhaduji, že mezi zhruba stovkou lidí, které znám v Praze ve svém vlastním oboru, je aktivních křesťanů cca 10 – 12 %. Pokud jde o světově proslulé vědce, je určitě možno najít – napříč staletími – řadu příkladů nábožensky založených osobností. Tak např. výrazným náboženským myslitelem a geniálním vědcem byl Blaise Pascal (1623 – 1662) a slavný Isaac Newton si dokonce zřejmě cenil více svých teologických prací, než své fyziky a matematiky. Zbožným křesťanem (zřejmě luteránským protestantem) byl jeden z nejslavnějších matematiků všech dob Leonhard Euler (1707 – 1783) a křesťany byli jistě také Michael Faraday, James Maxwell, Lord Kelvin (William Thomson), Louis Pasteur, J. J. Thomson (Nobelova cena 1906 za objev elektronu), Charles Townes (Nc 1964 za objev laseru), Allan Sandage (observační kosmologie), John Polkinghorne (fyzika elementárních částic – ten se dokonce nakonec stal anglikánským duchovním), Francis Collins (genetika, ředitel programu Lidský genom), ke katolické církvi se hlásil také proslulý fyzik a laureát Nobelovy ceny Enrico Fermi (ačkoli byl zřejmě zároveň členem jedné zednářské lóže), v metodistické církvi v USA je aktivní William Phillips (Nc za fyziku 1997) a jistě by bylo možno jmenovat mnohé další. Mezi vynikajícími vědci jsou ale určitě také ateisté a nepochybně převažují, v souhlasu se zmíněnými statistikami. Ateisty byli zcela jistě např. Lev Landau nebo Richard Feynman, silně kritický vztah k náboženství měl Paul Dirac (po jedné takové diskusi s ním údajně Wolfgang Pauli žertem řekl, že „není žádného Boha a Dirac je jeho prorok“). Mezi žijícími fyziky se jako militantní ateista prezentuje např. Steven Weinberg (*1933, Nc 1979), jeden z tvůrců současného standardního modelu fyziky elementárních částic. Obecně mám však pocit, že militantní ateismus je dnes mezi přírodovědci spíše vzácností, převládá spíše lhostejnost k náboženským otázkám, resp. tolerantní agnosticismus. Je rovněž zajímavé, že k ateismu mají možná blíže historikové než přírodovědci, protože historik úzkostlivě dbá na věrohodnost původních pramenů a zejména v biblických textech samozřejmě můžeme narazit na celou řadu sporných míst. Myslím, že například fyzik se raději nechá vést ohromující hloubkou zákonů vlastního oboru, zatímco pitvání starověkých textů je pro něj spíše druhořadou záležitostí. Tím ovšem nechci říci, že bych podceňoval biblistiku – naopak, díky vědecké otevřenosti tohoto oboru má křesťanství velký náskok zejména před islámem. 4. Částicová fyzika a nejzazší hranice poznání To mě přivádí ke stručné diskusi některých důležitých rysů moderní fyziky, jak je chápu v rámci svého vlastního oboru, jímž je teorie elementárních částic. Je to
vědecká disciplína, která spolu s kosmologií představuje jakousi současnou hranici dosaženého poznání. Zabývá se jevy, které jsou ukryty tak hluboko pod povrchem každodenní zkušenosti, že je člověk téměř v pokušení říci, že zde fyzikové nahlížejí jaksi „pánubohu do kuchyně“. Ten dojem je někdy navíc zesilován vědeckou publicistikou – např. v nedávné době v souvislosti s objevem tzv. Higgsova bosonu novináři ochotně používali termín „božská částice“ (toto nepatřičné označení ovšem bohužel pochází od prominentního fyzika, nobelisty Leona Ledermana). Představa nahlížení do dílny vesmírného demiurga (ať už ho chápeme jakkoli) je určitě poněkud troufalá, neboť je celkem evidentní, že zdaleka nejsme na konci cesty do hlubin hmoty; já osobně si myslím, že konce takové cesty se nikdy nedobereme. Přesto však mezní obory lidského poznání už dnes obsahují tajuplné náznaky podporující určité metafyzické spekulace: obraz reality v hlubinách našeho poznání se totiž v některých aspektech opravdu může jevit vnímavému pozorovateli tak, jako by „někdo“ kdysi dávno nastavil pravidla hry a „rozdal karty“, ale detailní manuál ke svému rozhodnutí zamkl do trezoru a schoval klíč. Navíc, vypadá to dokonce tak, jakoby ten „někdo“ měl určitý plán, jak má partie nakonec dopadnout. Vědcům je dáno uhodnout alespoň částečně pravidla rozehrané partie a vidět část rozdaných karet (dokonce uhodnout existenci a design dalších z nich), ale je velmi pravděpodobné, že velká část zamčeného manuálu zůstane trvale nerozluštěná. Aby bylo jasnější, co mám těmito literárními parabolami na mysli, musím nejprve stručně shrnout současný stav znalostí světa elementárních částic. Během posledních zhruba 50 let se etablovala mimořádně úspěšná teorie, zvaná prozaicky standardní model (SM) částicové fyziky. Tato teorie, zatím skvěle potvrzená experimenty, popisuje tři ze čtyř známých fundamentálních sil, a sice interakci elektromagnetickou, slabou a silnou. Gravitace zde stojí poněkud stranou, jelikož její efekty jsou podstatné (zatím) jen v makroskopickém měřítku. Standardní model je podstatně opřen o kvantovou teorii a speciální teorii relativity. Přesněji řečeno, metody zde používané patří do kvantové teorie pole. Standardní model pozoruhodným způsobem sjednocuje slabou a elektromagnetickou interakci (souhrnně se této části SM říká teorie elektroslabých interakcí), zatímco silná interakce zde vystupuje jakoby nezávisle; příslušná teorie je však založena na podobném principu jako elektroslabá část. Je tedy přirozená snaha sjednotit všechny tři interakce na hlubší úrovni a takové pokusy skutečně existují přinejmenším od roku 1974 – říká se tomu obecně „teorie velkého sjednocení“ (angl. „Grand Unification Theory“ neboli GUT). Taková jednotná teorie má rozhodně některé atraktivní rysy, ale také jeden výrazný defekt. Začneme-li se standardním modelem, tak ten má určitý počet „volných parametrů“, což jsou konstanty, které nelze v rámci dané teorie spočítat (předpovědět) „z prvních principů“ a musí se prostě určit měřením. Takových parametrů je v SM celkem 25, z toho 24 v elektroslabém sektoru a jeden v sektoru silné interakce. Během formování a konsolidace SM došlo k pozoruhodným předpovědím několika nových částic a dokonce jejich hmot (což je podle mého názoru skutečný triumf lidského ducha), ale
striktně vzato šlo spíš o výsledky nepřímých měření za předpokladu platnosti teoretických principů SM. To je tedy ta část rozdaných karet a jejich případný design, spolu s pravidly hry (teoretické principy, metody výpočtů a možnost měření relevantních veličin). Pokračujeme-li dále, při sjednocení elektroslabých a silných interakcí v rámci GUT sice v zásadě popíšeme všechny tři síly pomocí jedné „vazbové konstanty“, ale zase se rozmnoží volné parametry jiného typu. Během sedmdesátých nebo spíše osmdesátých let 20. století se velmi populárním a módním principem stala tzv. „supersymetrie“ (SUSY), což je metoda, která zdánlivě pomáhá realizaci velkého sjednocení, ale je to opět za cenu dalšího zvyšování počtu potřebných volných parametrů. V polovině osmdesátých let pak přišla skutečná teoretická bomba – tzv. teorie strun, která je kandidátem na jednotnou teorii všech fundamentálních sil včetně gravitace. Několik let to vypadalo, že je na světě jakási ohromující „teorie všeho“ (někdy poněkud záhadně označovaná jako M-teorie) a že tedy konec částicové fyziky je na dohled. Posléze se však ukázalo, že podstatný problém je v počtu možných řešení uvažované teorie, přesněji řečeno v počtu možných „základních stavů“ (striktně vzato tedy možných vesmírů). Takových možností je skutečně ohromné množství, řádově 10100, nebo dokonce 10500 (ale to už je pak vlastně skoro jedno). Z teorie všeho se tak stala spíše teorie čehokoli (v angličtině to zní zvlášť hezky: theory of everything → theory of anything). V posledních letech je celkem zřetelně patrný úpadek zájmu o tento směr, jako důsledek toho, že původně velmi ambiciózní strunové teorie nedaly prakticky žádné verifikovatelné předpovědi (ačkoli zřejmě obohatily alespoň matematiku). V každém případě je jasné, že v programu unifikace fundamentálních interakcí nastává poněkud paradoxní situace, kdy sjednocování teorií nevede ke snižování počtu volných parametrů, ale je tomu právě naopak. Horizont představující nějakou skutečně fundamentální teorii elementárních částic s co nejmenším počtem volných parametrů se tedy, obrazně řečeno, jaksi ztrácí v mlze. Naší dílčí jistotou je teď alespoň standardní model, který pravděpodobně vystihuje několik stránek manuálu pomyslného architekta vesmírné hry, ale z hlediska metod čisté racionální vědy ani náznakem neodpovídá například na otázku, proč je spektrum („pattern“) hmot elementárních kvarků právě takové, jaké pozorujeme. (Steven Weinberg kdesi velmi výstižně konstatoval, že to vypadá jako nápis napsaný kdysi dávno neznámým písmem, které dnes nikdo není schopen rozluštit.) V dané situaci tak vzniká určitý prostor pro argumenty na pomezí fyziky a metafyziky, konkrétně pro tzv. „antropický princip“. 5. Jemně vyladěný vesmír Začneme striktně vědeckými úvahami o hodnotách zmíněných volných parametrů SM, alespoň o některých z nich. Jedním ze zajímavých příkladů jsou hmoty kvarků u a d, které (spolu s gluonovým polem) tvoří protony a neutrony, z nichž je vytvořena většina známé hmoty ve vesmíru. Rovnou je třeba konstatovat, že navzdory závratnému pokroku jaderné a částicové fyziky za posledních 100 let stále ještě přesně nerozumíme prostému faktu, že neutron je těžší než proton. Jsme jen schopni
říci, že nakonec je to zřejmě důsledkem rozdílných hmot u a d kvarků, přičemž d je o trochu těžší než u. Nu, a proton má složení uud, zatímco neutron je ddu. Někdo by mohl zcela naivně usoudit, že na tom zase tolik nezáleží, že by třeba při obráceném poměru hmot nukleonů bylo některé atomové jádro jen trochu těžší nebo lehčí apod. Ve skutečnosti má hmotová diference neutronu a protonu naprosto rozhodující vliv na to, jak vypadá náš vesmír. Jde totiž o to, že v důsledku slabé interakce se neutron může rozpadat na proton, elektron a (anti)neutrino, přičemž zmíněný rozdíl hmot je dostatečně velký na to, aby takový proces byl skutečně možný, s ohledem na známou hmotu elektronu (další volný parametr SM), o neutrinu ani nemluvě. Jen tak je potom možné, aby vznikly atomy vodíku a dále eventuálně další složky matérie, kterou známe dnes a která je důležitá pro vznik života. Pokud by proton byl těžší než neutron, tento by byl stabilním finálním produktem slabých rozpadů a žádné atomy by nevznikly. Vesmír by pak zřejmě byl tvořen neutronovými hvězdami a černými děrami. Příkladů tohoto typu, totiž toho, jak dramaticky by mohl záviset obraz vesmíru na hodnotách některých základních parametrů fundamentální fyziky, je celá řada. Velmi podrobně se tomuto tématu věnuje např. celá jedna kapitola knihy kanadského filosofa Johna Leslieho „Universes“, o níž ještě bude řeč v dalším. Rád bych teď uvedl ještě jeden příklad „účelnosti“ ve světě elementárních částic, který se tak často nepřipomíná, ale je svým způsobem také velmi zajímavý – spíše než o designu „rozdaných karet“ totiž vypovídá o jejich počtu. V tabulce elementárních částic SM je 6 kvarků a 6 leptonů, ale víme přitom, že „obyčejná“ hmota potřebuje v podstatě jen kvarky u a d plus elektron. Jakou roli tedy hrají ty další „exotické“ elementární fermiony? První z nich, mion, byl nečekaně objeven v roce 1936 v kosmickém záření a v té době se skutečně jevil jako „přízrak z říše čtvrté dimenze“ (jak by možná řekl Jaroslav Hašek). Isidor Isaac Rabi, prominentní fyzik a pozdější laureát Nobelovy ceny to tehdy lakonicky glosoval slovy: „Kdo si to objednal“? Tyto exotické objekty postupně přibývaly a jak jsem se už zmínil, některé byly dokonce teoreticky předpovězeny na základě představ SM (kvarky c, b a t). Klíčem k těmto úspěšným předpovědím je požadavek narušení speciální symetrie označované jako CP (na vysvětlenou: jedná se o inverzi prostoru a současnou záměnu částice za antičástici). Takový efekt se skutečně poměrně nečekaně pozoroval v roce 1964 a přirozené vysvětlení získal až v rámci SM, předpokládá-li se, že existuje alespoň 6 kvarků. Tento odvážný krok v konstrukci SM provedli dva Japonci, Makoto Kobayashi a Toshihide Maskawa v roce 1972 (v té době byly ovšem experimentálně potvrzeny kvarky pouze tři: u, d a s). Už nejméně 5 let předtím bylo známo z průkopnické práce Andreje Sacharova, že narušení CP je nutnou podmínkou pro to, aby vesmír obsahoval výraznou převahu hmoty nad antihmotou (což se skutečně pozoruje). V populárních textech se proto narušení CP charakterizuje jako „asymetrie mezi hmotou a antihmotou“. V každém případě, kdyby od počátku vesmíru byla úplná symetrie mezi hmotou a antihmotou, nemohl by pak jistě vzniknout ani život: hmota s antihmotou by totiž anihilovala a vesmír by byl zřejmě tvořen pouze fotony
(eventuálně dalšími stabilními částicemi, které jsou identické se svými antičásticemi – každý takový objekt se nazývá „majoranovská částice“, ale v současné době je experimentálně známa jediná taková stabilní částice, a sice foton). Jakmile chápeme nutnost 6 kvarků pro záchranu rozumného vesmíru, je pak v rámci SM jasné, že musí být také 6 leptonů. Důvod pro to je velmi hluboký a týká se „pravidel hry“ SM: stejný (přičemž sudý) počet kvarků a leptonů je nutný pro absenci tzv. „kvantových anomálií“ (zde samozřejmě není prostor na vysvětlení tohoto poměrně složitého efektu kvantové teorie pole). Vrátíme-li se tedy k Rabiho řečnické otázce, vypadá to, že mion si spolu s dalšími „exotickými“ objekty „objednal“ někdo, kdo měl přinejmenším zájem na tom, aby fungoval současný SM, nebo aby dokonce vesmír mohl být příznivým místem pro eventuální vznik života. Jak už jsem konstatoval, takových „náhod“ je ve světě elementárních částic a v kosmologii mnoho a všechny ukazují jedním směrem: jsou podstatnou podmínkou pro eventuální vznik života (včetně toho inteligentního, tj. nás), přičemž zajímavé je zejména to, že při malých změnách v hodnotách některých základních parametrů by se podoba vesmíru dramaticky změnila tak, že vznik života by byl zcela vyloučen. Je třeba zdůraznit, že detaily procesu vzniku života jsou dodnes záhadou, v tom smyslu, že něco takového neumíme napodobit v laboratoři. Nicméně „jemné vyladění“ (angl. „fine tuning“) některých základních fyzikálních parametrů je zřejmě nutnou podmínkou pro naši existenci – ve vesmíru složeném z neutronových hvězd nebo fotonů by život nevznikl docela určitě. Zmíněné zjištění se obvykle označuje jako „antropické pozorování“ (angl. „anthropic observation“ – český ekvivalent „pozorování“ tady vlastně znamená spíše zjištění nebo postřeh). Zatím jsme pořád na úrovni čisté racionální vědy. Ovšem hloubka problému přímo vybízí k metafyzickým spekulacím. Už jsem se zmínil o představě tvůrce (ano, můžeme ho nazývat Bůh), který rozehrál určitou partii a přitom předjímal její výsledek (složitý vesmír obsahující člověka jako myslící bytost). Takový Bůh tedy jakoby a priori jevil zájem o člověka, což nakonec může mít další významné konsekvence v závěrečné fázi partie. Alternativou k představě Boha – stvořitele je idea mnoha vesmírů (angl. „multiverse“ místo „universe“). Můžeme totiž předpokládat, že na počátku vzniklo ve skutečnosti mnoho světů, v nichž mají relevantní parametry odlišné hodnoty a jen v nějaké (třeba relativně malé) podmnožině takového „multiversa“ jsou poměry hodně blízké našemu vesmíru. Takovou představu podporuje např. již zmíněná množina základních stavů strunových „teorií všeho“. Předpokládaný celkový počet těch primordiálních světů je tedy skutečně astronomický, takže se nakonec může realizovat třeba i tak extrémně nepravděpodobná situace, jakou je vznik života na nějaké planetě. Pro názorné přiblížení těchto úvah použil John Leslie ve výše zmíněné knize podobenství, které se často cituje, a sice podobenství o popravčí četě. Představme si, že odsouzenec stojí před popravčí četou, složenou třeba ze dvaceti vycvičených střelců. Výsledek střelby ale je, že odsouzenec přežije, jelikož ho netrefí ani jeden z nich. Svou situaci pak může vyhodnotit buď tak, že střelci jsou mu příznivě nakloněni a mají vědomý zájem na
jeho přežití, nebo tak, že jeho případ je jedním z ohromného počtu takových exekucí a i když pravděpodobnost současného selhání všech střelců je naprosto mizivá, při obrovském počtu opakování se to nakonec čistě náhodou jednou stane. Nezastírám, že já osobně preferuji představu Boha – stvořitele, ale uznávám, že idea mnoha světů má také něco do sebe. Jeví se mi ovšem stejně metafyzická jako ta první – jednoduchá otázka totiž zní, jak můžeme pozorovat nějaké jiné vesmíry kromě toho našeho? V každém případě, jako jakýsi metafyzický dodatek k čisté vědě je možno formulovat „antropický princip“ pro hodnoty relevantních parametrů vesmíru, s nimiž si naše teorie neví rady a tyto jaksi tvrdošíjně vzdorují našim snahám o racionální zjednodušení jejich systému: můžeme prostě říci, že to jsou „environmentální parametry“, jejichž hodnoty jsou právě takové, aby náš vesmír včetně nás samotných byl možný. 6. Efektivita hluboké matematiky Kromě pozoruhodně jemně vyladěných hodnot parametrů vesmíru jsou tady ale také pravidla hry, tj. přírodní zákony. Jednou z nejpozoruhodnějších skutečností v našem světě je jistě to, že tyto zákony lze vystihnout matematicky (jak kdysi řekl Galileo Galilei, „kniha přírody je napsána jazykem matematiky“). Už jsme si na to ovšem zvykli a mnozí z nás to považují téměř za samozřejmost (ostatně, nějakým jazykem se mluvit musí, že?), ale ve skutečnosti to vůbec samozřejmé není. Pokud studujeme přírodní jevy na úrovni běžné mechaniky, tj. jednoduché stroje jako páka nebo kolo na hřídeli, potřebná matematika je podobně jednoduchá jako „kupecké počty“: vystačíme s aritmetikou a reálnými čísly. Taková matematika jakoby přímočarým způsobem kopírovala svět nejjednodušších jevů, s nimiž máme v běžném životě co do činění. Jdeme-li trochu hlouběji, brzy narazíme na pozoruhodně užitečné pojmy, které však na běžného smrtelníka mohou opět působit jako již zmíněný „přízrak z říše čtvrté dimenze“. První takovou záhadou svého druhu jsou komplexní čísla. I pokud o nich nic nevíte, v obchodě vás kvůli tomu neošidí (ostatně tam o nich také většinou nemají ani tušení) a při výpočtu daní je také můžete zcela určitě postrádat. Ovšem pokud jste už seznámeni alespoň s goniometrickými funkcemi, eventuálně dokonce i s exponenciální funkcí, váš život získává novou dimenzi. Tak například máte-li vyjádřit cos nx nebo sin nx pomocí cos x a sin x, po určitém úsilí to nakonec asi dokážete i bez komplexních čísel, ale s nimi a trochou diferenciálního počtu je to úplná hračka: stačí vědět, že podle Leonharda Eulera (18. století) platí eix = cos x + i sin x, kde e je základ přirozených logaritmů (e = 2.718…) a pak už je také zřejmé, že (cos x + i sin x)n = cos nx + i sin nx, což je ovšem stará dobrá Moivreova věta (17. století, na střední škole se obvykle dokazuje indukcí). Dál už to běží samo, známe-li obyčejnou binomickou větu. Živě si vzpomínám, jak na mě zapůsobila hloubka Eulerovy formule, když jsem se o ní dozvěděl na úsvitu svého raného mládí, někdy těsně před vstupem na střední školu.
V uvedeném příkladu jsou komplexní čísla spíše užitečnou pomůckou než holou nezbytností – vidíme pouze, že zavedení imaginární jednotky s bizarní vlastností i2 = -1 je překvapivě efektivní při praktickém výpočtu některých čistě reálných veličin. Ve skutečnosti jsou však komplexní čísla v některých situacích naprosto nezbytná. Mám na mysli především hlubší fyzikální aplikace, a sice konkrétně kvantovou mechaniku. Tato fundamentální teorie je svým pojmovým aparátem na hony vzdálena běžné každodenní zkušenosti. Zatímco i klasická mechanika ve své netriviální matematické podobě používá celkem složitý aparát diferenciálního a integrálního počtu, přece jen si nějak umíme představit trajektorii částice a její obvyklé atributy. Ovšem popis stavu částice v kvantové teorii je radikálně odlišný. Pro jeho matematickou charakterizaci potřebujeme tzv. Hilbertův prostor, do něhož patří příslušné „vlnové funkce“ a tyto jsou v mnoha situacích nevyhnutelně komplexní. Něco takového je ovšem pojem hodně abstraktní a naprosto se vymyká intuici odvozené z každodenní zkušenosti (v angličtině má takový koncept pěkný přívlastek „counterintuitive“). Poznamenejme, že Hilbertův prostor má na rozdíl od geometrického prostoru nebo prostoročasu našeho světa nekonečně mnoho dimenzí. V čisté matematice se takové objekty studují v rámci tzv. funkcionální analýzy, která vznikla až ve 20. století (za jejího zakladatele se považuje polský matematik Stefan Banach). Kvantová mechanika je tedy skutečně pozoruhodným příkladem fyzikální teorie, k jejíž formulaci je nezbytné použít matematický jazyk ukrytý hluboko pod vrstvou běžně viditelných jevů. Platnost kvantové teorie je ovšem také nezbytnou podmínkou pro to, aby ve vesmíru mohla existovat potřebná hmota a spolu s ní i my: tak např. stabilita atomů je těsně spojena právě s tím, že v mikrosvětě platí kvantová a nikoli klasická mechanika. Rád bych uvedl ještě jeden příklad netriviálního a poměrně abstraktního „pravidla hry“ v rámci standardního modelu částicové fyziky. Celá tato teorie je založena na principu tzv. lokální vnitřní symetrie, jinak řečeno „kalibrační symetrie“. Je to princip, který fakticky určuje celkovou strukturu interakcí standardního modelu a dává také pozoruhodné souvislosti mezi hodnotami řady relevantních parametrů teorie (jako jsou hmoty částic a interakční konstanty). Takový princip se celkem snadno vyjádří v matematické řeči a disciplína čisté matematiky, která je přitom ve hře, je tzv. teorie Lieových grup, resp. Lieových algeber. Popsat takový koncept slovy běžného jazyka je ovšem prakticky nemožné, o čemž se snadno přesvědčí každý popularizátor částicové fyziky, když se o něco takového pokusí. Je také značně nejasné, odkud se takový organizační princip částicové fyziky vlastně bere, tj. „kdo si ho objednal“? Vnímavý badatel tedy opět může danou situaci v rámci metafyzických spekulací chápat tak, jako by matematika se všemi svými hloubkami byla jakousi předem danou součástí pravidel hry rozehrané tajuplným tvůrcem, o němž byla řeč v předchozí kapitole. Je přitom poněkud obtížné si představit, jak by to vše vypadalo v kontextu modelu mnoha světů: nějak si neumím představit různé matematiky platné jako jazyky fyziky v různých vesmírech. Zdá se mi tedy, že tajuplná efektivita hluboké
matematiky je možná ještě silnějším argumentem ve prospěch hypotézy tvůrce vesmíru (ať už jej nazýváme jakkoli), než parametry jemně vyladěné v duchu antropického principu. Pro zájemce o podrobnější diskusi záhadné efektivity matematiky ještě poznamenám, že tomuto tématu je věnována proslulá esej „The unreasonable effectiveness of mathematics in the natural sciences“, kterou v roce 1960 publikoval Eugene Wigner (Nc za fyziku 1963, pro úplnost poznamenejme, že svým přesvědčením byl ateista). Wigner začíná svou práci půvabnou anekdotou, která ilustruje propast mezi netriviální matematikou a tzv. zdravým rozumem. Její obsah je zhruba následující: Potkají se dva někdejší spolužáci ze střední školy a mluví o svých zaměstnáních. Jeden z nich se stal statistikem a právě se věnuje populačním trendům. Ukazuje svému kamarádovi jednu ze svých prací, která jako obvykle začíná Gaussovým rozložením (v jehož normalizačním faktoru se nevyhnutelně vyskytuje číslo π). Nedůvěřivý spolužák se ptá, co to je za symbol a dostane odpověď, že to je pí – poměr obvodu kruhu k jeho průměru. Spolužák na to odpoví: „To si snad děláš legraci, vždyť přece naše populace nemá nic společného s obvodem kruhu!“ Je to sice historka pro zasmání o matematické ignoranci většiny lidstva, ale ve skutečnosti prozrazuje spíše naivitu „zdravého selského rozumu“ v konfrontaci s hloubkou skutečné matematiky. Stojí za to ještě ocitovat kompletně shrnující závěr Wignerovy práce: „The miracle of the appropriateness of the language of mathematics for the formulation of the laws of physics is a wonderful gift which we neither understand nor deserve. We should be grateful for it and hope that it will remain valid in future research and that it will extend, for better or for worse, to our pleasure, even though perhaps also to our bafflement, to wide branches of learning.“ 7. Závěr Z toho, co bylo zatím řečeno, plyne, že určitá forma „theismu“ je životaschopnou alternativou k ateistické (nebo spíše agnostické) představě mnoha světů (podle níž vesmír obsahující inteligentní bytosti je jen jednou z ohromného počtu možností realizovaných v rámci „supervesmíru“, tj. „multiversa“). Dokonce je dost přirozené přijmout představu benevolentního vesmírného tvůrce, který má explicitní zájem o člověka. Je dobré připomenout, že kromě argumentů probraných v předchozích kapitolách, teologickou představu stvoření vesmíru podporuje v myslích mnoha laiků i vědců kosmologie „velkého třesku“. Při takové argumentaci je ovšem opatrnost na místě (ostatně sám Georges Lemaitre kdysi varoval papeže Pia XII. před užíváním této teorie jako „důkazu“ stvoření světa), nicméně Big Bang určitě je spektakulárním a působivým obrazem. V dané souvislosti kdysi napsal americký astrofyzik Robert Jastrow (který se sám označoval za agnostika) ve své knize „God and the Astronomers“ (1978): „For the scientist who has lived by his faith in the power of reason, the story ends like a bad dream. He has scaled the mountains of ignorance; he is about to conquer the highest peak; as he pulls himself over the final rock, he is greeted by a band of theologians who have been sitting there for centuries“. Co je
pro někoho zklamáním, pro jiného může být povzbuzením, ale argumenty přírodních věd v souvislosti s náboženskými a teologickými systémy by se jistě neměly přeceňovat. Ta úvaha R. Jastrowa je duchaplná a určitě hodná zaznamenání (vzpomínám si, že jsem ji poprvé slyšel od Josefa Škvoreckého z Hlasu Ameriky koncem sedmdesátých let), ale já osobně ten obraz vidím trochu jinak: Myslím si, že teologové a přírodovědci se sice pohybují ve stejném horském masivu, ale dobývají dva sousední vrcholy téhož. Každá taková horská túra je jiná, každá má svůj půvab a svá úskalí, ale oba finální vrcholy jsou trvale v mlze. Chci tím říci, že teolog, který bere stvoření světa Bohem všemohoucím jako hotovou věc a článek víry („Credo in unum Deum, Patrem omnipotentem, factorem caeli et terrae, visibilium omnium et invisibilium …“), na základě svého kréda nikdy neuhodne, že součástí takového stvoření je i reliktní záření o teplotě 2.73°K (pokud ovšem spolu s teologií nestudoval také fyziku). Naopak, přírodovědec a poctivý dělník vědy, který se celý život nadšeně zabývá jen svou prací a nic jiného ho nezajímá, může přijít o krásné pasáže biblické literatury, které se silně dotýkají lidského údělu a smyslu života vůbec. Přitom ale definitivních odpovědí se ve svých disciplínách během svého života nedoberou nikdy. Dostávám se tak konečně k otázce, jaká je tedy dnes vlastně pozice křesťanství, s přihlédnutím k nesmírnému vědeckému pokroku v uplynulém století. Myslím si, že je v podstatě pořád stejná jako tehdy před zhruba dvěma tisíci let. Je evidentní, že křesťanství je možno přijmout i bez velkých intelektuálních úvah a bez jasných důkazů (které ostatně stejně nejsou k dispozici). Pokud jde o potenciální konflikt mezi křesťanskou vírou a vědou, umím si představit některé jeho zdroje, ale to by bylo na jinou delší diskusi. V každém případě je tady argument „ad hominem“ – celá plejáda věřících vynikajících vědců, stručně zmíněná ve 2. kapitole. Podstatný je jistě také silný emocionální náboj obsažený v náboženské víře: je to něco, kvůli čemu je člověk ochoten jít i na smrt (jak dokládají zástupy mučedníků od počátku křesťanství až po dnešní dny). V této eseji jsem se snažil ukázat, že moderní věda nevyvrací základy křesťanské víry, spíše naopak – přinejmenším pokud jde o věčné mystérium vzniku a vývoje našeho vesmíru. Pokud bychom pokračovali v extrapolaci „kvazivědeckého“ theismu k praktickému křesťanství a někdo by položil obvyklou otázku, totiž zda důsledný vědec může chodit třeba i do kostela, odpověděl bych, že určitě ano. Jak ve svém nejslavnějším literárním díle napsal Blaise Pascal, je to jako sázka, v níž nemůžete prohrát. Literatura: 1. Thomas E. Woods, Jr.: Jak katolická církev budovala západní civilizaci (Res Claritatis, Praha 2008) 2. John Leslie: Universes (Routledge, New York 1989) 3. Francis Collins: Tha language of God (Free Press, New York 2006) 4. Blaise Pascal: Myšlenky (Mladá fronta, Praha 2000).
