O jemném ladění I.

Jako zakončení série pamfletů proti antropickému principu bych se rád pozastavil u otázky jemného ladění. Jemné ladění je termín, jehož význam nabývá mnoha odstínů. Asi očekáváte, že se nebudu rozepisovat o čudlících na televizních přijímačích, ale o jemně naladěných přírodních zákonech.

O jemném ladění se mluví tehdy, kdy malá změna vstupních parametrů teorie má nepoměrně velký vliv na její výstup. Obvyklou úlohou je najít teorii, která popisuje pozorovaná data. Řekněme, že celkový tvar rovnic máme určený, a hledáme jen hodnotu zatím neznámé konstanty (či více konstant) v rovnicích vystupující(ch). Pokud je teorie správně, existuje určitě nějaká správná hodnota konstant(y), a čím více se jí blížíme, tím realističtější předpovědi z teorie plynou.

Může se stát, a zpravidla se stává, že malá změna řečené konstanty oproti její správné hodnotě vede jen k podobně malé změně předpovědí plynoucích z vyšetřované teorie. Ale občas se stane, že teorie předpovídá totálně nerealistické výsledky pro prakticky všechny hodnoty této konstanty, kromě jen velmi úzkého intervalu. Potom pro správnost teorie je velmi nutné, aby konstanta měla téměř přesně správnou hodnotu: je ji nutno velmi jemně naladit. Tehdy se mluví ve fyzice o jemném ladění.

Jednoduchým příkladem může být most zřítivší se během přechodu pěchotní roty, jejíž veltel zapomněl před mostem zrušit krok. Při vyšetřování události je vytvořena jednoduchá teorie mostu, v níž hraje roli ω, frekvence vlastních kmitů mostu. Aby teorie vysvětlila zřícení mostu, musí předpokládat, že ω je velmi blízká frekvenci kroku vojáků. Most tedy musel být "jemně naladěn", aby se v takové situaci zřítil.

Hlavní vada předchozího příkladu je jeho běžnost. Na světě je mnoho mostů, a není divu, že existují i mosty naladěné na frekvenci parádemarše. Existence mostů padajících při přechodu vojska je nakonec školský příklad, je to jedna z prvních věcí, které neopomene učitel fyziky zmínit, když vypráví o nucených kmitech.  Pravděpodobnost, že jeden konkrétní most spadne je celkem nízká (i když ne přehnaně nízká - pro pád mostu není nutné ladit nijak zvlášť přesně), ale díky velkému množství mostů na světě, z nichž každý má jinou vlastní frekvenci, nás neudiví, dovíme-li se, že k tomu někde došlo.

K ilustraci důvodů pro odmítání teorií s jemným laděním by se hodil spíš jiný příklad. Takový, kde člověka uhodí do očí ta neuvěřitelná shoda okolností, která je nutná, aby teorie fungovala. Představme si třeba teorii, která bude vysvětlovat naměřené spektrum z nějakého běžného typu kosmického zdroje pomocí tvrzení, že onen objekt sestává ze tří stejně těžkých těles obíhajících po osmičkové trajektorii Chencinera a Montgomeryho[1]. Takové teorii by zřejmě málokdo věřil, protože i kdyby vysvětlovala to, co má, aby tělesa obíhala po zmíněné trajektorii po delší dobu vyžaduje naladit s neuvěřitelnou přesností počáteční polohy a rychlosti těles v okamžiku jejich vzniku, a navíc vyžaduje, aby tělesa měla s velkou přesností stejné hmotnosti. Že něco takového vznikne je extrémně nepravděpodobné, a představa běžného výskytu takové věci v kosmu téměř odporuje zdravému rozumu. Pokud by se objevilo alternativní vysvětlení nepotřebující jemné ladění počátečních podmínek a hmotností, v podstatě automaticky by dostalo přednost. [2]

Kanonická disciplina z hlediska řečí o jemném ladění je teoretická fyzika a kosmologie. Říká se často, že základní konstanty přírody mají přesně takové hodnoty, aby mohl vzniknout netriviální svět. Že byť jen minimální změna v hodnotě některé z konstant, ať už je to kosmologická konstanta nebo hmotnost elektronu nebo elementární náboj, by vedla k dramaticky jinému vesmíru, který by postrádal složitost a eleganci toho našeho, a v neposlední míře by neumožňoval vznik života. Tento "fakt" se pak používá v různých argumentech, buď přímo pro podporu tvrzení, že Vesmír byl stvořen inteligentním stvořitelem, či aspoň jako odůvodnění pro antropický princip, který zdánlivou shodu okolností vysvětluje. Zda taková vysvětlení jsou přínosná jsem rozebíral dříve. V příštím příspěvku budu diskutovat otázku, zda je vůbec důvod nějaká vysvětlení hledat, tedy zda je Vesmír skutečně jemně naladěn pro existenci složitých struktur a života.

Poznámky:
1. Trajektorii prý ještě před jmenovanými objevil C. Moore (viz zde, pokud sjedete na konec stránky, uzříte animaci). Trajektorie jako je tato tvoří miniaturní ostrůvky stability v ohromném moři naprosto chaotických řešení tří a vícečásticových systémů. Některá další pravidelná řešení můžete vidět zde. Vtip je v tom, že nastavit počáteční podmínky tak, aby periodický pohyb aspoň nějakou rozumnou dobu vydržel, je neuvěřitelně těžké, a pokud to budete dělat metodou pokusu a omylu, nanejvýš pravděpodobně neuspějete ani po značně dlouhé době. Drtivá většina počátečních podmínek vede k tomu, že se tělesa velmi brzy rozletí či posrážejí. Objevovat periodická řešení je umění svého druhu. Ač se jedná o řešení Newtonových zákonů známých přes tři sta let, většina stabilních trojčásticových řešení byla objevena teprve nedávno s užitím počítačů (na rozdíl od dvoučásticové úlohy, jejíž řešení bylo známo již v Newtonově době, a to pro jakékoli počáteční podmínky).
2. K použití dost vykonstruovaného hypotetického příkladu jsem byl nucen prostou skutečností, že mě nenapadla realistická, jednoduchá a zároveň dostatečně prokázaná teorie, která jemné ladění vyžaduje. Je to příznak toho, že v přírodě se jemné ladění příliš často nevyskytuje.