V minulej lekcii sme rýchlo urobili experiment a rýchlo našli hľadaný zákon. V nasledujúcich dvoch lekciách sa trochu spomalíme a povieme si viac o niektorých dôležitých bodoch.

Podľa lekcie 2 sme mali najskôr zaviesť jazyk, ktorý nám jasne definuje našu počiatočnú situáciu a výsledok. Tento bod sme viac menej preskočili a hneď sme taký jazyk začali používať. Teraz sa k nemu vráťme.

Začnime reprezentovaním výsledku experimentu. Okej, výsledok experimentu je proste počet sekúnd, ktoré nám ukážu hodinky. Čo na tom chceme viac rozoberať?

Tak v prvom rade, to čo hodinky ukazujú nemusí súhlasiť s tým, čo hľadáme. Čo ak hodinky bežali pred začatím experimentu a pri jeho štarte sme ich vypli? Asi nikto nebude namietať, že také meranie môžeme rovno zahodiť. My chceme čas pádu, nie nejaké náhodné číslo čo nejaký prístroj práve teraz zhodou okolností ukazuje. Musíme tak zabezpečiť, aby naše výsledné číslo skutočne reprezentovalo hľadaný čas. Ako to urobiť? Ako reprezentovať reálny proces – plynutie času – číslom?

Nebudem vás dlho napínať, odpoveď je naozaj jednoduchá. Nájdeme nejaký periodický proces, ktorý sa stále opakuje a ten použijeme ako referenciu. Povieme, že trvá napríklad 1 sekundu. No a už len spočítame, koľkokrát sa tento proces zopakoval medzi danými udalosťami a získame počet sekúnd. Začať počítať musíme súčasne s prvou udalosťou a skončiť musíme súčasne s druhou udalosťou (Anim. 1).

Takto povedané to možno znie jednoducho, ale v skutočnosti to až také jednoduché nie je. My totiž apriori nevieme, ktoré procesy sú periodické a ani apriori nevieme určiť, či sme začali počítať skutočne súčasne s tým ako gulička začala padať. Procesy na sebe nemajú visačku, kde by nám stvoriteľ odkázal “tento proces je periodický” a ani nám nezanechal knihu, kde by bolo jasne napísané ako určovať súčasnosť. Obe veci proste musíme nájsť sami skúmaním prírody.

Problematika súčasnosti je z pohľadu modernej fyziky pomerne netriviálna a vskutku, podivnosť šírenia svetla nás donútila na začiatku 20. storočia naše predstavy o súčasnosti prehodnotiť a vytvoriť teóriu relativity. To je však do budúcna. V tejto lekcii využijeme jeden užitočný fakt daný našou každodennou skutočnosťou a to, že v bežnom živote ma málokto problém určiť, či sa nejaké udalosti stali súčasne alebo nie. Súčasnosť tak ponecháme na našom intuitívnom chápaní.

Prosím? Nehovorili sme si, že veda odmieta intuitívne poznanie? No… áno, ale odtiaľ potiaľ. Pravda je taká, že intuitívne chápanie je nevyhnuteľné. Na istej úrovní sa s ním musíme uspokojiť, inak náš rozhovor ľahko skĺzne do rozhovoru typu dvoch filozofov, kde jeden položí otázku “Je vesmír skutočný?” a druhý odpovie “Čo je to ‘vesmír’ a čo je to ‘skutočný’?”, na čo prvý reaguje “Čo je to ‘čo’ a čo si predstavuješ po slovom ‘je’?” – no proste absurdný a zbytočný rozhovor. Na istej úrovni si už proste musíme rozumieť intuitívne. Umenie je však nájsť, kde má táto úroveň byť, aby bola komunikácia a naše teórie každému jasné a aby nedochádzalo k zmätkom. A ako všetci vieme, v bežných životných situáciách skutočne nedochádza k zmätkom ohľadom súčasnosti. Naše intuitívne chápanie súčasnosti je založené na tom, že s časom proste každodenne pracujeme a keby mal niekto mylné predstavy, prax mu rýchlo ukáže jeho omyl.

Čo sa týka problému periodickosti, tak tu opäť nemôžem dať zrovna tú najelegantnejšiu odpoveď. Rozhodnutie, či daný proces je periodicky alebo nie je z určitého pohľadu čisto na nás a náš výber. Treba však poznamenať, že pokiaľ deklarujeme nejaký zlý proces za proces periodicky a budeme merať podľa neho čas, naše výsledky budú zložité a naše teórie, aj keby sa nám ich podarilo sformulovať, ešte komplikovanejšie. Musíme teda nájsť proces, s pomocou ktorého sa nám bude fyzika dobre robiť. A v prvom kroku nám opäť môže pomôcť intuitívne poznanie. Asi cítime, že striedanie dňa a noci je pomerne periodický proces, zatiaľ čo frekvencia štekania susedovho psa moc nie. Vskutku, striedanie dňa a noci sa úspešne používa na meranie dlhších časových intervalov od nepamäti, zatiaľ čo použiť štekanie psov na meranie času snáď (pred touto lekciou) nikoho ešte ani nenapadlo. Ak by sme štekanie zvolili ako periodický proces na meranie času, s takýmto časom by sme nevedeli urobiť nič užitočné. Jedine, že by sme mali psíka, ktorý si rád šteká do nejakého jasne daného rytmu.

S našou intuíciou môžeme teda začať – od oka zvoliť vhodný proces pomocou ktorého budeme merať čas a až sa nám bude javiť, že táto voľba vedie k problémom či je nedostatočná (je asi jasné, že pre meranie sekundových procesov je striedanie dňa a noci príliš dlhý interval), popozeráme sa po novej voľbe, ktorá dané problémy vyrieši. Nebudem však v tejto lekcii rozoberať, ktorý proces zvoliť – naše hodinky už vhodný proces majú v sebe zabudovaný a ten proste využijeme.

Meraniu času už teda viac menej rozumieme. Meranie akejkoľvek inej veličiny prebieha rovnako – máme nejaký štandardný fyzikálny proces ktorý duplikujeme a počítame koľkokrát sme ho museli zduplikovať. Z toho vyplýva nutnosť použitia jednotiek ako meter či sekunda. Tieto jednotky špecifikujú, ktorý proces berieme ako štandardný. Reálne tak vo fyzike takmer každé číslo, ktorým chceme popísať nejakú situáciu, vyžaduje aj špecifikovanie jednotky a bez nej nie je úplne jasné, čo má toto číslo reprezentovať. O čase sme už hovorili a to isté platí napríklad aj pre vzdialenosti. Nájdeme si nejakú štandardnú tyč, povieme, že táto tyč meria 1 meter, n krát ju za sebou priložíme a povieme, že táto vzdialenosť je n metrov. Samozrejme, v praxi sa často používajú ďaleko sofistikovanejšie metódy – môžeme použiť laserové meranie, trigonometriu a pod. Aj ten najsofistikovanejší spôsob je však vo svojej podstate len duplikovanie štandardných fyzikálnych procesov a ich počítanie. Sofistikovanosť sa nachádza až vo výbere, konštrukcii, duplikovaní a počítaní týchto procesov a nie v základnej myšlienke merania.

V tejto lekcii sme sa porozprávali o reprezentáciu výsledku experimentu a o procese merania. V ďalšej časti sa rozrozprávame trochu hlbšie o reprezentovaní počiatočnej situácie.