Kvantová pravidla

KVANTOVÁ PRAVIDLA

.. Obsah přednášky

1 Kvantum štěstí2 Přirozená lenost3 Globální efekty potenciálních gradientů4 Fluktuace a disipace energie5 Vlnová mechanika lidských vztahů6 Sláva a krize Schrödingerovy kočky7 Můj čas a váš čas8 Vzorec úspěchu

DAS, Kunal K., 2015. The QuantumRules. How the Laws of PhysicsExplain Love, Success, and EverydayLife. New York: Skyhorse Publishing.ISBN 978-1-63220-459-2.New York Times Bestseller

2 / 53

.. Kunal K. Das

nanotechnologie, chlazení atomů,kvatové jevy při velmi nízkýchteplotáchprojekty NSFHarvard-Smithsonian Center forAstrophysics, University of Arizona,Penn State, Fordham, KutztownUniversity (Pennsylvania), KavliInstitute of Theoretical Physics at theUniversity of California, SantaBarbarazájem o klasickou literaturu,pop-kulturu („humanities“)

3 / 53

.. Motivace

podtitul How the Laws of Physics Explain Love, Success,and Everyday Lifeproč je život plný kompromisů, proč dá tolik práce udržovat věci(alespoň trochu) uspořádanéanalogie, paralely, přirovnání, …hlubší souvislosti!?„Physicists’ Dilemma“: nadšení a zvídavost nestačí – relevance iscrutial

4 / 53

.. Kvantum štěstí

hraniční podmínky =⇒ kvantování:systém jen v určitých stavechvazby a omezení (kde jsme, coděláme, …) =⇒ mentální stavylze se „dostat do štastnějších“?SSČ: stav/pocit úplného uspokojení,blaha, zdar, úspěch, příznivá shodaokolnostístav mysli – poměrně komplexní(charakteristické veličiny?)stacionární stavy: stabilita =⇒ pocitbezpečí =⇒ žádoucí stavyspokojenosti

5 / 53


pocit uspokojení nemůže být trvalý(nikdo není dlouho spokojený) =⇒pro štěstí důležitá změna

6 / 53


mezi hladinami v atomu skokovézměny =⇒ fotony„kvantum štěstí“ =⇒ změnamentálního stavu (zpráva o výhře vloterii, úsměv kolemjdoucího)mnoho stimulů (+ i −)štěstí asociováno se světlem a jasem(světlo na konci tunelu, každý mrakmá stříbrný okraj, …)

The Road to Happiness(Leonid Afremov)

7 / 53


kvantum (SSČ: množství, počet):pracujeme s konečnými systémy, majíhranice, u malých objektů vícezřetelnédualismus vlna-částice

https://www.youtube.com/watch?v=no7ZPPqtZEg

8 / 53




hraniční podmínky určují přípustnéstavy: pocit štěstí závisí na okolnímprostředí, lidech okolo, …vždy nějaké hraniční podmínky: vazbyk rodině a přátelům, zdraví, jistotapráce, částka na účtu, …změna podmínek =⇒ změna stavu,ale většinou se nemění často a snadno„vyšší harmonické“ vyžadují víceenergie =⇒ stavu deprese,sklíčenosti snáze než pocitu štěstídvě cesty:

při stejných podmínkách: víceenergie a motivacezměna vnějších faktorů (ne vše podkontrolou)

9 / 53

.. Přirozená lenost

vrozená lenost a netrpělivostprincip nejmenšího účinku(stacionárního)hledání nejbližšího parkovacího místak domu (NY, 10 min)půvab pátečního odpoledne ∧ lenochse nevíce nadřeplatnost variačních principů –zajímavá vlastnost našeho vesmíru=⇒ jsme obětí zákonů fyziky?G. B. Shaw: „Lenost se stala matkouvíce filozofů než moudrost“, motorpokroku (vynálezy)jak se balón pohybuje × proč(gravitace přitahuje)

10 / 53


Proč jsou zákony přírody takové jaké jsou? ∃odpověď?Určují je nějaké (hlubší) principy – minimumčasu, energie, účinku, …analogie: rozumný zůstatek na účtu a rozumněnízké výdaje =⇒ maximalizovat průměrnýrozdíl „účet – výdaje“ (měsíc, rok)

11 / 53


analogie peněz v přírodě: energiezůstatek → potenciální energie Uvýdaje (v oběhu) → kinetická energieTakce → T − U

S =

t2∫t1

(T − U) dt

akce: průměrná energie investovanádo pohybu – průměrná uskladněnáenergieproč – každý objekt informace ovšech možných drahách ×jednoduchý princip k nalezenísprávných dynamických zákonů„přirozené“ sklony: snížit T, zvětšit U

12 / 53


U ≈ konstantní =⇒ nejkratšídráha (při změně polohyT = 0), „cesta nejmenšíhoodporu“preference stavů s nejnižšíenergií (základní stavy)někteří se celý rok těší na„základní stav“: dovolenou (×aktivní odpočinek)stabilní mezilidské vztahy:vzájemná přitažlivost =⇒soužití; rozpory, neshody =⇒rozchod („menší energie“)

13 / 53

.. Přirozená netrpělivost

princip nejmenšího času, Fermatův princip(Hérón Alexandrijský, 1. století)„spěchá“ světlo, spěchají lidé?řada technologií (doprava, vaření, internet)je více času (???) – i změněná očekávání(okamžitá odpověď)jmte pohodlní, netrpěliví, jdeme cestounejmenšího odporu =⇒ jsme ve správnémvesmíru

14 / 53

.. Globální efekty potenciálních gradientů

globalizace (po roce 1980, i kolonie apod.):propojování světa v jednu velkou společnostprostřednictvím vzájemných komunikačních,informačních, ekonomických, kulturních,ekologických aj. vazebpro i proti

15 / 53


globalizace (po roce 1980, i kolonie apod.):propojování světa v jednu velkou společnostprostřednictvím vzájemných komunikačních,informačních, ekonomických, kulturních,ekologických aj. vazebpro i proti

16 / 53


gradient nebo rozdíl potenciálů =⇒tok/proud k vyrovnání (hydromechanika,elektřina, tepelná výměna)pokud nějak neudržujeme (řeka do přehrady)– rozdíl jen mezi izolovanými/nespojenýmioblastmipotenciálová bariéra, pokud odstraníme =⇒tok/proud, může konat práci (turbína, větrnýmlýn díky teplotním gradientům v atmosféře)

17 / 53


gradient nebo rozdíl potenciálů =⇒tok/proud k vyrovnání (hydromechanika,elektřina, tepelná výměna)bariéry (železná opona, komunikace – doba„předinternetová“, „předskypeová“) =⇒ekonomické, demografické, sociokulturní,…rozdílyglobalizace eroduje bariéry (kuchyně, tradice)obtížné lokálně zastavit (jazykové zákony),chceme to zastavit???

18 / 53


levná pracovní síla, levnější zbožízisk velkých nadnárodních společnostífyzikální analogie: rozdíl potenciálů nenítrvalý (baterie), proud(ění) vede k vyrovnáníglobální „hřiště“: kontrola na úrovní státunebo podniku?problém v jedné zemi vliv na všechny, těžkopředvídat všechny efekty a důsledkyvětší rozdíly vyžadují větší bariéry k udrženímožné scénáře (vyrovnání × zesilováníbariér)není jednoduché řešení (civilizační koncepty– .l. práva atd. × bezpečnost, osobní zájmy)vybudování rozdílů delší a pracnější než jejich„spotřeba“

19 / 53

.. Fluktuace a disipace energie

nikdo není dokonalý – proč je takobtížné být zcela efektivní při plněníúkolů a cílů?100 % soustředění, optimální úsilí ×„Chybovat je lidské?“fluktuace stavu je spojená s disipacíenergie =⇒ nelze úplně obejít„není úplně naše vina“ × Lze „dostatdo určitých mezí“?EINSTEIN, A., 1905. Über die von dermolekularkinetischen Theorie der Wärmegeforderte Bewegung von in ruhendenFlüssigkeiten suspendierten Teilchen (Opohybu malých částic suspendovaných vnehybné kapalině, který vyžadujemolekulárně-kinetická teorie tepla).Annalen der Physik. Roč. 322, č. 8,s. 549–560 (2835 citací, STR 981). 20 / 53


Robert Brown 1827Démokritos z Abdér(460–370 př. n. l.) → Einstein (1905)+ přesný matematický vzorec proprůměrný posun zrna za časovýintervalcesta davem pomalejší, více energie

21 / 53


týká se jenom studentů???váhající mysl – fluktuujícímyslvelká nerozhodnost –zmeškání příležitostí, ztrátaenergiehněv, rozčilování – velkáfluktuace, hodně energie –často kvůli maličkosti a snedobrými důsledkyčastěji preferujeme „festinalente“, stabilitu, klid(spotřeba auta ve městě amimo město)pravidelné zvyky (má tělorádo fluktuace?)fluktuace rytmu =⇒ stres

22 / 53


„rocket scientists“ na Wall Street (vývojakcií, cenných papírů) =⇒ „stochasticcalculus“, i ze náhodné fluktuacerůst cen akcií a cenných papírů podobnézákonitosti jako Brownův pohyb (takémnoho faktorů)=⇒ do určité míry lze předvídat

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 t/s

s

m

brownovsky pohyb: ∝√t

linearnı pohyb: ∝

t

23 / 53


lidé: inteligence (domorodec z pralesa × „rocketscientist“)soustředěné myšlení (šimpanz nevydrží dlouho,predátor na kořist)Einstein: „Není to tím, že jsem chytřejší, ale tím, žese problémy zabývám déle“test: pokročilá fyzikální učebnice/skriptalze zlepšit tuto schopnost – meditace?fluktuace a disipace: proč nestíháme své plány (ideál× realita), v komplexních systémech nevyhnutelné

24 / 53

.. Vlnová mechanika lidských vztahů

lze kompatibilitu ve vztazích převéstdemonstrovat pomocí konstruktivní adestruktivní interference?porozumění vztahům nemůže býtjednoduchéumění (poezie, literatura), časopisy,sitcomy, telenovely, …vlna: cyklický/opakující sestruktura/obrazec nebo chování vprostoru a časeamplituda, λ, f:

λ =cf

25 / 53


lze kompatibilitu ve vztazích převéstdemonstrovat pomocí konstruktivní adestruktivní interference?porozumění vztahům nemůže býtjednoduchéumění (poezie, literatura), časopisy,sitcomy, telenovely, …vlna: cyklický/opakující sestruktura/obrazec nebo chování vprostoru a časeamplituda, λ, f:

λ =cf

y

x

λ

ym

26 / 53


lidská charakteristika → vlnaJoseph Fourier (1768–1830):vlny jako „Lego“základní a (vyšší) harmonickéfrekvence =⇒ vlny různéhoprůběhufrekvence → vlastnost(hudební vkus, pracovnínávyky, preference jídel, …),„zastoupení“ → amplituda(pokud chybí: ym = 0)„hrníčková kuchařka“: hrnekmouky, 2 lžíce oleje, …∞ možností =⇒komplikované průběhy

ym = 3/2

ym = 1

ym = 2

27 / 53


zajímavé osobnosti: hodněcharakteristik (F. složek)jednodušší („nudnější“) –relativně málo, jednodušší tvarvlnydominantní: velké amplitudyslabší, jemnější: maléamplitudykomplikovaní: složitý tvar vlnypsychopaté: „crazy“ tvar vlny,hůře předvídatelný…dva lidé – porovnáme tvary aprůběhy vln

28 / 53


neschází ještě něco (???) =⇒ fázehudební vkus – který žánr?konstruktivní a destruktivníinterference

29 / 53


„být ve fázi“ opera × heavy metal,strach z výšek × seskok s padákem,bungee jumping, …ne nutně ve všech oblastech (nejde!)=⇒ priority, více oblastí – lépenemusíme vlastnost po vlastnosti,stačí výsledné vlnyprotiklady se přitahují (???) –mohou, ale vztahy mezi doplňky jsoutrvalejší! =⇒ vzájemné obohacení(malířka + řemeslník)porozumění ne totéž co řešení„Mám Tě rád, ale prostě s Tebounejsem ve fázi“, „Miláčku, mezi námije destruktivní interference“

30 / 53


„být ve fázi“ opera × heavy metal,strach z výšek × seskok s padákem,bungee jumping, …ne nutně ve všech oblastech (nejde!)=⇒ priority, více oblastí – lépenemusíme vlastnost po vlastnosti,stačí výsledné vlnyprotiklady se přitahují (???) –mohou, ale vztahy mezi doplňky jsoutrvalejší! =⇒ vzájemné obohacení(malířka + řemeslník)porozumění ne totéž co řešení„Mám Tě rád, ale prostě s Tebounejsem ve fázi“, „Miláčku, mezi námije destruktivní interference“

153431 / 53

.. Sláva a existenciální krize Schrödingerovy kočky

neintuitivní závěr: pozorováníurčuje realitu (Feynmanovaotázka)potřeba společnosti, touha poslávě (Robinson Crusoe –Alexander Selkirk opouštíostrov při první vhodnépříležitosti)lidé okolo a vztahy potvrzujínaši existencistav kola (poloha, tlak vpneumatikách, namazanýřetěz, …) – při otevírání sklepapo zimě neznáme stav, alepravděpodobnosti (vlnováfunkce složitější než uelektronu)

dva stavy: živá a mrtvásuperpozice 32 / 53

.. Sláva a existenciální krize Schrödingerovy kočky„Zvláštní“ skutečnostDokud není pozorován, objekt s nějakou pravděpodobností ve všechpřípustných stavech. Pozorování určuje stav!

Neznamená to, že byl stále v sekci 5 33 / 53


interpretace p-sti jiná než urulety/hodu kostkou„zdravý rozum“: realita existujenezávisle na pozorovatelizcela osamělý člověk: „…jako bychnebyl“osamělý muž v baru (sleduje všekolem – delokalizovaný stav) ×přisedne si sympatická dáma(soustředění na dané místo)vliv velkého počtu pozorování (jeviště× řada hvězd v soukromí spíš plachá– M. Kopecký, J. Grossmann)

34 / 53


celebrity (vážené, proslulé osobnosti)– bez pozornosti médií byneexistovaly („youtubers“ vmarketingu)naše chování v soukromí (eigenstate)a na veřejnostisuperpozice různých vzorců chování –závisí na pozorovatelíchlze člověka pozorovat v „přirozeném“stavu/chování?štěstí je opravdové, jen když jejsdílíme (chudé rodiny × osamělímilionáři)

Paris Whitney Hilton(17. 2. 1981, NY)

35 / 53

.. Můj čas a váš čas

absolutní čas: příchod do práce,začátek přednášky, program rozhlasu;nevadí ani časová pásma: hodina trváhodinu (na málo věcech se lze taktoshodnout)

36 / 53


37 / 53


CHOU, C. W., HUME, D. B., ROSENBAND, T. a WINELAND, D. J.,2010. Optical Clocks and Relativity. Science 329(5999), s. 1630–1633.DOI:10.1126/science.1192720.ionty 27Al+, laserové chlazení, přesnost optických hodin 10−18 srychlosti okolo 10 m/s a výškový rozdíl 30 cm!

38 / 53

Gargantua – rotující černá díra1 hodina/7 let (faktor ≈ 61 000)

THORNE, K. S. a NOLAN, Ch., 2014.The Science of Interstellar. New York:W. W. Norton & Company.

.. Můj čas a váš časv životě vnímáme čas jako rychleji plynoucí ne když se pohybujemerychleji, ale když jsme staršíplynutí času: význačné, silně vnímané/prožité události =⇒ intervalmezi – „jednotka“více zodpovědnosti (a hmotnosti) =⇒ čas plyne pomalejidovolená × čekárna u lékaře (ve vzpomínkách „dlouho“ × někdy si aninepamatujeme)relativita času zcela přirozená (???)

40 / 53

.. Ztráta optimismu podél světočáry

světočára: množina událostí (t,r ), jimižprocházíme, různé projekce, lidský život i„jiné dimenze“optimismus mládí (× frustrace, zklamánípozději)

Vladimir Makovskij

41 / 53


světelný kužel + kauzální strukturaprostoročasu∞ možností + nereálné (vládceplanety 1 Mly)pokud ne výjimečně kruté podmínky=⇒ po narození řada možností(prezident, Mt. Everest) –superpozice možných světočarpostupně možnosti „odpadají“,zůstává jich méněv mládí: očekáváme ty dobré, úspěšnésvětočárykolaps vlnové funkce =⇒ kolapsoptimismu

čas

pozorovatel prostor

prostor

přítomnost

minulýsvětelný kužel

budoucísvětelný kužel

42 / 53


optimismus =množství žádoucích dostupných světočar×× předchozí úspěchy

optimismus, naděje: závisí na počtumožností vývojelimitující výběr: špatná práce, nefungujícímanželství =⇒ frustracepředchozí úspěchy: zvyšují očekávání dobudoucnazájem o peníze (roste s věkem): zvětšujímožnosti (když nebaví práce, …)Jorge Louis Borges (1899–1986): každýokamžik „zahradou dělících se cest“příběhy, fikce: o možných světočárách(Ostrov pokladů nemusí mít v dospělostitakové kouzlo)

43 / 53


přepínání mezi světočárami nesnadné(rozchody, změna práce, stěhování): „staréhopsa…“ × přebookování letenky na let, kterýnehavaruje)sledujeme osudy spolužáků, kamarádů zmládí (mohla to být moje světočára)puberta: moje světočára určitě nebude jako urodičůkrize středního věku: víme, že nejsme naideální světočáře, ale nesnadné/pozdě změniti malá rozhodnutí v mládí důležitá (snazšízvolit správnou světočáru)potom s trochou Štěstí může optimismusvydržet i déle

44 / 53

.. Vzorec úspěchu

řada receptů i „receptů“, knih, placenýchkurzůúspěch: dosažení cílů, žádoucí životnísituace (peníze, volný čas, uznání,vztahy, uspokojení z práce, …)vývoj od „ostatní mohou selhat, já ne“ kmenšímu optimismu – recept n návratuna správnou trajektorii úspěchupříklady úspěšných a bohatých celebritzměna v životě =⇒ posun správnýmsměrem =⇒ tokproud (aero/hydrodynamika,elektrodynamika) – společné vlastnosti,např. pohyb elektronů (elementárníchčástic) nesoucích náboj

45 / 53

.. Vzorec úspěchu

Vztah pro proudovou hustotuj = n e v

nulová rychlost, hustota částic, náboj=⇒ žádný proudpohyb musí být usměrněný, v f průměrsložky rychlosti správným směrem

j = n e v f

v → usilovná práce; uvedení dopohybu vyžaduje konání práce (vizúčtenky za výrobu elektrické energie),větší rychlost =⇒ vceprce(T. E. Edison: „Génius je jen 1 %inspirace a 99 % potu“) náhodný a uspořádaný

pohyb46 / 53

.. Vzorec úspěchu

j = n e v fuspořádaný, usměrněný pohyb →disciplína;n → vytrvalost, každá částice → malýpostupný krok (i řada úspěšných ažpo hodně neúspěších, jeden elektronv laboratoři nemusíme zaznamenat);analogie s počtem pokusů dosáhnoutcíle (hustota, ne celkový počet – nejeden pokus za 10 let)e → zdravá(!) agresivita při sledovánícíle, vnitřní vlastnost částicetalent, nadání? – nemůžeme mocovlivnit

úspěch = vytrvalost × zdravá agresivita×× disciplinovaná usilovná práce náhodný a uspořádaný

pohyb47 / 53

.. Amundsen a Scott

Roald Engelbregt Gravning Amundsen(16. 7. 1872 – 6. 1928)Robert Falcon Scott(6. 6. 1868–29./30. 3. 1912), stan našlavýprava 12. 11. 1912, bouře 18 km odpřesunutého skladiště zásob

doc. RNDr. PeterBero, PhD.

48 / 53

.. Amundsen a Scott

soustředění na cíl, empirickátvořivost, fanatická disciplina100 km kratší (celkem 3 440 km,99 dnů), neznámá trasa × E. H.Stackleton (1907–1909) 180 kmod pólu (88° j.š.)11 z 52 psů přežilo × manhaulingmore „noble“ (3/4 cesty), 1 sáněpotopeny, 2 nefunkční, poníci sepotí, potřebují potravupotravinové zásoby, přírůstek naváze × nedostatekkožešiny × vlněné, větru odolnéprádlo (mrznoucí pot)eliminace „sněžné slepoty“5–6 h denně (do 30 km) ×někdy 9–10 h, někdy skoro nic

49 / 53

.. Amundsen a Scott


50 / 53

.. Amundsen a Scott


51 / 53

..

Co dělá zákony přírody fundamentální?Dobrá literatura a hudba – společná a univerzální témata,typy osob, příběhůPod subjektivními prožitky, matoucí bláznivostí arozmanitostí života objektivní a pevná pravidla?Antická myšlenka: primárním zdrojem moudrosti příroda,dnes i s využitím představ moderní fyziky(?)

Lukáš [email protected]

Katedra experimentální fyziky PřF UP17. listopadu 1192/12, CZ-771 46 Olomouc

Email: [email protected]://muj.optol.cz/~richterek/

53 / 53

[email protected]

http://muj.optol.cz/~richterek/

Kvantová pravidla

Education