Moje oblíbená fyzika

Moje oblíbená fyzika

Lukáš RichterekKatedra experimentální fyziky PřF UP

17. listopadu 1192/12, 771 46 [email protected]

.. Žádný velký duch ...

.Lucius Annaeus Seneca(4 př. n. l.Cordóba – 65 Řím)........Žádný velký duch není bez trošky bláznovství...

Pokud víte, že těhotná žena, která už má 8 dětí,z nichž jsou dvě hluché, dvě slepé a jedno mentálněretardované, má syfilis, doporučili byste jí potrat?

Moje oblíbená fyzika, Jevíčko 2015 3 / 59

.. Žádný velký duch ...

.Lucius Annaeus Seneca(4 př. n. l.Cordóba – 65 Řím)........Žádný velký duch není bez trošky bláznovství...

Pokud víte, že těhotná žena, která už má 8 dětí,z nichž jsou dvě hluché, dvě slepé a jedno mentálněretardované, má syfilis, doporučili byste jí potrat?


.. Žádný velký duch ....Lucius Annaeus Seneca(4 př. n. l.Cordóba – 65 Řím)........Žádný velký duch není bez trošky bláznovství...

Volí se vrcholný politik a váš hlas může rozhodnouto vítězství jednoho ze tří kandidátů.

Kandidát A je spojován s nečestnými politiky,často konzultuje svá rozhodnutí s astrology, mádvě milenky, neustále kouří a denně vypije 8–10Martini.Kandidát B byl dvakrát vyhozen z úřadu, spí aždo oběda, na vysoké škole prý užíval opium avypije čtvrt lahve whisky každé odpoledne.Kandidát C je vyznamenaný válečný hrdina,vegetarián, nekouří, pije jen příležitostně a nikdynepodvedl svou manželku.

Kterého z nich si vyberete?Moje oblíbená fyzika, Jevíčko 2015 3 / 59

.. Co je/jsou (přírodní) věda/vědy?

(ne)triviální otázka?cílevědomá, organizovaná poznávací činnostzpočátku pro majetné, později podpora(GAČR); otázky doby (Pasteur, zdvojnásobeníoltáře v Delfách 3

√), DNES?relativně konzistentní systém poznatkůkumulativní, permanentní přestavba × umění:důraz na jedinečnost, individualitu (Šalda:„v umění neexistuje pokrok, jen změna stylu“,Rafael apod.), také „odráží“ okolní svět

neustále se vyvíjísouhra experimentování, pozorování a tvorbyteorií, která umožňuje efektivně měnit světdnes je pro filozofii velkou otázkou, co vědeckéteorie znamenají, v jakém smyslu nahrazují to,co si dříve nárokovala filozofie, a kde se vzaly?důležité filozofické otázky


.. Fyzika

Fyzika (z řeckého φυσικός (physikos): přírodní, ze základu φύσις(physis): příroda, archaicky též silozpyt)v dnešním smyslu od 19. století, fyzikus = lékař (hygienik), angl.physicist×physicianzákonitosti společné všem oblastem přírodních jevůvěda – souhrn poznatků, způsob a proces poznávání světa; nutnépřesvědčení, že je poznatelný (Einstein); nekončící dobrodružství(Einstein, Infeld)poznání – „ob(d)raz světa“ v naší mysli, platí nějaké zákony =⇒schopnost předvídatjiný odraz – umění, věda je součástí naší kultury, potřebujei intuici i fantazii, údiv, zvídavostmytologie, pseudovědaSir Karl Raimund Popper (28. července 1902 Vídeň –17. září 1994 Londýn): falzifikace


.. Moje oblíbené...

Horský, Z., Plavec, M. (1962). Poznávání vesmíru (Malá moderníencyklopedie). Praha: Orbis.

Kružík, M. (1979). Sbírka úloh z fyziky pro žáky středních škol.Praha: SPN.Štoll, I. (2009). Dějiny fyziky. Praha: Prometheus.


.. Fyzika

.Fyzika..

......

Základní věda o nejobecnějších vlastnostech přírodních objektů azákonitostech přírodních jevů, která vychází z pozorování, zkušeností,experimentů, jejich výsledky matematicky zpracovává, výpočtysystematicky ověřuje. Výsledky slouží lidstvu, z praxe čerpá podněty.

stará (předklasická) fyzika: před rokem 1600klasická fyzika: (1600 – asi 1900)moderní fyzika (relativistická, kvantová) (relativní pojem!)

Zpracování kovů: 8 000 př.n.l., od 4 000 př.n.l. doba historická, těžkéurčit, co znali (bezdrátová telegrafie???)v nánosech Tigridu nádobka, Fe tyč, Cu váleček, zalito asfaltem(článek?), čočky v Nivie (?)


.. Mezopotámie

civilizace žijící v povodí řek Eufrat a Tigris vobdobí 4. až 3.tisíciletí př.n.l. – písemné doklady60 soustava („šiklu“ → šekel, kopa – ještě Magdalena DobromilaRettigová (1785-1845), loket („kúš“ ≈ 50 cm)hráze – objemy krychle, kvádru, hranolu, válce, tabulky x2, x3,√2 na 5 des. míst

měření časugnómon („ten, který ví“) – svislá tyč, sluneční hodinyvodní, přesýpací hodiny, hoření svíce („uteklo mnoho vody“,„dohořívá svíce života“)sumerský den = 12 dvouhodin, 12 znamení zvěrokruhulunární kalendář (synodický měsíc ≈ 29,5 dne), měsíce 29 a 30 dní,rok začínal o jarní rovnodennosti a měl 355 dní (čas od času měsícnavíc; Chammurabi – daně)lunární kalendář i další semitské národy, muslimské státy (koránzakazuje dodatečný měsíc, poslední měsíc 29 nebo 30 dní, podletoho, kdy beduíni zahlédnou srpek nového měsíce)


.. Mezopotámie (pokračování)astronomie

znali saros T = 6 585 dnů 7 h 42min (18 let 10 – 11 dnů) = 223synodických měsíců =⇒ Slunce, Měsíc a uzly jeho dráhy ve stejnépoloze; zahrnuje 41 zatmění Slunce a 29 zatmění Měsíce a protožepočet dní není celý, neopakují se zatmění na stejném =⇒ zatměníSlunce posunuta o 115° na západvýhoda znalosti zatmění (Claudius 1.8. 45 n.l., v den jehonarozenin; Kolumbus na 4. výpravě předpověď zatmění Měsíce29.2.1504)Stonehenge (2000 př.n.l.?)

Chaldejci: seznamy hvězd, komet, synodický měsíc na 1 ssedmidenní týden (≈ fáze Měsíce), 7 „světel“ na obloze, která sepohybují (S, M, 5 planet =⇒ 7Bohů)

neděle = den zlata a Slunce – Utu, Helios, Sol v Říměpátek jako jediný ženské bohyni – Ištar, Ester, Afrodita, Venuše,germánská Freya

země – polokulovitá slupka obklopená vodou (zakřivení?)voda – vše prostupující substance


.. Gnómon


.. Gnómon


.. Slunce měřilo čas

Měsíc se od Země vzdaluje o 4 cm za rok, dense prodlužuje asi o 1,7ms/100 letzemětřesení v JV Asii 2004 – zrychlení o 3µspřestupná sekunda


první předpověď: Thalés z Míletu 585 př.n.l.Císař Claudius (10 – 54 n.l.) 1.8. 45 n.l. (v den jeho narozenin)


.. Slunce v životě dávných civilizací

Kolumbus na 4. výpravě: předpověď zatmění Měsíce 29.2.1504, Jamajka(Lodě poškozené bouřemi a neschopné plavby v zátoce Svaté Anny, dvanámořníci ve člunu na Hispaniolu, zbytek na Jamaice více než rok;domorodcům se zajídalo chování námořníků, odmítali zásobovat; před zrakyužaslých náčelníků krátce po západu Slunce „nechal zmizet z oblohy Měsíc“)


Camille Flammarion: Astronomie Populaire (1879)

22/10/2137 př. n. l.:1. záznam slunečního zatmění (?), opilí astronomové Ho a Hi

.. Egypt

od 3. tisíciletí př.n.l., papyrus, hieroglyficképísmo, Rosettská deska (Napoleon, Jean F.Champolion, první znaky Thomas Young1819)Rhindův papyrus (1500 př.n.l.) – řešení mat.úlohy (Britské muzeum), nepoziční desítkovásoustavaobsah kruhu = obsah čtverce o straně 8/9průměru (p ≈ 3,16)orientace pyramid podle světových stran,nivelizace vodním kanálempravé úhly 3:4:5objemy kvádru, hranolu, válce, komoléhojehlanu (pyramidy, sýpky); (ne obecnévzorce)


.. Řecko: ionská přírodní filozofiepočátek hledání podstaty světa, díla před Platonem se nedochovalaThales z Milétu (625 – 547 př. n. l.)

znal saros, předpověď zatmění Slunce 28. 5. 585 př. n. l. v předvečerbitvy mezi Médy a Lýdysklon ekliptiky, vysvětlení zatměnípralátkou voda, Země plovoucí kruhová deska na nekonečnémoceánu, vlnění a bouře ⇒ zemětřesení (tektonické desky...)geometrie, podobnost – výška pyramid, vzdálenost lodí, vodníhodiny, jantar (řecky elektron), kámen z města Magnesia(magnetovec) musí mít dušipád do studny a příhoda se služkou

Anaximandros (610 – 546 př. n. l.); žák a přítel Thaletůvpralátkou apeiron, princip vznikání a zanikání (tao), pohybem akombinací se utvářejí 4 živly (stoicheia): země (studené + suché),voda (studené + vlhké), vzduch (teplé + vlhké), oheň (teplé +suché)spis o přírodě (?) – vítr, déšť, blesk, zatmění, mapa zemí, slunečníhodiny; Země válec, vznáší se ve středu světa, nepadá, neboťstejně vzdálen od krajů (symetrie?), v neustálém pohybu, úlomkyohnivé kúry Slunce, hvězdy; člověk z živočichů jiného druhu


.. Řecko: ionská přírodní filozofieAnaximenes (585 – 527 př. n. l.), žák Anaxomandra

pralátkou a podstatou vzduch (pneuma), přináší teplo od SLuncehvězdy nehřejí pro velkou vzdálenostzhušťováním vzduchu vítr, kapaliny, pevné látkyZemě plochá okrouhlá deska v prostoru

Herakleitos (540 – 480 př. n. l.); žák a přítel Thaletůvpralátkou oheň (symbol pohybu, změny), jeho „směnou je veškeroa oheň je směnou veškera“ (energie?)dialektika jednoty a boje protikladů („pantha rhei“)„tento svět nestvořil žádný z bohů“, trvá věčněprý dílo o přírodě, kritizoval řadu současníků, v ústraní

Anaxagoras (500 – 428 př. n. l.)z Klazomén u Efezu, přišel do Athén, obvině z bezbožnosti,uvězněn a vyhnán, Malá Asie v rukou Peršanů, zemřel v Lampsakuzákladem nekonečné množství malých částeček (homoimeroi –„semena věcí“), původně smíchána v chaos; připomínají dnešnímolekuly (už mají nějaké vlastnosti)„žádná věc nevzniká a nezaniká, nýbrž se směšuje a rozlučuje“spis o přírodě: smyslové poznání klamné, rozhodující rozum, Zeměplochá deska ve vzduchu, Slunce a Měsíc žhavé kameny


.. Pythagorejcipokračování ionské školyPythagoras ze Samu (580 – 500 př. n. l.)

otec rytcem kamene na dvoře Polykrata, podporoval aristokracii,po lidovém povstání uprchl (Egypt, Babylonie, Kréta, Kroton najihu Itálie)škola (sekta), 600 žáků, přednášel zásadně v noci, členovéodevzdávají jmění, stejný oděv, denní rozvrh (sebezpytování, čteníbásní, gymnastika); chléb, med, vodařada pověr: nevracet se pod odchodu, nezvedat upadlé věci,nedotýkat se bílého kohouta, ...důkaz známé věty, fascinace vztahy mezi malými přirozenými číslyharmonie přírody (vyprávění o souzvuku kladiv a strun;s hmotnostmi a poměrem přirozených čísle není pravda √

m!), prodélky platí (1:2 oktáva, 2:3 kvinta apod.)číslo symbol harmonie a základ přírodyZemě kulový (dokonalý) tvar (stín při zatmění Měsíce), obíhákolem centrálního ohně (nevidíme, jsme k němu zády, odraz Slunce,Měsíc), ideální počet těles 10 = 1 + 2 + 3 + 4; vliv ještě u Kepleraspisy?


! "

#$

% &"

'( #$

) **∆+,-./

( )

∆Ω≈

.. Moje oblíbené...


.. Návraty první dámy

Giotto di Bondone zdokumentoval návrat z roku1301 na stěnu kaple Scrovegni v Padově(Koperník, Galileo)ověření Newtonovy teorie gravitace (×Descartes, podpora Huygense, Cassiniho),Newtona podporuje Voltaire; Francie důležitá(Leibnitz)Edmund Halley (1656 – 1742), Newton: kometypo parabolekolísající perioda – vliv planet, další návratkoncem r. 1758Alexis C. Clairaut – zpoždění působenímJupitera a Saturna (11/1758)18 měsíců Lalande a Lepautová počítali návrat,výjímečné zpoždění o 518 dní – polovina dubna1759 ± měsíc (hmotnosti planet nepřesné),přísluním 13.3.1759objevitel: sedlák J. Palitzsch (vánoce 1758)


.. Návraty první dámy

Giotto di Bondone zdokumentoval návrat z roku1301 na stěnu kaple Scrovegni v Padově(Koperník, Galileo)ověření Newtonovy teorie gravitace (×Descartes, podpora Huygense, Cassiniho),Newtona podporuje Voltaire; Francie důležitá(Leibnitz)Edmund Halley (1656 – 1742), Newton: kometypo parabole

Železný, V. (1986). Návraty první dámy. Okometě Halleyově o těch druhých. Praha:Panorama.


.. Matematika

.

......

Pokud je geometrie jasná, neříká nic o skutečnémsvětě, a pokud o našich zkušenostech něco říká, pakje nejasná. (A. Einstein)

µαθηµατικoς (mathematikós) – milujícípoznání; µαθηµα (máthema) – věda, vědění,poznáníkvantita, struktura, prostor, změnanejvyšší míra abstrakce a přesnosti („královna“)matematický důkaz: spolehlivý (logika)aplikace často s odstupem (grupy, Einstein)Gödelova věta 1929: existují výroky, jež nelzedokázat


.. Matematika

Eugene Paul Wigner (Jenő Pál): teoretickýfyzik, NC 1963 („for his contributions to thetheory of the atomic nucleus and the elementaryparticles, particularly through the discovery andapplication of fundamental symmetryprinciples“)sestra manželkou P. DiracaThe unreasonable effectiveness ofmathematics in the natural sciences. RichardCourant lecture in mathematical sciences, NewYork University, May 11, 1959. Communicationson Pure and Applied Mathematics 13: 1–14.doi:10.1002/cpa.3160130102uzpůsobenost k popisu dějů a zákonů ⇒ báječnýdar, kterému nerozumíme a nezasloužíme si ho(Newton, Galileo: součást Božího plánu)

1902–1995


.. Matematika

Elegance je věcí krejčího a obuvníka (Blaise Pascal)Physics is mathematical not because we know somuch about the physical world, but because weknow so little; it is only its mathematical propertiesthat we can discover. (Bertrand Russell)There is only one thing which is more unreasonablethan the unreasonable effectiveness of mathematicsin physics, and this is the unreasonableineffectiveness of mathematics in biology. (IsraelGelfand)We should stop acting as if our goal is to authorextremely elegant theories, and instead embracecomplexity and make use of the best ally we have:the unreasonable effectiveness of data. (PeterNorvig)Barrow, J. D. Vesmírná galerie. Praha:Argo/Dokořán, 2011.

1872–1970


.. Matematikařada problémů komplexních (nejsou algoritmy)některé rovnice nelze systematicky řešit (chaos)symetrie (částicová fyzika, zákony zachování)Pythagorejci: odmítají iracionální č., planety pokružnicích (Kepler pl. tělesa), numerologiepojem pole (Faraday), Einstein a Minkowskilokalita (⇒ relativní jednoduchost)

.

......V každé přírodovědě je tolik skutečné vědy, kolik jev ní matematiky. (I. Kant)

MysteriumCosmographicum

(1600)

1724–1804Moje oblíbená fyzika, Jevíčko 2015 30 / 59

.. Matematika

nahodilost – statistické zpracováníČerná labuť (Taleb, N. N. Černá labuť. Praha aLitomyšl: Paseka, 2011): platonismus a ideálnístrukturyneslezená hora – cíl je dán (× obchod,ekonomie)

.

......

Jana Skácel (Oříšky pro černého papouška z výboruNaděje s bukovými křídly, Praha: Mladá fronta,1983):

básníci básně neskládajíbáseň je bez nás někde zaa je tu dávno a je tu od pradávnaa básník báseň nalézá

Dudley R.Herschbach (*1932)

NC/CH 1986

1922–1989


.. Matematika je úžasná informační komprese!

1686: F = ma =⇒ klasická dynamikapotřebuje ODR/ODE1865: Maxwellovy rovnice (kontinuum,termodynamika,...) =⇒ změny v čase aprostoru potřebuji PDR/PDE


.. VŠ matematika „v kostce“

při vysokých rychlostech přestane být udržitelná představao nezávislosti prostoru a času =⇒ 4-rozměrný prostoročas +PDR = analýza na varietách/STRextrémně hmotné objekty =⇒ prostoročas zakřivený + NPDR =analýza na varietách/OTRobjekty příliš malé =⇒ prostory nekonečné dimenze nad C +PDR = funkcionální analýza/kvantová fyzika


RNDr. Tomáš Fürst Ph.D.

.

......

Bartsch, H. J. (1984). Matematické vzorce. Praha: SNTL.

Fecko, M. (2004). Diferenciálna geometria a Lieove grupy prefyzikov. Bratislava: Iris.

.. Je Hospodin hospodárný?

William Rowan Hamilton(3/4. 8. 1805 – 2. 9. 1865)


.. Je Hospodin hospodárný?Řetězovka (catenary)

BrachistochronaHamiltonův principPrincip nejmenšího účinkuVariační principy


.. Fermatův princip

Pierre de Fermat(17/2. 8. 1601 – 12. 1. 1665)



Cox, B., Forshaw, J. (2013).Proč platí E = mc2 ... a pročby nás to mělo zajímat. Praha:Dokořán/Argo.

...1 W a Z bosony, gluony

...2 interakce zprostředkovanéfotony

...3 interakce Higgsova bosonus fermiony

...4 interakce Higgsova bosonu

Mgr. Jiří Kvita, Ph.D.Moje oblíbená fyzika, Jevíčko 2015 38 / 59


Cox, B., Forshaw, J. (2013).Proč platí E = mc2 ... a pročby nás to mělo zajímat. Praha:Dokořán/Argo.

...1 W a Z bosony, gluony

...2 interakce zprostředkovanéfotony

...3 interakce Higgsova bosonus fermiony

...4 interakce Higgsova bosonu

Mgr. Jiří Kvita, Ph.D.

Peter Ware Higgs (*1929), NC 2013


.

...... Fischer, J. (1986). Průhledy do mikrokosmu. Praha: Mladá fronta.

.. Entropie

S = k lnW prof. RNDr. Tomáš Opatrný, Dr.Moje oblíbená fyzika, Jevíčko 2015 41 / 59

.. Slunce jako zdroj energie s nízkou entropií


.. Entropie

Nárůst entropie:člověk při udržovánímetabolismu za život(chemická energie v potravěna teplo): 109 J/Kpohlcování fotonů ze Slunceo teplotě ∼ 6 000K avyzařování asi 20krát vícefotonů o teplotě ∼ 300K=⇒ Země za dobu svéexistence: 1032 J/KSlunce: 1040 J/Kkolaps Slunce na ČD: 1054 J/Ksplynutí dvou ČD s M⊙ +M⊙– entropie dvojnásobná oprotijedné ČD


.. Entropie

Nárůst entropie:člověk při udržovánímetabolismu za život(chemická energie v potravěna teplo): 109 J/Kpohlcování fotonů ze Slunceo teplotě ∼ 6 000K avyzařování asi 20krát vícefotonů o teplotě ∼ 300K=⇒ Země za dobu svéexistence: 1032 J/KSlunce: 1040 J/Kkolaps Slunce na ČD: 1054 J/Ksplynutí dvou ČD s M⊙ +M⊙– entropie dvojnásobná oprotijedné ČD


.. Osudová přitažlivost gravitace...

Begelman, M., Rees, M. (2013). Osudovápřitažlivost gravitace. Praha: Argo/Dokořán.

Hartle, J. B. (2003). Gravity: An Introduction toEinstein’s General Relativity. San Francisco:Addison Wesley.Misner, C., Thorne, K. S., Wheeler, J. A.(1973). Gravitation. San Francisco: W. Freeman.

Schutz, B. (2009). A First Course in GeneralRelativity. Cambridge University Press.Thorne, K. S. (2004). Černé díry a zborcený čas(Pozoruhodná dědictví Einsteinova génia).Praha: Mladá fronta.



Begelman, M., Rees, M. (2013). Osudovápřitažlivost gravitace. Praha: Argo/Dokořán.

Hartle, J. B. (2003). Gravity: An Introduction toEinstein’s General Relativity. San Francisco:Addison Wesley.Misner, C., Thorne, K. S., Wheeler, J. A.(1973). Gravitation. San Francisco: W. Freeman.

Schutz, B. (2009). A First Course in GeneralRelativity. Cambridge University Press.Thorne, K. S. (2004). Černé díry a zborcený čas(Pozoruhodná dědictví Einsteinova génia).Praha: Mladá fronta.



RNDr. Josef Tillich, CSc. prof. RNDr. Jan Novotný, CSc.



prof. RNDr. Jiří Bičák, DrSc.

Isaacson, W. (2010). Einstein Jeho život a vesmír.Praha: Paseka.

prof. RNDr. JanHorský, DrSc.(13.4.1940–29.2.2012)


.. Černé díry nemají vlasy(?)

.Wald (1984), Penrose (2004), Wikipediaetc...

......Černá díra je oblast prostoročasu, níž díkygravitaci nic, včetně světla, nemůže uniknout.

Probing Strong Gravity near Black Holes(Prague, 15–18/2/2010)


.. Černé díry nemají vlasy(?)

Mass-size relation: Carr, B. J.and Rees, M. J., 1979, “Theanthropic principle and thestructure of the physicalworld”. Nature, 278 (5705),p. 605–612.Kdy je OTR důležitá?

.

......GM

Rc2

GM⊕

R⊕c2≈ 10−9

GM⊙

R⊙c2≈ 10−6

GMNSRNSc2

≈ 0,1http://universe-review.ca/

option1.htm


http://universe-review.ca/option1.htm

http://universe-review.ca/option1.htm

Z. Merali, Nature 496, 20–23 (2013).

.. Dynamické modelování

Šedivý, P. (2010). Modelování pohybůnumerickými metodami. Hradec Králové:MAFY. Dostupné zhttp://fo.cuni.cz/texty/modelov.pdf.Lepil, O., Richterek, L. (2007). Dynamickémodelování . Ostrava: Repronis. Dostupné zhttp://www.ufm.sgo.cz/ke_stazeni/Dynamicke_modelovani.pdf

PaedDr. PřemyslŠedivý (1935 – 2014)

doc. RNDr.Oldřich Lepil


http://fo.cuni.cz/texty/modelov.pdf

http://www.ufm.sgo.cz/ke_stazeni/Dynamicke_modelovani.pdf

http://www.ufm.sgo.cz/ke_stazeni/Dynamicke_modelovani.pdf

.. Velká tečka!

Richard Phillips Feynman11. 5. 1918 – 15. 2. 1988


Jsem, nevím čím.Přicházím, nevím odkud.Jdu, nevím kam.Jsem překvapen, že jsem tak šťasten.

Angelus Silesius (Johannes Scheffler)(1624–1677)

Date post:	15-Feb-2017
Category:	Education
Upload:	lukas-richterek
View:	233 times
Download:	3 times

Moje oblíbená fyzika

Education