Simulace vesmíru ve fantazii AI. Kredit: MS Copilot
"Hypotéza simulace", popularizovaná filozofem Nickem Bostromem a rezonující v nesčetných sci-fi dílech, často působí jako zajímavé, leč netestovatelné filozofické cvičení. Jak bychom vůbec mohli poznat, zda žijeme v "Matrixu"? Většina diskuzí zůstává v rovině spekulací. O to cennější a osvěžující je přístup astrofyzika Franca Vazzy (Univerzita v Boloni & INAF Bologna), který se ve své nedávné práci odvážně pokusil tuto hypotézu konfrontovat s neúprosnými zákony fyziky a astrofyzikálními pozorováními. Jeho analýza přináší překvapivě silné argumenty proti tomu, že bychom byli pouhými jedničkami a nulami v kosmickém kódu.
Informace, energie a fyzikální hranice reality
Jádro Vazzova elegantního argumentu spočívá v hlubokém propojení mezi informací a fyzikální realitou, které moderní fyzika odhalila. Jakýkoli výpočet, jakékoli zpracování informace – a tedy i jakákoli simulace – není jen abstraktní matematickou operací, ale fyzickým procesem, který vyžaduje konkrétní zdroje: energii a paměť.
Zásadní je zde Landauerův princip, který říká, že vymazání jednoho bitu informace při dané teplotě vyžaduje minimální, nenulové množství energie, které se rozptýlí jako teplo. Simulace reality by vyžadovala neustálé ukládání a aktualizaci obrovského množství informací popisujících stav všech částic, polí a jejich interakcí. Každý krok simulace, každá změna stavu, by měla svou nevyhnutelnou energetickou cenu.
Kromě toho existují další fundamentální limity. Například Bekensteinova hranice udává maximální množství informace, které může být obsaženo v dané oblasti prostoru s danou energií. Tyto principy nám říkají, že samotné informace a jejich zpracování mají fyzikální "váhu" a nejsou zadarmo. Právě na těchto pevných fyzikálních základech postavil Franco Vazza svůj test hypotézy simulace.
Jak "drahé" je simulovat vesmír? Scénáře Franca Vazzy
Aby Vazza mohl kvantifikovat náročnost simulace našeho vesmíru, systematicky prozkoumal tři možné scénáře s rostoucí ambicí simulátora:
- Simulace celého viditelného vesmíru: Neambicióznější scénář, kde by simulátor musel replikovat vše, co můžeme pozorovat, až k hranicím viditelného kosmu, se všemi galaxiemi, hvězdami a částicemi.
- Simulace pouze Země: Podstatně skromnější cíl – simulovat pouze naši planetu, její biosféru, atmosféru a možná i nejbližší okolí, ale s plnou kvantovou a fyzikální přesností.
- Nízkorozlišovací simulace Země: Ještě úspornější varianta, kde by simulace Země nemusela být dokonalá na nejmenších škálách, ale musela by být dostatečně věrná, aby odpovídala našim nejpřesnějším pozorováním reality. Zde Vazza chytře využil pozorování vysokoenergetických kosmických paprsků a neutrin – tyto částice přilétající z vesmíru interagují s naší atmosférou a hmotou na extrémně malých škálách, takže i simulace s "nízkým rozlišením" by musela tyto interakce správně reprodukovat, což klade dolní limit na potřebnou výpočetní složitost.
Pro každý z těchto scénářů pak Vazza odhadl minimální množství informace (počet bitů nebo kvantových stavů) potřebné k reprezentaci daného systému a jeho evoluce v čase. Následně, s využitím principů jako Landauerův, přepočítal tuto informační náročnost na minimální požadavky na paměť, výpočetní výkon a především na energii potřebnou k běhu takové simulace.
Příklady rozložení povolených hodnot základních konstant (přepočtených na jejich hodnotu v tomto vesmíru), které jsou nezbytné pro simulaci Země v nízkém rozlišení v jiných vesmírech, jak je předpovězeno pomocí Monte-Carlo simulací. Každá osa udává povolenou hodnotu každé konstanty, normalizovanou na hodnotu, kterou má v tomto vesmíru. Zdroj, kredit: Vazza, F. (2025). Astrophysical constraints on the simulation hypothesis, arXiv:2504.08461
Neúprosné zákony fyziky: Výsledky a jejich důsledky
Výsledky Vazzovy analýzy jsou skutečně ohromující a pro hypotézu simulace zdrcující. Ukázalo se, že i při těch nejoptimističtějších předpokladech jsou energetické a výpočetní nároky na simulaci naší reality astronomicky nedosažitelné v rámci vesmíru, který by se řídil stejnými fyzikálními zákony jako ten náš.
- Simulace celého vesmíru: Vyžadovala by množství výpočetních zdrojů (bitů, energie) srovnatelné nebo dokonce přesahující celkový informační a energetický obsah samotného viditelného vesmíru. Je fyzikálně nemožné, aby vesmír obsahoval počítač schopný simulovat sám sebe v plném detailu.
- Simulace Země (plná): I simulace "pouhé" naší planety s veškerou její komplexností by vyžadovala energii a výpočetní výkon, který mnohonásobně převyšuje výkon Slunce a pravděpodobně i celé naší Galaxie.
- Simulace Země (nízké rozlišení): Dokonce i nejméně náročný scénář, omezený jen na reprodukci reality až po úroveň interakcí vysokoenergetických částic, by vyžadoval výpočetní výkon a spotřebu energie, která je o mnoho řádů vyšší než cokoli, co známe nebo si dokážeme představit na základě známé fyziky a astrofyziky.
Klíčovým závěrem Vazzovy práce tedy je: Je fyzikálně (téměř) nemožné, aby náš vesmír byl simulací běžící na počítači umístěném uvnitř nějakého "rodičovského" vesmíru, pokud by tento rodičovský vesmír sdílel stejné základní fyzikální zákony jako ten náš. Hypotéza simulace by mohla být udržitelná pouze tehdy, pokud by simulující vesmír měl dramaticky odlišnou, mnohem "výkonnější" fyziku, umožňující řádově vyšší hustotu informace a efektivitu výpočtů, než jaké připouštějí nám známé principy.
Útěk z Matrixu, nebo jen jiná fyzika?
Tato studie samozřejmě nedokazuje s absolutní jistotou, že nejsme v simulaci – vždy lze postulovat simulátor s libovolně fantastickými vlastnostmi. Vazzův přínos je však v tom, že jasně ukazuje extrémní fyzikální cenu takové simulace. Argumenty typu "v budoucnu budou počítače mnohem výkonnější" zde nestačí; narážíme na fundamentální limity dané vztahem informace a energie.
Jeho práce nám tak dává silný, fyzikálně podložený důvod věřit, že realita, kterou zažíváme, není jen iluzí generovanou kódem v nám podobném vesmíru. Zároveň nám připomíná neuvěřitelnou komplexitu a informační bohatost našeho vlastního světa, od kvantových polí až po kosmické struktury. Zdá se, že náš vesmír je ve svém vlastním rámci výpočetně neredukovatelný.
Závěr: Ocenění naší (pravděpodobně) nesimulované reality
Franco Vazza nám svým odvážným a důmyslným propojením astrofyziky, informační teorie a fundamentální fyziky poskytl silný argument proti často až příliš lehkovážně přijímané hypotéze simulace. Jeho práce je krásnou ukázkou toho, jak vědecká metoda, založená na kvantifikaci a konfrontaci s pozorovatelnou realitou, může osvětlit i otázky zdánlivě patřící jen do sféry filozofie. I když absolutní jistotu nemáme, můžeme si z jeho závěrů odnést jisté uklidnění a možná i nové ocenění pro hloubku, komplexitu a pravděpodobnou "autentičnost" vesmíru, jehož jsme součástí. Zdá se, že nejsme jen programem – a to je závěr, ke kterému nás dovedla poctivá věda, nebojící se klást ani ty nejpodivnější otázky.
Zdroj: Vazza, F. (2025). Astrophysical constraints on the simulation hypothesis for this Universe: why it is (nearly) impossible that we live in a simulation. arXiv:2504.08461 [physics.pop-ph].
Video: 2016 Isaac Asimov Memorial Debate: Is the Universe a Simulation?
Podivuhodný experiment dokládá fenomén rozpadu falešného vakua
Autor: Stanislav Mihulka (23.01.2024)
Kvantový stroj simuluje zhroucení falešného vakua
Autor: Stanislav Mihulka (05.02.2025)
Vědci poprvé zobrazili kosmickou pavučinu ve vysokém rozlišení
Autor: Stanislav Mihulka (12.02.2025)
Kosmologické tenze
Autor: Viktor Lošťák (16.04.2025)
Diskuze:
A tím je řeceno vše
Viktor Spicka,2025-04-27 22:55:29
simulaci naší reality astronomicky nedosažitelné v rámci vesmíru, který by se řídil stejnými fyzikálními zákony jako ten náš.
Předpokládame správně ,že simulace je vždy zjednodušení reality ;)
co to je autentický vesmír?
J P77,2025-04-27 11:25:09
Je to výhoda být v tom autentickém vesmíru, když nevíme co to je? :-) Ten simulátor si trochu umíme představit když známe počítače i když neznáme kvantové počítače. Ten skutečný základní vesmír vůbec nevíme co to je a nikdo nemá ani teorii co to může být, na jakém základu to existuje, nebo jak může nějaký základ (nebo Bůh) existovat. Kde se vzali fyzikální zákony, jakto že existují. Umíme si jen představit ty nadstavby, když máme základ co na tom může vzniknout jako třeba biologie bez vědomí. (Vědomí je podle vědy na mozku nezávislé).
Kvantové počítače si neumíme představit, protože jejich princip v českém článku není popsaný. Jsou to jen útržky informací, ale funkce a princip výpočtů z toho jasný není. Normální počítače si představit umíme, k tomu stačí trochu chápat jak funguje tranzistor, logické obvody a nějaká elektricky nezávislá paměť.
Re: co to je autentický vesmír?
J P77,2025-04-27 11:37:00
Jak můžeme být skutečný, když náš mozek není univerzální, když nemá funkci aby si uměl představit jakýkoliv vymyšlený základ všeho?
Co když simulátor běží úsporně díky tomu že my moc informací nezvládnem zpracovat a tak když rozbijeme atom, tak se vytvoří simulace jeho vnitřku a ostatní atomy se simulují jen úsporně. Umíme si představit oběh Slunce kolem Země i naopak, stejně jako placatou i kulatou Zemi a později objevit jak to je, ale na základ vesmíru nikdo nemá ani praštěný nápad ani nápad použitelný pro pohádku.
Re: Re: co to je autentický vesmír?
J P77,2025-04-27 11:57:26
Když jsem kdysi řídil rally na PC, tak se viditelně v dálce vykreslovali lesy jako nové obzory, dokud jsem tam nedojel tak tam nebyli. Simulátor může každému z nás simulovat jen naše okolí, nebo jen to co vnímám.
V počítačové hře taky není skutečná fyzika, ale jen jednoduchá napodobenina a přitom postavičky tam v pohodě žijí a auta jezdí.
Nejméně náročný scénář?
Pavel Kaňkovský,2025-04-24 21:18:37
Autor nejdřív na str. 6-7 uvažuje, že velmi detailní simulace je potřeba jen tam, kde se provádí nějaké extrémní fyzikální experimenty, a že vnitřnosti Země vidíme jen velmi hrubě s rozližením v řádu 100 km, ale najednou usoudí, že kvůli vysoceenergetickým neutrinům prolétavávajícím skrz Zemi je nezbytné CELOU PLANETU simulovat v měřítcích odpovídajících vlnové délce těch neutrin tedy "1,2e−21 cm" (*), i když jejich záchyt je vzácný a navíc pozorovatelný jen v bezprostředním okolí té údálosti.
Scénář, ve kterém by se určité jevy simulovaly detailně opravdu jen tehdy a tam, kdy a kde je to nutné (možná jen v případech, kdy se někdo dívá?), uvažován není, i když by nejspíš měl náročnost ještě o mnoho řádů nižší než to, co autor označuje jako "nejméně náročný scénář". :/
(*) Prostě za základní jednotku délky bere cm... a za základní jednotku energie pro změnu erg. *facepalm*
Tak si představte
Karol Kos jr.,2025-04-24 14:05:41
někoho kdo má na stole těch našich vesmírů několik a tedy disponuje zdrojem energie mnohonásobně převyšujícím energii celého našeho vesmíru.
Dotazy
Pepa Vondrák,2025-04-22 22:42:26
Proč pouštět simulaci vesmíru v "rozlišení" 1:1 na něčem nutně mohutnějším než vesmír?
Je vesmír jako "páska", takže minulost je vzadu a dá se tam "skočit" nebo je jen "teď" a pro skákání potřebujete simulátor?
Jaké jsou možnosti toho, kdo ovládá simulátor?
Laundaueruv princip
Waldir Bezejmenný,2025-04-22 20:25:15
Ad Laundaueruv princip, to je ale náhodička že ve výpočtu našeho vesmíru k žádnému odmazávání informace nedochází, že? Nebo se pletu?
Ad lidé zmatení z chybných interpretací štěrbinového experimentu: co kdyby lidské vědomí čistě náhodou nebylo elementární vlastností vesmíru, ale třeba jen projevem interakcí hmoty? (Hmoty která se může snadno stát součástí kvantových superpozic? Mrk. mrk.)
Doporučuji přečíst Yudkowského sekvenci na téma kvantové mechaniky: https://www.lesswrong.com/posts/hc9Eg6erp6hk9bWhn/the-quantum-physics-sequence případně naformatovane: https://jb55.com/lesswrong/sequences/quantum_physics/Quantum%20Physics.pdf .
Moorpg
Petr Pavlata,2025-04-22 19:35:07
Také nemusí jít o plnou simulaci, ale simulaci jen pro nás. Navíc my sami simulování být ani nemusíme - můžeme být dlouho žijící, nebo nesmrtelní příslušníci mnohem vyspělejší civilizace, kteří se v rámci věčnosti baví v nějaké variantě vyspělé MOORPG hry.
V principu i vše, co vidíme jako fyzikální zákony můžou být jen vlastnosti engine prostředí.
Myslím, že je i docela pravděpodobné, že společnost, kde by čas už nebyl omezení by takové simulátory nutně začala vytvářet, už čistě pro naplnění času.
Že "ve hře" není paměť na vlastní historii by také dávalo smysl, protože jinak by už to asi nikoho nebavilo a nebylo to zajímavé. Aby to opravdu nakonec nebyla hra na sbírání "karmy", která odemyká zajímavější level ;-)
Re: Moorpg
Florian Stanislav,2025-04-22 20:03:56
--->"Také nemusí jít o plnou simulaci, ale simulaci jen pro nás."
Zrovna jsem dojedl smaženého kapra s bramborovým salátem. Simulace se zdařila - vytvořila kapra, manželku, mně, talíř a příbor. Manželku naučila smažit kapra, mně vybírat kosti, jen v bramborovém salátu byly kousky mrkve trochu tvrdé.
Článek je o tom, že nebude nikdy dost energie na vytvoření simulace fyzikální podstaty vesmíru ani jeho malé čísti ( Země). A co se týče chemické, biochemické podstaty a života vůbec ( včetně rozmnožování), to už je moc i na sci-fi.
Re: Re: Moorpg
Petr Pavlata,2025-04-22 21:29:45
Moje reakce se týkala toho, že vědomí simulované být nemusí, ale simulovat svět okolo (tzn. vstupy vědomí) tak náročné zase nebude.
Ale že se s Vámi vůbec bavím, určitě budete jen další NPC ve hře. A nebo jsem jím já ;-).
Jaroslav Krotký,2025-04-22 17:46:30
Pokud to funguje takto, tak to moc na "reálný vesmír" nevypadá ;-)
Wheeler navrhl variantu, kde se rozhodnutí, zda měřit průchod štěrbinou nebo ne, udělá až poté, co částice prošla štěrbinami. Přesto výsledek odpovídá tomu, jako bychom tuto volbu udělali dříve. To vede ke zdánlivě paradoxní situaci, že budoucí volba ovlivní minulý průchod částice.
Re: Re:
Jaroslav Krotký,2025-04-22 20:28:30
Neměníme minulost (viz porušení kauzality)
Jen určujeme, jaké informace se nakonec objeví.
Čas neexistuje je iluzorní, vše je ve všech stavech (bez času), "fyzicka realita" a iluzi casu vytvari vedomi a "pozorovatel"...
Když byly při těchto Radinových experimentech pokusným osobám ukázány na monitoru uklidňující obrázky, zůstaly tyto osoby klidné, a jakmile se objevily emotivní obrázky, emočně se rozrušily, což bylo potvrzeno zvýšením elektrodermální aktivity. To není nikterak překvapivé. Když se však měly objevit tyto emotivní obrázky, elektrodermální aktivita se u pokusných osob zvýšila ještě před tím, než se daný obrázek objevil na monitoru - přibližně o tři až čtyři sekundy dříve. Obrázky, které se objevovaly na monitoru, byly vybírány náhodně počítačem s pouze milisekundovým předstihem. Nikdo, dokonce ani experimentátor, předem nevěděl, jaký obrázek bude následovat, když se objevila reakce pokusných osob. (45 Ostatní výzkumníci dospěli podobným výsledkům. (46)
Jedním z nejzajímavějších objevů ve výzkumu předtuch a schopnosti předvídat budoucí události, bylo zjištění, že lidé jsou zřejmě ovlivněni sami sebou z budoucnosti, a nikoli objektivními událostmi. Schopnost předvídat budoucí události se podobá vzpomínkám na budoucnost. Zdá se, že předtuchy zahrnují fyziologický zpětný tok od budoucích stavů rozrušení či pohotovosti - tok kauzality, která se pohybuje opačným směrem než energetická kauzalita. 'To se shoduje se způsobem, jakým atraktory přitahují organismy směrem k jejich vrozeným či naučeným cílům, kdy vlivy proudí od možných budoucností přes přítomnost směrem do minulosti (viz 5. kapitola). Je to rovněž v souladu s názorem Alfreda Northa Whiteheada, který tvrdí, že mysl funguje z budoucnosti.
Jediný okamžik
Vít Výmola,2025-04-22 14:02:28
Předem říkám, že jsem nikdy nebyl příznivec simulačních teorií, nicméně:
Záleží na tom, jestli má simulace být společná pro více jedinců nebo jako v Matrixu má v mozku jednoho jedince sugerovat pocit, že žije v nějaké realitě. V tom druhém případě totiž nejenom, že není třeba simulovat celý vesmír, ono stačí simulovat jeden jediný neustále se opakující okamžik. I skutečná realita je pro naše vědomí jenom pár (mili?)sekund, v rámci kterých je svět kolem nás vlastně téměř statický . Všechno ostatní je minulost nebo ještě nenastalá budoucnost. Pravda, neumíme se napojit na mozek, ale jinak jde o výpočetně docela nenáročnou záležitost.
Re: Jediný okamžik
O. Dvorak,2025-04-22 15:02:59
4D casoprostor je mytus a konstrukt, realita zna jen Teď.
Re: Jediný okamžik
Waldemar Nováček,2025-04-22 17:29:50
Jo, taky to vidím jako poměrně silný argument proti předložené argumentované hypotéze, že pravděpodobně nejsme simulace.
Re: Re: Jediný okamžik
Waldemar Nováček,2025-04-22 17:38:37
... a neříkám, že jsme :-)
... přijde mi, že tak maximálně (ale dobrý jako) ukázal, že pokud by to byla simulace, udělat ji zcela komplexní, tedy udržovat všechny interakce všech částic v celém vesmíru, má své určit=é energetické nároky...
zajimave
O. Dvorak,2025-04-22 11:46:23
Ciste hypoteticky simulovany vesmir nemusi mit s hostujicim vesmirem a jeho zakony nic spolecneho, muze byt mnohem rozsahlejsi, operovat ve vetsim rozliseni (jemnejsim Planckovym gridem) atp.,
Nase simulace muze bezet na cyklu Planckovy frekvence a byt provozovana na pocitaci vetsim, nez nas vesmir. Ve sci fi je mozne vsechno. Cimz nerikam, ze bych byl advokatem teto teze. Ta teze je pravdepodobne nevyvratitelna, protoze nejsou vyvratitelne ad hoc predpoklady pro jeji pravdivost.
Simulace vědomí
D@1imi1 Hrušk@,2025-04-22 10:51:05
Simulovat celý fyzikální vesmír by samozřejmě bylo nepředstavitelně náročné, ale to také není potřeba, kdyby stačilo simulovat lidská vědomí. Když sníte, máte pocit, že vše je reálné, ale když se probudíte, uvědomíte si, že některé věci popíraly zákony logiky. Při simulování vědomí by stačilo simulovat pocit, že fyzikální vesmír je reálný a řídí se podle přesných zákonů. Není potřeba aby to tak skutečně bylo.
Vnútorná a vonkajšia realita
Ilil Akil,2025-04-22 10:26:15
Proti "teórii simulácie" hovorí najmä Occamova britva.
Je to asi ako "vedecké teórie" kreacionistov, že na vznik nedokonalej živej bunky treba nedokonalú všemocnú bytosť.
No s jej "vyvrátením" to nie je také jednoduché:
Ak ide o simuláciu, nemôzemem vedieť, či "vonkajší vesmír" so simulačným strojom nie je výrazne odlišný od simulovaného "vnútorného".
S úplne inými fyzikálnymi zákonmi, inými "parametrami", na úplne inom princípe, takže by sa na ňom vôbec nedali uplatňovať "vnútorné" zákony.
A ak by aj boli vnútorné a vonkajšie fyzikálne zákony rovnaké, tak nemôžeme vedieť, či pri novších stavoch poznania, nebudú terajšie limity prekonané.
Ako napr. voľakedajší zákon zachovania hmotnosti, ktorý uz dnes neplatí.
Re: Vnútorná a vonkajšia realita
Martin Novák2,2025-04-22 11:56:11
Teorie simulace je zatím jediný způsob jak vysvětlit rozdíly v kolapsu vlnové funkce když se někdo dívá nebo ne.
A to protože naše simulace dělají totéž, vypočítávají jenom významné děje a zbytek se aproximuje a statisticky odhaduje.
Re: Re: Vnútorná a vonkajšia realita
Petr Štěch,2025-04-22 12:35:24
Také konečná a konstantní rychlost světla ve vakuu svědčí pro simulaci, tzn. rychlost jakou každý bod může ovlivňovat okolní body, tzn. jak rychle se šíří informace o jakékoliv události.
Re: Re: Re: Vnútorná a vonkajšia realita
O. Dvorak,2025-04-22 13:15:10
Snazsi by bylo generovat svet bez tohoto omezeni, frame po framu a nejakymi kauzalnimi limity se nezatezovat.
Re: Re: Re: Vnútorná a vonkajšia realita
Ilil Akil,2025-04-22 13:17:35
No to teda vôbec "nesvedčí".
Pripomínate náboženských fanatikov, čo za všetkým vidia boha.
Re: Re: Vnútorná a vonkajšia realita
Ilil Akil,2025-04-22 13:13:47
Ala ono nejde o to, "či sa niekto pozerá", to je len také popularizačné vysvetlenie.
Ide o to, či častica interaguje s nejakou inou časticou alebo časticami.
A bez interakcie sa na časticu nemôžete "pozrieť".
V budúcnosti sa možno podarí nájsť nejaké lepšie vysvetlenia kvantových javov.
Re: Re: Re: Vnútorná a vonkajšia realita
Martin Novák2,2025-04-22 14:53:46
Ne, jde vyloženě o to jestli se někdo dívá. Když do dvouštěrbinového experimentu dáte senzor na jednu štěrbinu vlnová funkce zkolabuje. Když odpojíte z toho senzoru výstup signálu ale vše ostatní necháte tak vlnová funkce je zpátky. Aspoň tak jsem to slyšel...
Re: Re: Re: Re: Vnútorná a vonkajšia realita
Ilil Akil,2025-04-22 15:35:52
Keď dáte dvoštrbinový experiment do uzavretej miestnosti, odídete z nej, a nebudete sa naň dívať, tak dopadne rovnako, ako keď sa budete dívať na vznikanie obrazcov na tienidle za štrbinou.
Ak dáte niečo, čo bude interagovať s časticami pred tienidlom, tak budú obrazce na tienidle odlišné.
Podstatná je interakcia častíc, nie potenciálny "pozorovateľ".
Re: Re: Re: Re: Vnútorná a vonkajšia realita
Vojtěch Kocián,2025-04-22 17:23:36
Co je to výstup signálu? Můžete tam dát trochu fluorescenčního materiálu a je to senzor. Obrazec na stínítku se změní, protože fotony budou interagovat s tím materiálem. Možná ne všechny, ale rozladíte to. Můžete tam dát fotoelektrický člen s nějakými dráty. Pokud se možnosti interakce fotonu s tím fotočlenem liší podle toho, jestli jsou dráty připojené a odčerpávají z něj energii, tak se změní obrazec i podle toho, jestli jsou dráty připojené.
Teprve před pár lety jsem si uvědomil, že se tato látka vyučuje špatně. Tedy ne přímo věcně špatně, ale tak, že to mate žáky a studenty. Možná je i účel představit jim něco, z čeho jim spadne čelist na podlahu a možná se budou chtít dozvědět víc. Nevím, jak moc to funguje.
Podle mého by se to mělo vyučovat zhruba takto (velmi stručně zjednodušeně): Primárně zapomenout, že někde létají nějaké fotony. Prostorem se prostě šíří elektromagnetická vlna, která má, podle toho, co jí postavíte do cesty, nějaká minima a maxima. To jsou minima a maxima pravděpodobnosti, že v tom místě dojde k interakci. V moment interakce celá vlna zkolabuje a projeví se jako interakce fotonu s hmotou. Na otázku, kterou štěrbinou foton proletěl, se pak dá odpovědět dvěma způsoby:
1. Oběma (nebo klidně miliónem, pokud máte místo dvou štěrbin celou difrakční mřížku), protože byl ve formě vlny, která ani zdaleka není prostorově bodová.
2. Ani jednou, protože proletěla jen ta vlna a ta zkolabovala do fotonu až v momentě interakce.
Re: Re: Re: Re: Re: Vnútorná a vonkajšia realita
Vojtěch Kocián,2025-04-22 17:32:47
Ehm, stejně jsem tam udělal chybu. Minima a maxima vlny nemusí odpovídat minimům a maximům pravděpodobnosti interakce, protože také závisí na materiálu hmoty a jeho ochotě interagovat s vlnou dané vlnové délky. Pro viditelné světlo mají sklo a vzduch mnohem nižší pravděpodobnost interakce než promítací plátno nebo elektronický senzor, na kterém experiment předvádíte.
Re: Re: Re: Re: Re: Vnútorná a vonkajšia realita
Martin Novák2,2025-04-22 19:41:22
1. netýká se to až tak fotonu, ten je těžké detekovat bez podstatného ovlivnění ale částic jako třeba elektron nebo celé atomy
2. dvouštěrbinový experiment spočívá v tom že na dopadové ploše vytvoří interferenční vzor, a to i když částice prolétají po jedné. Při kolapsu vlnové funkce není interferenční vzor ale dvě dopadové plochy, každá pro jednu štěrbinu.
Jako třeba tady: https://www.youtube.com/watch?v=A9tKncAdlHQ
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Vnútorná a vonkajšia realita
Vojtěch Kocián,2025-04-23 07:27:50
I těžší částice mají vlnovou povahu. Proto vytváří interferenční obrazec i v případě, že je posíláme po jedné. A i těžší částice interagují s jinou hmotou. Na jakém principu ten detektor prezentovaný na ve videu funguje? Nemůže jinak než na principu interakce. Třeba vysílá fotony a počítá odražené nebo pohlcené prolétávajícími atomy. Nebo měří změny v elektrickém či magnetickém poli (pokud jsou prolétávající částice elektricky nabité), což je opět fotonová interakce. Všechno z toho způsobí kolaps vlnové funkce hned na detektoru ve štěrbině, který tím pádem nenastane na stínítku. No a vypnutý detektor přestane interagovat s částicemi. Kdyby se přerušil jen tok informací, ale měření samo o sobě by probíhalo, vlnová funkce by pořád kolabovala na detektoru. I když vlastně ne tak úplně. Kolaps může nastat až někde uvnitř detektoru nebo až na záznamovém/zobrazovacím zařízení (záleží na konstrukci). Měřený atom se tam nedostane, ale vlnová funkce, kterou reprezentuje, už toho schopná je. Něco jako Newtonova kolébka, jen se o té první kuličce dozvíme až z pohybu té poslední.
Ne, neříkám si tím o tu nobelovku zmiňovanou na konci videa. Ta záhada tam pořád je, protože kolaps vlnové funkce zatím nikdo uspokojivě nevysvětlil. Nicméně je dokázáno, že nastává vlivem interakce s jinou částicí a v tom žádná magie není. Jen z toho, podle mého, není třeba dělat větší záhadu, než to doopravdy je a motat do toho živého pozorovatele nebo Schrödingerovy kočky (což je přesně ten samý princip). To jsou víc filozofické než fyzikální záležitosti stejně jako stará dobrá otázka: "Když v lese spadne strom, udělá to hluk, i když to nikdo neslyší?".
Jak níže píše pan Fucila, dá se to vysvětlit i čistě pomocí částic, kterým přiznáme nějaké další vlastnosti. Je to ve výsledku ekvivalentní, ale na vysvětlení mi přijde jednodušší varianta, která dává vlnám (tedy vlastně úplně všemu) částicovou povahu jen při interakci. Při jiných experimentech jako třeba u srážek v urychlovačích, je zase praktičtější pracovat s částicemi. Jejich vlnovou povahu je třeba mít stále na paměti, ale nemusí se významně uplatnit.
Re: Re: Re: Re: Re: Vnútorná a vonkajšia realita
Marek Fucila,2025-04-23 01:26:24
Nám to na fyzike predstavoali ako vlnovo-korpuskulárnu teóriu s tým, že svetlo je raz vlna, inokedy fotón. Celý problém je v tom, že sa takto makroskopické objekty nesprávajú, takže potrebujeme analógie. A každá analógia platí len v nejakom rozsahu. Navyše sa dajú zostaviť matematické modely aj pre vlny aj pre častice.
Feynman popisuje všetko ako častice a vlny vôbec nepotrebuje. Akuát potrebuje "barličky" ako je pohyb v protismere času alebo pohyb všetkými trajektóriami naraz. A to len preto, aby sme si vedeli častice predstaviť ako guličky, hoci sa ako guličky nesprávajú.
Vlna sa taktiež ťažko predstavuje, ale ak človek príjme fakt, že elektromagnetizmus je tovrený vlnami, tak predstava letiacich častíc je zbytočná. A navyše potom dochádza k predstavám, že sa nebodaj častice nejako dopredu rozhodujú, čo sa stane podľa toho, či sa na to niekto pozerá.
Častice pritom pozorujeme len v čase interakcie vĺn. A pozorovať neznamená, že sa musíme pozerať. Deje sa to aj bez nás, ale keď už sa pozeráme, tak niekde vidíme ohraničené signály alebo fľaky, alebo celé obrazce, podľa toho, ako tie vlny detekciou obmedzíme (sčítame).
To čo vznikne po zrážke nazývame časticami, a extrapolujeme to spätne v čase. Ale tak svet nefunguje. Kruh na tienidle neznamená, že pred zrážkou dopadla na tienidlo gulička. Nie sú to guličky a častice v tom stave (napr. kruh na tienidle) pred interakciou neexistovali.
Teória multiverza to berie ad absurdum a tvrdí, že vytvorením každej častice v konkrétnom stave vznikli aj všetky možné iné častice v ostatných povolených stavoch - každá v inom paralelnom vesmíre, ktorý sa práve oddelil.
Podľa mňa je to uletená predstava, rovnako ako nekonečná séria stvoriteľov, ktorá by bola potrebná pri premyslenejšom náboženstve, či inak nazvanej simulácii. Vždy sa dá všetko vysvetliť ako okrajová podmienka zložitejšieho systému, ale Occam to už dávno prakticky ustrihol.
Omnoho prozaickejšia interpretácia je analógia fľakatých častíc (práve som si to tak nazval :-)). Fotón alebo elktrón v podobe častice je len ako fľak vody po dodyku hladiny (čo by vlny) s prekážkou (inou vlnou). Je to ako nejaké kvantum vody, ktoré vytvorilo pozorovateľnú škvrnu dobre definovaných tvarov a veľkostí. To, že ak nad hladinu rozvlnenej vody položíme savý papier a budeme pozorovať ako vznikajú fľaky neznamená, že tie fľaky sa šírili v tejto podobe vodou. Ono je to voda aj v tvare vlny (pred zrážkou), je to voda, aj keď je to na mokrom papieri, a bude to voda aj po odparení alebo stečení.
My sme nevytvorili nič nové. Vytvorili sme nejaký pozorovateľný tvar. Nejakú formu.
Nemôžeme tvrdiť, že oceán je súbor všetkých možných škvŕn, aké môžu kedy existovať. Teda môžme, ale je to taká tá populárna definícia kvantovej superpozície, kedy existujú všetky stavy naraz.
Skutočne?
Má qubit nekonečné množstvo stavov medzi 0 a 1 naraz? Videl to niekto niekedy? My máme jeden qubit v stave, kedy to nie je ani 1 ani 0 (máme zatvorenú krabicu so Schrodingerovou mačkou), a následne máme qubit po kolapse vlnovej funkcie len v jednom z dvoch stavov (otvorená krabica so živou alebo mŕtvou mačkou).
Oveľa praktickejšie (ale menej sexi) je povedať, že qubit je v nerozhodnutom stave - teda ak by to bol roztrasený pohár s vodou, hladina môže dostreknúť na papier nad ňou ale nemusí. Neznamená to, že keď sa nepozeráme, tak papier je zmáčaný naraz všetkými možnžým spôsobmi, a nakoniec všetky ostatné zaniknú.
Fakt nechápem, prečo sa nehovorí o nerozhodnutom stave. Pri takýchto uletených interpretáciach môžme tvrdiť, že dieťa je zároveň policajt, učiteľ, smetiar aj kozmonaut. Vlatne každé dieťa je superpozíciou všetkých povolaní, ktoré si dokážeme predstaviť. A napriek tomu raz tento stav možností skolabuje a dospelý má (obvykle) len jedno povolanie.
Súhlasím teda, že chyba je v tom, ako sa to vyučuje, ale učitelia žiaľ nemajú inú možnosť, ako použiť prirovnania. Že si fyzici vyberajú marketigovo zaujímavejšie verzie, a potom sa ich desiatky rokov držia je už na zváženie. Nakoniec je za tým aj tak len pozorovanie a nejaký matematický model. Aké predstavy z toho vzniknú je úplne jedno, realitu to neovplyvňuje.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Vnútorná a vonkajšia realita
Marek Fucila,2025-04-23 02:26:05
"Nerozhodnutý" stav z mojej interpretácie neimplikuje vedmé rozhodovanie. Je to skrátka forma energie, ktorá má zatiaľ len vlastnosti vlny, ktorá neinteragovala. Je to stav, kedy nie je praktické hovoriť o častici, lebo takáto forma tejto konkrétnej energie/vlny ešte nevznikla.
Napríklad máme na valenčnej vrstve atómu elektrón, ktorý sa s nejakou pravdepodobnosťou má nachádzať v určitej oblasti. Tvar orbitálu závisí od toho, ako sa dokážu vlny naskladať do daného priestoru. Keď budeme dosť dlho blikať na rôzne atómy, zistíme, že elektróny sme trafili fotónmi v rôznych bodoch orbitálov. Tým, že ich "zosrelíme" (alebo skôr odstrelíme vyššie), stratíme ostatné informácie o danej vlne/elektróne.
My nemáme lepšie nástroje na pozorovanie ako je požitie vĺn/častíc danej interakcie (v tomto (prípade elektromagnetickej).
Tak keď si predstavíme, že posielame vlnu fotónu, tá sa sčíta s vlnou elektrónu.
Ak si ale predstavíme, že tam posielame časticu fotónu, tak tá narazí do častice elektrónu.
Problém časticovej interpretácie je ten, že sa predpokladá kontinutia existencie, a teda že elektrón niekde v priestoru orbitálu dovtedy bol. Keďže má konečné rozmery (dokonca nulový rozmer) a orbitál má nenulovú veľkosť (ak sa nepletiem, tak nekonečnú), tak pri obmedzenej rýchlosti nemohol elektrón pri zrážke precestovať k miestu interakcie, ale tam už teda bol. Z množstva zrážok vieme, že teda bol všelikde v rámci orbitálu. lebo kdekoľvek ho trafíme, vždy sa tam objaví. Je teda v superpozícii polohy, a teda ak experimentom sledujeme jeho polohu, vieme ju presne nájsť. Inými experimentmi dokážeme zistiť jeho ďalšie vlastnosti, ale ukzuje sa, že tá poloha už potom akosi neplatí. nevieme povedať, kde je, keď meriame napríklad spin.
Pri analógii "fľakatej" častice by bol orbitál balón naplnený vodou. Keď práve nemeriame ako sa dokáže otáčať, vieme doňho strieľať vodou z hadice/wapky. Kam sa do balónu trafíme, tam vznikne diera a celá voda vyprskne von (reálne sa v spomalených záberoch balóny rozpadnú skôr ako voda v nich, ale je to len analógia :-)). Prípadne by to mohol byť pevný balón, zvonku nasiakavý a prúd vody z wapky by na ňom spôsobil len škvrnu veľkosti úmernej tlaku vody. Tiež vždy na konkrétnom mieste. (Balón si potom zastavíme aby sme zaostrili na škvrnu, tak už o rotácii nič nezistíme.)
Bola tá škvrna/miesto priestrelu na balóne prítomné aj pred interakciou vody z wapky (čoby vlny fotónu) s balónom (pravdepodobnostným oblakom elektrónu)? Je balón orbitálu sumou všetkých možných škvŕn na jeho povrchu, a znamená to, že je elektrón všade v rámci orbitálu?
Môžme hovoriť o tom, že sme našli fľak na danom mieste, keď sme hľadali striekačkou? Nie je to tak, že nemá význam hovoriť o neexistujúcom fľaku, kým ho nevytvoríme? A teda superpozícia polohy je stav pred vznikom elektrónu čoby častice na danom mieste. Môžme povedať, že elktrón ako vlna tam bol aj pred interakciou, elektón ako častica až po interakcii. Zároveň častica nie je nič iné, ako konkrétny "pohľad na sčítané vlny". Občas je súčtom interferenčný obrzec, občas je riešenie bodové...
Re: Re: Re: Vnútorná a vonkajšia realita
Marek Fucila,2025-04-23 00:25:01
Presne tak.
On sa nikto na kvantový svet len tak nezainteresovane pozerať nemôže. Ale to, že my vytvárame častice v experimentoch vôbec neznamená, že sa nevytvárajú aj bez nás. Predstava, že treba nejakého inteligentného pozorovateľa na to, aby sa zrazili dve vlny a vytvorili efekt častice je tak mylná ako solipsizmus. Práve dnes moja 7 ročná dcéra prišla s filozofickou otázkou, či sa jej všetko len nesníva. Neviem v akom veku to napadlo mňa, ale myslím si, že si takou hypotézou v detstve prešiel každý uvažujúci jedinec. A že sa nám veci nesnívajú sa dá rozoznať podľa toho, že sny majú vlastnosti, ktoré naštastie v realite nepozorujeme. To, že na kvantové fyzikálne deje netreba pozorovateľa je jasné už zo samotného faktu, že dokážeme pzorovať makrosvet, a že sa správa predvídateľne bez toho, aky sme museli sledovať každú kvantovú jednotlivosť.
Re: Vnútorná a vonkajšia realita
Eva M,2025-04-22 18:51:08
ja se neozvu proti tomu, zda je vesmir simulace - podle mne je to uplne jedno, existuje a timpadem "na necem bezi" -- ale proti te occamove britve, to je podle mne uplna blbost.
"proc by neco melo slozitejsi nez nejjednodussi vysvetleni" - -- kam se podivate, vsude zakopnete o "ono to neni tak jednoduche, jak to napred vypadalo"
fakt nevim, kdo ma jeste potrebu se timto ohanet jako dukazem cehokoli; nanejvys to lze pouzit jako "nejprve proverit to nejjednodussi, ale komplikace se nevylucuji"
Re: Re: Vnútorná a vonkajšia realita
Ilil Akil,2025-04-22 20:18:57
Occamova britva je napr., že ak nastala nejaká udalosť, tak je užitočné uvažovať najprv najčastejšie či najjednoduchšie vysvetlenia.
Teda keď niekto zazvoní pred bytom, tak najprv očakávať, že to bude sused, kolega a pod. a nie japonský cisár - jedine že by to snáď vopred oznámil.
Ak zazrieme svetlá na nebi, tak najprv uvažovať o lietadlách, zvláštnych javoch v atmosfére a nie hneď o Aštarovi Šeranovi na vesmírnej lodi.
Podobne je voči Occamovej britve to, že by bol vesmír len simulácia na nejakom úžasnom stroji, ktorý obrovaky presahuje naše technické možnosti.
Re: Re: Re: Vnútorná a vonkajšia realita
Eva M,2025-04-23 08:41:18
spis by to vypadalo jako "mam nebo vytvorim nejake prostredi - dejme tomu ty "struny", zadam tomu nejaka pravidla a koukam, co se bude dit; sleduji, co mi pripada zajimave, a prilezitostne mohu zasahnout nebo upravit".................. :) zda se, ze existuje i predstava, ze toto cele JE "mozkem" jakesi "inteligence"
coz jaksi nepropaguji jako "pravdu", ale na druhou stranu nemyslim, ze by bylo mozne dokazat opak
japonsky cisar prede dvermi je nepravdepodobny, ale nelze timto zpusobem DOKAZAT, ze to neni on, za coz se caato "occamova britva" vydava
vetsine "ono je to slozitejsi" predchazel nalez "japonskeho cisare prede dvermi"
Re: Re: Re: Re: Vnútorná a vonkajšia realita
Ilil Akil,2025-04-23 13:10:20
Stále akosi mylne vyvraciate niečo, čo nikto netvrdil, ani tu, ani inde.
Occamova britva nič NEDOKAZUJE, je to len "honosný" názov pre "normálne" uvažovanie.
V rozšírenom zmysle sa ňou riadia aj iné živočíchy než človek.
Žádný virtuální prostor není ve svém vlastním rámci výpočetně redukovatelný.
Martin Novák2,2025-04-22 10:23:10
V minecraftu se podařilo vytvořit 8bitový procesor na jednom megahertzu, ale další stejný minecraft na něm samozřejmě rozjet nejde.
Je jasné že každý simulující vesmír musí mít vyšší efektivitu výpočtů než uvnitř simulace. A méně komprese.
Kvantové výpočty začínají přímo využívat výkon enginu na kterém vesmír běží, ale ani tak nikdy nemůžou dosáhnou stejného výkonu - ani kdyby se celý vesmír změnil na jeden kvantový procesor.
Možná že už se stalo, a teď probíhá kolaps vlnové funkce do výsledku, tj. vývoj vědomí. Až vědomí obsáhne celý vesmír tak všechny registry zkolabují do výsledku :-)
Re: Žádný virtuální prostor není ve svém vlastním rámci výpočetně redukovatelný.
Jimmy Hilton,2025-04-22 10:39:57
Těžko na 1MHz, když hra samotná simuluje na 20Hz.
Jako zajímavost: https://youtu.be/-BP7DhHTU-I?si=OHitBUH9EYFYS7Pe
Re: Re: Žádný virtuální prostor není ve svém vlastním rámci výpočetně redukovatelný.
Martin Novák2,2025-04-22 11:49:32
Máte pravdu, byl to úžasný 1 Hz. Nejsem odborník na Minecraft, v životě jsem ho nehrál a ani nebudu.
https://www.pcworld.com/article/559794/8-bit-computer-processor-built-in-minecraft-can-run-its-own-games.html
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
