Trzy nierozwiązane problemy fizyki


https://xkcd.com/3115/


1. Natura czasu w kwantowej teorii grawitacji

Pierwsza kwestia dotyczy jednego z najdonioślejszych pytań we współczesnej fizyce – czym właściwie jest czas, gdy próbujemy połączyć ogólną teorię względności (opisującą grawitację) z mechaniką kwantową. A właściwie, czym rzeczywiście jest czas w jakimkolwiek ujęciu. Czy czas jest po prostu oddzielnym parametrem tła, według którego wszystko się dzieje? A może czas jest czymś dynamicznym, zmieniającym się razem z przestrzenią i materią? Istnieją też postulaty, wedle których czas w ogóle nie istnieje fundamentalnie – jest zjawiskiem powstającym z innych, głębszych procesów zachodzących we wszechświecie.


2. Eksperyment SAGE z neutrino i galem

Problem jest z pozoru prosty - dlaczego eksperyment SAGE (polegający na wychwytywaniu neutrin przez gal) daje wyniki inne, niż przewidywane – otrzymuje się tylko 75% oczekiwanej ilości germanu. Ten problem nie dotyczy filozofii fizyki, lecz konkretnego, mierzalnego zjawiska: eksperymentatorzy bardzo dokładnie wiedzą, czego się spodziewają, ale wyniki nie zgadzają się z teorią. Powód deficytu nie jest znany, a kolejne eksperymenty wykluczyły jedynie proponowane wyjaśnienia.


3. Dlaczego metal rośnie włosy?

Ten problem jest z pozoru równie banalny, jak poprzedni. Lepiej, jest makroskopowy i obserwowany globalnie, nie tylko przez fizyków w super wypasionych laboratoriach, ale przez elektryków i elektroników (może @myoniwy ma jakieś doświadczenia z gąszczem włosków :D). Niektóre metale, jak cyna, cynk, antymon, itp. potrafią spontanicznie "zapuścić włosy/wąsy"? Chodzi tu o zjawisko powstawania drobnych, cienkich włosków (whiskers) wyrastających z powierzchni metali. Problem jest bardzo praktyczny – takie włoski mogą powodować zwarcia w urządzeniach elektrycznych (i je powodują), a na ten moment nie ma dobrego wyjaśnienia, dlaczego tak się dzieje.


#okazjonalnexkcd #fizyka #nauka #ciekawostki

Komentarze (32)

onpanopticon

@ataxbras w tym kontekście zabrzmiało to tak, jakbyś wołał wojmara, żeby je rozwiązał

ataxbras

@onpanopticon Cóż, właściwie czemużby nie

myoniwy

@ataxbras Tak, te k⁎⁎wy z cyny bezołowiowej to przekleństwo.

ataxbras

@myoniwy Oj tak - bawię się IoT i jak coś mi od lat zalega w szufladzie, to zawsze sprawdzam pod mikroskopem. Już parę razy znalazłem (nigdy destrukcyjne, ale jednak).

ataxbras

@myoniwy A sam jak coś lutuję, to tylko z ołowiem - jebać środowisko

Opornik

@lurker_z_internetu za robote by się wzięli

pacjent44

@ataxbras ad. 1: czas, to parametr ściśle powiązany z naszym postrzeganiem rzeczywistości. O ile inne wartości istnieją pomimo naszej obecności, tak czas służy nam, ludziom do określenia, na której stronie książki jesteśmy. Z tej perspektywy, dziwacznym jest "kombinowanie" że cokolwiek możemy zrobić z tym numerem strony.

ataxbras

@pacjent44 Zgłoś się natychmiast po Nobla :).

Nie, to nie jest takie proste, szczególnie wtedy, gdy rozpatrujesz czas w kontekście stricte fizycznym. Ty odnosisz się do postrzegania zmysłowego. Niemniej, działanie strzałki czasu może być niezależne od obserwatora. A wtedy pytanie, czy to parametr oddzielny od innych, czy z nimi związany, ma jak najbardziej sens.

pacjent44

@ataxbras bardzo cię przepraszam, ale bez obserwatora ta wartość - czas nie istnieje

ataxbras

@pacjent44 Udowodnij...

pacjent44

@ataxbras patrzę na czas jak przykładowo nasze poczucie smaku. Myśmy się umówili, że coś jest pikantne, jednak nie ma na to miary. Czy jest miara zdenerwowania? Do tego jest potrzebny drugi człowiek. Grawitacja istnieje, nawet gdy znikniemy jako gatunek. Ale czas? To my z naszymi ograniczeniami tak to opisujemy. Czysto hipotetycznie, jak widzi czas byt szesnastowymiarowy?

ataxbras

@pacjent44 Ale zauważasz, że rozmawiamy różnymi językami?

Ty posługujesz się pojęciami z zakresu postrzegania zmysłowego. W tej materii można postawić każdy postulat i dla dowolnego człowieka będzie on miał subiektywny poziom prawdziwości.

Ja odwołuję się do obiektywnych właściwości Wszechświata, całkowicie niezależnych od naszych odczuć, osądów czy preferencji. Właśnie do takich, jak wspomniana przez Ciebie grawitacja.

Byt szesnastowymiarowy będzie postrzegał czas tak samo, pod warunkiem że czas jest niezależnym parametrem - podobnie jak pięćsetwymiarowy (ludzie mają coś z tymi wymiarami, jakby to było coś magicznego).

Mylisz się co do pikantności - to miara zawartości substancji drażniącej skorygowana ekspresją receptorów, które na nią reagują. Da się to określić w przypadku zwierząt (włączając w to ludzi). Tylko nie ma sensu robić tego w knajpie, stąd stosuje się skale subiektywne. Ale istnieje coś takiego, jak https://en.wikipedia.org/wiki/Scoville_scale - jeśli skorygować ją o osobniczą ekspresję tego receptora: https://en.wikipedia.org/wiki/TRPV1.

Miara zdenerwowania - też można to mierzyć obiektywnie, z tym że składowych miary będzie tu bardzo dużo. I poziomów szczegółowości. Ale da się.

Człowiek to tylko bardzo skomplikowany mięsny robot, mimo wszystko zawieszony w obiektywnej rzeczywistości fizycznej i nie posiadający żadnych specjalnych właściwości i punktów odniesienia, prócz fizycznych.

LaMo.zord

@pacjent44 czy według Ciebie "czas" nie istniał przed człowiekiem? Czy jakimkolwiek bytem zdolnym do jego postrzegania?

Czas istniał jeszcze przed wszechświatem, a nie istnieje dzięki niemu. To już grawitacja jest "młodsza".

LaMo.zord

@ataxbras jeszcze dopiszę.

Czas to bardziej pojęcie filozoficzne imho. To, że my jakoś go sobie mierzymy to jest nasza sprawa.

Inny byt mógłby go postrzegać i/lub mierzyć inaczej.

My na obecnym poziomie technicznym nie potrafimy manipulować czasem, ale nie oznacza to, że się nie da.

Może dojdziemy kiedyś do poziomu który będzie pozwalał nam na zakrzywianie przestrzeni, a wtedy do relatywizacji czasu już wiele nie będzie potrzeba.

Czas jest i osią i punktem, nałożonymi na siebie kartkami. Kiedy możesz się poruszać po kartce w swojej płaszczyźnie dowolnie, wtedy też będziesz mógł się poruszać po sąsiednich kartkach.

ataxbras

@LaMo.zord Nie, to nie jest pojęcie filozoficzne, a fenomen który można zmierzyć i który jest obiektywną właściwością wszechrzeczy. A pytanie postawione na wstępie dotyczy obiektywnej interpretacji obserwowalnego fenomenu, nie zaś filozoficznym dywagacjom na jego temat.


Już teraz zakrzywiamy przestrzeń, zakrzywia ją każda materia, nawet ta nieobdarzona masą. Możemy nim manipulować, każda wysłana przez nas sonda kosmiczna "rozjeżdża się" z czasem na naszej planecie. Więcej, podróż samochodem to bardzo delikatna manipulacja czasem.


Problemem jest co innego - obserwujemy mierzalną względność czasu, ale nie wiemy czym on jest. Czy parametrem niezwiązanym, związanym, czy też wynikową innych, bardziej podstawowych zjawisk. Zakrzywienie przestrzeni nie pomaga nam, póki co, w odpowiedzi na to pytanie.


Nie wiemy nawet, czy to co napisałeś, o osi i punkcie, jest prawdziwe. To samo tyczy się pytania od kiedy istnieje czas. Nie wiemy nawet, czy ma ono sens.

TRPEnjoyer

@ataxbras Idealny wątek, bym dołączył ze swoim "nie znam się, to się wypowiem" ( ͡° ͜ʖ ͡°) Ja tam też skłaniam się do twierdzenia, że czas fundamentalnie nie istnieje, jest wartością pozorną (coś jak siła odśrodkowa). Póki co nie znalazłem nic przekonywującego, że to jest inaczej, albo że jest to coś więcej. Chyba wszystkie znane sposoby pomiaru czasu są związane z ruchem i sama ta słynna dylatacja czasu przestaje wyglądać magicznie, jeśli się spojrzy na nią jak na wymuszone spowolnienia związane ze zbliżaniem się do limitu prędkości.

ataxbras

@TRPEnjoyer Jeśli nie ma ruchu to pytanie o czas traci sens, ale nie oznacza to, że on przestał płynąć. Pomiar zawsze związany jest z ruchem, ale tutaj sytuację zaciemnia fakt, że nie znamy układów w pełni statycznych. Nawet w 0K, cząstki zachowują energię punktu zerowego i dalej drgają - wszystko to wina tego cholernego Heisenberga.

Więc hipoteza z układem całkowicie statycznym jest nie do sprawdzenia w naszej niedoskonałej próżni i nie wiadomo, czy próżnia doskonała może istnieć.

Poza tym, jest tutaj błąd założenia, że nie mogąc obserwować działania parametru, zakładamy że realnie nie istnieje.

Tutaj warto jeszcze zatrzymać się na dylatacji czasu - dlaczego jest limit (c)? Z czego on wynika? Czy jest coś poza nim (bo to mogłoby nam dać pogląd na istotę czasu). Wspominałem kiedyś Dragana i jego "próby nadświetlne" - warto obejrzeć: https://www.youtube.com/watch?v=SJ_SeC1hW5w (choć nie do końca się do tego przywiązywać).

Podsumowując - nie ma przekonujących dowodów na istnienie czasu w jakiejkolwiek z proponowanych form. Stąd jest to problem, być może kiedyś go rozwiążemy.

LaMo.zord

@ataxbras źle się wyraziłem (jak zwykle)

Z filozofią chodzi mi o to że na ten moment możemy właśnie tylko "filozofować".

Z zakrzywianiem przestrzeni chodziło mi o duże jej zagięcie. Jak w sci-fi napędy składające powierzchnię wszechświata żeby przenosić się z punktu a do b. W momencie gdy osiągniemy takie (lub zbliżone) możliwości, będziemy mogli zacząć realną rozmowę o istocie czasu.

Co do ostatniego akapitu, tutaj przyznaję, że jestem ignorantem i powtarzam coś co usłyszałem na wykładzie który oglądałem, a wydaje mi się logiczne.

Cinkciarz

@LaMo.zord

Czas istniał jeszcze przed wszechświatem, a nie istnieje dzięki niemu. To już grawitacja jest "młodsza".

Otóż nie czas sie narodził razem z wszechświatem i jest ściśle związany z przestrzenią. To tak jakbyś twierdził że wysokość (wymiar) była przed szerokością i głębokością.

LaMo.zord

@Cinkciarz tutaj nie był bym taki pewien.

Wydaje mi się (!), że przed wielkim wybuchem czas mógł istnieć, a przestrzeni wtedy chyba (?) jeszcze nie było.

Z drugiej strony z nicości też się wielki wybuch nie wziął więc mogła jakaś przestrzeń już być.

ataxbras

@LaMo.zord @Cinkciarz Bez odpowiedzi na pytanie, jaka jest natura czasu, nie możemy powiedzieć kiedy powstał. Nie wiemy również, czy jego istnienie jest ściśle związane z wymiarami przestrzennymi (choć wiele na to wskazuje).

Z traktowaniem czasu, jako wymiaru analogicznego do przestrzennych, jest problem - mimo wielu prób, czasem karkołomnych, nie daje się ich zunifikować. Czas "odstaje". Może więc być tak, że czas jest jakimś pierwotnym parametrem umożliwiającym ewolucję układów w wymiarach przestrzennych. Albo, że wymiary przestrzenne niejako zeń wynikają.

Która opcja jest prawdziwa - nie wiemy.

Cinkciarz

@LaMo.zord @ataxbras no właśnie jest dokładnie na odwrót, przecież mówię. Jest konsensus w tym temacie - czas i przestrzen są ze sobą związane nierozerwalnie.

ataxbras

@Cinkciarz Nauka nie opiera się na konsensusie, a na twardych dowodach. A tych nie ma, nie ma na razie żadnych falsyfikowalnych hipotez w tej dziedzinie.

Nie ma też tego konsensusu - stąd jest to dalej żywo dyskutowany problem.

ataxbras

@Cinkciarz Nie, nauka nie opiera się na konsensusie w dziedzinach ścisłych, gdzie dostępne są bezpośrednie, falsyfikowalne dowody. Nauka z zasady nie powinna opierać się na zagregowanej opinii jakiejś grupy osób. Konsensus naukowy jest skrótem, ponieważ zgodnie z metodą naukową hipotezy można jedynie uprawdopodabniać, nie da się ich z całą pewnością stwierdzić. W tym sensie ten konsensus (bazujący na twardej empirii) ma zastosowanie.

Jednak Ty odnosisz się do miękkiego, ludzkiego konsensusu, konsensusu opinii. Który z konsensusem naukowym ma tyle wspólnego, co krzesło z krzesłem elektrycznym.

Dlaczego? Spójność teorii względności w kwestii czasoprzestrzeni nie mówi absolutnie nic na temat natury samego czasu. Mówi jedynie to, że we wszystkich rozważanych układach wymiary przestrzenne i temporalne można i należy traktować jako całość. Ale to nie oznacza, że są całością i że zawsze nią były. Nie mówi to nic o właściwościach czasu poza tym, że czas istnieje i rozwija wymiary temporalne w swojej funkcji.

ataxbras

@Cinkciarz Akurat Sabina Hosenfelder odpaliła się w kwestii najeżdżania na Erica Weinsteina i poddała mi przypadkiem jeden argument do naszej tutaj dyskusji (właściwie więcej, niż jeden, bo również takie o typach konsensusu w nauce i o psychologii stada, ale te pominę).


Wspomniała tensor Einsteina - weź proszę tensor metryczny dla płaskiej przestrzeni Minkowskiego i powiedz mi, co można wnioskować, tak na chłopski rozum, z jego zapisu. To część szczególnej teorii względności, na którą się powołujesz.

bori

@ataxbras Obowiązkowo trzeba wstawić

c746b942-b327-4db5-adc2-25954cb6d1aa
redve

@ataxbras co do włosków na metalu:

podobno dobrze chroni przed nimi dodatek ołowiu do cyny którą sie to lutuje, ale z uwagi na szkodliwość dla pracowników fabryk z tego zrezygnowano. Kiedy nowa elektronika zaczęła mieć problemy przez włoski wrócono do skromnej domieszki ołowiu (bodajże 2%)

ataxbras

@redve Niestety mamy RoHS. Więc elektronika konsumencka w EU musi być lead-free. W zastosowaniach szczególnych (wojsko, telekomunikacja) dozwolone jest używanie domieszki ołowiu. Ale cała reszta musi być RoHS-compliant.

Więc nie wrócono, w każdym razie nic o tym nie wiem.

Ja zawsze używam cyny z ołowiem, żeby uniknąć problemów (jest ich więcej, bo to nie tylko włoski, ale i częstrze zimne luty). No ale ja to robię dla siebie.

Zaloguj się aby komentować