Warum es der Wissenschaft schwer fällt, einige grundlegende Fragen zu beantworten

Die Wissenschaft beantwortet viele Fragen, aber einige Fragen stellen uns auf die Probe, weil sie von Natur aus schwierig sind. Sie bringen uns an den Rand. Schauen wir uns einige an – warum sie uns testen:

Zu groß denken, Theoretischer Astrophysiker Ethan Siegel diskutieren fünf Rätsel der fundamentalen Physik, deren Lösung „unser Verständnis des Universums erschließen könnte“. Sie sind, wie das Universum begann, was erklärt die Masse der Neutrinos, warum wird unser Universum von Materie dominiert, was ist dunkle Materie und was ist dunkle Energie? : Über unser materiedominiertes Universum:

Mehr Materie als Antimaterie durchdringt das Universum. Die bekannte Physik kann jedoch die beobachtete Materie-Antimaterie-Asymmetrie nicht erklären.

Der Urknall produzierte Materie, Antimaterie und Strahlung, wobei irgendwann weitere Materie entstand, was zu unserem heutigen Universum führte. Wie diese Asymmetrie entstand oder entstand, wo es von vornherein keine Asymmetrie gab, bleibt eine offene Frage, aber wir können sicher sein, dass der Überschuss an Up- und Down-Quarks relativ zu ihren Down-Gegenstücken Antimaterie die Bildung von Protonen und Neutronen ermöglichte. in erster Linie im frühen Universum.

Ethan Siegel„Die 5 größten Rätsel der Grundlagenphysik“ bei groß denken (3. Oktober 2022)

Keine bekannte Wissenschaft führt uns hinter den Urknall, wenn Anfangsbedingungen wie das Vorherrschen von Materie festgestellt wurden. Hier sind wir in der Philosophie.

In einem anderen Artikel spricht Dr. Siegel darüber, dass unsere beiden Beschreibungen des Universums, die allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenphysik, ganz gut funktionieren, aber sie arbeiten nicht zusammen:

Wir verstehen nicht, wie man das Verhalten der Schwerkraft bei hoher Energie, in kleinen Maßstäben, in der Nähe von Singularitäten oder wenn Quantenteilchen ihre inhärente Quantennatur aufweisen, berechnen soll. Ebenso verstehen wir überhaupt nicht, wie sich das Quantenfeld, das der Gravitation zugrunde liegt – sofern es eine gibt – unter allen Umständen verhält. Deshalb sollten Versuche, die Schwerkraft auf einer grundlegenderen Ebene zu verstehen, nicht aufgegeben werden, auch wenn sich alles, was wir jetzt tun, als falsch herausstellt. Es ist uns tatsächlich gelungen, das Schlüsselproblem zu identifizieren, das gelöst werden muss, um die Physik über ihre derzeitigen Grenzen hinaus voranzubringen: eine enorme Leistung, die niemals unterschätzt werden sollte. Die einzige Möglichkeit ist, es weiter zu versuchen oder aufzugeben. Auch wenn alle unsere Versuche am Ende erfolglos bleiben, ist es besser als die Alternative.

Ethan Siegel„Das grundlegende Problem der Gravitation und der Quantenphysik“ bei groß denken (27. September 2022)

Es ist eine besonders unangenehme Diskrepanz – nicht nur, weil die beiden Beschreibungen zusammenpassen sollten – sondern weil unser Universum gut miteinander auskommt, auch wenn sie es nicht tun.

Und dann ist Zeit. Fragen das BBC: „Warum läuft die Zeit vorwärts und nicht rückwärts?

Hier ist das Problem: Wenn Sie beispielsweise hineinzoomen, wie ein Wassermolekül kollidiert und von einem anderen abprallt, verschwindet der Zeitpfeil. Wenn Sie sich ein mikroskopisches Video dieser Kollision ansehen und es dann zurückspulen würden, wäre es nicht offensichtlich, in welche Richtung und in welche Richtung Sie gehen müssen. Im kleinsten Maßstab ist das Phänomen, das Wärme erzeugt – die Kollision von Molekülen – zeitlich symmetrisch.

Das bedeutet, dass der Zeitpfeil von der Vergangenheit in die Zukunft nur entsteht, wenn man sich von der mikroskopischen Welt in die makroskopische Welt zurückbewegt – etwas, das der österreichische Physiker und Philosoph Ludwig Boltzmann als erster schätzte.

Martha Henriques„Warum bewegt sich die Zeit vorwärts und nicht rückwärts?“ bei BBC (3. Oktober 2022)

Theoretischer Arzt Carlo Rovelli stellt fest, dass die Zeit mit der Entropie zusammenhängt, der zunehmenden Unordnung im Universum:

„Es ist nicht so, dass die Welt grundlegend in Raum und Zeit orientiert ist“, sagt Rovelli. Wenn wir uns umschauen, sehen wir eine Richtung, in der mittelgroße alltägliche Dinge mehr Entropie haben – der reife Apfel, der vom Baum gefallen ist, das gemischte Kartenspiel.

Martha Henriques„Warum bewegt sich die Zeit vorwärts und nicht rückwärts?“ bei BBC (3. Oktober 2022)

Wir nehmen die Zeit als fließend wie einen Fluss wahr, aber das ist sie wirklich nicht. Wir sind die, die sinken. Und auf die Frage, warum die Zeit nur in eine Richtung fließt, gibt es keine eindeutige Antwort, außer dass unser Universum so begonnen hat. Wieso den? Nochmal zurück zur Philosophie. Irgendwie wurde verzaubert oder eine Entscheidung getroffen, aber das mag außerhalb der Wissenschaft liegen.

Es gibt auch das heikle Problem, das der Mathematiker hat Peter Kameron Bedingungen: „Das atemberaubende Mysterium der Unendlichkeit:“

So war es seit der Zeit vor zweieinhalb Jahrtausenden, als Malunkyaputta dem Buddha seine Zweifel unterbreitete und Antworten verlangte: Unter anderem wollte er wissen, ob die Welt endlich oder unendlich ist und ob sie ewig ist oder nicht.

Peter Kameron„Unendlichkeit: die Frage, die die Kosmologie nicht beantworten kann“ bei IAI-Nachrichten (23. September 2022)

Die Unendlichkeit funktioniert gut in der Mathematik, aber nicht in der physischen Welt, wo sie in Unsinn abgleitet, wie z Hotel Hilbert, die immer voll ist, aber immer mehr Gäste aufnehmen kann… Das wirft eine Frage auf: Ist die Welt, in der wir leben, eine begrenzte Teilmenge einer idealen Welt? Auch dies bringt uns an die Grenzen der Philosophie. Aber wir sind durch Mathematik dorthin gekommen, nicht durch Mystik.

Warum können Dinge in diesem Sinne nicht einfach für immer verschwinden? Zu Ars Technica, wir lernen:

Dieser Doppelschlag von Determinismus und Reversibilität bedeutet, dass Informationen in physikalischer Hinsicht während jedes Prozesses erhalten bleiben müssen. Es kann nicht erstellt oder zerstört werden – wenn wir Informationen willkürlich hinzufügen oder entfernen würden, wären wir nicht in der Lage, die Zukunft vorherzusagen oder die Vergangenheit zu lesen. Jeder Verlust oder Gewinn bedeutet, dass entweder Informationen fehlen oder zusätzliche Informationen vorhanden sind, sodass die gesamte Physik zu Staub zerfallen würde.

Es gibt viele Prozesse, die Informationen zu zerstören scheinen, aber das liegt nur daran, dass wir nicht genau genug folgen. Nehmen Sie zum Beispiel das Verbrennen eines Buches. Wenn ich Ihnen einen Haufen Asche geben würde, würde es unumkehrbar erscheinen: Sie könnten das Buch nicht wieder zusammensetzen. Aber wenn Sie ein ausreichend starkes Mikroskop zur Verfügung haben (und viel Geduld) und mir beim Verbrennen des Buches zusehen können, könnten Sie – zumindest im Prinzip, was gut genug ist – die Bewegung jedes Moleküls im Prozess beobachten und verfolgen . Sie könnten dann all diese Bewegungen und Interaktionen umkehren, um das Buch zu rekonstruieren. Informationen gehen nicht verloren, wenn Sie ein Buch verbrennen; es ist nur durcheinander.

Paul Sutter„Schwarze Löcher können Informationen darüber, was sie schlucken, nicht zerstören – und das ist ein Problem“ bei Ars-Technica (3. Oktober 2022)

In jedem Fall sind die Informationen unerheblich. Die Ideen im verbrannten (oder gespeicherten) Buch können viele Formen annehmen, einschließlich Ideen, die Ihnen im Gedächtnis bleiben. Viele der wichtigsten Dinge in unserer Welt sind nicht materiell.

Siegel Anfrage pessimistisch: „Ist die theoretische Physik kaputt? Oder ist es nur schwer? Wenn Sie nicht genügend Hinweise haben, um Ihre Detektivgeschichte abzuschließen, müssen Sie damit rechnen, dass Ihre fundierten Vermutungen falsch sind. Es ist heute in Mode, von a zu sprechen „Krise der Kosmologie“ wegen Problemen wie diesen. Aber es ist ein statisch Krise, ggf. Mit anderen Worten: So könnte es endlos weitergehen.

Wird eine weitere Entdeckung die Fragen lösen, wie so oft in der Vergangenheit? Oder erreichen wir den Rand dessen, was die Wissenschaft uns sagen kann – das Gebiet von „Warum gibt es etwas? lieber als nichts“? Wir können nur forschen und sehen, was passiert, da die Fragen, die die Wissenschaft beantworten soll, immer grundlegender und tiefer werden.

Sie können auch lesen: Eine aktuelle Debatte zum Urknall: Reine Höflichkeit weist auf einen Umbruch hin. Fazit: „Jeder würde die Theorie fallen lassen wollen, wenn es eine bessere Alternative gäbe, niemand ist mit der Urknalltheorie verheiratet.“ Solch ein plötzlicher und weit verbreiteter kosmologischer Zweifel wird zwangsläufig große kulturelle Auswirkungen haben, obwohl es noch zu früh ist, um zu sehen, wie er sich beispielsweise in der Science-Fiction auswirken wird.