Probleme nerezolvate de fizică

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Fără surse!
Această intrare sau secțiune despre subiectul fizicii nu citează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți .
Puteți îmbunătăți această intrare adăugând citate din surse de încredere în conformitate cu liniile directoare privind utilizarea surselor . Urmați sfaturile de proiectare de referință .

Majoritatea problemelor nerezolvate ale fizicii sunt teoretice, ceea ce înseamnă că teoriile existente astăzi par incapabile să explice un anumit fenomen observat sau un dat experimental. Celelalte probleme, pe de altă parte, sunt experimentale, ceea ce înseamnă că sunt întâmpinate diferite dificultăți în crearea unui experiment pentru a verifica validitatea unei teorii propuse sau pentru a investiga un fenomen mai detaliat.

Există încă unele deficiențe în modelul standard , cum ar fi originea masei, problema puternică a CP , masele și oscilațiile neutrinoase , asimetria dintre materie și antimaterie și natura materiei întunecate și a energiei întunecate . [1] [2] O altă problemă se referă la structura matematică a modelului standard în sine, care este incompatibilă cu cea a relativității generale , până la punctul în care una sau ambele teorii în anumite condiții nu pot determina ce se întâmplă (cum ar fi singularitățile gravitaționale interne precum Big Bang-ul și centrul unei găuri negre dincolo de orizontul evenimentelor ).

Probleme nerezolvate în diverse domenii

Aceasta este o listă de probleme nerezolvate împărțite în funcție de diferitele domenii în care fizica poate fi împărțită: [3]

Fizică generală / fizică cuantică

  • Teoria tuturor : există o teorie care să explice valorile tuturor constantelor fizice fundamentale? [4] Există o teorie care să explice de ce grupurile de ecartament ale modelului standard sunt așa cum sunt și de ce spațiul-timp observat are trei dimensiuni spațiale și una temporală? Sunt „constantele fundamentale” cu adevărat fundamentale sau variază în timp? Este posibil ca particulele modelului standard să fie compuse din particule mai mici legate atât de puternic încât să nu poată fi observate cu tehnologiile actuale? Care sunt proprietățile acestor particule? Există interacțiuni fundamentale care nu au fost încă observate?
  • Săgeata timpului (de exemplu săgeata timpului datorată entropiei ): de ce timpul are o direcție? De ce a avut universul o entropie scăzută în trecut și pe măsură ce timpul a trecut, a existat o creștere a entropiei în tot universul, așa cum a prezis a doua lege a termodinamicii ? [4] De ce au fost observate încălcări ale simetriei CP în anumite circumstanțe sub acțiunea decăderii din cauza forțelor slabe, dar nu în altă parte? Încălcările CP sunt cumva un produs al celei de-a doua legi a termodinamicii sau ar trebui considerate ca o săgeată distinctă a timpului? Există excepții de la principiul aleatoriei ? Există un singur trecut posibil? Este prezentul un moment fizic distinct de trecut și viitor sau este doar o proprietate a conștiinței? Ce leagă săgeata cuantică a timpului de săgeata termodinamică a timpului?
  • Interpretarea mecanicii cuantice : cum poate descrierea cuantică a realității, inclusiv elemente precum suprapunerea stărilor și prăbușirea funcției de undă să dea naștere realității pe care o percepem? [4] Cu alte cuvinte, avem de-a face cu problema măsurătorii : ce constituie o „măsurare” care, aparent, face ca funcția de undă să se prăbușească într-o stare definită? Spre deosebire de procesele fizicii clasice, unele procese cuantice (cum ar fi teleportarea cuantică derivată din încurcarea cuantică ) nu pot fi simultan „locale”, „cauzale” și „reale”, dar nu este evident care dintre aceste proprietăți ar trebui sacrificate, [5 ] sau dacă încercarea de a descrie procesele cuantice în acest sens este o eroare categorică în sensul că o înțelegere adecvată a mecanicii cuantice ar face această întrebare lipsită de sens. Poate un multivers să dea răspunsul?
  • Teoria Yang-Mills : având în vedere un grup arbitrar de ecartament compact, există o teorie cuantică netrivială a Yang-Mills cu decalaj de masă finit? (Această problemă este, de asemenea, una dintre problemele pentru mileniu .) [6]
  • Confinarea culorilor : în cromodinamica cuantică (QCD), conjectura confinării culorilor înseamnă că particulele încărcate de culoare (cum ar fi quarcii și gluonii) nu pot fi separate de hadronii lor părinți fără a produce hadroni noi. [7] Încă nu există nicio dovadă analitică a confinării culorii în nicio teorie a gabaritului non-abelian.
  • Informații fizice : Există fenomene fizice, cum ar fi prăbușirea funcției undei sau găurile negre, care distrug irevocabil informații despre stările lor anterioare? [8] Cum sunt stocate informațiile cuantice ca stare a unui sistem cuantic?
  • Constantele fizice fără dimensiuni: În prezent, valorile constantelor fizice fără dimensiuni nu pot fi calculate; acestea sunt determinate exclusiv de măsurători experimentale. [9] [10] Care este numărul minim de constante adimensionale din care coboară toate celelalte? Sunt într-adevăr necesare constantele fizice dimensionate?
  • Univers reglementat fin : valoarea constantelor fizice fundamentale trebuie să rămână într-un interval restrâns de valori pentru a ne susține viața pe baza proceselor chimice care afectează carbonul. [11] [12] [13] Oare pentru că există alte universuri cu constante diferite sau pentru că constantele universului nostru se datorează întâmplării sau vreunui alt factor sau proces?
  • Teoria câmpului cuantic : este posibil să se construiască, în cadrul riguros matematic al teoriei câmpului cuantic algebric, o teorie în spațiu-timp cu patru dimensiuni care include interacțiuni și nu recurge la metodele teoriei perturbării ? [14] [15]

Cosmologie și relativitate generală

  • Problema timpului: în mecanica cuantică timpul este un parametru, iar trecerea timpului este universală și absolută. În relativitatea generală, timpul este una dintre cele patru componente ale spațiu-timp și fluxul său variază în funcție de curbura spațiului-timp și traiectoria spațiului-timp a observatorului. Cum pot fi reconciliate aceste două concepte? [16]
  • Dimensiunea universului: diametrul universului observat este de aproximativ 93 miliarde de ani lumină , dar care este adevărata dimensiune a întregului univers?

Gravitația cuantică

  • Catastrofa vidului: de ce masa prezisă a vidului cuantic are un efect mic asupra expansiunii universului? [17]

Fizica particulelor (sau a energiei mari)

  • Problema ierarhiei : de ce gravitația este o forță atât de slabă? Devine puternic doar pentru particulele la scara Planck , în jurul valorii de 10 19 GeV, cu mult peste scara electrovară (100 GeV, scara energetică dominantă în fizica cu energie scăzută). De ce aceste scări sunt atât de diferite între ele? Ce împiedică mărimile la scară electrolabă, cum ar fi masa bosonului Higgs , să sufere corecții cuantice în ordinea scării Planck? Soluția este supersimetrie , dimensiuni suplimentare sau pur și simplu o reglare fină antropică ?
  • Particula Planck : Masa Planck joacă un rol important în unele părți ale fizicii matematice. Un număr de cercetători au propus existența unei particule fundamentale cu o masă egală sau apropiată de cea a lui Planck. Cu toate acestea, masa lui Planck este enormă în comparație cu celelalte particule detectate. Este încă o întrebare nerezolvată dacă o particulă cu masă apropiată de cea a lui Planck există sau a existat. Această problemă este legată indirect de problema ierarhiei.
  • Monopol magnetic : au existat particule de „încărcare magnetică” în trecut, într-o eră a energiei superioare? Dacă da, există astăzi? ( Paul Dirac a arătat că existența unor monopoli magnetici ar explica cuantificarea sarcinii.) [18]

Astronomia și astrofizica

  • Supernove : care este mecanismul exact prin care o implozie a unei stele moarte dă naștere unei explozii?

Fizica nucleara

Secțiunea goală
Această secțiune despre fizică este încă goală . Ajută-ne să-l scriem!

Fizica atomică, moleculară și optică

  • Controversa lui Abraham - Minkowski: Care este impulsul luminii în mediile optice? Care este corect (al lui Abraham sau al lui Minkowski)?
  • Condensarea Bose-Einstein : Cum se poate demonstra riguros existența condensatelor Bose-Einstein pentru sistemele generale care interacționează? [19]

Mecanica clasică

  • Traiectorii unice în problema newtoniană a corpurilor N : setul de condiții inițiale pentru care particulele apropiate de coliziune dobândesc o viteză infinită într-un timp finit au măsurat zero? Se știe că acesta este cazul în care N este mai mare sau egal cu patru, dar problema rămâne deschisă chiar și pentru N mai mare. [20] [21]

Fizica materiei condensate

  • Superconductori la temperaturi ridicate: care este mecanismul care determină anumite materiale să prezinte proprietatea supraconductivității la temperaturi mai mari de 25 de kelvini? Este posibil să se construiască un material supraconductor la temperatura camerei? [4]
  • Solidele amorfe : care este natura tranziției sticlei între un fluid obișnuit sau solid și o fază sticloasă? Care sunt procesele fizice care dau naștere proprietăților generale ale sticlei și ale tranziției sticlei? [22] [23]

Fizica plasmatică

  • Fizica plasmatică și energia fuziunii nucleare : fuziunea nucleară ar putea produce energie folosind resurse pe scară largă (cum ar fi hidrogenul) fără deșeurile radioactive produse de fisiunea nucleară. Cu toate acestea, gazele ionizate pot fi limitate suficient de mult timp și la temperaturi suficient de ridicate pentru a crea energie nucleară? Care este originea fizică a modului de închidere ridicată (sau modul H)? [24]

Biofizică

Secțiunea goală
Această secțiune despre fizică este încă goală . Ajută-ne să-l scriem!

Notă

  1. ^ Richard Hammond, Universul necunoscut: originea universului, gravitatea cuantică, găurile de vierme și alte lucruri pe care știința încă nu le poate explica , în Proceedings of the Royal Society of London, seria A , vol. 456, nr. 1999, 1 mai 2008, p. 1685.
  2. ^ J. Womersley, Beyond the Standard Model ( PDF ), în revista Symmetry , februarie 2005.
  3. ^ Vitaly L. Ginzburg, Fizica unei vieți: reflecții asupra problemelor și personalităților fizicii secolului XX , Springer, 2001, pp. 3-200, ISBN 978-3-540-67534-1 .
  4. ^ a b c d John C. Baez , Open Questions in Physics , în Usenet Physics FAQ , Universitatea din California, Riverside : Departamentul de Matematică, martie 2006. Accesat pe 7 martie 2011 .
  5. ^ Adán Cabello, Interpretări ale teoriei cuantice: O hartă a nebuniei , în Lombardi Olimpia (ed.), Ce este informația cuantică? , Cambridge University Press, 2017, pp. 138-143, Bibcode : 2015arXiv150904711C , DOI : 10.1017 / 9781316494233.009 , ISBN 978-1-107-14211-4 , arXiv : 1509.04711 .
  6. ^ Yang-Mills și Mass Gap , la claymath.org .
  7. ^ T.-Y. Wu și W.-Y. Pauchy Hwang, Mecanica cuantică relativistă și câmpurile cuantice , World Scientific , 1991, p. 321, ISBN 978-981-02-0608-6 .
  8. ^ Asher Peres și Daniel R. Terno, Quantum Information and Relativity Theory , în Review of Modern Physics , vol. 76, nr. 1, 6 ianuarie 2004, pp. 93-123, DOI : 10.1103 / RevModPhys.76.93 . Adus la 18 martie 2020 .
  9. ^ Alcoolul constrânge constanta fizică în universul timpuriu , pe Phys Org , 13 decembrie 2012. Accesat la 25 martie 2015 .
  10. ^ J. Bagdonaite, P. Jansen, C. Henkel, HL Bethlem, KM Menten și W. Ubachs, A Stringent Limite on a Drifting Proton-to-Electron Mass Ratio from Alcohol in the Early Universe , in Science , vol. 339, nr. 6115, 13 decembrie 2012, pp. 46-48, Bibcode : 2013Sci ... 339 ... 46B , DOI : 10.1126 / science.1224898 , PMID 23239626 .
  11. ^ Martin Rees, Doar șase numere: forțele profunde care modelează universul , cărți de bază, 2001.
  12. ^ John Gribbin și Martin Rees, Cosmic Coincidences: Dark Matter, Mankind, and Anthropic Cosmology , Bantam Books, 1989, p. 7, ISBN 0-553-05730-8 ,OCLC 19124802 . Adus la 18 martie 2020 .
  13. ^ Paul Davis, Cosmic Jackpot: Why Our Universe is Just Right for Life , New York, NY, Orion Publications, 2007, p. 2, ISBN 978-0-618-59226-5 .
  14. ^ Kasia Rejzner, Teoria câmpului cuantic algebric perturbativ , Springer, ISBN 978-3-319-25899-7 .
  15. ^ Klaus Fredenhagen și Katarzyna Rejzner, Perturbative Construction of Models of Algebraic Quantum Field Theory , în arXiv . 26 martie 2015. Accesat la 18 martie 2020 .
  16. ^ (EN) CJ Isham , Canonical Quantum Gravity and the Problem of Time in Integrable Systems, Quantum Groups, and Quantum Field Theories, NATO ASI Series, Springer, Dordrecht, 1993, pp. 157-287, DOI : 10.1007 / 978-94-011-1980-1_6 , ISBN 978-94-010-4874-3 , arXiv : gr-qc / 9210011 .
  17. ^ Qingdi Wang, Zhen Zhu și William G. Unruh , Cum gravitează energia uriașă a vidului cuantic pentru a conduce expansiunea lentă cu accelerare a Universului , în Physical Review D , vol. 95, nr. 10, 11 mai 2017, p. 103504, Bibcode : 2017PhRvD..95j3504W , DOI : 10.1103 / PhysRevD.95.103504 , arXiv : 1703.00543 .
    «Această problemă este considerată pe scară largă drept unul dintre obstacolele majore în calea progresului în domeniul fizicii fundamentale [...] Importanța sa a fost subliniată de diverși autori din diferite aspecte. De exemplu, a fost descrisă ca o „adevărată criză” [...] și chiar „mama tuturor problemelor fizice” [...] Deși ar putea fi posibil ca oamenii care lucrează la o anumită problemă să aibă tendința de a sublinia sau chiar exagerează importanța acesteia, acești autori sunt de acord cu toții că este o problemă care trebuie rezolvată, deși există un acord mic cu privire la care este direcția corectă pentru a găsi soluția. " .
  18. ^ Dirac, Paul , " Singularități cuantificate în câmpul electromagnetic ". Proceedings of the Royal Society A 133 , 60 (1931).
  19. ^ Benjamin Schlein, Seminar absolvent privind ecuațiile diferențiale parțiale în științe - Energia și dinamica sistemelor Boson , la hcm.uni-bonn.de , Hausdorff Center for Mathematics. Adus la 23 aprilie 2012 .
  20. ^ Donald G. Saari și Zhihong Xia, Off to infininity in finite time ( PDF ), în Notices of the AMS , vol. 42, 1995, pp. 538-546.
  21. ^ John C. Baez, Struggles with the Continuum , în arXiv , 1 februarie 2020. Accesat la 18 martie 2020 .
  22. ^ Kenneth Chang, The Nature of Glass Remains Anything but Clear , în The New York Times , 29 iulie 2008.
  23. ^ PW Anderson , Prin sticlă ușor , în Știință , vol. 267, nr. 5204, 1995, pp. 1615-1616, DOI :10.1126 / science.267.5204.1615-e , PMID 17808155 .
    „Cea mai profundă și mai interesantă problemă nerezolvată din teoria stării solide este probabil teoria naturii sticlei și a tranziției sticlei”. .
  24. ^ F. Wagner, Un sfert de secol de studii în modul H , în fizica plasmatică și fuziune controlată , vol. 49, 12B, 2007, p. B1, bibcode : 2007PPCF ... 49 .... 1W , DOI : 10.1088 / 0741-3335 / 49 / 12B / S01 . .
Fizică Portalul fizicii : accesați intrările Wikipedia care se ocupă cu fizica
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Resolved_Problemi_della_fisica&oldid=121892329 ”