Der Beginn unseres Universums und die Relativität von Quantenphänomenen

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Hier werden verschiedene Quantenfeldtheorien und verwandte Themen vorgestellt, begleitet von zugehörigen Fragen, philosophischen Diskussionen und Einsichten. Dieser Artikel enthält unter anderem Diskussionen über den Beginn unseres Universums, Zeit-Raum-Beobachtungen und die nicht deterministischen Bedürfnisse nach tatsächlichen Experimenten, um Theorien in der Physik zu beweisen, insbesondere die Möglichkeit, die Existenz eines Objekts im Raum festzustellen, ohne notwendigerweise mit ihm zu interagieren es. Ein Teil der hier diskutierten Themen ist eher philosophisch als im Bereich der theoretischen Physik.

Hintergrund

Die spezielle Relativitätstheorie wurde 1905 eingeführt. Sie zeigt uns, wie Bewegung, Zeit und Geschwindigkeit relativ zum Beobachter sind und nicht absolut. Wir wissen auch, dass Partikel die Lichtgeschwindigkeit nicht überschreiten können. Die allgemeine Relativitätstheorie, die 1915 eingeführt wurde, handelt von der Schwerkraft und zeigt, wie die Raumzeit aufgrund der Masse gebogen wird, während sie die Teilchenbewegung beeinflusst.

Die Quantenphysik erklärt die Wechselwirkung zwischen Teilchen, aus denen die Materie besteht, und ihren damit verbundenen Kräften, nämlich wie alles funktioniert. Einstein gehörte zu den ersten Physikern, die die Entwicklung von Ideen von frühen Konzepten zu Relativitätstheorie und Quanten beschrieben haben [1] und die Einführung von Gravitationswellen [2].

Es gibt mehrere Quantentheorien. Die Quantenmechanik wurde 1920 von Niels Bohr, Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger und anderen entwickelt. Es zeigt uns unter anderem, wie sich die Position oder der Impuls eines einzelnen oder mehrerer Teilchen im Laufe der Zeit ändert.

Es gibt drei Kräfte, mit denen Materie interagiert: Elektromagnetismus, der erklärt, wie Atome zusammenhalten, die starke Kernkraft, die die Stabilität des Atomkerns erklärt, und die schwache Kernkraft, die den radioaktiven Zerfall einiger Atome erklärt. Diese drei Theorien wurden unter dem Dach des Standardmodells der Teilchenphysik zusammengefasst. Das Problem mit diesem Modell war, dass es nicht erklärte, warum Materie Masse hat.

Die Existenz eines Teilchens, das allen anderen fundamentalen Teilchen ihre Masse verleiht, wurde vor über fünf Jahrzehnten von Quantum Field Theories (QFT) vorhergesagt und kürzlich (2012) von Higgs bewiesen [3].

Der Anfang

Fast alle sind sich einig, dass das Universum einen bestimmten Ausgangspunkt hatte. Einige Physiker glauben, dass der tatsächliche Zeitpunkt oder Zeitpunkt der Schöpfung nicht durch die derzeit bekannten Gesetze der Physik erklärt werden kann. Wir sind uns der Existenz von Gravitationswellen bewusst, die durch Bewegungen großer Massen verursacht werden. Diese Wellen wurden von Einstein vorhergesagt und sind in seiner allgemeinen Relativitätstheorie enthalten.

Vor 13,8 Milliarden Jahren ereignete sich der Urknall [4]. Dementsprechend ist dies die Entfernung, die das beobachtbare Universum zurücklegen kann, die 13,8 Milliarden Lichtjahre beträgt. Wir können weiter annehmen, dass die Raumzeit jenseits dieser Entfernung ein anderes Universum sein könnte und es daher Multiuniversen oder Multiversum geben könnte. Wir können über den Urknall streiten, der unser Universum erzeugt hat. Was wäre, wenn es mehr als einen Urknall gäbe? Diese Annahme kann zur Existenz eines Multiversums führen.

Eine neue Ära für das Verständnis unseres Universums könnte kürzlich durch die Entdeckung des Higgs-Bosons eingeleitet werden. Ein Boson ist eine Art subatomares Teilchen, das eine Kraft ausübt. Peter Higgs versuchte zu erklären, warum bestimmte Teilchen Masse haben und andere keine Masse haben und wie Photonen des Lichts im Universum schweben. Nach Einstein ist E = mc ^ 2, was bedeutet, dass Energie und Masse einander äquivalent sind, dh Masse m = E / c ^ 2, wenn wir genügend Energie hinzufügen, können wir Masse erzeugen. Wir haben endlose Debatten darüber geführt, wie das Universum begann und was vorher war. Meine Annahme, die auf vielen Argumenten basiert, ist, dass wir nur dann gegen Konservierungsgesetze verstoßen, wenn wir davon ausgehen, dass unser Universum aus dem Nichts erschaffen wurde. Es könnte eine andere Theorie geben, die die Idee unterstützt, dass die Erschaffung unseres Universums kein Ende und keinen Anfang hat.

Zeit, Raum und Relativitätstheorie

Wir verwenden das Wort Zeit direkt und indirekt sehr oft in unseren täglichen Gesprächen und während unseres gesamten Lebens: Zeit ist Geld, Zeit des Lebens, Zeit für Zeit, zwischen Zeiten, Zeitgewinn / -verlust, gute / schlechte Zeit, langsame / schnelle Zeit, richtige / falsche Zeit, vor / nach der Zeit, gegenwärtige Zeit, vergangene Zeit, Echtzeit, pünktlich, in kürzester Zeit, Todeszeit, jederzeit, jedes Mal, viel Zeit, zeitlos, Zeitlimit, Zeitzyklus, Zeit heilt und die Zeit vergeht wie im Fluge …

Die Zeit wird von Künstlern auf verschiedene Weise dargestellt, darunter die berühmten "schmelzenden Uhren" von Dali. Wir können zwischen reiner Zeit, relativer Zeit und absoluter Zeit unterscheiden. Die Zeitmessung ist die Zeiteinheit, auf die sich letztendlich alle Zeitmessgeräte beziehen. Es ist ein Punkt oder eine Periode, in der Dinge geschehen, eine wiederholte Instanz von irgendetwas oder ein Hinweis auf Wiederholung, der Zustand der Dinge in jeder Periode.

Der Raum ist der Teil des grenzenlosen vierdimensionalen Kontinuums, in dem Materie eher physisch als zeitlich erweitert ist. Die Relativitätstheorie erkennt die Unmöglichkeit, die absolute Bewegung zu bestimmen, und führt zum Konzept eines vierdimensionalen Raum-Zeit-Kontinuums.

Die spezielle Relativitätstheorie, die sich auf die Beschreibung von Ereignissen beschränkt, wie sie Beobachtern in einem Zustand gleichmäßiger Bewegung relativ zueinander erscheinen, wird aus zwei Axiomen entwickelt: Das Gesetz der Naturphänomene ist für alle Beobachter gleich und die Geschwindigkeit von Das Licht ist für alle Beobachter unabhängig von ihrer Geschwindigkeit gleich. Raum und Zeit in der modernen Sicht sind in einem vierdimensionalen Raum-Zeit-Kontinuum miteinander verschweißt.

Es gibt keine klare Unterscheidung zwischen dreidimensionalem Raum und unabhängiger Zeit. Zeit bedeutet für verschiedene „Beobachter“ verschiedene Dinge. Dies stimmt möglicherweise nicht mit den zuvor beschriebenen Axiomen (auf denen die spezielle Relativitätstheorie basiert) überein, zumindest nicht aus psycho-philosophischer Sicht.

Zu diesen "Beobachtern" können Menschen (Menschen), Tiere, Pflanzen, Uhren und andere Wesen außerhalb unseres Zeituniversums gehören. Die Zeit scheint für verschiedene Menschen unterschiedlich zu sein: Alter, Bildung, Herkunft, mentale Phase und Religion können sich alle darauf auswirken. Die Zeit erscheint "langsam", wenn wir jung sind, und "schnell", wenn wir älter werden. Die Zeit scheint schneller zu vergehen, wenn wir uns amüsieren oder beschäftigt sind, als wenn wir gelangweilt oder untätig sind. Die Beschreibung zeitbezogener Ereignisse in der Geschichte der Menschheit unterscheidet sich in verschiedenen Kulturen.

Uhren und ähnliche Instrumente messen die Zeit und sind in Bezug auf Informationen darüber fast identisch. Dies ist zu erwarten, da wir sie alle so konzipiert haben, dass sie die Zeit messen, die so definiert ist, dass sie in unserem Universum konsistent ist. Die Zeit ist kontinuierlich in Bezug auf unser Universum und in ihm und sie ist relativ zu unseren Beobachtungen. Wenn wir ein sich bewegendes Objekt zwischen zwei Punkten beobachten, sehen wir, wie es sich über die gesamte Strecke zwischen den beiden Punkten bewegt. Wir gehen also davon aus, dass diese Kontinuität der Beobachtung bedeutet, dass die Zeit kontinuierlich ist. Dies ist jedoch möglicherweise nicht der Fall, wenn wir unsere Beobachtung in einer anderen Galaxie oder in einer anderen Dimension durchführen, in der diese Regeln nicht unbedingt gültig sind. Im digitalen Bereich können wir im Gegensatz zum analogen Bereich die gleiche Kontinuität von sich bewegenden Objekten beobachten. Die Zeit wird jedoch digitalisiert, und zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten gibt es eine Lücke von einem bestimmten Bruchteil einer Zeiteinheit, die der Abtastauflösung entspricht, in der "alles passieren kann".

Für andere Kreaturen können diese Zeitlücken ihren gesamten Lebenszyklus darstellen, oder wir leben in unserer Zeit mit einer anderen Lebensform, deren zeitliche Auflösung zu unseren „toten Zeiten“ passt, die unsere Zeitlücken sind. Fernsehen wird als fortlaufende bewegte Bilder angesehen, während es tatsächlich einzelne Bilder umfasst, die mit 30 Bildern (oder mehr) oder Bildern pro Sekunde projiziert werden. Die Zeit kann gemessen, angezeigt und ausgewertet werden. Die Werkzeuge des Beobachters zur Bewertung der Zeit sind seine Sinne. Leider können die Sinne getäuscht werden.

Auf eine rotierende Scheibe projiziertes Blitzlicht erzeugt die Illusion einer stillen Scheibe. Sind unsere anderen Beobachtungen falsch oder zumindest ungenau, insbesondere wenn wir ein kleiner Teil oder Unterraum einer viel größeren und komplexeren Galaxie sind?

Im Labor haben wir bestimmte Prozesse wie chemische oder andere natürliche Prozesse erfolgreich beschleunigt und verlangsamt. Diese Experimente boten die Möglichkeit, Prozesse zu steuern, die Funktionen der Zeit waren. Bestimmte Prozesse wurden erfolgreich auf das zurückgesetzt, was sie vorher waren, was darauf hinweist, dass "Pseudo in der Zeit zurückgeht", was nicht in der Zeit zurückgeht, aber es sieht so aus.

Die Einführung von Computern löste eine Revolution in zeitbezogenen Prozessen aus und ermöglichte nicht nur die Beobachtung vergangener und gegenwärtiger zeitbezogener Phänomene, sondern auch Vorhersageprozesse, die zukünftige zeitabhängige Szenarien sind. Zeit beeinflusst unseren gesamten Lebenszyklus, unsere Geburt, unser Leben und unseren Tod. Unser Herzschlag fast einmal pro Sekunde und unsere innere biologische Uhr funktionieren während unseres gesamten Lebens. Wenn wir diese Uhr umkippen, indem wir in eine andere Zeitzone fliegen, leidet unser Körper unter einem Phänomen, das als Jetlag bekannt ist, und es dauert einige Zeit, bis wir uns an seinen neuen Zustand angepasst haben. Die Zeit beeinflusst die meisten Prozesse und Phänomene auf der Erde, einige schneller und andere langsamer. Wenn es zeitunabhängige Phänomene gibt oder ein Phänomen, das bis heute von der Zeit nicht beeinflusst zu sein schien, müssen diese Szenarien als „Vergangenheit, Gegenwart und wahrscheinliche Zukunft“ klassifiziert werden. [5].

Da die Zeit des Beobachters begrenzt ist, können wir diese zeitlosen Phänomene nicht analysieren, ohne bestimmte Annahmen und Vorhersagen zu verwenden.

Laut Einstein ist die Zeit eher wie ein Fluss, der um Sterne und Galaxien fließt und sich beschleunigt und verlangsamt, wenn er an massiven Körpern vorbeiführt. Eine "Sekunde" auf der Erde ist keine Sekunde auf dem Mars. Alle Materialien, einschließlich aller bekannten Lebensformen und anderer himmlischer Körper in Massenbesitz, sind zeitabhängig. Mit der Zeit haben wir das Intervall zwischen Vergangenheit und Zukunft, während wir im Raum am selben Ort bleiben können. Die Zeit hat einen sequentiellen Moment, der aufeinander folgt. Es scheint also, dass sich die Zeit in eine Richtung bewegt [6].

Seit den 1920er Jahren wissen wir, dass Energie nicht kontinuierlich ist und wir nicht aus Partikeln bestehen, sondern aus Feldern. Das Feld darf nach dem Heisenbergschen Unsicherheitsprinzip nicht still bleiben. Eines der seltsamen physikalischen Phänomene ist der Quantensprung, ein diskreter oder diskontinuierlicher Übergang zwischen Quantenzuständen. Dies geschieht, wenn ein Elektron in einem Energieniveau in einem Atom sofort in ein anderes Energieniveau springt. Während dieses Sprungs emittiert oder absorbiert es Energie, was sofort geschieht, ohne sich dafür Zeit zu nehmen [7].

Experimente sind erforderlich, um Theorien in der Physik zu beweisen.

Die Notwendigkeit, Theorien durch physikalische Experimente zu beweisen, liegt auf der Hand. Physik ist eine experimentelle Wissenschaft. Einige würden argumentieren, dass theoretische Physik ohne experimentelle Tests nutzlos ist. Nicht jeder stimmt dieser deterministischen Aussage zu.

Die Rolle der Theoretiker besteht darin, mehrere alternative Szenarien vorzuschlagen, die durch bestimmte Experimente unter Anwendung eines hohen Maßes an logischer und mathematischer Genauigkeit getestet werden. Das Verknüpfen von Theorien mit Experimenten ist keine leichte Aufgabe und erfordert eine hohe logische Präzision. Albert Einstein unterstützte die Verwendung von Gedankenexperimenten als Instrument zum Nachweis der physikalischen Realität, nicht unbedingt anhand tatsächlicher Experimente, insbesondere wenn dies technisch schwierig oder sogar unmöglich war. Im Allgemeinen argumentieren wir nicht für die Notwendigkeit eines Experiments, um eine Theorie zu beweisen; Wir argumentieren jedoch, dass der bloße physikalische Akt des Experiments in bestimmten Fällen eine physikalische Theorie beweisen oder widerlegen kann, während das Experiment selbst eine Unsicherheit erzeugen kann.

Neben der Physik ist die Notwendigkeit, Tests und Experimente durchzuführen, ein typischer Bedarf in verschiedenen wissenschaftlichen Bereichen. In Branchen wie der Luftfahrt ist die Notwendigkeit zerstörungsfreier Prüfungen offensichtlich. Die Lösungen bestehen in der Anwendung ausgefeilter Lasertechnologien wie der Holographie. In der Medizin führen wir die Rekonstruktion unserer inneren Organe oder unseres Tumors mithilfe von Astro-Physik-Algorithmen zur Filterung (Fourier) und Rückprojektion durch, wie sie in CT- und MRT-Systemen verwendet werden.

Die größten wissenschaftlichen Entdeckungen wurden zwischen den Synapsen des Gehirns des Wissenschaftlers gemacht und nicht unbedingt mithilfe eines Experiments gemacht oder bewiesen. Einige von ihnen haben sich nie in einem Labor bewährt und einige von ihnen wurden bis heute aus vielen Gründen zusätzlich zur technischen Unfähigkeit oder anderen Hindernissen nicht bewiesen.

Während der letzten Jahrzehnte argumentieren Physiker, dass sie trotz der großen Fortschritte in der Mathematik, die Theorien unterstützen, immer noch eine begrenzte Verbindung zu experimentellen Tests haben. Es gibt theoretische Physiker, die diese Möglichkeit der theoretischen Physik nutzen, ohne dass eine experimentelle Überprüfung erforderlich ist.

Es ist nicht immer erforderlich, auf Experimenten zu bestehen, um eine Theorie zu beweisen, um die Richtigkeit der verwandten Theorie festzustellen. Der Fall der Teilchenwellen-Dualität könnte diese Behauptung gut demonstrieren.

Wie Einstein schrieb: "Es scheint, als müssten wir manchmal die eine Theorie und manchmal die andere verwenden, während wir manchmal beides verwenden können. Wir stehen vor einer neuen Art von Schwierigkeit. Wir haben zwei widersprüchliche Bilder der Realität; getrennt keines von beiden sie erklären die Phänomene des Lichts vollständig, aber zusammen tun sie es. "

Dieser Anspruch auf Dualität und andere Ansprüche auf theoretische Überprüfungsprobleme sind speziell in Theorien erforderlich, in denen wir die Existenz eines Objekts im Raum feststellen müssen, ohne notwendigerweise mit ihm zu interagieren.

Wir wissen, dass unsere QFT nicht perfekt ist und viele „Löcher“ und nicht deterministische oder unbewiesene Theorien aufweisen kann. Diese Tatsache hat ein gewisses Maß an Unsicherheit eingeführt, wie beispielsweise das Heisenbergsche Unsicherheitsprinzip (1927). Dementsprechend können wir die Position und die Geschwindigkeit eines Objekts nicht gleichzeitig messen.

Physiker und Philosophen haben möglicherweise überlappende und gemeinsame Ansichten über Theorien. Beide mögen an Theorien glauben, die sie nicht beweisen können. Einige theoretische Physiker glauben möglicherweise an ihre Theorien, auch wenn sie keine empirischen oder experimentellen Beweise haben.

Die Stringtheorie verbindet die Quantenmechanik mit Einsteins Relativitätstheorie. Im Allgemeinen besagt die Theorie, dass subatomare Teilchen sehr kleine eindimensionale Strings sind, keine nulldimensionalen Punkte, und dass sie sich ständig bewegen oder vibrieren. Derzeit können wir die Gültigkeit der Stringtheorie jedoch nicht testen, doch die meisten Physiker glauben, dass sie realisierbar ist. Einstein führte nie ein einziges Experiment durch; Alle seine Theorien waren Vorhersagen, Annahmen, dass einige Jahre später einige von ihnen durch ein tatsächliches Experiment bewiesen wurden.

Verweise

[1] Einstein, A., Infeld. L. (1938). Die Evolution der Physik: Das Wachstum von Ideen von frühen Konzepten zu Relativitätstheorie und Quanta. Cambridge University Press. Zitiert in Harrison, David (2002). "Komplementarität und die Kopenhagener Interpretation der Quantenmechanik". UPSCALE. Fakultät für Physik, U. von Toronto.

[2] Einstein, A. & Rosen, N. "On Gravitational Waves", Journal des Franklin Institute 223, 43 (1937).

[3] Ram, G. "Gott schuf die Teilchen und Gott schuf Higgs", 2012

https://ezinearticles.com/?God-Created-The-Particles-And-God-Created-Higgs&id=7164754

[4] Ram, G., "Genesis, Urknall und Lichtjahr", 2015

https://ezinearticles.com/?Genesis,-Big-Bang-and-Light-Year&id=9120045

[5] Ram, G., "Zeit, Raum und Relativitätstheorie", ISBN: 978-9659162314, 2012, S. 24-30

[6] S. W. Hawking, "Die Nicht-Randbedingung und der Pfeil der Zeit", in Physical Origins of Time-Asymmetry, J.J. Halliwell, J. Perez-Mercader und W.H. Zurek, Hrsg. (Cambridge University Press, Cambridge, 1994), p. 346.

[7] Schrödinger, E., Gibt es Quantensprünge? The British Journal for the Philosophy of Science, Band III, Ausgabe 11, November 1952, Seiten 233-242, https://doi.org/10.1093/bjps/III.11.233

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