Was ist das? Ihre Physik-Fragen beantwortet

Rätselhafte Physik

Wer war Schrödinger und was geschah mit seiner Katze? Was ist genau die Stringtheorie und warum sollten wir uns kümmern? Und was ist überhaupt eine Singularität?

Hier sind einige schnelle und einfache Aktualisierungsprogramme auf die verwirrende aber coole Themen in der modernen Physik, denen jeder kennen sollte.

Was ist die Relativitätstheorie?

"Relativitätstheorie" bezieht sich auf zwei der berühmtesten Theorien der Physik, beide von Albert Einstein formuliert. Im Jahr 1905 Einstein veröffentlicht seine spezielle Relativitätstheorie, die ultimative kosmische Tempolimit etabliert: die Geschwindigkeit von Licht und zeigte damals beschleunigen und verlangsamen, je nachdem, wie schnell etwas in Bewegung ist.

Im Jahre 1916 folgte Einstein mit eine umfassendere Vision bezeichnet die allgemeine Relativitätstheorie. Diese Idee auf speziellen Relativitätstheorie gebaut, und das Problem der Schwerkraft völlig neu definiert unser Verständnis der Schwerkraft als eine Krümmung der Raumzeit selbst durch massive Objekte in Angriff genommen.

Allgemeinen Relativitätstheorie ist die genaueste Beschreibung haben wir für die Bewegungen der Galaxien und Galaxienhaufen quer durch das Universum. Es sagt auch das Vorhandensein von bizarren Objekten wie schwarze Löcher und das Phänomen des Gravitationslinseneffekts, wo Licht gebogen ist, wenn es durch die gekrümmte Raumzeit reist. Zum Beispiel ist der Galaxienhaufen Abell 1689 (hier gezeigt) berühmt für die Gravitations Linseneffekt sehen wir.

Was ist die Quantenmechanik?

Die Quantenmechanik ist der amtierende Theorie der Physik über das Reich des sehr kleinen: subatomaren Teilchen. Die Theorie wurde in den frühen 1900er Jahren formuliert und revolutioniert die Art und Weise der Wissenschaftler der Bestandteile der Materie angenommen.

In der Quantenwelt sind Partikel nicht Billardkugeln, sondern brummt, Wolken der Wahrscheinlichkeit, die nicht an einem Ort zur gleichen Zeit, und von Punkt A nach Punkt B auf einem einzigen Weg Reisen Sie nicht springen. Unter Quantentheorie Partikel oft Verhalten sich wie Wellen und werden von "Wellenfunktionen", die Vorhersagen eines Partikels Eigenschaften, wie seine Lage und Geschwindigkeit, sind wahrscheinlich was sie sind, beschrieben.

Einige der verrückter Ideen in der Physik, wie das Konzept der Verschränkung und die Unschärferelation stammen aus der Quantenmechanik.

Was ist die Stringtheorie?

String-Theorie (und seine verbesserte Version, Superstring-Theorie), deutet darauf hin, dass alle subatomaren Teilchen nicht winzige Punkte, aber Schleifen Zeichenfolge ähnlich wie Gummibänder sind. Der einzige Unterschied zwischen den Arten von Teilchen ist die Frequenz, bei der die Saiten vibrieren.

String-Theorie ist ein Versuch, die scheinbare Unvereinbarkeit der beiden führenden Theorien der Physik zu lösen — Quantenmechanik und allgemeiner Relativitätstheorie – und schmieden eine "Theorie von allem", die das gesamte Universum beschreiben kann.

Die Theorie ist schwierig zu testen, und erfordert einige Anpassungen an unserer aktuellen Bild des Universums, nämlich, dass es viele mehr Dimensionen als die vier Raum-Zeit-sein muss, die wir kennen. Wissenschaftler glauben, dass es möglich ist, dass diese verborgenen Dimensionen so klein zusammengerollt werden könnte, dass wir sie nicht bemerken.

Was ist eine Singularität?

Eine Singularität ist ein Punkt, wo die Raumzeit unendlich gekrümmt ist.

Singularitäten sind vermutlich in den Zentren der schwarzen Löcher vorhanden sind, und eine Singularität ist wahrscheinlich wie das Universum begann zum Zeitpunkt des Urknalls. Im Inneren eines schwarzen Lochs wird z. B. die Masse eines Sterns in einem winzig kleinen Raum, vielleicht sogar einen einzigen Punkt verdichtet.

Aktuelle Theorien der Physik schlage diesen Punkt unendlich dicht, obwohl Wissenschaftler sagen, dass wahrscheinlich ein Produkt der Physik brechen wegen der Inkongruenz der allgemeinen Relativitätstheorie und der Quantenmechanik. In Wirklichkeit vermuten Wissenschaftler, dass Singularitäten sind unglaublich dicht, aber nicht unendlich dichten.

Was ist die Unschärferelation?

Die Unschärferelation, formuliert von dem deutschen Physiker Werner Heisenberg 1927, ist eine Folge der Quantenmechanik. Das Prinzip besagt, dass es eine Grenze, wie eben sowohl die Position und Impuls eines Teilchens, z. B. ein Elektron in einem Atom ermittelt werden.

Diese Unsicherheit ergibt sich aus zwei Faktoren. Erstens stört der Akt der Messung etwas zwangsläufig das Ding, damit eine Veränderung seiner Form. Zweitens, weil die Quantenwelt nicht konkret, sondern basierend auf Wahrscheinlichkeiten ist, gibt es eine tiefere, wichtigeren Begrenzung für die Präzision, mit der ein Teilchen Zustand erkannt werden kann.

Was ist Schrödingers Katze?

"Schrödingers Katze" ist der Name des ein Gedankenexperiment, vorgeschlagen vom österreichischen Physiker Erwin Schrödinger 1935 um eine unangenehme Wahrheit über Quantenmechanik beschreiben: einige Eigenschaften der Partikel sind nicht beschlossen, bis eine Messung sie zwingt zu wählen.

Die Geschichte geht so: in einem Karton ist eine Katze, sowie eine kleine Menge einer radioaktiven Substanz. Innerhalb von einer Stunde gibt es eine 50-prozentige Chance, die diese Substanz wird zerfallen und lösen einen Poison, die die Katze zu töten würde, und eine 50-prozentige Chance, die die Substanz nicht zerfallen wird, und die Katze wird Leben.

Nach klassischer Physik eines dieser beiden Ergebnisse erfolgt im Inneren der Box, und für außenstehende Beobachter bekannt wird, nachdem sie den Kasten zu öffnen. Aber in die bizarre Welt der Quantenmechanik, die Katze ist weder tot noch lebendig bis die Schachtel öffnete und ein außenstehender Beobachter "" die Situation Maßnahmen. Während die Box geschlossen bleibt, ist das ganze System in einen Zustand der Unsicherheit, mit der Katze tot und lebendig ausgesetzt.

Das Experiment soll die bizarrer der Quantenmechanik, veranschaulichen das klingt lächerlich, wenn von Teilchen auf makroskopische Objekte wie Katzen verlängert.

Was ist Verschränkung?

Verschränkung ist eine der bekanntesten Vorhersagen der Theorie der Quantenmechanik. Es beschreibt den Zustand von zwei Teilchen, die so verbunden werden, dass auch nach durch große Entfernungen getrennt zu sein, eine Aktion für eine beeinflusst das andere ausgeführt. Es wäre wie zwei, die sterben, wenn rollte, müssen immer die gleiche Zahl zeigen.

Das Konzept gestört Albert Einstein so viel er Verstrickung genannt "gespenstische Fernwirkung." Noch ist es nicht nur eine seltsame Vorhersage, sondern ein Phänomen, das in Experimenten, erreicht worden ist, wie man in dem Wissenschaftler zwei winzige Diamanten bei Raumtemperatur verstrickt, von strahlend Laserlicht an ihnen (grün im Bild). Die Wissenschaftler hoffen sogar, eines Tages Quantencomputer zu bauen, die verschränkten Teilchen für superschnelle Datenverarbeitung nutzen.