10 physikalische Fakten, die Sie in der Schule hätten kennen müssen, aber möglicherweise nicht kennen

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1. Die Entropie misst nicht die Störung, sondern die Wahrscheinlichkeit


Die Idee, dass Entropie ein Maß für Unordnung ist, hilft überhaupt nicht, das Problem zu lösen. Angenommen, ich mache einen Teig, für den ich ein Ei zerbreche und es in Mehl gieße. Dann füge ich Zucker und Butter hinzu und mische sie, bis der Teig homogen wird. Welcher Zustand ist geordneter - ein zerbrochenes Ei und Butter auf Mehl oder der daraus resultierende Teig?

Ich würde sagen, dass der Teig. Dies ist jedoch ein Zustand mit größerer Entropie. Und wenn Sie die Option mit einem Ei auf Mehl wählen - was ist mit Wasser und Öl? Ist die Entropie höher, wenn sie getrennt werden oder nachdem Sie sie heftig geschüttelt haben, um sie zu mischen? In diesem Beispiel ist die Entropie für die Variante mit getrennten Substanzen höher.

Entropie ist definiert als die Anzahl der "Mikrozustände", die den gleichen "Makrostaten" ergeben. Microstates enthalten alle Details zu den einzelnen Komponenten des Systems. Der Makrostat ist nur durch allgemeine Informationen gekennzeichnet, wie „in zwei Schichten unterteilt“ oder „im Durchschnitt homogen“. Die Zutaten des Teigs haben viele verschiedene Bedingungen, und alle werden beim Mischen zu Teig, aber nur sehr wenige Bedingungen können beim Mischen in Eier und Mehl unterteilt werden. Daher hat der Test eine höhere Entropie. Gleiches gilt für das Beispiel mit Wasser und Öl. Sie sind leichter zu trennen und schwerer zu mischen, sodass die geteilte Version eine höhere Entropie aufweist.

2. Die Quantenmechanik ist nicht nur auf kleine Entfernungen anwendbar, sondern auch bei großen Entfernungen schwieriger zu beobachten


In der Theorie der Quantenmechanik gibt es keine Einschränkungen, wonach sie nur auf kurzen Entfernungen funktionieren würde. Es ist einfach so, dass die großen Objekte, die wir beobachten, aus vielen kleineren bestehen, deren thermische Bewegung alle typischen Quanteneffekte zerstört. Dieser Prozess wird Dekohärenz genannt, und deshalb sehen wir die Manifestationen der Quantenmechanik im Alltag normalerweise nicht.

Quanteneffekte wurden jedoch in Experimenten gemessen, die sich über Hunderte von Kilometern erstreckten, und sie können in großen Entfernungen in einer ziemlich stabilen und kalten Umgebung arbeiten. Sie können sich sogar auf die gesamte Galaxie erstrecken.

3. Schwere Teilchen zerfallen nicht in einen Zustand mit minimaler Energie, sondern in einen Zustand mit maximaler Entropie


Die Energie wird gespart. Daher ist die Idee, dass ein System versucht, die Energie zu minimieren, nicht sinnvoll. Der Grund, warum schwere Partikel zerfallen, wenn sie können, ist, dass sie können. Wenn wir ein schweres Teilchen haben (z. B. ein Myon), kann es in ein Elektron, ein Myonenneutrino und ein Elektronenantineutrino zerfallen. Der umgekehrte Prozess ist möglich, erfordert jedoch, dass drei Zerfallsprodukte an einem Ort gesammelt werden. Folglich ist seine Wahrscheinlichkeit gering.

Dies ist jedoch nicht immer der Fall. Wenn Sie schwere Partikel in eine ausreichend heiße „Suppe“ geben, können Synthese und Zerfall ein Gleichgewicht erreichen, in dem eine Menge schwerer Partikel ungleich Null vorhanden ist.

4. Die Linien in den Feynman-Diagrammen stellen nicht die Partikelpfade dar, sondern sind nur Hilfszeichnungen für komplexe Berechnungen.


In regelmäßigen Abständen erhalte ich E-Mails von Personen, die feststellen, dass in vielen Feynman-Diagrammen den Zeilen Impulse zugewiesen werden. Und da jeder weiß, dass es unmöglich ist, gleichzeitig den Ort und den Impuls eines Partikels mit beliebiger Genauigkeit zu messen, gibt es keinen Punkt in den Partikelbewegungslinien. Daraus scheint zu folgen, dass die Teilchenphysik falsch ist!

Aber die Teilchenphysik ist in Ordnung. Feynman-Diagramme sind unterschiedlich, und diejenigen, die Impulse anzeigen, sind für den Impulsraum bestimmt. In diesem Fall sind diese Linien in keiner Weise mit den Partikelpfaden verbunden. Im Allgemeinen. Dies ist nur eine Möglichkeit, einige Arten von Integralen darzustellen.

In einigen Feynman-Diagrammen stellen die Linien tatsächlich die möglichen Pfade dar, denen ein Partikel folgen kann, aber selbst in diesem Fall sagt das Diagramm nicht aus, was das Partikel tatsächlich tut. Dazu müssen Sie Berechnungen durchführen.

5. Die Quantenmechanik ist nicht lokal, kann jedoch nicht für die nicht lokale Übertragung von Informationen verwendet werden.


Die Quantenmechanik erzeugt nichtlokale Bindungen, die quantitativ stärker sind als Bindungen in Nichtquantentheorien. Dies nannte Einstein "erschreckende Fernwirkung".

Leider ist die Quantenmechanik auch im Wesentlichen zufällig. Obwohl wir diese erstaunlichen nicht lokalen Verbindungen haben, können sie daher nicht zum Senden von Nachrichten verwendet werden. Die Quantenmechanik ist nach Einstein tatsächlich voll kompatibel mit der Begrenzung der Lichtgeschwindigkeit.

6. Die Quantengravitation spielt in Situationen mit hoher Krümmung und nicht mit kurzen Entfernungen eine Rolle.


Wenn wir die Stärke der Effekte der Quantengravitation bewerten, können wir feststellen, dass sie nicht mehr vernachlässigbar sind, wenn die Krümmung der Raumzeit mit der Umkehrung des Quadrats der Planck-Länge vergleichbar ist. Dies bedeutet nicht, dass diese Effekte in Entfernungen nahe der Planck-Länge sichtbar sind. Es scheint mir, dass die Verwirrung aus dem Begriff "Planck-Länge" entsteht. Die Planck-Länge ist eine Längeneinheit, nicht die Länge von etwas Bestimmtem.

Hierbei ist es wichtig, dass die Aussage „Annäherung der Krümmung an das inverse Quadrat der Planck-Länge“ nicht vom Beobachter abhängt. Es hängt nicht von der Geschwindigkeit Ihrer Bewegung ab. Das Problem mit der Idee, dass die Quantengravitation auf kurze Distanz eine Rolle zu spielen beginnt, besteht darin, dass sie mit der Speziellen Relativitätstheorie nicht kompatibel ist.

In Tankstellen können Längen verkürzt werden. Für einen sich schnell bewegenden Beobachter sieht die Erde aus wie ein Pfannkuchen mit einer Breite, die kleiner als die Planck-Länge ist. Und dies bedeutet, dass wir entweder die Auswirkungen der Quantengravitation bemerken müssen oder dass die SRT falsch ist. Beweise sprechen gegen beide Annahmen.

7. Atome dehnen sich nicht mit der Expansion des Universums aus. Wie Moskau


Die Expansion des Universums ist unglaublich langsam und hat nur sehr geringe Auswirkungen. Es wirkt sich nicht auf Systeme aus, die durch Wechselwirkungen miteinander verbunden sind, die die Expansionskraft überschreiten. Systeme, die durch die Expansion auseinandergebrochen werden können, sind größer als die Größe von Galaxienhaufen. Die Cluster selbst werden aufgrund der Schwerkraft zusammengehalten. Wie Galaxien, Sonnensysteme, Planeten und natürlich Atome. Letztere werden aufgrund atomarer Wechselwirkungen zusammengehalten, die viel stärker sind als die Expansion des Universums.

8. Wurmlöcher sind Science-Fiction, Schwarze Löcher jedoch nicht


Beweise aus Beobachtungen von Schwarzen Löchern sind äußerst überzeugend. Astrophysiker bestätigen das Vorhandensein von Schwarzen Löchern in vielerlei Hinsicht.

Am einfachsten ist es, zu berechnen, wie viel Masse Sie in einem bestimmten Raumvolumen sammeln müssen, um die in der Realität beobachtete Bewegung von Objekten in der Nähe zu erhalten. Dies an sich bedeutet natürlich nicht, ob ein dunkles Objekt, das sichtbare Objekte beeinflusst, einen Ereignishorizont hat. Sie können jedoch den Unterschied zwischen dem Ereignishorizont und einer festen Oberfläche erkennen, indem Sie die von einem dunklen Objekt emittierte Strahlung untersuchen. Schwarze Löcher können auch als extrem leistungsstarke Gravitationslinsen verwendet werden, um ihre Übereinstimmung mit den Vorhersagen von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie zu überprüfen. Daher warten Physiker mit großem Interesse auf Daten aus dem Event Horizon Telescope [ein Projekt, das viele Radioteleskope auf der ganzen Welt kombiniert, um das zentrale Schwarze Loch der Milchstraße zu untersuchen. perev. ].

Das vielleicht wichtigste, was wir wissen, ist, dass Schwarze Löcher ein typischer Endzustand des Zusammenbruchs von Sternen bestimmter Typen sind. In der allgemeinen Relativitätstheorie sind sie leicht zu erhalten und schwer zu vermeiden.

Andererseits sind Wurmlöcher Raum-Zeit-Deformationen, deren Auftreten infolge natürlicher Prozesse uns unbekannt ist. Ihre Anwesenheit erfordert auch negative Energie, die niemand jemals gesehen hat und an deren Existenz viele Physiker große Zweifel haben.

9. Sie können in einer endlichen Zeit in ein Schwarzes Loch fallen. Es sieht einfach so aus, als würde es ewig dauern


Wenn Sie sich dem Ereignishorizont nähern, verlangsamt sich die Zeit. Dies bedeutet jedoch nicht, dass Sie den Fall beenden, bevor Sie den Ereignishorizont erreichen. Diese Verlangsamung wird nur von einem Beobachter gesehen, der sich in einer bestimmten Entfernung befindet. Sie können anhand der Uhr des fallenden berechnen, wie lange es dauert, in ein Schwarzes Loch zu fallen. Das Ergebnis ist endgültig. Sie können in ein schwarzes Loch fallen. Es ist nur so, dass dein Freund draußen es niemals sehen wird.

10. Im gesamten Universum wird Energie nicht konserviert, aber dieser Effekt ist so gering, dass er nicht erkannt werden kann


Ich sagte, dass Energie gespart wird - aber diese Aussage trifft nur in gewisser Näherung zu. Es wäre völlig wahr in einem Universum, in dem sich der Raum im Laufe der Zeit nicht ändern würde. Aber wir wissen, dass sich der Raum in unserem Universum ausdehnt und diese Ausdehnung gegen das Gesetz der Energieerhaltung verstößt.

Diese Verletzung ist jedoch so gering, dass sie in keinem auf der Erde durchgeführten Experiment zu sehen ist. Um es zu bemerken, müssen Sie eine sehr lange Zeit für sehr große Entfernungen einhalten. Wenn dieser Effekt stärker wäre, hätten wir schon vor langer Zeit bemerkt, dass sich das Universum ausdehnt! Beschuldigen Sie daher nicht das Universum in Ihren Stromrechnungen, sondern schließen Sie einfach das Fenster, wenn Sie die Klimaanlage einschalten.

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Source: https://habr.com/ru/post/de425395/


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