Nad cím si dnes lámu hlavu teoretickí fyzici - FKSjuro/docs/strajk_2016.pdf · Nad £ím si dnes...

Nad £ím si dnes lámu hlavu teoretickí fyzici

Juraj Tekel

Katedra teoretickej fyziky a didaktiky fyziky

FMFI, UK

Populárne predná²ky v rámci podpory ²trajku ISUFMFI UK, 4.3.2016

Juraj Tekel Nad £ím si dnes lámu hlavu teoretickí fyzici

�o je to tá teoretická fyzika?



�o je to tá teoretická fyzika?

�as´ fyziky, ktorá pouºívamatematické modely a kon²trukcie

napopísanie, vysvetlenie a predpovedanie

úkazov v prírode.


zdroj : http://abstrusegoose.com/275


zdroj : http://abstrusegoose.com/275


O £om dnes budeme hovori´?

(Ve©mi subjektívny) výber nevyrie²ených problémov z troch oblastíteoretickej fyziky.

Z kaºdej stru£ný úvod a nieko©ko nezodpovedaných otázok.


Teória tuhých látok



Alebo teória kondenzovaných látok.

Systémy, v ktorých je £astíc tak ve©a a interagujú tak silno, ºe sanemoºno na £astice pozera´ jednotlivo.

Pri takejto silnej a zloºitej interakcii vznikajú efekty, ktoré vpôvodnej teórii vôbec nebolo moºné vidie´.

Napríklad molekula vody ...



Alebo teória kondenzovaných látok.

Systémy, v ktorých je £astíc tak ve©a a interagujú tak silno, ºe sanemoºno na £astice pozera´ jednotlivo.

Pri takejto silnej a zloºitej interakcii vznikajú efekty, ktoré vpôvodnej teórii vôbec nebolo moºné vidie´.

Napríklad molekula vody ...





























Ke¤ je molekúl dos´ ve©a, za£nú sa dia´ nové veci, ktoré vpôvodnej formulácii vidie´ nebolo.

Tomuto procesu rozumieme na základe termodynamiky a pre danúlátku vieme, za akých podmienok kondenzácia nastane.

K©ú£ové slová sú tu fázový diagram a Clausius-Clapeyronovarovnica.

Nádoby a £astice môºu by´ o £osi komplikovanej²ie.



Nádobou môºe by´ mrieºka atómov.



Tekutinou môºu by´ potom vodivostné (vo©né) elektróny.



V elektrickom poli ...









V elektrickom poli te£ie kovom prúd.



Situácia je v²ak ove©a komplikovanej²ia ako predtým.

Elektróny sa navzájom odpudzujú.

Interagujú s kmitmi mrieºky.

Celé to riadi kvantová mechanika.

Existuje spôsob ako sa s tým vysporiada´ a tento systém popísa´.

Výsledkom sú opä´ nové efekty, tentoraz supravodivos´.Elektróny pri prechode mrieºkou nestrácajú energiu.

Dôvodom je akési pochytanie sa elektrónov za ruky.

Ve©mi podobné ako kondenzovanie vody, ide o iné skupenstvo�tekutiny� elektrónov.



Situácia je v²ak ove©a komplikovanej²ia ako predtým.Elektróny sa navzájom odpudzujú.Interagujú s kmitmi mrieºky.

Celé to riadi kvantová mechanika.Existuje spôsob ako sa s tým vysporiada´ a tento systém popísa´.

Výsledkom sú opä´ nové efekty, tentoraz supravodivos´.Elektróny pri prechode mrieºkou nestrácajú energiu.Dôvodom je akési pochytanie sa elektrónov za ruky.Ve©mi podobné ako kondenzovanie vody, ide o iné skupenstvo�tekutiny� elektrónov.






















Vysokoteplotná supravodivos´

Takto fungujúce supravodi£e môºu existova´ iba pri teplotenieko©ko málo kelvinov.

Av²ak boli objavené látky, ktoré su supravodivé pri ove©a vy²²íchteplotách.

Momentálne je najvy²²ia známa teplota 133 K preHgBa2Ca2Cu3O8.(pri ve©kých tlakoch aº > 200K)

Aký je mechanizmus?

Ako vysoko sa dá ís´ s teplotou?

Existuje materiál, ktorý by bol supravodivý pri izbovej teplote?


























Turbulencia

Prúdenie kvapaliny alebo plynu pri ve©kých rýchlostiach.

Te£enie kvapalín a plynov popisujú Navier-Stokesove rovnice, ktorésú ve©mi komplikované, napríklad ich rie²enia sú nestabilné.

Turbuletné prúdenie je chaotické, charakteristický je vznikzloºitých vírov a inak ako ²tatisticky ho zatia© dobre popísańevieme.

Problém je uº na klasickej úrovni, ale je moºné, ºe pôvod je v£asticovej povahe prúdiacich látok.

Praktický dopad tohto problému sa dá len taºko preceni´.Potrubia, lietadlá, po£asie a ...


Turbulencia

Prúdenie kvapaliny alebo plynu pri ve©kých rýchlostiach.Te£enie kvapalín a plynov popisujú Navier-Stokesove rovnice, ktorésú ve©mi komplikované, napríklad ich rie²enia sú nestabilné.

Turbuletné prúdenie je chaotické, charakteristický je vznikzloºitých vírov a inak ako ²tatisticky ho zatia© dobre popísańevieme.Problém je uº na klasickej úrovni, ale je moºné, ºe pôvod je v£asticovej povahe prúdiacich látok.Praktický dopad tohto problému sa dá len taºko preceni´.Potrubia, lietadlá, po£asie a ...


Turbulencia

Prúdenie kvapaliny alebo plynu pri ve©kých rýchlostiach.Te£enie kvapalín a plynov popisujú Navier-Stokesove rovnice, ktorésú ve©mi komplikované, napríklad ich rie²enia sú nestabilné.

Turbuletné prúdenie je chaotické, charakteristický je vznikzloºitých vírov a inak ako ²tatisticky ho zatia© dobre popísańevieme.Problém je uº na klasickej úrovni, ale je moºné, ºe pôvod je v£asticovej povahe prúdiacich látok.Praktický dopad tohto problému sa dá len taºko preceni´.Potrubia, lietadlá, po£asie a ...


Turbulencia







Turbulencia








Kozmológia


Kozmológia

O vesmíre ako celku. Ako vyzerá, £o sa s ním deje, £o sa s nímdialo a bude dia´.

Vieme toho ve©mi ve©a. Napríklad, ºe v ¬om nie je ºiadnevýnimo£né miesto a ºiadny výnimo£ný smer.

Vieme, ºe nie je statický ale naopak sa rozpína a vieme ve©midobre zreko²truova´ jeho históriu.


Kozmológia


Kozmológia

Dynamiku vesmíru popisuje Einsteinova v²eobená teória relativity.

Ur£uje ju hmota, ktorou je vesmír vyplnený a teda je tu spojenie s£asticovou fyzikou.

Pri rozpínaní vesmíru sa hmota ochladzuje a prechádza rôznymistavmi. Zmena tohto stavu potom naspä´ mení dynamiku vesmíru.


Asymetria medzi hmotou a antihmotou

Zameriame sa na jeden konkrétny moment, ke¤ bol vesmír e²tecelkom mladý.

Ku kaºdej £astici existuje anti£astica.Ke¤ sa tieto dve stretnú, dojde k anihilácii a premenia sa nafotóny.Ke¤ sa stretnú dostato£ne energetické fotóny, môºe prebehnúópa£ný proces.Na za£iatku bol vesmír vyplnený bublajúcou polievkou £astíc,anti£astíc a fotónov. Pri ochladzovaní prestali by´ fotóny dosénergetické, prestala prebieha´ spätná premena, £astice uº ibaanihilovali.Zostalo po nich kozmické ºiarenie.



Zameriame sa na jeden konkrétny moment, ke¤ bol vesmír e²tecelkom mladý.Ku kaºdej £astici existuje anti£astica.

Ke¤ sa tieto dve stretnú, dojde k anihilácii a premenia sa nafotóny.Ke¤ sa stretnú dostato£ne energetické fotóny, môºe prebehnúópa£ný proces.Na za£iatku bol vesmír vyplnený bublajúcou polievkou £astíc,anti£astíc a fotónov. Pri ochladzovaní prestali by´ fotóny dosénergetické, prestala prebieha´ spätná premena, £astice uº ibaanihilovali.Zostalo po nich kozmické ºiarenie.



Zameriame sa na jeden konkrétny moment, ke¤ bol vesmír e²tecelkom mladý.Ku kaºdej £astici existuje anti£astica.Ke¤ sa tieto dve stretnú, dojde k anihilácii a premenia sa nafotóny.

Ke¤ sa stretnú dostato£ne energetické fotóny, môºe prebehnúópa£ný proces.Na za£iatku bol vesmír vyplnený bublajúcou polievkou £astíc,anti£astíc a fotónov. Pri ochladzovaní prestali by´ fotóny dosénergetické, prestala prebieha´ spätná premena, £astice uº ibaanihilovali.Zostalo po nich kozmické ºiarenie.



Zameriame sa na jeden konkrétny moment, ke¤ bol vesmír e²tecelkom mladý.Ku kaºdej £astici existuje anti£astica.Ke¤ sa tieto dve stretnú, dojde k anihilácii a premenia sa nafotóny.Ke¤ sa stretnú dostato£ne energetické fotóny, môºe prebehnúópa£ný proces.

Na za£iatku bol vesmír vyplnený bublajúcou polievkou £astíc,anti£astíc a fotónov. Pri ochladzovaní prestali by´ fotóny dosénergetické, prestala prebieha´ spätná premena, £astice uº ibaanihilovali.Zostalo po nich kozmické ºiarenie.




Ku kaºdej £astici existuje anti£astica.

Ke¤ sa tieto dve stretnú, dojde k anihilácii a premenia sa nafotóny.

Ke¤ sa stretnú dostato£ne energetické fotóny, môºe prebehnúópa£ný proces.

Na za£iatku bol vesmír vyplnený bublajúcou polievkou £astíc,anti£astíc a fotónov. Pri ochladzovaní prestali by´ fotóny dosénergetické, prestala prebieha´ spätná premena, £astice uº ibaanihilovali.

Zostalo po nich kozmické ºiarenie.




Ku kaºdej £astici existuje anti£astica.

Ke¤ sa tieto dve stretnú, dojde k anihilácii a premenia sa nafotóny.

Ke¤ sa stretnú dostato£ne energetické fotóny, môºe prebehnúópa£ný proces.

Na za£iatku bol vesmír vyplnený bublajúcou polievkou £astíc,anti£astíc a fotónov. Pri ochladzovaní prestali by´ fotóny dosénergetické, prestala prebieha´ spätná premena, £astice uº ibaanihilovali.

Zostalo po nich kozmické ºiarenie.







Prebytok hmoty!

To znamená ºe pri Big Bangu vzniklo viac hmoty ako antihmoty.

Táto asymetria nie je ve©ká, ale aj tak zatia© nevidíme dôvod, abyvznikla.

Rovnako nevidíme dôvod, aby pôvodná polievka bublala jednýmsmerom viac, ako druhým.

Teóriu je potrebné nejak modi�kova´, ale nikto nevie ako.



Prebytok hmoty!

To znamená ºe pri Big Bangu vzniklo viac hmoty ako antihmoty.

Táto asymetria nie je ve©ká, ale aj tak zatia© nevidíme dôvod, abyvznikla.

Rovnako nevidíme dôvod, aby pôvodná polievka bublala jednýmsmerom viac, ako druhým.

Teóriu je potrebné nejak modi�kova´, ale nikto nevie ako.


Povaha tmavej hmoty

To ale nie je v²etko. Vo vesmíre je ve©mi ve©a hmoty, ktorúnevidíme! Vieme o nej iba z jej gravita£ného pôsobenia, napríkladz rota£ných kriviek galaxií.

Kaºdý objekt vo vesmíre, vrátane na²ej zeme, má okolo seba halo ztmavej hmoty.Ke¤ sa to poriadne zmeria, tejto hmoty je 5-krát viac ako tejºiariacej!�o tvorí túto hmotu? Myslíme si, ºe sú to nejaké £astice, ale aké?A naozaj sú?


Povaha tmavej hmoty


Kaºdý objekt vo vesmíre, vrátane na²ej zeme, má okolo seba halo ztmavej hmoty.

Ke¤ sa to poriadne zmeria, tejto hmoty je 5-krát viac ako tejºiariacej!

�o tvorí túto hmotu? Myslíme si, ºe sú to nejaké £astice, ale aké?A naozaj sú?


Povaha tmavej hmoty


Kaºdý objekt vo vesmíre, vrátane na²ej zeme, má okolo seba halo ztmavej hmoty.

Ke¤ sa to poriadne zmeria, tejto hmoty je 5-krát viac ako tejºiariacej!

�o tvorí túto hmotu? Myslíme si, ºe sú to nejaké £astice, ale aké?A naozaj sú?


Kozmologická kon²tanta a tmavá energia

To ale stále nie je v²etko. Vo vesmíre je toho e²te ve©a, £onevidíme! A tohto je dokonca ove©a viac ako tých vecí predtým.

To vieme na základe toho, ºe rozpínanie vesmíru sa zrých©uje atmavá energia to spôsobuje. Je to extra £len v Einsteinovychrovniciach, ktorý zodpovedá kon²tantnej energii vákua. Pretokozmologiká kon²tanta.Najprirodzenej²ie vysvetlenie tmavej energie je energia kvantovéhovákua.To dáva hodnotu, ktorá je prive©ká o 120 rádov !!! Najhor²iateoretická predpove¤ v histórii.Takºe problémov máme hne¤ nieko©ko.



To ale stále nie je v²etko. Vo vesmíre je toho e²te ve©a, £onevidíme! A tohto je dokonca ove©a viac ako tých vecí predtým.To vieme na základe toho, ºe rozpínanie vesmíru sa zrých©uje atmavá energia to spôsobuje. Je to extra £len v Einsteinovychrovniciach, ktorý zodpovedá kon²tantnej energii vákua. Pretokozmologiká kon²tanta.Najprirodzenej²ie vysvetlenie tmavej energie je energia kvantovéhovákua.

To dáva hodnotu, ktorá je prive©ká o 120 rádov !!! Najhor²iateoretická predpove¤ v histórii.Takºe problémov máme hne¤ nieko©ko.



To ale stále nie je v²etko. Vo vesmíre je toho e²te ve©a, £onevidíme! A tohto je dokonca ove©a viac ako tých vecí predtým.

To vieme na základe toho, ºe rozpínanie vesmíru sa zrých©uje atmavá energia to spôsobuje. Je to extra £len v Einsteinovychrovniciach, ktorý zodpovedá kon²tantnej energii vákua. Pretokozmologiká kon²tanta.

Najprirodzenej²ie vysvetlenie tmavej energie je energia kvantovéhovákua.

To dáva hodnotu, ktorá je prive©ká o 120 rádov !!! Najhor²iateoretická predpove¤ v histórii.

Takºe problémov máme hne¤ nieko©ko.



�o umrav¬uje kvantové vákuum a zniºuje jeho astronomicky ve©kúhodnotu?

�o spôsobuje relatívne malú hodnotu kozmologickej kon²tanty?

Supersymetria?Strunová teória a antropický princíp?Nejaká exotická £astica?Sme úplne mimo a potrebujeme modi�kova´ na²u teóriu?










Supersymetria?

Strunová teória a antropický princíp?Nejaká exotická £astica?Sme úplne mimo a potrebujeme modi�kova´ na²u teóriu?





Supersymetria?Strunová teória a antropický princíp?

Nejaká exotická £astica?Sme úplne mimo a potrebujeme modi�kova´ na²u teóriu?





Supersymetria?Strunová teória a antropický princíp?Nejaká exotická £astica?

Sme úplne mimo a potrebujeme modi�kova´ na²u teóriu?







�asticová fyzika


�asticová fyzika

Svet elementárnych £astíc je iný ako ten ná². Rozhodujúcu úlohu v¬om hrá kvantová mechanika a relativita.

Rozumieme mu v²ak ve©mi dobre. Teória, ktorá ho popisuje, savolá �tandardný model a popisuje v²etky procesy na ²kálach odpriblºne 10−19 m.


�asticová fyzika

�astice sa ako lego (pod©a nejakých pravidiel) skladajú z men²íchkúskov.

Tie komplikovanej²ie sa rýchlo rozpadajú na tie jednoduch²ie,napríklad Λ0 za 2.6 × 10−10 s, a preto ich len tak ©ahko nevidíme.Potrebujeme na to ozrutné prístroje.Takto teória vyzerá, ke¤ sa to poriadne rozpí²e ...


�asticová fyzika


Tie komplikovanej²ie sa rýchlo rozpadajú na tie jednoduch²ie,napríklad Λ0 za 2.6 × 10−10 s, a preto ich len tak ©ahko nevidíme.Potrebujeme na to ozrutné prístroje.Takto teória vyzerá, ke¤ sa to poriadne rozpí²e ...


�asticová fyzika


Tie komplikovanej²ie sa rýchlo rozpadajú na tie jednoduch²ie,napríklad Λ0 za 2.6 × 10−10 s, a preto ich len tak ©ahko nevidíme.Potrebujeme na to ozrutné prístroje.

Takto teória vyzerá, ke¤ sa to poriadne rozpí²e ...


�asticová fyzika


Tie komplikovanej²ie sa rýchlo rozpadajú na tie jednoduch²ie,napríklad Λ0 za 2.6 × 10−10 s, a preto ich len tak ©ahko nevidíme.Potrebujeme na to ozrutné prístroje.

Takto teória vyzerá, ke¤ sa to poriadne rozpí²e ...


�asticová fyzika


�asticová fyzika


�asticová fyzika

�tandardný model funguje ve©mi dobre, má v²ak nieko©ko chybi£iekkrásy.

Obsahuje ve©a (∼ 30) vo©ných parametrov, ktore nemajú ºiadnurozumnú ²truktúru.

Hmotnos´ Higgsovej £astice vyºaduje neprirodzené vykrátenieve©kých £ísel.

Neobsahuje kandidátov na £astice tmavej hmoty a nevysvet©ujeprebytok hmoty nad antihmotou.

Niektoré výsledky sa z neho e²te nepodarilo vypo£íta´.


Uväznenie kvarkov

Nikto nikdy nevidel osamotený kvark. A nie ºe by to ©udianeskú²ali.

Skú²ali to aº tak, ºe sa verí tomu, ºe sa to ani nedá a kvarky samôºu nachádza´ iba v skupinách ako vä£²ie £astice.

Mechanizmus by mohol by´ napríklad takýto.


Uväznenie kvarkov

Sila väzby medzi kvarkami rastie so vzdialenosóu.

Ke¤ sú kvarky ve©mi ¤aleko od seba, nahromadí sa dostatokenergie.

Z nahromadenej energie vznikne pár kvark-antikvark.

Tento proces by v²ak mal zo �tandardného modelu nejak vyplývaá mal by sa da´ odvodi´.

To sa zatial nikomu nepodarilo.


Uväznenie kvarkov







Uväznenie kvarkov







Uväznenie kvarkov







Fyzika za ²tandardným modelom

�al²ou chybi£kou krásy je, ºe �tandardný model je ZLÝ.

Vieme, ºe je neúplný. Ak sa ho za£neme pýta´ nepríjemné otázky,zneistie a jeho odpovede prestanú dáva´ zmysel.

Nijakým spôsobom nepopisuje gravitáciu.

H©adáme teda teóriu, ktorá by tieto problémy odstránila a napatri£ných ²kálach ²tandardný model zreprodukovala.



�al²ou chybi£kou krásy je, ºe �tandardný model je ZLÝ.

Vieme, ºe je neúplný. Ak sa ho za£neme pýta´ nepríjemné otázky,zneistie a jeho odpovede prestanú dáva´ zmysel.

Nijakým spôsobom nepopisuje gravitáciu.

H©adáme teda teóriu, ktorá by tieto problémy odstránila a napatri£ných ²kálach ²tandardný model zreprodukovala.



Kandidátov je ve©a,

aº príli² ve©a. Okrem iných

vnútorná ²truktúra kvarkov,

rôzne teórie ve©kého zjednotenia,

²truktúra priestoru na malých ²kálach,

strunové teórie,

a ...



Kandidátov je ve©a, aº príli² ve©a.

Okrem iných




strunové teórie,

a ...



Kandidátov je ve©a, aº príli² ve©a. Okrem inýchvnútorná ²truktúra kvarkov,

rôzne teórie ve©kého zjednotenia,²truktúra priestoru na malých ²kálach,strunové teórie,a ...



Kandidátov je ve©a, aº príli² ve©a. Okrem inýchvnútorná ²truktúra kvarkov,rôzne teórie ve©kého zjednotenia,

²truktúra priestoru na malých ²kálach,strunové teórie,a ...



Kandidátov je ve©a, aº príli² ve©a. Okrem inýchvnútorná ²truktúra kvarkov,rôzne teórie ve©kého zjednotenia,²truktúra priestoru na malých ²kálach,

strunové teórie,a ...



Kandidátov je ve©a, aº príli² ve©a. Okrem inýchvnútorná ²truktúra kvarkov,rôzne teórie ve©kého zjednotenia,²truktúra priestoru na malých ²kálach,strunové teórie,

a ...



Kandidátov je ve©a, aº príli² ve©a. Okrem iných




strunové teórie,

a ...


Supersymetria

Roz²írenie ²tandardného modelu o nové £astice. Symetria preto, ºenové £astice sú s pôvodnými intímne spojené.

Toto roz²írenie je ve©mi prirodzené.

Nové £astie sú ve©mi taºké a preto ich nie je normálne vidie´.Mohli by sa v²ak ukáza´ v zráºkach na LHC.

Supersymetria obsahuje kandidátov na tmavú hmotu, vná²a svetlodo problému kozmologickej kon²tanty, dá sa do nej vloºi´gravitácia, rie²i mnoho �estetických� problémov ...

Kone£ným rozhodnutím, a to nie len v tomto prípade, budeexperiment.


Supersymetria

Roz²írenie ²tandardného modelu o nové £astice. Symetria preto, ºenové £astice sú s pôvodnými intímne spojené.

Toto roz²írenie je ve©mi prirodzené.

Nové £astie sú ve©mi taºké a preto ich nie je normálne vidie´.Mohli by sa v²ak ukáza´ v zráºkach na LHC.

Supersymetria obsahuje kandidátov na tmavú hmotu, vná²a svetlodo problému kozmologickej kon²tanty, dá sa do nej vloºi´gravitácia, rie²i mnoho �estetických� problémov ...

Kone£ným rozhodnutím, a to nie len v tomto prípade, budeexperiment.


Namiesto záveru


Turbulencia


Povaha temnej hmoty

Kozmologická kon²tanta a temná energia

Uväznenie kvarkov


Supersymetria


V¤aka za va²u pozornos´!


Date post:	25-Oct-2020
Category:	Documents
Upload:	others
View:	3 times
Download:	0 times

Nad cím si dnes lámu hlavu teoretickí fyzici - FKSjuro/docs/strajk_2016.pdf · Nad £ím si dnes...

Documents