Kleine Umfrage: Offene Fragen in QM und Kosmologie

[Job]

Hallo zusammen,

mich würde Eure Einschätzung interessieren, was aus Eurer Sicht (allgemein oder persönlich) derzeit zu den wichtigsten noch offenen Fragen in der QM oder Kosmologie gehört. Ich schlage vor, dass jeder nur drei Fragen oder Probleme nennen kann, um das Ganze überschaubar zu halten und das wir eine evtl. Diskussion und Antworten (bis auf Verständnisfragen) zunächst zurückstellen. Ich würde das Ergebnis dann in ca. 2 Wochen in einer Liste zusammenfassen und bei Bedarf noch das eine oder andere Thema vertiefen wollen, soweit dies in diesem Forum nicht bereits geschehen ist.

Meine drei Fragen sind

1. Ist es prinzipiell möglich, den 2. Hauptsatz der Thermodynamik aus der QM abzuleiten und wenn nein, was bedeutet das ?
2. Was ist die dunkle Energie?
3. Wie vertragen sich das Pauliprinzip und die Singularitäten in der ART?

Danke und Gruß
Job

[tomS]

Drei Fragen sind sehr wenig. M.E. sollte man mit ca. 10 Fragen anfangen und diese dann verdichten bzw. entsprechend abstrahieren.

Ich hab' mal etwas im Internet recherchiert; man findet diverse gute Seiten zu dem Thema. Dann hab ich bei Baez, Gross, etc. gespickt und folgenden drei Fragen für mich abgeleitet:

• What is the meaning of quantum mechanics?
  (includes the meaning of measurement, wavefunction collapse, many worlds interpretation, decoherence, arrow of time vs. unitary time evolution …)
• What is the fundamental theory of spacetime and how can we test this theory?
  (includes quantum gravity, definition of string theory incl. landscape, fundamental degrees of freedom, why four dimensions, big bang, black holes and information paradox, cosmic censorship hypothesis, chronological protection conjecture, topology of the universe, …)
• What is the fundamental theory of matter fields and how can we test this theory?
  (includes string- / M-theory, SUSY / GUT, fermion generations, gauge group, UV-completion, substructure, nature of the Higgs, calculation of masses / coupling constants / other parameters, …; bullet point 2 or 3 include also dark matter, dark energy ))

Ich habe noch eine Frage, die etwas aus der Rolle fällt:

• What is the ontological status of physical theories?

[Job]

Drei Fragen sind sehr wenig. M.E. sollte man mit ca. 10 Fragen anfangen und diese dann verdichten bzw. entsprechend abstrahieren.

Ja, Du hast recht, da auch die Themen eine sehr unterschiedliche Granularität haben können. Also machen wir bis zu 10 Fragen. Ich versuche es dann am Ende wie vorgeschlagen zu gruppieren. Ich habe auch im Internet ein paar Hitlisten mit den gängigen Fragen gefunden, wollte aber auch Raum für "Unvorhergesehenes" und persönliche Prioritäten lassen. Ich hoffe, dadurch ergeben sich noch ein paar Punkte, die interessant sind, aber sonst normalerweise nicht auftauchen.

[tomS]

Gut.

Lass' meine Fragen jedenfalls so stehen; die Gruppierung hab' ich für mich selbst schon erledigt.

[positronium]

Kleine Umfrage: Offene Fragen in QM und Kosmologie

Ich denke, die wichtigste Frage ist: Wie können die beiden Punkte des Threadbetreffs, also "QM und Kosmologie" vereinigt werden? Dadurch dürften sich andere Frage auflösen.

[gravi]

Was hat nun wirklich zur Geburt unseres Universums geführt?
Welche der vielen Theorien ist die richtige, oder war es gar ganz anders?

Gruß
gravi

[breaker]

Für mich zur Zeit spannend:

1. Was sind die Konsequenzen aus den BICEP-Ergebnissen für die Stringtheorie?

2. Was ist die richtige Lösung zum Firewall-Problem?

[gradient]

Hallo zusammen,

zu BICEP2&Stringtheorie, der String-Landscape und phänomenologischen Konsequenzen der Stringtheorie (bzw. Supergravitation) könnte ich etwas beisteuern, da ich mich im Rahmen meiner Promotion mit String-Inflation/-Kosmologie beschäftige.

Ich schließe mich der Frage zur Firewall an. Auch, was Dark Energy ist, aber das wird nicht zielführend werden, weil man wirklich im Dunkeln tappt.

MfG
Patrick

[Analytiker]

Drei wichtige Fragen beschäftigen mich, zum Einen, ob die pseudokomplexe Umformung der Relativitätstheorie zutreffend ist, was zwei Fragen beantworten kann.

http://abenteuer-universum.de/bb/viewto ... f=6&t=2696

Wenn Greiner Recht hat, dann ist die Singularitäten-Frage gelöst und die Frage nach der Dunklen Energie, denn nach Greiner existieren weder Singularitäten noch die Dunkle Energie. Bezüglich Schwarzer Löcher ist seine Theorie überprüfbar. Im Frühjahr wird wohl mit dem Teleskop ALMA und den mm-VLBI-Instrumenten das Zentrum der Milchstraße genau unter die Lupe genommen werden.

Die Frage der Interpretation der BICEP2-Messungen ist natürlich sehr interessant. Möglicherweise wird es darauf im Oktober schon eine Antwort gegen, wenn die Planck-Daten hinsichtlich der Polarisationsmuster in der Hintergrundstrahlung veröffentlicht werden.

Kurzum die Beantwortung der Singularitäten-Frage, weiterhin die Fragen, was ist Dunkle Energie und was ist nun mit primordialen Gravitationswellen, sind für mich besonders interessant.

Viele Grüße,
Analytiker

[tomS]

Ist das Firewall-Problem nicht nur ein Scheinproblem, das daraus resultiert, dass man die qm Freiheitsgrade des Gravitationsfeldes nicht kennt und nicht angemessen beruecksichtigt?

[breaker]

Ist das Firewall-Problem nicht nur ein Scheinproblem, das daraus resultiert, dass man die qm Freiheitsgrade des Gravitationsfeldes nicht kennt und nicht angemessen beruecksichtigt?

Selbst wenn, dann muss doch eine der Annahmen

Postulate 1: The process of formation and evaporation of a black hole, as viewed
by a distant observer, can be described entirely within the context of standard
quantum theory. In particular, there exists a unitary S-matrix which describes
the evolution from infalling matter to outgoing Hawking-like radiation.
Postulate 2: Outside the stretched horizon of a massive black hole, physics can
be described to good approximation by a set of semi-classical field equations.
Postulate 3: To a distant observer, a black hole appears to be a quantum system
with discrete energy levels. The dimension of the subspace of states describing a
black hole of mass M is the exponential of the Bekenstein entropy S(M).

falsch sein, oder? Es wäre interessant, zu wissen, welche.

zu BICEP2&Stringtheorie, der String-Landscape und phänomenologischen Konsequenzen der Stringtheorie (bzw. Supergravitation) könnte ich etwas beisteuern, da ich mich im Rahmen meiner Promotion mit String-Inflation/-Kosmologie beschäftige.

Ja, das wäre interessant!

[tomS]

Postulate 1: The process of formation and evaporation of a black hole, as viewed
by a distant observer, can be described entirely within the context of standard
quantum theory. In particular, there exists a unitary S-matrix which describes
the evolution from infalling matter to outgoing Hawking-like radiation.
Postulate 2: Outside the stretched horizon of a massive black hole, physics can
be described to good approximation by a set of semi-classical field equations.
Postulate 3: To a distant observer, a black hole appears to be a quantum system
with discrete energy levels. The dimension of the subspace of states describing a
black hole of mass M is the exponential of the Bekenstein entropy S(M).

Zu 1: "Hawking-like radiation" muss wohl bedeuten, dass keine thermische Strahlung vorliegt, denn andernfalls wäre die S-Matrix nicht unitär (thermische Strahlung = gemischter Zustand); d.h. dass die Quantenkorrekturen nicht nur "groß" sind, sondern dass man im eigtl. Sinne gar nicht mehr von Korrekturen sprechen darf.
Zu 2: OK
Zu 3: Ich sehe keinen Grund, warum man dem Objekt eine Entropie S(M) > 0 zuordnen sollte, wenn man gemäß (1) ausschließlich reinen Zustände und unitäre Zeitentwicklung fordert. Die Entropie entsteht doch nur durch Ausspuren / Vernachlässigen von Freiheitsgraden.

Betrachten wir als Alternative eine Quantentheorie inkl. fundamentaler Freheitsgrade des Gravitationsfeldes. Dann haben wir einen Hilbertraum, einen Hamiltonian H und einen Zeitentwicklungsoperator U = exp(-iHt); dabei ist ggf. H ~ 0. Sowohl vor als auch nach dem Kollaps liegen reine Zustände vor. Dann wäre die thermische Strahlung sowie die Entropie (auf einem geeigneten Unterraum) lediglich eine effektive Näherung, die man durch Ausspuren von Freiheitsgraden erhält (ähnlich wie im Falle der Dekohärenz). Das ist meine Lösung des Problems (wobei ich weiß, dass die Konstruktion von H die eigtl. Herausforderung darstellt ;-)

[Job]

Hallo zusammen,

erstmal muss ich mich für die sehr späte Zusammenfassung der Umfrage entschuldigen. Ich werde in Zukunft Umfragen nur noch dann starten, wenn es keine ähnlichen bereits gegeben hat und ich wirklich die Zeit habe, sie dann auch zu bearbeiten.
Da es relativ wenige Beiträge gab, habe ich die Fragen einfach pro Autor im Folgenden kurz aufgelistet. Ich schlage vor, dass diejenigen, die an einer Vertiefung von einzelnen Fragen interessiert sind, dafür ein neues Thema aufmachen. Einige davon sind ja auch im Forum bereits diskutiert worden.

Danke und viele Grüße
Job

• What is the meaning of quantum mechanics?
  (includes the meaning of measurement, wavefunction collapse, many worlds interpretation, decoherence, arrow of time vs. unitary time evolution …)
• What is the fundamental theory of spacetime and how can we test this theory?
  (includes quantum gravity, definition of string theory incl. landscape, fundamental degrees of freedom, why four dimensions, big bang, black holes and information paradox, cosmic censorship hypothesis, chronological protection conjecture, topology of the universe, …)
• What is the fundamental theory of matter fields and how can we test this theory?
  (includes string- / M-theory, SUSY / GUT, fermion generations, gauge group, UV-completion, substructure, nature of the Higgs, calculation of masses / coupling constants / other parameters, …; bullet point 2 or 3 include also dark matter, dark energy ))

Ich habe noch eine Frage, die etwas aus der Rolle fällt:

• What is the ontological status of physical theories?

Ich denke, die wichtigste Frage ist: Wie können die beiden Punkte des Threadbetreffs, also "QM und Kosmologie" vereinigt werden? Dadurch dürften sich andere Frage auflösen.

Was hat nun wirklich zur Geburt unseres Universums geführt?
Welche der vielen Theorien ist die richtige, oder war es gar ganz anders?

Für mich zur Zeit spannend:

1. Was sind die Konsequenzen aus den BICEP-Ergebnissen für die Stringtheorie?

2. Was ist die richtige Lösung zum Firewall-Problem?

Ich schließe mich der Frage zur Firewall an. Auch, was Dark Energy ist, aber das wird nicht zielführend werden, weil man wirklich im Dunkeln tappt.

Kurzum die Beantwortung der Singularitäten-Frage, weiterhin die Fragen, was ist Dunkle Energie und was ist nun mit primordialen Gravitationswellen, sind für mich besonders interessant.

1. Ist es prinzipiell möglich, den 2. Hauptsatz der Thermodynamik aus der QM abzuleiten und wenn nein, was bedeutet das ?
2. Was ist die dunkle Energie?
3. Wie vertragen sich das Pauliprinzip und die Singularitäten in der ART?