Când nu pot dormi, îmi place să mă gândesc la unele mari probleme din fizică. Unele dintre ele le-am tot frământat în minte de zeci de ani. Așadar, iată topul meu personal cu zece paradoxuri și probleme nerezolvate din fizică.
10. Creierul Boltzmann
Teoriile actuale despre univers spun că, peste vreo 10100 ani, materia din univers va fi extrem de rară pe volum de spațiu și se va grupa doar întâmplător, ca atomii care se mișcă într-un gaz. Dar aceste teorii mai spun și că universul va continua să existe pentru o eternitate.
În acest timp, se poate întâmpla, pur întâmplător, ca atomii să se asambleze într-o moleculă. Este improbabil, dar dacă aștepți suficient, se va întâmpla. Mai aștepți și obții o celulă, tot din întâmplare. Aștepți și mai mult și vei obține un creier întreg. De fapt, creierul tău exact va apărea, la sfârșitul universului, la un moment dat. Pur și simplu, din coincidență. Și nu doar o dată, ci de un număr infinit de ori.
Ce înseamnă asta? N-am nicio idee.
Notă scientia: Argumentul creierului Boltzmann sugerează că este mai probabil ca un singur creier să se formeze în mod spontan și în scurt timp într-un vid (împreună cu o falsă amintire a existenței în universul nostru) decât ca întregul univers să se formeze așa cum crede știința modernă. A fost propus mai întâi ca răspuns reductio ad absurdum la explicația timpurie a lui Ludwig Boltzmann privind starea de entropie scăzută a universului nostru (sursa).
9. De ce numere reale?
Potrivit celor mai bune teorii actuale din fizică, la nivel fundamental, natura este guvernată de teoria cuantică. Iar teoria cuantică se bazează pe numere complexe, cele care au o parte reală și o parte imaginară, implicând rădăcina pătrată din minus unu.
Totuși, dintr-un motiv necunoscut, tot ceea ce putem observa este întotdeauna exprimat în numere reale. Mi se pare extrem de ciudat. De ce este lumea observabilă bazată doar pe numere reale? E ca și cum fizica cuantică ascunde o parte din realitate față de noi.
Există un motiv mai profund pentru care se întâmplă asta? Sau înseamnă doar că e o parte a realității pe care încă nu știm cum să o observăm?
8. Paradoxul pierderii informației în găurile negre
În fizica cuantică, informația nu poate fi distrusă. Totuși, găurile negre par să o distrugă. Dacă ceva cade într-o gaură neagră, dispare definitiv. Singurul lucru care mai iese dintr-o gaură neagră este radiația Hawking — care este complet aleatorie și nu conține nicio informație, în afară de temperatura ei.
Atunci, ce se întâmplă? Ori fizica cuantică este greșită, ori ceea ce credem noi despre găurile negre este greșit.
> Citiți și - De ce paradoxul pierderii informației în găurile negre este nerezolvabil
7. Gravitația cuantică
Una dintre cele mai cunoscute consecințe ale fizicii cuantice este că particulele pot fi în două locuri simultan. Dar ce se întâmplă cu câmpul lor gravitațional? Ai putea crede că, dacă o particulă este în două locuri și câmpul ei gravitațional ar trebui să fie tot în două locuri.
Dar acest lucru nu este permis de teoria lui Einstein. Așadar, fie gravitația nu are proprietăți cuantice, fie câmpul gravitațional al particulelor aflate în două locuri nu se mișcă împreună cu particulele.
Care variantă este adevărată?
> Citește și - Gravitația cuantică și cea mai dificilă problemă a fizicii
6. Paradoxul Fermi
Unde sunt toți extratereștrii? De ce nu am auzit nimic de la ei?
Una dintre cele mai uimitoare descoperiri din ultimul deceniu este că sistemele planetare sunt mult mai comune decât se credea. În același timp, biochimiștii au descoperit că există multe moduri prin care moleculele se pot organiza în cicluri autocatalitice — adică cicluri auto-susținute care pot da naștere unor sisteme capabile de reproducere.
Practic, acestea sunt elementele de bază ale vieții. Așadar, de ce nu am avut nicio veste de la extratereștri? Suntem, pur și simplu, prea banali pentru că universul este plin de viață? Ne urmăresc de la distanță? Sau așteaptă să dezvoltăm tehnologia necesară și să facem noi primul pas spre contact?
> Citește și - De ce nu am reușit să contactăm extratereștrii până acum?
5. Complexitate și emergență
Această problemă este strâns legată de cea anterioară. Se pare că în univers complexitatea crește în timp. Avem din ce în ce mai multe structuri, structuri care se reproduc, viață, videoclipuri de reacție pe YouTube.
Dar ce este, de fapt, complexitatea? Și de ce dau legile naturii naștere la așa ceva?
Complexitatea este strâns legată de emergență — apariția unor trăsături și funcții noi. Dar în ambele cazuri, nu avem nicio definiție formală bună și niciun indiciu clar de ce universul s-ar comporta în acest fel.
Eu cred că rezolvarea acestei probleme este o condiție prealabilă pentru a înțelege conștiința.
> Citește și - Introducere în sistemele complexe
4. Paradoxul bunicului
Teoriile lui Einstein despre spațiu și timp permit, cel puțin matematic, călătoria în timp — de exemplu, prin găuri de vierme care merg înapoi în timp.
Dar dacă o astfel de călătorie ar fi fizic posibilă, ea ar duce la paradoxuri, cum ar fi celebrul paradox al bunicului: ce se întâmplă dacă te întorci în timp și îți omori accidental bunicul, astfel încât tu nu te mai naști și deci nu poți călători înapoi în timp?
Ce anume împiedică acest lucru să se întâmple? Sau de ce nu este posibilă călătoria în timp? Sau este posibilă, dar încă nu am descoperit cum?
> Citește și - Schimbă călătoria în trecut trecutul?
3. Săgeata timpului
Legile fundamentale ale naturii descoperite de fizicieni funcționează la fel înainte și înapoi în timp. Totuși, în viața de zi cu zi, direcția timpului este clară. Știm care e trecutul și care e viitorul.
Fizicienii explică de obicei asta prin faptul că universul a început, dintr-un motiv necunoscut, într-o stare de entropie foarte mică, iar de atunci entropia tot crește.
Totuși, nu cred că această explicație este satisfăcătoare, pentru că entropia în sine nu este definită riguros — depinde mereu de alegeri arbitrare. Fundamental, entropia universului era zero la început și este tot zero și acum.
Asta înseamnă că, în fapt, „creșterea entropiei” este doar un alt mod de a numi aceeași observație: anume că timpul are o direcție.
Unii au încercat să explice direcția timpului prin procesul de măsurare din fizica cuantică. Dar nici acel proces nu este înțeles bine, ceea ce ne duce la următoarea problemă:
2. Pisica lui Schrödinger
Experimentul mental al lui Erwin Schrödinger cu pisica vie și moartă în același timp ilustrează o consecință absurdă a fizicii cuantice: efectele ei nu rămân doar la scară microscopică, ci se extind inevitabil la nivel macroscopic, observabil.
În experiment, un atom care se dezintegrează și nu se dezintegrează, eliberează otravă și nu o eliberează, ucide pisica și nu o ucide.
Dar nu vedem așa ceva în realitate. De ce nu? E clar că comportamentul cuantic dispare la un moment dat, dar ce anume îl face să dispară?
Este dimensiunea obiectului? Masa lui? Sau, cum sugerează Penrose, auto-energia gravitațională a sistemului? Sau e vorba de ceva complet diferit?
> Citește și - Paradoxul pisicii lui Schrödinger
1. Paradoxul teleportorului
Aceasta e întrebarea dacă Kirk moare atunci când trece prin teleportor. Da, cred că este cu adevărat o întrebare de fizică.
Vezi tu, conform fizicii, dacă ai cunoaște pozițiile tuturor atomilor din corpul lui Kirk și mișcarea lor, ai putea scana informația, îl poți dezintegra în atomi, trimite acea informație altundeva și să îl reasamblezi. În principiu.
Sau, pentru că atomii sunt toți la fel, de ce să mai trimiți atomii? Poți trimite doar informația și să-l reasamblezi din alți atomi.
Dar mai este acesta același Kirk? Sau l-ai ucis pe Kirk și acum ai doar o copie?
Fizica cuantică spune că nu poți face o copie exactă a unei stări fără să distrugi originalul. Dar asta nu răspunde cu adevărat la întrebarea ce se întâmplă cu Kirk — din interior. Care este experiența lui? Moare sau nu?
Mă gândesc la asta de treizeci de ani.
Textul articolului este traducerea și adaptarea celui din videoclip.
