Dmitry Podolsky hat für sein Blog NEQNET eine Top-10-Liste offener Probleme in der Physik verfasst. Die Liste ist ausführlich und sehr lesenswert, aber wenn jemand nicht alles oder nicht auf englisch lesen möchte, hier eine kleine Zusammenfassung von mir:
- Was ist Zeit? Wir leben makroskopisch in einer vierdimensionalen Welt. Drei Raumrichtungen plus Zeit. Aber was ist Zeit? Warum gibt es nur eine Zeitdimension? Und was hat es mit der Richtung der Zeit auf sich, was mit den Strukturen die sich aus der Gestalt der Raumzeit ergeben (z.B. schwarze Löcher). Macht es Sinn, nach dem Anfang der Zeit zu fragen?
- Die Ausdehnung des Universums Das Universum dehnt sich konstant beschleunigt aus, getrieben von der “kosmologischen Konstante”. So stecken fast 70% der Energie des Universums in dieser “Dunklen Energie” und niemand hat mehr als Mutmaßungen was das eigentlich ist.
- Turbulenz Es mag ja geradezu lächerlich anmuten im Vergleich zu den großen Fragen um Zeit und Raum, aber wir wissen nicht, wie man Turbulenz analytisch behandeln kann. Für eine Lösung der bestimmenden Navier-Stokes-Gleichung ist sogar 1 Million Dollar Preisgeld ausgesetzt. Aber weit jenseits davon wird sich kaum ein Aspekt des täglichen Lebens finden lassen, in dem man durch eine Lösung von Turbulenzproblemen in Strömungen keine Verbesserungen erzielen könnte.
- Quark-Confinement Der Aufbau von Proton und Neutron bereitet großes Kopfzerbrechen. Ja, drei Quarks bestimmen die Eigenschaften, aber in Wahrheit ist so ein Nukleon ein See aus den bestimmenden Quarks, spontan auftauchenden Quark-Antiquark-Paare und einem Riesengewölle aus Gluonen. Und es ist unmöglich ein Proton aufzubrechen und Quarks herauszuziehen, da die Kopplung der Starken Kraft sich so eigenartig verhält. Warum?
- M-Theorie Die 11-dimensionale Generalisierung der String-Theorien kann vieles erklären, Massenverhältnisse, die Gravitation ist enthalten. Aber viele Fragen sind ungeklärt, die letztlich entscheiden werden ob die M-Theorie die letzte große Theorie der Physik sein wird oder nur 40 Jahre Rechenübung. Aber die M-Theorie ist für eine flache Raumzeit definiert, welche Rolle spielen daher dual korrespondierende Theorien (z.B. AdS/CFT) und kann man so zur gekrümmten Raumzeit übergehen?
- Schwarze Löcher Als Singularität in der Raumzeit würden Schwarze Löcher Informationen aus dem Universum absaugen. Ist das so? Es gibt viele Erklärungsansätze, verschiedene Theorien wie man das auflösen könnte. Warum ist das so wichtig? Weil die Erhaltung aller Information im Universum eine Grundsäule aller Feldtheorien (auch der Stringtheorie) ist.
- Kernfusion Endlich mal etwas, das theoretisch gut verstanden ist. Kernfusion – die Energiequelle die uns speist. Aber nur durch die Sonne – können wir diese Energiequelle technisch erschließen? Die Plasmen sind instabil und man bräuchte wirklich große Magnetfelder zur Kontrolle, dazu muss man aber auch…
- Hochtemperatur-Supraleitung verstehen. Die Tieftemperatur-Supraleitung ist erfolgreich von Bardeen, Schrieffer und Cooper erklärt worden. Aber bei höheren Temperaturen (vielleicht eines Tages sogar bei Raumtemperatur?) sind immer wieder neue Supraleitungs-Effekte aufgetaucht, die man noch nicht erklären kann. Wenn wir das könnten und wenn wir Raumtemperatur-Supraleitung erreichen können, krempeln wir damit die Welt um!
- Dunkle Materie Es ist so frustrierend, alles was wir erklären können an Materie mit unseren schönen Feldtheorien und dem Standardmodell, macht nur 4% der Materie im Universum aus. Neben 70% Dunkler Energie, zu der wir gar nichts haben; gibt es die Dunkle Materie. Diese konnte wenigstens über ihre Gravitationswirkung nachgewiesen werden, aber sie ist nicht direkt beobachtbar. Es gibt mehrere Kandidaten für Dunkle Materie, aber welcher ist der richtige?
- Ultrahochenergetische kosmische Strahlen In der kosmischen Strahlung werden Teilchen einer Energie gemessen, die es gar nicht geben dürfte nach unserem Verständnis – denn sie müssten eigentlich bei dieser Energie mit dem Mikrowellenhintergrund des Universum reagieren. Auch hier gibt es Ansätze zur Eklärung, und das Pierre Auger-Experiment kümmert sich hauptsächlich um diese Frage
Na, ist euch der Kopf explodiert? Eine ganz schöne Liste hat Dmitry da aufgestellt, und hat auch noch ein paar Bonusfragen parat, in den Kommentare gibt es noch mehr Hinweise. Aber im Großen und Ganzen: Wer auf einen Nobelpreis schielt sollte sich mal hinsetzen und einen wesentlichen Beitrag zu einem der obigen Probleme leisten 😉
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