Tijd, ruimte, licht: discreet vs. continu

Vladimir Lenin

Ik zit in een intressante discussie verwikkeld, de vraag is:

Zijn tijd, ruimte en licht continu of discreet?

eendavid

Over de eerste 2 kan je discussiëren, verschillende fysici geven verschillende antwoorden. Er zijn wel wat indicaties dat ruimte discreet is (en dan bedoel ik werkelijk ruimte, dus niet oppervlakte, volume, lengte). Naar analogie zou je verwachten dat tijd discreet is. Maar zolang je geen kwantumtheorie hebt die de ruimtetijd beschrijft zal er geen antwoord zijn waar iedereen het over eens is.

De derde daarentegen is goedbegrepen: 'licht is opgebouwd uit fotonen', dus wordt opgebouwd uit een aftelbaar aantal elementen. Het is wel van belang te specifiëren wat je bedoelt met 'licht is discreet', dus als er nog discussie is, dan is het in een andere zin dan met standaardtaal wordt bedoeld (en dat moet je de vraag beter specifiëren).

ghrasp

T een sluit t ander ook niet uit bijv golven op een strand ; continu en discreet.

Vladimir Lenin

Zou er nog wat geargumenteerd kunnen worden. Verder heb ik ook nog een andere vraag, als een deeltje bestaat in één dimensie, moet het dan noodzakelijk in de andere dimensies bestaan.

of m.a.w. is de ruimte zo:

\(\rr^n\)

of meer iets in de vorm van

\(\left\{\rr^1,\rr^2,\rr^3,...\right\}\)

is het mogelijk dat er in het heelal een subruimte bestaat met meer of minder dimensies, en hoe?

mathfreak

In de algemene relativiteitstheorie wordt het heelal opgevat als een vierdimensionale ruimte die wiskundig als een zogenaamde vierdimensionale Riemannvariëteit wordt opgevat. In de snarentheorie veronderstelt men dat het heelal oorspronkelijk uit 10 dimensies bestond, maar dat we op gewone schaal alleen de bekende 4 dimensies uit de algemene relativiteitstheorie waar kunnen nemen, en dat de overige 6 dimensies zodanig zijn ingekrompen dat deze op gewone schaal niet waarneembaar zijn.

kotje

eendavid schreef:

De derde daarentegen is goedbegrepen: 'licht is opgebouwd uit fotonen', dus wordt opgebouwd uit een aftelbaar aantal elementen.

Wat doet ge dan met de theorie van Maxwell? Zijn vergelijkingen zien het licht als electromagnetische golven, die zich in het vacuum voortplanten met een snelheid c.

kotje

Zou ruimtetijd ook geen abstractie(hulpmiddel,kader) kunnen zijn door Einstein ingevoerd om zijn wiskunde in te bedrijven zonder dat ze in de werkelijkheid bestaat. Want naar ik meen is ruimtetijd nog niet experimenteel waargenomen.

eendavid

Wat doet ge dan met de theorie van Maxwell?

We kwantiseren hem. Dan blijkt dat het veld is opgebouwd uit discrete brokken, het wordt geschreven in termen van creatie en annihilatie-operatoren inwerkend op een Fock ruimte.

Voor mensen die gecompactifieerde dimensies, supersymmetrie, snaren, ... wat teveel onderstellingen vinden: snaartheorie is geenszins de enige kandidaat voor de gezochte theorie. In loop quantum gravity zijn zo'n onderstellingen niet nodig (we werken bijvoorbeeld gewoon in 4 dimensies). Een van de meest besproken resultaten van loop quantum gravity is dat het voorspelt dat lengte, oppervlakte en volume discreet zijn. De toegestane toestand van de ruimte wordt beschreven door een aftelbare basis, een eigenschap hier is dus dat ruimte discreet is (natuurlijk blijft de coördinaat van een positie hier continu, maar zoals algemeen bekend hebben coördinaten geen fysische betekenis). Tijd is veel minder goed begrepen in deze theorie.

Momenteel wordt vooral onderzoek gedaan naar zogenaamde 'spin foam' modellen. Hierin wordt de ruimtetijd gezien als opgebouwd uit discrete brokken. De recent voorgestelde EPRL modellen worden op de 3D rand van de 4D ruimtetijd precies beschreven door de toestanden van de ruimte die we daarnet zagen. Wat precies de betekenis is van de ruimtetijd-brokken in deze modellen is zeker niet duidelijk, maar men kan vermoeden dat ook tijd discrete eigenschappen zal hebben in spin foam modellen. Ook het gedrag van materie in deze spin foam modellen is niet goed begrepen, maar het is ook mogelijk dat vrijheden van materie op de rand gecodeerd moeten worden.

Het is prima mogelijk dat om een lager dimensionale subruimte van ons heelal te vinden, bijvoorbeeld het oppervlak van je computerscherm is een lagerdimensionale subruimte in ons heelal.

TD

Wat doet ge dan met de theorie van Maxwell? Zijn vergelijkingen zien het licht als electromagnetische golven, die zich in het vacuum voortplanten met een snelheid c.

We kwantiseren hem.

Zie bijvoorbeeld hier voor een hoofdstuk over de kwantisatie van het EM-veld.

kotje

eendavid schreef:

We kwantiseren hem

Maxwell kwantiseren om te bewijzen dat het licht uit fotonen bestaat. Dat wil toch ook niet zeggen dat het licht niet kan opgevat worden als een electromagnetische golf(complementair). Ik heb in de tijd gezien dat bij elk veld tenminste een elementair deeltje hoort en omgekeerd.

Het is 44 jaar geleden sedert mijn universitaire studies, ik kan begrijpen dat sedert die tijd de wiskundige natuurkunde geweldig vooruit is gegaan. Het is dus normaal dat alles wat ge zegt in je post boven mijn petje gaat. Wat ik graag zou weten is of er een experimenteel bewijs bestaat voor de ruimtetijd. Ik meen trouwens dat alle grote revoluties in de natuurkunde gepaard gaan met een andere interpretatie van dit basisbegrip (abstractie of werkelijk bestaand). Als voorbeeld ziet men de absolute ruimte en tijd van Newton, de ruimtetijd(ruimte en tijd gemengd) van Einstein, de supersnaartheorie met zijn 9 dimensies en 1 tijddimensie en de M-theorie met nog een ruimtedimensie erbij.

eendavid

Natuurlijk bestaat er een hele hiërarchie van modellen over het elektromagnetisme. We kunnen van de straalbenadering naar de kwantumoptica gaan, en gaan hiermee van een steeds betere benadering tot de tot hiertoe meest nauwkeurige theorie. Als een vraag wordt gesteld zonder dat naar een specifiek model wordt verwezen, dan staat daar impliciet: gelieve de uitleg te doen in het meest eenvoudige model dat hetzelfde resultaat geeft als de meest nauwkeurige theorie. Met de kwantumtheorie van het elektromagnetische veld wordt het elektromagnetische veld gezien als opgebouwd uit discrete brokken, met de benadering via de Maxwellvergelijkingen niet. Dus antwoorden we met behulp van de resultaten uit de kwantumoptica. Dat deze theorie niet zo eenvoudig is, is natuurlijk niet aangenaam, maar voorlopig lukt het niet eenvoudiger.

Er zijn trouwens ook veel daarbraken gebeurd die niets met ruimtetijd te maken hebben. De meest opvallende afwezige in je lijstje is kwantummechanica

. De variëteit ruimtetijd die Einstein gebruikte in zijn formulering is inderdaad een artificieel hulpmiddel. Zie bijvoorbeeld Penrose and Rindler, Spinors and Spacetime voor een andere kijk.

edit: een kort citaat uit Penrose en Rindler:

Spinor calculus may be regarded as applying at a deeper level of structure of space-time than that described by the standard world-tensor calculus.

Dus het werken in de raakruimte is verre van nodig. Ook de continuïteit die ondersteld wordt met de structuur van de variëteit is een eigenschap die niet door iedereen als noodzakelijk wordt gezien. Met 'group field theory' wordt de ruimtetijd gerealiseerd als een soort combinatorisch concept. Dus het antwoord is: ja, ons beeld over de ruimte-tijd is zeker niet dat van een onomstotelijke waarheid.

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

Tijd, ruimte, licht: discreet vs. continu

Tijd, ruimte, licht: discreet vs. continu

Re: Tijd, ruimte, licht: discreet vs. continu

Re: Tijd, ruimte, licht: discreet vs. continu

Re: Tijd, ruimte, licht: discreet vs. continu

Re: Tijd, ruimte, licht: discreet vs. continu

Re: Tijd, ruimte, licht: discreet vs. continu

Re: Tijd, ruimte, licht: discreet vs. continu

Re: Tijd, ruimte, licht: discreet vs. continu

Re: Tijd, ruimte, licht: discreet vs. continu

Re: Tijd, ruimte, licht: discreet vs. continu

Re: Tijd, ruimte, licht: discreet vs. continu