Why particles might not exist | Sabine Hossenfelder, Hilary Lawson, Tim Maudlin

Das Teilchen ist nur eine Schwingung im Feld. Wir müssen keine metaphysische andere Sache postulieren, die keine ernsthafte Physik ist. Ich glaube nicht, dass es eine ernsthafte physikalische Theorie gibt, die das besagt. Leute reden locker so, aber es ergibt keinen Sinn. Man kann also Teilchen nicht als Fluktuationen von Feldern betrachten, wenn die Felder nicht im Raumzeit sind. Es gibt Felder und Teilchen als eine separate Art von >> Es gibt immer verschiedene Wege, dasselbe zu betrachten. Es macht also keinen wirklichen Sinn zu sagen, dass das Teilchen die reale Sache ist. Wenn es eine andere Beschreibung gibt, die genauso gut ist, aber kein Teilchen hat. Wissen Sie, es gab einmal, wir dachten, wir wüssten, dass es Atome gab, und dann wurden es Protonen und Neutronen, und jetzt reden wir über Quarks und >> und die eigentliche Frage ist im Grunde, was ein Teilchen zu einem Teilchen macht, wie zu welchem Zeitpunkt wir ihm einen Namen geben und sagen, okay, das ist das ist eine Sache, sozusagen, und ich glaube, Hillary, Sie beziehen sich darauf als die >> die Art von >> es gibt kein Ende dieser chinesischen Schachteln. Was meinen Sie also, zu welchem Zeitpunkt sagen wir, dass etwas eine Sache ist? Ja. Nun, ich denke, um auf das aufzugreifen, was Tim gesagt hat, ich denke, die Art und Weise, wie er das beschrieben hat, ist, dass wir diese verschiedenen Darstellungen haben. Wir haben die Teilchen, wir haben Felder. >> Dann als zugrundeliegende Sache könnten wir Spin-Netzwerke haben, wir könnten Strings haben, wissen Sie, was auch immer. Und es gibt die Idee, dass die Wissenschaft normalerweise mit einer Rhetorik operiert, dass wir versuchen, die richtige Antwort zu finden. Und natürlich ist das richtig. Wir versuchen, die beste Darstellung zu finden. Aber der Punkt, den ich machen möchte, ist, dass Sie keine endgültige Darstellung erreichen werden. Das ist nicht das, was passieren wird. Natürlich können Sie immer versuchen, eine Darstellung zu verbessern, aber normalerweise ist die Vorstellung, dass wir besser werden. Wir kommen näher. Und ich glaube nicht, dass das passiert. Es ist so, dass man eine bestimmte Art haben kann, die Welt zu betrachten, und man kann das anwenden und man kann es in diesem Licht interpretieren und man versucht, es zum Funktionieren zu bringen, und man kann dann eine andere haben, die >> die etwas andere Dinge erreicht, etwas anders funktioniert, Ihnen ermöglicht, innerhalb dieses Modells einzugreifen, und wie ich meine, Hawking kam 2012 in seinem Buch zu der Ansicht, dass wir innerhalb eines modelltheoretischen Realismus operieren, wie er es ausdrückte, und was er damit meinte, ist, dass wir innerhalb von Rahmenwerken, theoretischen Modellen operieren und wir können nicht über diese Modelle hinausgehen. Wir können nicht irgendwie aus dem Modell entkommen, um zu beschreiben, was letztendlich da draußen ist. Wir sollten uns also nicht vorstellen, dass Ihnen eines Tages oder Ihren Kindern oder Ihren Enkeln eine einzige Version dessen erzählt wird, was da draußen vor sich geht. Es gibt wirklich Felder oder es gibt wirklich Informationen oder es gibt wirklich, was auch immer es ist. Es wird immer eine Vielzahl von verschiedenen Modellen geben, und keines von ihnen reicht aus, um zu sagen, wie die Welt letztendlich ist. >> Ich habe das Gefühl, dass Sie beide eine starke Meinung dazu haben sollten. >> Möchtest du, dass ich >> Ja, mach weiter >> ihre Theorien, richtig? Ihre Vorschläge, ihre Hypothesen. Sie wollen, dass sie klar formuliert sind. Manchmal sind sie es nicht. Einige formulierte Theorien postulieren ihre Teilchen. Einige postulieren ihr Feld, einige postulieren ihre Strings. Okay, dann ist die Frage, welche Art von Beweisen wir haben könnten, die eine davon plausibel machen könnten, und können wir jemals >> lassen Sie mich nur historisch vorgehen, es gab etwas namens das Parton-Modell, das wir jetzt das Quark-Modell nennen, und anfangs, als Murray Gell-Mann es entwickelte, war er sehr klar, er sagte, das ist nur Mathematik, das ist nur eine Art von Mathematik, wir fanden all diese Teilchen, ich kann sie mathematisch organisieren, indem ich sozusagen diese rein mathematischen Quarks postuliere. >> Dann wurde er später überzeugt, nein, es sind wirklich Quarks. Was ihn überzeugte, waren tiefinelastische Streuergebnisse vom Stanford Linear Accelerator Center. Man nimmt einfach Elektronen und schlägt >> schlägt Protonen wirklich hart damit, und man bemerkt, dass sie so herauskommen, als ob es drei punktförmige Streuzentren gäbe. Man muss sich also jede dieser Theorien ansehen. Was ist der Beweis? Manchmal ist der Beweis so überwältigend, wir wissen jetzt, dass der Mond aus Gestein besteht. Wir wissen es, richtig? Aristoteles wusste es nicht. Er dachte, er sei aus Äther. Warum? Wir haben jetzt bessere Beweise. Also muss man fragen, wie gute Beweise man für diese Theorien haben kann. Und dann muss man Theorie für Theorie durchgehen und sehen, was sie vorhersagt und so weiter. Wir haben ziemlich guten Grund zu glauben, dass es nicht für immer chinesische Schachteln sind. Wir haben wirklich guten Grund zu glauben, dass Elektronen nicht aus etwas anderem bestehen. Warum? Weil der elektromagnetische Formfaktor, der in die Streuungsvorhersagen eingeht. Ich meine, dafür gibt es technische Gründe. Diese Art von sehr allgemeinem, hochrangigem Skeptizismus halte ich für unangemessen, wenn man definitive Theorien hat und nach definitiven Gründen fragt, sie zu glauben. >> Klingt das für Sie einigermaßen plausibel? >> Ja. >> Im Großen und Ganzen ist es vernünftig. >> Obwohl man sagen könnte, wir haben noch keine Beweise dafür, dass Elektronen aus etwas anderem bestehen. >> Ich denke, es wäre für manche Leute interessant zu wissen, dass es nicht so einfach ist, die fundamentalen Teilchen, die wir derzeit im Standardmodell verwenden, zu nehmen und einfach zu sagen, sie bestehen aus etwas anderem. Dafür gibt es einen ziemlich einfachen Grund: Wenn sie aus etwas anderem bestehen, dann müssen die Bestandteile kleinere Massen haben als die Dinge, zu denen sie sich verbinden. Aber Teilchen mit kleinen Massen wären schon längst entdeckt worden. Also, wenn man versucht, weil Teilchen- >> Teilchenkollider erzeugen alle Teilchen unterhalb der Energie der Kollision generisch. >> Also muss man dieses Problem irgendwie umgehen, und >> es gibt wenige Möglichkeiten, das zu tun. Eine ist zu sagen, nun, sie interagieren sehr selten oder sehr schwach. >> Dann kann man es tun. >> Und die anderen Dinge zu sagen ist irgendwie ähnlich wie bei der starken Kernkraft >> die darin besteht, dass sie sehr stark zusammengebunden sind und es viel Energie braucht, um sie auseinanderzuziehen. Deshalb gibt es keine Quarks, die einzeln herumschweben, sondern sie sind in Neutronen und Protonen gebunden. >> Das gesagt, >> ich denke, ich stimme Ihnen beiden irgendwie zu und stimme nicht zu. >> Also >> ich denke, es ist richtig, natürlich, wissen Sie, wir nennen etwas ein Teilchen, wir >> wenn wir Beweise dafür haben und wir Mathematik haben, um diese Beweise zu erklären, und dann können wir etwas definieren, das wir sagen, nun, das ist das Teilchen, also das ist meine instrumentelle >> Sichtweise auf die Dinge, aber das bedeutet nicht unbedingt, dass dies der einzige Weg ist, darüber zu sprechen. Es gibt tatsächlich >> ziemlich interessante Beispiele in den Grundlagen der Physik, wo man zwei völlig unterschiedliche mathematische Formulierungen haben kann, die die gleichen Vorhersagen für beobachtbare Größen liefern. Nennen wir es eine Dualität. >> Vielleicht ist die bekannteste Dualität die des Bereichs CFT-Dualität. >> Über die ich nicht im Detail sprechen möchte, weil ich dann morgen noch reden würde. Aber >> im Großen und Ganzen bedeutet das, dass wir versuchen können, das, was wir in einer Teilchenkollision sehen, als eine Art Gravitationstheorie in einem Raum mit einer Dimension mehr zu erklären. >> Es ist also etwas völlig anderes. Und das Wichtige daran ist, dass das, was für uns im Labor ein Teilchen ist, in dieser anderen Beschreibung, die mathematisch genauso gültig ist, kein Teilchen mehr ist. >> Ich denke also, das ist irgendwie ein >> wissen Sie, ein Physikbeispiel, das Ihren Punkt unterstützt >> dass es immer verschiedene Wege gibt, dasselbe zu betrachten. Es macht also keinen wirklichen Sinn zu sagen, dass das Teilchen die reale Sache ist, wenn es eine andere Beschreibung gibt, die genauso gut ist, aber keine Teilchen hat. >> und und um einen Punkt aufzugreifen, den Sie machen, Smina, der >> genau in die Richtung geht, in die ich argumentiert habe, nämlich dass viele von Ihnen sich vielleicht vorstellen, dass wenn Sie an ein Elektron denken, Sie wahrscheinlich ein Bild von diesen Zeichnungen haben, Sie haben eine Art Atom in der Mitte und das Elektron, einige gehen außen herum wie ein wie ein Ball, aber von >> es gibt viele Umstände, unter denen Wissenschaftler nicht daran denken, dass es ein Teilchen ist, das so herumgeht. Aber es ist ein Wahrscheinlichkeitsraum >> in dem es kein Teilchen gibt, das irgendwo in diesem Wahrscheinlichkeitsraum als solches zu finden ist. Es wird an einem bestimmten Ort gefunden, als Ergebnis Ihrer Beobachtung. Jetzt >> äh >> darüber hinaus, was ist dieses Teilchen? Wenn Sie es sich vorstellen, wissen Sie, wenn Sie das Elektron als Teilchen betrachten, nun, wir >> in der Feldtheorie sehen wir dieses Teilchen als eine Schwingung in einem Feld. Das ist es, was es in Bezug auf >> äh >> Einsteinsche Physik ist. Wir >> wir denken nicht wirklich mehr in Bezug auf Teilchen. Wir denken in Bezug auf Felder. Aber was >> was ist diese >> was ist diese Schwingung in dem >> in dem >> in dem Kraftfeld, wie das elektromagnetische Kraftfeld? Und der Punkt, den ich mache, der wirklich mit dem, was Sabina sagt, verbunden ist, ist, dass wir diese verschiedenen Modelle haben können, um zu verstehen, was vor sich geht, und einige von ihnen sind sehr, sehr mächtig, und wir können versuchen, sie im Lichte unserer >> Experimente zu verbessern. Aber wir sollten uns nicht vorstellen, dass wir irgendwie auf den Grund davon kommen können. Es ist nicht wie ein tiefes Geheimnis, dass es eine seltsame Sache gibt, die sowohl eine Welle als auch ein Teilchen ist, zum Beispiel. Es sind einfach verschiedene Arten, diese Sache zu betrachten, und >> ich denke, Sie können beide erforschen. >> Und wir sollten uns nicht unbedingt vorstellen, dass wir eine einzige Antwort haben können, weil es keine einzige Antwort gibt. Die Welt besteht nicht aus Teilen, die solche Antworten haben könnten. >> Interessant. Okay. >> Also ja, lassen Sie mich hier eingreifen. >> Also gibt es eine Behauptung, dass die AD, verzeihen Sie mir für einen Moment, ADSCFT ein Beispiel für sozusagen mathematisch äquivalente oder empirisch äquivalente, ich weiß nicht, in gewisser Weise äquivalente Formulierungen einer Theorie sein soll, die Ihnen völlig unterschiedliche Bilder davon vermitteln, woraus die Welt besteht. Ja, ADSCFT ist eine Vermutung. Sie ist nicht bewiesen. Niemand hat sie bewiesen. Ich weiß nicht, ob man sie beweisen kann. Niemand hat sie bewiesen. Es gibt diese winzigen kleinen mathematischen Andeutungen. Wenn man verschiedene Theorien in verschiedene Grenzwerte bringt, erhält man Ähnliches. Okay, aber es ist nicht bewiesen. Das ist einfach nicht wahr, dass man sagen kann, oh, hier sind zwei äquivalente Wege, dasselbe zu beschreiben. Das ist eine Vermutung. Selbst wenn es wahr wäre, haben wir das ständig in der Physik, und wir glauben nicht, dass sie gleich sein müssen. Also, Lorentz hatte ein Verständnis von Raumzeit, wo es absolute Gleichzeitigkeit gibt. Einstein hat sie abgeschafft, aber man kann beweisen, dass sie in ihren Anwendungen die gleichen Vorhersagen machen. Niemand glaubt, dass sie die gleiche Theorie sind. In Ordnung? Es sind unterschiedliche Theorien. >> Also, wissen Sie, diese Idee, dass, oh, natürlich, wenn man es so beschreiben kann, dann kann man es so beschreiben. Wir haben tatsächlich nicht viele Beispiele oder, wissen Sie, Beispiele dafür. >> Und dann muss man hart nachdenken. Wenn man alternative Theorien hat, was sind die Beweise, die eine plausibler machen als eine andere. Es ist keine Frage des Beweises, sondern eine Frage der Plausibilität. >> Okay. Ich meine, also ich bin neugierig, ich meine, also das Bild, das ich gerade bekomme, ich weiß nicht, wie es Ihnen geht, ist, dass es mir scheint, dass diese Idee von Teilchen etwas Nützliches sein kann und wenn es Beweise dafür gibt, dann können wir es für wahr halten. Also Beweise scheinen wichtig zu sein, aber es gibt auch diese Idee, dass die Art und Weise, wie wir >> dass es eine Funktion für unser Denken und wie wir durch die wissenschaftlichen Bemühungen und die Phänomene, die wir zu erklären versuchen, fortschreiten können. Aber am Anfang haben wir auch erwähnt, dass wir über Felder sprechen werden. Können Sie mir, Tim, können Sie mir bitte eine Erklärung geben, was im Grunde der Unterschied zwischen einem Teilchen und einem Feld ist? >> Und wenn Teilchen ein wenig >> einige Teilchen Beweise haben, andere nicht, bedeutet das, dass sie stattdessen Felder sind oder dass wir über Felder nachdenken sollten. Okay, fangen wir damit an. >> Fangen wir mit einigen Definitionen an. Ein Teilchen ist immer irgendwo, ein Feld ist immer überall. >> Richtig. Klassisch ist das elektromagnetische Feld klassisch an jedem Punkt im Raum und in der Zeit postuliert, es hat einen Wert. Ein Teilchen ist immer irgendwo, und typischerweise bedeutet das, was die Leute unter einem Teilchen verstehen, mehr als das, nämlich dass seine Flugbahn durch den Raumzeit kontinuierlich ist. Man denkt nicht, dass Teilchen diskontinuierlich herumspringen. Okay. >> Alles klar. >> Also Teilchen sind keine Felder. Felder sind keine Teilchen. Elektromagnetische Felder sind uns aus der klassischen Physik vertraut. Sie wurden postuliert. Sehr nützlich. Teilchen wurden postuliert. Sehr nützlich, wie das >> äh >> Zitat von Bell, das ich gelesen habe, von John Bell ist, dass wir Phänomene wie kleine Punkte haben, die auf Bildschirmen erscheinen, und sicherlich ist eine praktische Sache, um dieses Phänomen zu erklären, zu denken, dass es ein kleines unsichtbares Ding gab, das den >> den Bildschirm dort getroffen hat und diesen Blitz oder diese Emulsion oder was auch immer verursacht hat. Nun, es ist nicht die einzig mögliche Erklärung, aber es ist eine ziemlich vernünftige. >> Also ja, Teilchen und Felder sind unterschiedlich, und man sollte sich darüber im Klaren sein, was man postuliert. >> Sagen Sie also, bedeutet das für mich, dass es hier zwei Dinge gibt, wenn wir versuchen, das Elektron zu visualisieren, sagen Sie, es gibt das Teilchen, das das Elektron ist, und es gibt das Feld, das das elektromagnetische Feld ist? Nun, klassisch gibt es das, und quantenmechanisch kann es Teilchen und dann Welle geben, wissen Sie, was durch die Wellenfunktion repräsentiert wird, die eine andere, nicht-klassische, postulierte Entität ist. >> Aber aber nicht, ich meine, im Kontext der Feldtheorie, denken wir nicht einfach, dass das Teilchen nur eine Schwingung im Feld ist, wir müssen keine metaphysische Sache postulieren, die >> nein, nein, ernsthafte Physik, ich glaube nicht, dass es eine ernsthafte physikalische Theorie gibt, die das besagt. Leute reden locker so, aber es ergibt keinen Sinn. Ich meine, es gibt Schwingungen und elektromagnetische Felder, weil sie lokale Dinge sind. Man kann das elektromagnetische Feld, ein klassisches elektromagnetisches Feld fragen, was ist es hier? Was ist es hier? Fluktuiert es hier? Fluktuiert es dort? In der Quantentheorie ist die feldähnliche Sache die Wellenfunktion. Sie ist nicht einmal >> sie ist nicht einmal im Raumzeit definierbar. Man kann also Teilchen nicht als Fluktuationen von Feldern betrachten, wenn die Felder nicht im Raumzeit sind. >> Okay. Also >> also innerhalb von Einstein, wissen Sie, gibt es >> gibt es Felder und Teilchen als eine separate Art von Sache. >> Sicher. >> Ich meine, das ist eine klassische Theorie. >> Oh, ich glaube, wir verwechseln zwei verschiedene Felder. Es gibt das klassische Feld, das elektromagnetische Feld, dann gibt es ein Quantenfeld. Es gibt das Vakuum des Quantenfeldes, und die Teilchen sind Anregungen über das Quantenfeld des Vakuums. >> Also, deshalb sprechen Physiker davon als Anregungen über etwas, und das ist sehr ähnlich zu dem, was ich früher mit den Quasiteilchen besprochen habe, wo man das Material als Hintergrund betrachten kann >> und über dem Hintergrund hat man Anregungen, die zum Beispiel Schallwellen sind, ein einfaches Beispiel, wissen Sie, also hat man eine Menge einer Anregung, die sich lokal ausbreitet, sie ist an einem bestimmten Ort, okay, also man kann sie entlanggehen sehen. Und im Fall der Quantenfeldtheorie ist der Hintergrund einfach das Vakuum, und dann hat man diese Anregungen des Vakuums, was irgendwie >> deshalb sage ich, es ist irgendwie suggestiv mit den Quasiteilchen, dass sie vielleicht auch aus etwas anderem bestehen. Aber >> aber das ist, woher diese Idee kommt. Also nur, damit ich das ganz klar verstehe, Sie schlagen sozusagen vor, dass es in der Feldansicht des Universums ein Feld gibt, und dann das, was wir als Teilchen betrachten können, sagen wir, oder wo wir etwas als Teilchen definieren könnten, ist, wo etwas mit dem Feld passiert, dass es eine Art Bewegung im Feld gibt. Es ist also ein bisschen wie >> das Meer im Grunde. Der Wellengipfel ist also dort, wo wir vielleicht mit einer anderen Linse hinschauen würden. Erstaunlich. Ich liebe das. >> Nicht so, wie es ist. Es tut mir leid. Sie geben ein sehr klassisches Bild eines Feldes. >> Ja. Ein klassisches Feld ist lokal. Elektromagnetisches Feld. Es ist lokal. Man kann nachschauen. Man sagt: "Was ist es hier? Was ist es hier?" Richtig? Es ist eine lokale Sache. Quantenmechanik tut das nicht. Ich meine, das Quantenfeld, die Wellenfunktion ist einfach nicht im physischen Raum definiert. Es ist nicht so. >> Bedeutet das, dass man es nicht messen kann? Ist das, was Sie sagen? >> Messen? Nun, messen ist eine Frage des Findens von Wechselwirkungen, von denen man glaubt, dass sie Informationen über die physikalischen Werte verschiedener Variablen liefern. >> Die Sie nennen >> natürlich kann man, man kann, man kann alle möglichen Dinge im Labor überprüfen. Ich meine nicht >> der Punkt ist, dass klassische Felder lokale Objekte sind. Sie sind das, was John Bell lokale Beables nannte. Man kann einfach eine kleine Region des Raumzeit herausgreifen und fragen, was ist es dort? Was ist es dort? Man kann es hier unabhängig von jedem anderen Ort spezifizieren. Die Quantenwellenfunktion ist mathematisch einfach nicht so. Man kann sie nicht so verstehen. Man kann sie mathematisch nicht so verstehen. Okay, es ist eine neue Sache. Aber das ist die Quantenwellenfunktion ist etwas ganz anderes als ein klassisches Feld. >> Okay, also haben wir zwei verschiedene Arten von Feldern. Ich meine, Zabina, Sie haben das auch gesagt. Und Hillary, ich habe das Gefühl, das spricht Ihren Punkt am Anfang an. >> Um dieses Video weiter anzusehen, klicken Sie auf den Link oben links oder in der Beschreibung unten. Mit einem kostenlosen Test können Sie die vollständige Vorlesung und Tausende weitere genießen.