Los fenómenos físicos más desafiantes [cerrado]

Fueron muchos los modelos volcados a lo largo de la historia, enumeraré algunos de los más destacados. Ignoraré las que son anteriores a la ciencia moderna, siendo la más destacada el modelo geocéntrico del sistema solar, y me limitaré a las ideas erróneas que fueron científicamente aceptadas como probablemente ciertas en algún momento de la historia.

• Flogisto: Este es el fluido que transporta el calor. Se imaginó que era una cantidad, como la carga eléctrica, que se conserva. Los experimentos con máquinas perforadoras de cañones demostraron que la cantidad de calor que puedes producir haciendo un trabajo mecánico solo está limitada por tu paciencia y fuerza, por lo que el fluido flogisto quedó desacreditado. Este trabajo está asociado con el nombre de Joule. El reemplazo del flogisto es la noción moderna de energía, que incluye tanto la energía mecánica como la térmica como una sola, y el calor ya no es una cantidad que se conserva por separado de la energía mecánica.
• Éter luminífero: esta es la idea de que la luz se propaga en un medio, que llena todo el espacio y elige un marco preferido, en el que la velocidad de la luz es igual en todas las direcciones. La relatividad demostró que tal marco no existe, que la luz se mueve a la misma velocidad en todas las direcciones, independientemente del movimiento de la fuente o del observador. Esta nueva simetría eliminó la necesidad de un éter de luz no relativista. Las ideas etéreas modernas son relativísticamente invariantes e incluyen los condensados ​​QCD y el mecanismo de Higgs.
• El modelo de Drude: cuando se conocían los electrones, pero no existía la mecánica cuántica, Drude propuso que una corriente es una deriva de electrones. La idea era que los electrones forman un gas dentro de un metal y, por alguna razón, se desplazan como si estuvieran en el espacio libre. El resultado predijo una velocidad de deriva muy lenta de los electrones, la velocidad de Drude. El modelo de Drude se hizo mecánico cuántico, y esto requería que los electrones hicieran un gas cuántico de Fermi. El gas de Fermi es muy frío a temperatura ambiente, ya que la temperatura típica a la que se vuelve clásico es del orden de la temperatura de fusión del metal. El comportamiento de un gas de Fermi degenerado explicaba el calor específico de los metales y proporcionaba una velocidad correcta para la corriente que transportaba electrones.
• La teoría del nudo del éter: esta idea se debe a Kelvin, que los átomos son vórtices en el éter, diferentes átomos son diferentes tipos de nudos y las moléculas son enlaces. Fue muy popular en el cambio de siglo porque podía explicar por qué los átomos eran discretos, pero se demostró que estaba equivocado cuando el átomo de Bohr explicó cualitativa y cuantitativamente la tabla periódica y el espectro del hidrógeno.
• El modelo del pudín de ciruelas: este imaginaba que los electrones estaban incrustados en una gran carga positiva difusa, que era el átomo. Esta teoría predijo por qué los átomos pueden tener frecuencias de resonancia especiales en las que dispersan la luz con fuerza. Estas frecuencias eran los movimientos resonantes de los electrones dentro del budín de ciruelas. La teoría es incorrecta y las leyes correctas de la dispersión resonante solo las proporciona la mecánica cuántica.
• La teoría cuántica de Bohr-Sommerfeld: Esta es la antigua mecánica cuántica, donde a la acción se le daban valores enteros. Fue una intuición importante para el desarrollo de la mecánica cuántica moderna, pero ahora se reconoce solo como una aproximación a las leyes reales de la mecánica cuántica. Las leyes de la mecánica cuántica moderna fueron intuidas a partir de las leyes de Bohr-Sommerfeld por Heisenberg en 1925, y las mismas leyes se derivaron por un camino diferente, utilizando la dualidad onda-partícula por DeBroglie, Einstein y Schrodinger. La teoría de Bohr-Sommerfeld sigue siendo una aproximación útil, pero ya no se considera fundamental.
• Teoría de Bohr-Kramers-Slater: esta idea era que las órbitas de los electrones están cuantizadas, pero el campo electromagnético no. La teoría predijo que la energía no se conserva. La razón es que las ondas electromagnéticas que no vienen en fotones pueden excitar electrones en órbitas cuantizadas en muchos átomos a la vez, incluso si hay muy pocos fotones en la onda para hacerlo. La teoría cuántica moderna, más la observación de la dispersión de Compton, demostraron que los fotones son reales y acabaron con la teoría.
• Electrones nucleares: en las décadas de 1920 y 1930, antes de que se descubriera el neutrón, se sabía que la masa de los núcleos era aproximadamente múltiplos enteros de la masa del protón. Dado que se consideraba poco probable que hubiera una partícula neutra con la misma masa que el protón, la gente asumió que había electrones estrechamente unidos en el núcleo. Esta idea era inconsistente con la mecánica cuántica, que predecía que un electrón confinado en un núcleo sería tan masivo como un protón, y cuando se descubrió el neutrón, la idea fue desechada. Ves la teoría de los electrones nucleares en documentos antiguos.
• Quarks Sakata de carga entera: en 1957, el físico japonés Sakata explicó la estructura de las conocidas partículas que interactúan fuertemente asumiendo que todas estaban hechas de protones, neutrones y bariones lambda. Esta idea tiene un éxito aproximado, pero solo porque el protón, el neutrón y la lambda son sustitutos en esta teoría del quark arriba, abajo y extraño. Gell-Mann y Zweig adaptaron la idea al modelo de quarks, pero Sakata extrañamente se descuida en esta historia, quizás debido a sus fuertes inclinaciones políticas marxistas.
• Exponentes de campo medio de Landau: en el campo de los fenómenos críticos, las transiciones de fase de segundo orden son aquellas que tienen divergencias de ley de potencia en la longitud de correlación y las fluctuaciones de campo promediadas en la transición. Las leyes de potencia para las divergencias fueron predichas por Landau usando principios generales de analiticidad, más tarde precisados ​​por Thom en la teoría de catástrofes. Estas predicciones fallan, y Landau reconoció que esto era una señal de un nuevo descubrimiento importante por hacer. El descubrimiento fue la renormalización moderna, debida a Widom, Kadanoff, Wilson, Fisher y desarrollada por muchos otros.
• Teoría de la turbulencia de Kolmogorov: Kolmogorov propuso una aproximación a la turbulencia que derivó la energía en cada modo de un argumento que no requiere mucha más sofisticación que el análisis dimensional. La misma teoría fue reproducida por Onsager y Heisenberg, probablemente de manera completamente independiente, durante los años de la Segunda Guerra Mundial. La teoría K41 predice las funciones de correlación velocidad-velocidad en un flujo turbulento completamente desarrollado. Primero se pensó que la teoría era exacta, pero en la década de 1960, se demostró lentamente que era solo una primera aproximación aproximada, con nuevos fenómenos de intermitencia que alteraban las leyes de potencia de la función de correlación.
• Cosmología del estado estacionario: Esta era la idea de que la expansión del universo se produce por un campo con una constante cosmológica positiva, por lo que vivimos en un vacío deSitter. Además, a medida que el universo se expande, se producen nuevos átomos de H a partir de la expansión, de modo que el universo se encuentra en un estado estacionario. Esto fue anulado por la evidencia de un Big Bang caliente, el fondo cósmico de microondas, además de la observación de que las viejas galaxias son notablemente diferentes en sus propiedades estadísticas de las modernas, son inmaduras e irregulares, en contra de las predicciones de estado estacionario.
• Agujeros negros de estrellas congeladas: antes de que se propusiera la teoría de los agujeros negros, muchas personas, incluido Einstein, propusieron que algo terrible sucedió en el horizonte, lo que provocó explosiones de energía o congelación de la materia en el exterior. Esto es algo cierto, ya que un objeto tarda una eternidad en cruzar el horizonte desde un punto de vista exterior, pero la comprensión moderna requiere que los objetos tengan un interior para entrar.
• Remanentes de agujeros negros: esta fue la idea de corta duración de que los agujeros negros dejan un pequeño objeto puntiagudo con una gran entropía cuando se descomponen en las etapas finales. Esto fue diseñado para solucionar la paradoja de la información del agujero negro.
• Los agujeros negros crean otro universo: esta idea se asoció con el rompecabezas de la pérdida de información: ¿cómo pueden los agujeros negros perder información? Deben estar creando un nuevo universo.
• Supresión de la constante cosmológica debido al modo divergente en la gravedad cuántica Integral de trayectoria: esta idea se debe a Coleman y, a diferencia de muchas de sus otras contribuciones brillantes, resultó ser incorrecta. La idea era que el factor de escala divergente del factor de la integral de la trayectoria en la integral de la trayectoria de la gravedad cuántica conduce a una constante cosmológica cero. Esta teoría fue eliminada por la observación de una constante cosmológica distinta de cero.

Uno podría continuar dando ejemplos, pero es más fácil mirar la literatura antigua y encontrar todas las afirmaciones. Muchas de estas afirmaciones son incorrectas, y cada una suele ser un ejemplo de este tipo. Es bueno conocer los giros equivocados, para no redescubrir una vieja idea nueva.

Para los fenómenos físicos más desafiantes , los que actualmente son los más difíciles de entender, tendré que elegir uno de los muchos misterios. Probablemente diría:

• Superconductividad a alta temperatura: ¿Qué hace que la cerámica sea superconductora? Claramente es algo puramente electrónico, nada que ver con los fonones, pero el mecanismo de atracción no se entiende completamente. Este ha sido un tema activo durante 20 años, pero no veo una buena respuesta en la literatura.
• Teoría de Regge: ¿Cómo se produce una trayectoria de Regge a partir de una teoría de campo de confinamiento? Esta pregunta se encuentra en la intersección de la teoría de cuerdas y las teorías cuánticas de campos, como QCD.
• ¿Cómo se forman las nubes? ¿Cómo separan los cargos? El fenómeno en las nubes es completamente mal entendido y es importante para dar a la ciencia del clima predicciones más precisas. Hay muchos modelos aproximados aquí

Una vez más, hay demasiados para enumerarlos, simplemente explore la literatura y encuentre preguntas abiertas.