home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ NetNews Usenet Archive 1992 #31 / NN_1992_31.iso / spool / sci / physics / 21894 < prev    next >
Encoding:
Internet Message Format  |  1992-12-30  |  55.6 KB

  1. Path: sparky!uunet!spool.mu.edu!agate!dog.ee.lbl.gov!csa2.lbl.gov!sichase
  2. From: sichase@csa2.lbl.gov (SCOTT I CHASE)
  3. Newsgroups: sci.physics
  4. Subject: Sci.Physics Frequently Asked Questions - January 1993 - Part 2/2
  5. Date: 30 Dec 1992 11:09 PST
  6. Organization: Lawrence Berkeley Laboratory - Berkeley, CA, USA
  7. Lines: 1102
  8. Distribution: world
  9. Message-ID: <30DEC199211093967@csa2.lbl.gov>
  10. NNTP-Posting-Host: 128.3.254.197
  11. Keywords: FAQ 2/2
  12. Archive-name: physics-faq
  13. Last-modified: 1992/12/26
  14. News-Software: VAX/VMS VNEWS 1.41    
  15.  
  16. --------------------------------------------------------------------------------
  17.            FREQUENTLY ASKED QUESTIONS ON SCI.PHYSICS - Part 2/2
  18. --------------------------------------------------------------------------------
  19.  
  20. Item 12.
  21.  
  22. Which Way Will my Bathtub Drain?         updated 11-May-1192 by SIC
  23. --------------------------------        original by Matthew R. Feinstein
  24.  
  25.  
  26. Question: Does my bathtub drain differently depending on whether I live 
  27. in the northern or southern hemisphere?
  28.  
  29. Answer: No.  There is a real effect, but it is far too small to be relevant
  30. when you pull the plug in your bathtub.
  31.  
  32.     Because the earth rotates, a fluid that flows along the earth's
  33. surface feels a "Coriolis" acceleration perpendicular to its velocity.
  34. In the northern hemisphere high pressure storm systems spin clockwise.
  35. In the southern hemisphere, they spin counterclockwise because the direction 
  36. of the Coriolis acceleration is reversed.  This effect leads to the 
  37. speculation that the bathtub vortex that you see when you pull the plug 
  38. from the drain spins one way in the north and the other way in the south.
  39.  
  40.     But this acceleration is VERY weak for bathtub-scale fluid
  41. motions.  The order of magnitude of the Coriolis acceleration can be
  42. estimated from size of the "Rossby number".  Coriolis accelerations are 
  43. significant when the Rossby number is SMALL.
  44.  
  45.     So, suppose we want a Rossby number of 0.1 and a bathtub-vortex
  46. length scale of 0.1 meter.  Since the earth's rotation rate is about
  47. 10^(-4)/second, the fluid velocity should be less than or equal to
  48. 2*10^(-6) meters/second.  This is a very small velocity.  How small is it? 
  49. Well, we can take the analysis a step further and calculate another, more
  50. famous dimensionless parameter, the Reynolds number. 
  51.  
  52.     The Reynolds number is = L*U*density/viscosity
  53.  
  54.     Assuming that physicists bathe in hot water the viscosity will be
  55. about 0.005 poise and the density will be about 1.0, so the Reynolds Number
  56. is about 4*10^(-2). 
  57.  
  58.     Now, life at low Reynolds numbers is different from life at high
  59. Reynolds numbers.  In particular, at low Reynolds numbers, fluid physics is
  60. dominated by friction and diffusion, rather than by inertia: the time it
  61. would take for a particle of fluid to move a significant distance due to an
  62. acceleration is greater than the time it takes for the particle to break up
  63. due to diffusion. 
  64.  
  65.     Therefore the effect of the Coriolis acceleration on your bathtub
  66. vortex is SMALL.  To detect its effect on your bathtub, you would have 
  67. to get out and wait until the motion in the water is far less than one 
  68. rotation per day.  This would require removing thermal currents, vibration, 
  69. and any other sources of noise.  Under such conditions, never occurring in 
  70. the typical home, you WOULD see an effect.  To see what trouble it takes
  71. to actually see the effect, see the reference below.  Experiments have been
  72. done in both the northern and southern hemispheres to verify that under
  73. carefully controlled conditions, bathtubs drain in opposite directions due
  74. to the Coriolis acceleration from the Earth's rotation.
  75.  
  76.     The same effect has been accused of responsibility for the 
  77. direction water circulates when you flush a toilet.  This is surely 
  78. nonsense.  In this case, the water rotates in the direction which the pipe 
  79. points which carries the water from the tank to the bowl.
  80.  
  81. Reference: Trefethen, L.M. et al, Nature 207 1084-5 (1965).
  82.  
  83. ********************************************************************************
  84. Item 13.
  85.  
  86. Why are Golf Balls Dimpled?            updated 14-May-1992 by SIC
  87. ---------------------------            original by Craig DeForest
  88.  
  89.     The dimples, paradoxically, *do* increase drag slightly.  But they 
  90. also increase `Magnus lift', that peculiar lifting force experienced by 
  91. rotating bodies travelling through a medium.  Contrary to Freshman physics, 
  92. golf balls do not travel in inverted parabolas.  They follow an 'impetus 
  93. trajectory':
  94.  
  95.                                     *    *       
  96.                               *             *
  97. (golfer)                *                    *
  98.                   *                          * <-- trajectory
  99.  \O/        *                                *
  100.   |   *                                      *
  101. -/ \-T---------------------------------------------------------------ground
  102.  
  103.     This is because of the combination of drag (which reduces
  104. horizontal speed late in the trajectory) and Magnus lift, which supports
  105. the ball during the initial part of the trajectory, making it relatively
  106. straight.  The trajectory can even curve upwards at first, depending on
  107. conditions!  Here is a cheesy diagram of a golf ball in flight, with some
  108. relevant vectors: 
  109.  
  110.                              F(magnus)
  111.                              ^
  112.                              |
  113.                 F(drag) <--- O -------> V 
  114.                           \     
  115.                            \----> (sense of rotation)
  116.  
  117.     The Magnus force can be thought of as due to the relative drag on
  118. the air on the top and bottom portions of the golf ball: the top portion is
  119. moving slower relative to the air around it, so there is less drag on the
  120. air that goes over the ball.  The boundary layer is relatively thin, and
  121. air in the not-too-near region moves rapidly relative to the ball.  The
  122. bottom portion moves fast relative to the air around it; there is more drag
  123. on the air passing by the bottom, and the boundary (turbulent) layer is
  124. relatively thick; air in the not-too-near region moves more slowly relative
  125. to the ball. The Bernoulli force produces lift. (alternatively, one could
  126. say that `the flow lines past the ball are displaced down, so the ball is
  127. pushed up.') 
  128.  
  129.     The difficulty comes near the transition region between laminar
  130. flow and turbulent flow.  At low speeds, the flow around the ball is
  131. laminar.  As speed is increased, the bottom part tends to go turbulent
  132. *first*.  But turbulent flow can follow a surface much more easily than
  133. laminar flow. 
  134.  
  135.     As a result, the (laminar) flow lines around the top break away
  136. from the surface sooner than otherwise, and there is a net displacement
  137. *up* of the flow lines.  The magnus lift goes *negative*. 
  138.  
  139.     The dimples aid the rapid formation of a turbulent boundary layer
  140. around the golf ball in flight, giving more lift.  Without 'em, the ball
  141. would travel in more of a parabolic trajectory, hitting the ground sooner.
  142. (and not coming straight down.) 
  143.  
  144. References: Perhaps the best (and easy-to-read) reference on this effect is
  145. a paper in American Journal of Physics by one Lyman Briggs, c. 1947. 
  146. Briggs was trying to explain the mechanism behind the `curve ball' in
  147. baseball, using specialized apparatus in a wind tunnel at the NBS.  He
  148. stumbled on the reverse effect by accident, because his model `baseball'
  149. had no stitches on it. The stitches on a baseball create turbulence in
  150. flight in much the same way that the dimples on a golf ball do. 
  151.  
  152. ********************************************************************************
  153. Item 14.
  154.  
  155. Why do Mirrors Reverse Left and Right?            updated 11-JUN-1992 by SIC
  156. --------------------------------------
  157.  
  158.     The simple answer is that they don't.  Look in a mirror and wave
  159. your right hand.  On which side of the mirror is the hand that waved?  The
  160. right side, of course. 
  161.  
  162.     Mirrors DO reverse In/Out.  The further behind you an object is,
  163. the further in front of you it appears in the mirror.  Imaging holding an
  164. arrow in your hand.  If you point it up, it will point up in the mirror. 
  165. If you point it to the left, it will point to the left in the mirror.  But
  166. if you point it toward the mirror, it will point right back at you.  In and
  167. Out are reversed. 
  168.  
  169.     If you take a three-dimensional, rectangular, coordinate system,
  170. (X,Y,Z), and point the Z axis such that the vector equation X x Y = Z is
  171. satisfied, then the coordinate system is said to be right-handed.  Imagine
  172. Z pointing toward the mirror.  X and Y are unchanged (remember the arrows?)
  173. but Z will point back at you.  In the mirror, X x Y = - Z.  The image
  174. contains a left-handed coordinate system. 
  175.  
  176.     This has an important effect, familiar mostly to chemists and
  177. physicists. It changes the chirality, or handedness of objects viewed in
  178. the mirror. Your left hand looks like a right hand, while your right hand
  179. looks like a left hand.  Molecules often come in pairs called
  180. stereoisomers, which differ not in the sequence or number of atoms, but
  181. only in that one is the mirror image of the other, so that no rotation or
  182. stretching can turn one into the other.  Your hands make a good laboratory
  183. for this effect.  They are distinct, even though they both have the same
  184. components connected in the same way. They are a stereo pair, identical
  185. except for "handedness". 
  186.  
  187.     People sometimes think that mirrors *do* reverse left/right, and
  188. that the effect is due to the fact that our eyes are aligned horizontally
  189. on our faces.  This can be easily shown to be untrue by looking in any
  190. mirror with one eye closed! 
  191.  
  192. Reference:  _The Left Hand of the Neutrino_, by Isaac Asimov, contains 
  193. a very readable discussion of handedness and mirrors in physics.
  194.  
  195. ********************************************************************************
  196. Item 15.
  197.  
  198. What is the Mass of a Photon?            updated 24-JUL-1992 by SIC
  199.                          original by Matt Austern
  200.  
  201. Or, "Does the mass of an object depend on its velocity?"
  202.  
  203.     This question usually comes up in the context of wondering whether
  204. photons are really "massless," since, after all, they have nonzero energy. 
  205. The problem is simply that people are using two different definitions of
  206. mass.  The overwhelming consensus among physicists today is to say that 
  207. photons are massless.  However, it is possible to assign a "relativistic 
  208. mass" to a photon which depends upon its wavelength.  This is based upon 
  209. an old usage of the word "mass" which, though not strictly wrong, is not 
  210. used much today.
  211.  
  212.     The old definition of mass, called "relativistic mass," assigns
  213. a mass to a particle proportional to its total energy E, and involved
  214. the speed of light, c, in the proportionality constant:
  215.  
  216.          m = E / c^2.                        (1) 
  217.  
  218. This definition gives every object a velocity-dependent mass.
  219.  
  220.     The modern definition assigns every object just one mass, an 
  221. invariant quantity that does not depend on velocity.  This is given by
  222.  
  223.         m = E_0 / c^2,                        (2)
  224.  
  225. where E_0 is the total energy of that object at rest.  
  226.  
  227.     The first definition is often used in popularizations, and in some
  228. elementary textbooks.  It was once used by practicing physicists, but for
  229. the last few decades, the vast majority of physicists have instead used the
  230. second definition.  Sometimes people will use the phrase "rest mass," or
  231. "invariant mass," but this is just for emphasis: mass is mass.  The
  232. "relativistic mass" is never used at all.  (If you see "relativistic mass"
  233. in your first-year physics textbook, complain! There is no reason for books
  234. to teach obsolete terminology.) 
  235.  
  236.     Note, by the way, that using the standard definition of mass, the
  237. one given by Eq. (2), the equation "E = m c^2" is *not* correct.  Using the
  238. standard definition, the relation between the mass and energy of an object
  239. can be written as     
  240.  
  241.         E   = m c^2 / sqrt(1 -v^2/c^2),                (3) 
  242. or as
  243.  
  244.         E^2 = m^2 c^4  +  p^2 c^2,                (4)
  245.  
  246. where v is the object's velocity, and p is its momentum.
  247.  
  248.     In one sense, any definition is just a matter of convention.  In
  249. practice, though, physicists now use this definition because it is much
  250. more convenient.  The "relativistic mass" of an object is really just the
  251. same as its energy, and there isn't any reason to have another word for
  252. energy: "energy" is a perfectly good word.  The mass of an object, though,
  253. is a fundamental and invariant property, and one for which we do need a
  254. word. 
  255.  
  256.     The "relativistic mass" is also sometimes confusing because it
  257. mistakenly leads people to think that they can just use it in the Newtonian
  258. relations     
  259.         F = m a                            (5) 
  260. and
  261.         F = G m1 m2 / r^2.                    (6)
  262.  
  263. In fact, though, there is no definition of mass for which these
  264. equations are true relativistically: they must be generalized.  The
  265. generalizations are more straightforward using the standard definition
  266. of mass than using "relativistic mass."
  267.  
  268.     Oh, and back to photons: people sometimes wonder whether it makes
  269. sense to talk about the "rest mass" of a particle that can never be at
  270. rest.  The answer, again, is that "rest mass" is really a misnomer, and it
  271. is not necessary for a particle to be at rest for the concept of mass to
  272. make sense.  Technically, it is the invariant length of the particle's
  273. four-momentum.  (You can see this from Eq. (4).)  For all photons this is
  274. zero. On the other hand, the "relativistic mass" of photons is frequency
  275. dependent. UV photons are more energetic than visible photons, and so are
  276. more "massive" in this sense, a statement which obscures more than it
  277. elucidates. 
  278.  
  279.     Reference: Lev Okun wrote a nice article on this subject in the 
  280. June 1989 issue of Physics Today, which includes a historical discussion 
  281. of the concept of mass in relativistic physics. 
  282.  
  283. ********************************************************************************
  284. Item 16.
  285.                         updated 4-SEP-1992 by SIC
  286.                         Original by Bill Johnson
  287. How to Change Nuclear Decay Rates
  288. ---------------------------------
  289.  
  290. "I've had this idea for making radioactive nuclei decay faster/slower than
  291. they normally do.  You do [this, that, and the other thing].  Will this work?" 
  292.  
  293. Short Answer: Possibly, but probably not usefully.
  294.  
  295. Long Answer:
  296.  
  297.     "One of the paradigms of nuclear science since the very early days
  298. of its study has been the general understanding that the half-life, or
  299. decay constant, of a radioactive substance is independent of extranuclear
  300. considerations."  (Emery, cited below.)  Like all paradigms, this one is
  301. subject to some interpretation. Normal decay of radioactive stuff proceeds
  302. via one of four mechanisms: 
  303.  
  304.     * Emission of an alpha particle -- a helium-4 nucleus -- reducing
  305.     the number of protons and neutrons present in the parent nucleus 
  306.     by two each; 
  307.     * "Beta decay," encompassing several related phenomena in which a
  308.     neutron in the nucleus turns into a proton, or a proton turns into 
  309.     a neutron -- along with some other things including emission of 
  310.     a neutrino.  The "other things", as we shall see, are at the bottom
  311.     of several questions involving perturbation of decay rates; 
  312.     * Emission of one or more gamma rays -- energetic photons -- that
  313.     take a nucleus from an excited state to some other (typically
  314.     ground) state; some of these photons may be replaced by 
  315.     "conversion electrons," of which more shortly; or 
  316.     *Spontaneous fission, in which a sufficiently heavy nucleus simply
  317.     breaks in half.  Most of the discussion about alpha particles will
  318.     also apply to spontaneous fission.
  319.  
  320. Gamma emission often occurs from the daughter of one of the other decay
  321. modes.  We neglect *very* exotic processes like C-14 emission or double
  322. beta decay in this analysis. 
  323.  
  324.     "Beta decay" refers most often to a nucleus with a neutron excess,
  325. which decays by converting a neutron into a proton:
  326.  
  327.     n ----> p + e- + anti-nu(e),
  328.  
  329. where n means neutron, p means proton, e- means electron, and anti-nu(e) 
  330. means an antineutrino of the electron type.  The type of beta decay which
  331. involves destruction of a proton is not familiar to many people, so
  332. deserves a little elaboration.  Either of two processes may occur when this
  333. kind of decay happens: 
  334.  
  335.     p ----> n + e+ + nu(e), 
  336.  
  337. where e+ means positron and nu(e) means electron neutrino; or
  338.  
  339.     p + e- ----> n + nu(e),
  340.  
  341. where e- means a negatively charged electron, which is captured from the
  342. neighborhood of the nucleus undergoing decay.  These processes are called
  343. "positron emission" and "electron capture," respectively.  A given nucleus
  344. which has too many protons for stability may undergo beta decay through
  345. either, and typically both, of these reactions. 
  346.  
  347.     "Conversion electrons" are produced by the process of "internal
  348. conversion," whereby the photon that would normally be emitted in gamma
  349. decay is *virtual* and its energy is absorbed by an atomic electron.  The
  350. absorbed energy is sufficient to unbind the electron from the nucleus
  351. (ignoring a few exceptional cases), and it is ejected from the atom as a
  352. result. 
  353.  
  354.     Now for the tie-in to decay rates.  Both the electron-capture and
  355. internal conversion phenomena require an electron somewhere close to the
  356. decaying nucleus.  In any normal atom, this requirement is satisfied in
  357. spades: the innermost electrons are in states such that their probability
  358. of being close to the nucleus is both large and insensitive to things in
  359. the environment.  The decay rate depends on the electronic wavefunctions,
  360. i.e, how much of their time the inner electrons spend very near the 
  361. nucleus -- but only very weakly. For most nuclides that decay by electron 
  362. capture or internal conversion, most of the time, the probability of 
  363. grabbing or converting an electron is also insensitive to the environment, 
  364. as the innermost electrons are the ones most likely to get grabbed/converted. 
  365.  
  366.     However, there are exceptions, the most notable being the
  367. the astrophysically important isotope beryllium-7.  Be-7 decays purely
  368. by electron capture (positron emission being impossible because of
  369. inadequate decay energy) with a half-life of somewhat over 50 days.  It has
  370. been shown that differences in chemical environment result in half-life
  371. variations of the order of 0.2%, and high pressures produce somewhat
  372. similar changes. Other cases where known changes in decay rate occur are
  373. Zr-89 and Sr-85, also electron capturers; Tc-99m ("m" implying an excited
  374. state), which decays by both beta and gamma emission; and various other
  375. "metastable" things that decay by gamma emission with internal conversion. 
  376. With all of these other cases the magnitude of the effect is less than is
  377. typically the case with Be-7. 
  378.  
  379.     What makes these cases special?  The answer is that one or another
  380. of the usual starting assumptions -- insensitivity of electron wave
  381. function near the nucleus to external forces, or availability of the
  382. innermost electrons for capture/conversion -- are not completely valid. 
  383. Atomic beryllium only has 4 electrons to begin with, so that the "innermost
  384. electrons" are also practically the *outermost* ones and therefore much
  385. more sensitive to chemical effects than usual.  With most of the other
  386. cases, there is so little energy available from the decay (as little as a
  387. few electron volts; compare most radioactive decays, where hundreds or
  388. thousands of *kilo*volts are released), courtesy of accidents of nuclear
  389. structure, that the innermost electrons can't undergo internal conversion. 
  390. Remember that converting an electron requires dumping enough energy into it
  391. to expel it from the atom (more or less); "enough energy," in context, is
  392. typically some tens of keV, so they don't get converted at all in these
  393. cases.  Conversion therefore works only on some of the outer electrons,
  394. which again are more sensitive to the environment. 
  395.  
  396.     A real anomaly is the beta emitter Re-187.  Its decay energy is
  397. only about 2.6 keV, practically nothing by nuclear standards.  "That this
  398. decay occurs at all is an example of the effects of the atomic environment
  399. on nuclear decay: the bare nucleus Re-187 [i.e., stripped of all orbital
  400. electrons -- MWJ] is stable against beta decay and it is the difference of
  401. 15 keV in the total electronic binding energy of osmium [to which it decays
  402. -- MWJ] and rhenium ... which makes the decay possible" (Emery).  The
  403. practical significance of this little peculiarity, of course, is low, as
  404. Re-187 already has a half life of over 10^10 years. 
  405.  
  406.     Alpha decay and spontaneous fission might also be affected by
  407. changes in the electron density near the nucleus, for a different reason. 
  408. These processes occur as a result of penetration of the "Coulomb barrier"
  409. that inhibits emission of charged particles from the nucleus, and their
  410. rate is *very* sensitive to the height of the barrier.  Changes in the
  411. electron density could, in principle, affect the barrier by some tiny
  412. amount.  However, the magnitude of the effect is *very* small, according to
  413. theoretical calculations; for a few alpha emitters, the change has been
  414. estimated to be of the order of 1 part in 10^7 (!) or less, which would be
  415. unmeasurable in view of the fact that the alpha emitters' half lives aren't
  416. known to that degree of accuracy to begin with. 
  417.  
  418.     All told, the existence of changes in radioactive decay rates due
  419. to the environment of the decaying nuclei is on solid grounds both
  420. experimentally and theoretically.  But the magnitude of the changes is
  421. nothing to get very excited about. 
  422.  
  423. Reference: The best review article on this subject is now 20 years old: G.
  424. T. Emery, "Perturbation of Nuclear Decay Rates," Annual Review of Nuclear
  425. Science vol. 22, p. 165 (1972).  Papers describing specific experiments are
  426. cited in that article, which contains considerable arcane math but also
  427. gives a reasonable qualitative "feel" for what is involved. 
  428.  
  429. ********************************************************************************
  430. Item 17.                    original by David Brahm
  431.  
  432. Baryogenesis - Why Are There More Protons Than Antiprotons?
  433. -----------------------------------------------------------
  434.  
  435. (I) How do we really *know* that the universe is not matter-antimatter 
  436. symmetric?  
  437.  
  438. (a) The Moon:  Neil Armstrong did not annihilate, therefore the moon
  439. is made of matter.
  440. (b) The Sun:  Solar cosmic rays are matter, not antimatter.
  441. (c) The other Planets:  We have sent probes to almost all.  Their survival 
  442. demonstrates that the solar system is made of matter.
  443. (d) The Milky Way:  Cosmic rays sample material from the entire galaxy.
  444. In cosmic rays, protons outnumber antiprotons 10^4 to 1.
  445. (e) The Universe at large: This is tougher.  If there were antimatter
  446. galaxies then we should see gamma emissions from annihilation.  Its absence
  447. is strong evidence that at least the nearby clusters of galaxies (e.g., Virgo)
  448. are matter-dominated.    At larger scales there is little proof.
  449.     However,  there is a problem, called the "annihilation catastrophe"
  450. which probably eliminates the possibility of a matter-antimatter symmetric
  451. universe.  Essentially, causality prevents the separation of large chucks
  452. of antimatter from matter fast enough to prevent their mutual annihilation
  453. in in the early universe.  So the Universe is most likely matter dominated.
  454.  
  455. (II) How did it get that way?  
  456.  
  457.     Annihilation has made the asymmetry much greater today than in the
  458. early universe.  At the high temperature of the first microsecond, there 
  459. were large numbers of thermal quark-antiquark pairs.  K&T estimate 30 
  460. million antiquarks for every 30 million and 1 quarks during this epoch.  
  461. That's a tiny asymmetry.  Over time most of the antimatter has annihilated 
  462. with matter, leaving the very small initial excess of matter to dominate 
  463. the Universe.
  464.     
  465.     Here are a few possibilities for why we are matter dominated today:
  466.  
  467. a) The Universe just started that way.
  468.    Not only is this a rather sterile hypothesis, but it doesn't work under
  469.    the popular "inflation" theories, which dilute any initial abundances.
  470. b) Baryogenesis occurred around the Grand Unified (GUT) scale (very early).
  471.    Long thought to be the only viable candidate, GUT's generically have
  472.    baryon-violating reactions, such as proton decay (not yet observed).
  473. c) Baryogenesis occurred at the Electroweak Phase Transition (EWPT).
  474.    This is the era when the Higgs first acquired a vacuum expectation value
  475.    (vev), so other particles acquired masses.  Pure Standard Model physics.
  476.  
  477.     Sakharov enumerated 3 necessary conditions for baryogenesis:
  478.  
  479.     (1)  Baryon number violation.  If baryon number is conserved in all
  480. reactions, then the present baryon asymmetry can only reflect asymmetric
  481. initial conditions, and we are back to case (a), above.
  482.     (2) C and CP violation.  Even in the presence of B-violating
  483. reactions, without a preference for matter over antimatter the B-violation
  484. will take place at the same rate in both directions, leaving no excess.
  485.     (3) Thermodynamic Nonequilibrium.  Because CPT guarantees equal
  486. masses for baryons and antibaryons, chemical equilibrium would drive the 
  487. necessary reactions to correct for any developing asymmetry.  
  488.  
  489.     It turns out the Standard Model satisfies all 3 conditions:
  490.  
  491.     (1) Though the Standard Model conserves B classically (no terms in
  492. the Lagrangian violate B), quantum effects allow the universe to tunnel
  493. between vacua with different values of B.  This tunneling is _very_
  494. suppressed at energies/temperatures below 10 TeV (the "sphaleron mass"),
  495. _may_ occur at e.g. SSC energies (controversial), and _certainly_ occurs at
  496. higher temperatures.
  497.  
  498.     (2) C-violation is commonplace.  CP-violation (that's "charge
  499. conjugation" and "parity") has been experimentally observed in kaon
  500. decays, though strictly speaking the Standard Model probably has
  501. insufficient CP-violation to give the observed baryon asymmetry.
  502.  
  503.     (3) Thermal nonequilibrium is achieved during first-order phase
  504. transitions in the cooling early universe, such as the EWPT (at T = 100 GeV
  505. or so).  As bubbles of the "true vacuum" (with a nonzero Higgs vev)
  506. percolate and grow, baryogenesis can occur at or near the bubble walls.
  507.  
  508.     A major theoretical problem, in fact, is that there may be _too_
  509. _much_ B-violation in the Standard Model, so that after the EWPT is
  510. complete (and condition 3 above is no longer satisfied) any previously
  511. generated baryon asymmetry would be washed out.
  512.  
  513. References: Kolb and Turner, _The Early Universe_;
  514.   Dine, Huet, Singleton & Susskind, Phys.Lett.B257:351 (1991);
  515.   Dine, Leigh, Huet, Linde & Linde, Phys.Rev.D46:550 (1992).
  516.  
  517. ********************************************************************************
  518. Item 18.
  519.  
  520. TIME TRAVEL - FACT OR FICTION?                  updated 25-Nov-1992
  521. ------------------------------            original by Jon J. Thaler
  522.  
  523.     We define time travel to mean departure from a certain place and
  524. time followed (from the traveller's point of view) by arrival at the same
  525. place at an earlier (from the sedentary observer's point of view) time.
  526. Time travel paradoxes arise from the fact that departure occurs after
  527. arrival according to one observer and before arrival according to another. 
  528. In the terminology of special relativity time travel implies that the
  529. timelike ordering of events is not invariant.  This violates our intuitive
  530. notions of causality.  However, intuition is not an infallible guide, so we
  531. must be careful.  Is time travel really impossible, or is it merely another
  532. phenomenon where "impossible" means "nature is weirder than we think?"  The
  533. answer is more interesting than you might think. 
  534.  
  535. THE SCIENCE FICTION PARADIGM:
  536.  
  537.     The B-movie image of the intrepid chrononaut climbing into his time
  538. machine and watching the clock outside spin backwards while those outside
  539. the time machine watch the him revert to callow youth is, according to
  540. current theory, impossible.  In current theory, the arrow of time flows in
  541. only one direction at any particular place.  If this were not true, then
  542. one could not impose a 4-dimensional coordinate system on space-time, and
  543. many nasty consequences would result. Nevertheless, there is a scenario
  544. which is not ruled out by present knowledge.  It requires an unusual
  545. spacetime topology (due to wormholes or strings in general relativity)
  546. which has not not yet seen, but which may be possible.  In this scenario
  547. the universe is well behaved in every local region; only by exploring the
  548. global properties does one discover time travel. 
  549.  
  550. CONSERVATION LAWS:
  551.  
  552.     It is sometimes argued that time travel violates conservation laws.
  553. For example, sending mass back in time increases the amount of energy that
  554. exists at that time.  Doesn't this violate conservation of energy?  This
  555. argument uses the concept of a global conservation law, whereas
  556. relativistically invariant formulations of the equations of physics only
  557. imply local conservation.  A local conservation law tells us that the
  558. amount of stuff inside a small volume changes only when stuff flows in or
  559. out through the surface.  A global conservation law is derived from this by
  560. integrating over all space and assuming that there is no flow in or out at
  561. infinity.  If this integral cannot be performed, then global conservation
  562. does not follow.  So, sending mass back in time might be alright, but it
  563. implies that something strange is happening.  (Why shouldn't we be able to
  564. do the integral?) 
  565.  
  566. GENERAL RELATIVITY:
  567.  
  568.     One case where global conservation breaks down is in general
  569. relativity. It is well known that global conservation of energy does not
  570. make sense in an expanding universe.  For example, the universe cools as it
  571. expands; where does the energy go?  See FAQ article #1 - Energy
  572. Conservation in Cosmology, for details. 
  573.  
  574.     It is interesting to note that the possibility of time travel in GR
  575. has been known at least since 1949 (by Kurt Godel, discussed in [1], page
  576. 168). The GR spacetime found by Godel has what are now called "closed
  577. timelike curves" (CTCs).  A CTC is a worldline that a particle or a person
  578. can follow which ends at the same spacetime point (the same position and
  579. time) as it started.   A solution to GR which contains CTCs cannot have a
  580. spacelike embedding - space must have "holes" (as in donut holes, not holes
  581. punched in a sheet of paper).  A would-be time traveller must go around or
  582. through the holes in a clever way. 
  583.  
  584.     The Godel solution is a curiosity, not useful for constructing a
  585. time machine.  Two recent proposals, one by Morris, et al. [2] and one by
  586. Gott [3], have the possibility of actually leading to practical devices (if
  587. you believe this, I have a bridge to sell you).   As with Godel, in these
  588. schemes nothing is locally strange; time travel results from the unusual
  589. topology of spacetime.  The first uses a wormhole (the inner part of a
  590. black hole, see fig. 1 of [2]) which is held open and manipulated by
  591. electromagnetic forces.  The second uses the conical geometry generated by
  592. an infinitely long string of mass.  If two strings pass by each other, a
  593. clever person can go into the past by traveling a figure-eight path around
  594. the strings. 
  595.  
  596. GRANDFATHER PARADOXES:
  597.  
  598.     With the demonstration that general relativity contains CTCs,
  599. people began studying the problem of self-consistency.  Basically, the
  600. problem is that of the "grandfather paradox:"  What happens if our time
  601. traveller kills her grandmother before her mother was born?  In more
  602. readily analyzable terms, one can ask what are the implications of the
  603. quantum mechanical interference of the particle with its future self.
  604. Boulware [5] shows that there is a problem - unitarity is violated. This is
  605. related to the question of when one can do the global conservation integral
  606. discussed above.  It is an example of the "Cauchy problem" [1, chapter 7]. 
  607.  
  608. OTHER PROBLEMS (and an escape hatch?):
  609.  
  610.     How does one avoid the paradox that a simple solution to GR has
  611. CTCs which QM does not like?  This is not a matter of applying a theory in
  612. a domain where it is expected to fail.  One relevant issue is the
  613. construction of the time machine.  After all, infinite strings aren't
  614. easily obtained.  In fact, it has been shown [4] that Gott's scenario
  615. implies that the total 4-momentum of spacetime must be spacelike.  This
  616. seems to imply that one cannot build a time machine from any collection of
  617. physical objects, whose 4-momentum must be timelike unless tachyons exist. 
  618. Similar objections apply to the wormhole method. 
  619.  
  620. TACHYONS:
  621.  
  622. Finally, a diversion on a possibly related topic.
  623.  
  624.     If tachyons exist as physical objects, causality is no longer
  625. invariant. Different observers will see different causal sequences.  This
  626. effect requires only special relativity (not GR), and follows from the fact
  627. that for any spacelike trajectory, reference frames can be found in which
  628. the particle moves backward or forward in time.  This is illustrated by the
  629. pair of spacetime diagrams below.  One must be careful about what is
  630. actually observed; a particle moving backward in time is observed to be a
  631. forward moving anti-particle, so no observer interprets this as time
  632. travel. 
  633.  
  634.                 t
  635. One reference   |                    Events A and C are at the same
  636. frame:          |                    place.  C occurs first.
  637.                 |
  638.                 |                    Event B lies outside the causal
  639.                 |          B         domain of events A and C.
  640.      -----------A----------- x       (The intervals are spacelike).
  641.                 |
  642.                 C                    In this frame, tachyon signals
  643.                 |                    travel from A-->B and from C-->B.
  644.                 |                    That is, A and C are possible causes
  645.                                      of event B.
  646.  
  647. Another         t
  648. reference       |                    Events A and C are not at the same
  649. frame:          |                    place.  C occurs first.
  650.                 |
  651.                 |                    Event B lies outside the causal
  652.      -----------A----------- x       domain of events A and C. (The
  653.                 |                    intervals are spacelike)
  654.                 |
  655.                 |   C                In this frame, signals travel from
  656.                 |                    B-->A and from B-->C.  B is the cause
  657.                 |             B      of both of the other two events.
  658.  
  659.     The unusual situation here arises because conventional causality
  660. assumes no superluminal motion.  This tachyon example is presented to
  661. demonstrate that our intuitive notion of causality may be flawed, so one
  662. must be careful when appealing to common sense.  See FAQ article # 6 -
  663. Tachyons, for more about these weird hypothetical particles. 
  664.  
  665. CONCLUSION:
  666.  
  667.     The possible existence of time machines remains an open question. 
  668. None of the papers criticizing the two proposals are willing to
  669. categorically rule out the possibility.  Nevertheless, the notion of time
  670. machines seems to carry with it a serious set of problems. 
  671.  
  672. REFERENCES:
  673.  
  674. 1: S.W. Hawking, and G.F.R. Ellis, "The Large Scale Structure of Space-Time,"
  675.    Cambridge University Press, 1973.
  676. 2: M.S. Morris, K.S. Thorne, and U. Yurtsever, PRL, v.61, p.1446 (1989).
  677.    --> How wormholes can act as time machines.
  678. 3: J.R. Gott, III, PRL, v.66, p.1126 (1991).
  679.    --> How pairs of cosmic strings can act as time machines.
  680. 4: S. Deser, R. Jackiw, and G. 't Hooft, PRL, v.66, p.267 (1992).
  681.    --> A critique of Gott.  You can't construct his machine.
  682. 5: D.G. Boulware, University of Washington preprint UW/PT-92-04.
  683.    Available on the hep-th@xxx.lanl.gov bulletin board: item number 9207054.
  684.    --> Unitarity problems in QM with closed timelike curves.
  685.  
  686. ********************************************************************************
  687. Item 19.
  688.  
  689. Gravity and the Radiation of Charged Particles  updated 26-DEC-1992 by SIC
  690. ----------------------------------------------    original by Kurt Sonnenmoser
  691.  
  692. Three oft-asked questions about the Equivalence Principle and the
  693. radiation of charged particles in a gravitational field according to GR:
  694.  
  695. A)  DOES THE GRAVITATIONAL FIELD OF A STATIC MASSIVE BODY CAUSE
  696.     RADIATION FROM A CHARGED PARTICLE AT REST ON ITS SURFACE?
  697.     (Or: "According to the Equivalence Principle, the electron on my
  698.     desk should radiate!")
  699.  
  700.     Answer: No, it doesn't. Reason: Static situation --> no magnetic
  701. fields --> vanishing field energy current, i.e. no radiation. The
  702. Equivalence Principle only leads you to the conclusion that if you
  703. put the particle on the bottom of an accelerated elevator in gravity
  704. free space, you will observe no radiation (in the reference frame of
  705. the elevator).
  706.  
  707. B ) DOES A CHARGED STABLE PARTICLE IN FREE FALL IN THE GRAVITATIONAL
  708.     FIELD OF A MASSIVE BODY RADIATE? (Or: "According to the Equivalence
  709.     Principle, my electron should not radiate if it falls to the
  710.     ground!")
  711.  
  712.     Answer: Yes, it does. Reason: It's like with any accelerated motion
  713. of a charged particle: The acceleration causes "kinks" in the field
  714. lines that propagate with the velocity of light and carry off
  715. energy. This energy comes from the orbital energy of the particle
  716. and not from its mass. As before, trying to apply the Equivalence
  717. Principle is misleading: the free falling particle is only _locally_
  718. equivalent to one at rest in gravity free space, but in order to
  719. calculate the energy radiated off, you have to integrate the energy
  720. flux of the electromagnetic field over a sphere going to infinity
  721. (in a fixed reference frame), which is, of course, not a local
  722. procedure. The Equivalence Principle only tells you that if you go
  723. very close to the particle, you see no radiation.
  724.  
  725. C)  DOES A UNIFORMLY ACCELERATED CHARGE RADIATE? (Or: "Ok, let's forget
  726.     about the Equivalence Principle! What happens globally?")
  727.  
  728.     Answer: David Boulware [Ann.Phys. 124, 169-188 (1980) ("Radiation
  729. from a Uniformly Accelerated Charge")] has shown that a uniformly
  730. accelerated charge in gravity-free space does in fact radiate
  731. (contrary to earlier beliefs, e.g. of Pauli), but also that it is
  732. _not_ globally equivalent to a charge at rest in a static
  733. gravitational field. More specifically, there are regions of
  734. space-time where there is no coordinate frame in which the
  735. accelerated charge is at rest and the gravitational field static. So
  736. there is no contradiction to the fact that charges at rest in a
  737. gravitational field do not radiate.
  738.  
  739. ********************************************************************************
  740. Item 20.
  741.  
  742. The Nobel Prize for Physics (1901-1992)        updated 29-Nov-1992 by SIC
  743. ---------------------------------------
  744.  
  745. The following is a complete listing of Nobel Prize awards, from the first
  746. award in 1901.  Prizes were not awarded in every year.  The description 
  747. following the names is an abbreviation of the official citation.  
  748.  
  749. 1901     Wilhelm Konrad Rontgen         X-rays
  750. 1902     Hendrik Antoon Lorentz        Magnetism in radiation phenomena
  751.     Pieter Zeeman        
  752. 1903    Antoine Henri Bequerel        Spontaneous radioactivity
  753.     Pierre Curie            
  754.     Marie Sklowdowska-Curie 
  755. 1904    Lord Rayleigh             Density of gases and 
  756.     (a.k.a. John William Strutt)      discovery of argon
  757. 1905    Pilipp Eduard Anton von Lenard    Cathode rays
  758. 1906    Joseph John Thomson        Conduction of electricity by gases
  759. 1907    Albert Abraham Michelson    Precision metrological investigations
  760. 1908    Gabriel Lippman            Reproducing colors photographically
  761.                      based on the phenomenon of interference
  762. 1909    Guglielmo Marconi        Wireless telegraphy
  763.     Carl Ferdinand Braun
  764. 1910    Johannes Diderik van der Waals    Equation of state of fluids
  765. 1911    Wilhelm Wien            Laws of radiation of heat
  766. 1912    Nils Gustaf Dalen        Automatic gas flow regulators 
  767. 1913    Heike Kamerlingh Onnes        Matter at low temperature
  768. 1914    Max von Laue            Crystal diffraction of X-rays
  769. 1915    William Henry Bragg        X-ray analysis of crystal structure
  770.     William Lawrence Bragg
  771. 1917    Charles Glover Barkla        Characteristic X-ray spectra of elements
  772. 1918    Max Planck            Energy quanta
  773. 1919    Johannes Stark            Splitting of spectral lines in E fields
  774. 1920    Charles-Edouard Guillaume     Anomalies in nickel steel alloys
  775. 1921    Albert Einstein            Photoelectric Effect
  776. 1922    Niels Bohr            Structure of atoms
  777. 1923    Robert Andrew Millikan        Elementary charge of electricity
  778. 1924    Karl Manne Georg Siegbahn    X-ray spectroscopy
  779. 1925    James Franck            Impact of an electron upon an atom
  780.     Gustav Hertz
  781. 1926    Jean Baptiste Perrin         Sedimentation equilibrium
  782. 1927    Arthur Holly Compton        Compton effect
  783.     Charles Thomson Rees Wilson    Invention of the Cloud chamber
  784. 1928    Owen Willans Richardson        Thermionic phenomena, Richardson's Law
  785. 1929    Prince Louis-Victor de Broglie    Wave nature of electrons
  786. 1930    Sir Chandrasekhara Venkata Raman Scattering of light, Raman effect
  787. 1932    Werner Heisenberg        Quantum Mechanics 
  788. 1933     Erwin Schrodinger        Atomic theory
  789.     Paul Adrien Maurice Dirac
  790. 1935    James Chadwick            The neutron
  791. 1936    Victor Franz Hess        Cosmic rays
  792. 1937    Clinton Joseph Davisson        Crystal diffraction of electrons
  793.     George Paget Thomson
  794. 1938    Enrico Fermi            New radioactive elements 
  795. 1939    Ernest Orlando Lawrence        Invention of the Cyclotron
  796. 1943    Otto Stern            Proton magnetic moment
  797. 1944    Isador Isaac Rabi        Magnetic resonance in atomic nuclei
  798. 1945    Wolfgang Pauli            The Exclusion principle
  799. 1946    Percy Williams Bridgman     Production of extremely high pressures
  800. 1947    Sir Edward Victor Appleton    Physics of the upper atmosphere
  801. 1948    Patrick Maynard Stuart Blackett Cosmic ray showers in cloud chambers
  802. 1949    Hideki Yukawa            Prediction of Mesons 
  803. 1950    Cecil Frank Powell        Photographic emulsion for meson studies
  804. 1951     Sir John Douglas Cockroft    Artificial acceleration of atomic 
  805.     Ernest Thomas Sinton Walton        particles and transmutation of nuclei
  806. 1952    Felix Bloch            Nuclear magnetic precision methods 
  807.     Edward Mills Purcell
  808. 1953    Frits Zernike             Phase-contrast microscope
  809. 1954    Max Born            Fundamental research in QM
  810.     Walther Bothe            Coincidence counters
  811. 1955    Willis Eugene Lamb        Hydrogen fine structure
  812.     Polykarp Kusch            Electron magnetic moment
  813. 1956    William Shockley        Transistors
  814.     John Bardeen
  815.     Walter Houser Brattain
  816. 1957    Chen Ning Yang            Parity violation 
  817.     Tsung Dao Lee
  818. 1958    Pavel Aleksejevic Cerenkov    Interpretation of the Cerenkov effect
  819.     Il'ja Mickajlovic Frank
  820.     Igor' Evgen'evic Tamm
  821. 1959    Emilio Gino Segre        The Antiproton
  822.     Owen Chamberlain    
  823. 1960    Donald Arthur Glaser        The Bubble Chamber
  824. 1961    Robert Hofstadter        Electron scattering on nucleons
  825.     Rudolf Ludwig Mossbauer     Resonant absorption of photons
  826. 1962    Lev Davidovic Landau        Theory of liquid helium
  827. 1963    Eugene P. Wigner         Fundamental symmetry principles
  828.     Maria Goeppert Mayer        Nuclear shell structure
  829.     J. Hans D. Jensen 
  830. 1964    Charles H. Townes               Maser-Laser principle
  831.         Nikolai G. Basov
  832.         Alexander M. Prochorov
  833. 1965    Sin-Itiro Tomonaga              Quantum electrodynamics
  834.         Julian Schwinger
  835.         Richard P. Feynman
  836. 1966    Alfred Kastler                  Study of Hertzian resonance in atoms
  837. 1967    Hans Albrecht Bethe             Energy production in stars 
  838. 1968    Luis W. Alvarez                 Discovery of many particle resonances
  839. 1969    Murray Gell-Mann                Quark model for particle classification
  840. 1970    Hannes Alven                    Magneto-hydrodynamics in plasma physics
  841.         Louis Neel                      Antiferromagnetism and ferromagnetism
  842. 1971    Dennis Gabor                    Principles of holography
  843. 1972    John Bardeen                    Superconductivity
  844.         Leon N. Cooper
  845.         J. Robert Schrieffer
  846. 1973    Leo Esaki                       Tunneling in superconductors
  847.         Ivar Giaever 
  848.         Brian D. Josephson              Super-current through tunnel barriers
  849. 1974    Antony Hewish                   Discovery of pulsars
  850.         Sir Martin Ryle                 Pioneering radioastronomy work
  851. 1975    Aage Bohr                       Structure of the atomic nucleus
  852.         Ben Mottelson
  853.         James Rainwater
  854. 1976    Burton Richter                  Discovery of the J/Psi particle
  855.         Samual Chao Chung Ting
  856. 1977    Philip Warren Anderson          Electronic structure of magnetic and 
  857.         Nevill Francis Mott             disordered solids
  858.         John Hasbrouck Van Vleck
  859. 1978    Pyotr Kapitsa                   Liquifaction of helium
  860.         Arno A. Penzias                 Cosmic Microwave Background Radiation
  861.         Robert W. Wilson
  862. 1979    Sheldon Glashow                 Electroweak Theory, especially
  863.         Steven Weinberg                  weak neutral currents
  864.         Abdus Salam                     
  865. 1980    James Cronin                    Discovery of CP violation in the 
  866.         Val Fitch                        asymmetric decay of neutral K-mesons
  867. 1981    Kai M. Seigbahn                 High resolution electron spectroscopy
  868.         Nicolaas Bleombergen            Laser spectroscopy
  869.         Arthur L. Schawlow
  870. 1982    Kenneth G. Wilson               Critical phenomena in phase transitions 
  871. 1983    Subrahmanyan Chandrasekhar      Evolution of stars
  872.         William A. Fowler
  873. 1984    Carlo Rubbia                    Discovery of W,Z
  874.         Simon van der Meer              Stochastic cooling for colliders
  875. 1985    Klaus von Klitzing              Discovery of quantum Hall effect
  876. 1986    Gerd Binning            Scanning Tunneling Microscopy
  877.         Heinrich Rohrer
  878.         Ernst August Friedrich Ruska    Electron microscopy
  879. 1987    Georg Bednorz                   High-temperature superconductivity
  880.         Alex K. Muller 
  881. 1988    Leon Max Lederman               Discovery of the muon neutrino leading
  882.         Melvin Schwartz                  to classification of particles in 
  883.         Jack Steinberger                 families
  884. 1989    Hans Georg Dehmelt              Penning Trap for charged particles
  885.         Wolfgang Paul                   Paul Trap for charged particles
  886.         Norman F. Ramsey                Control of atomic transitions by the
  887.                                          separated oscillatory fields method
  888. 1990    Jerome Isaac Friedman           Deep inelastic scattering experiments
  889.         Henry Way Kendall                leading to the discovery of quarks
  890.         Richard Edward Taylor
  891. 1991    Pierre-Gilles de Gennes         Order-disorder transitions in liquid 
  892.                                          crystals and polymers
  893. 1992    Georges Charpak                 Multiwire Proportional Chamber
  894. ********************************************************************************
  895. Item 21.
  896.  
  897. Open Questions                    updated 13-OCT-1992 by SIC
  898. --------------                    original by John Baez
  899.  
  900.     While for the most part a FAQ covers the answers to frequently
  901. asked questions whose answers are known, in physics there are also plenty
  902. of simple and interesting questions whose answers are not known. Before you
  903. set about answering these questions on your own, it's worth noting that
  904. while nobody knows what the answers are, there has been at least a little,
  905. and sometimes a great deal, of work already done on these subjects. People
  906. have said a lot of very intelligent things about many of these questions. 
  907. So do plenty of research and ask around before you try to cook up a theory
  908. that'll answer one of these and win you the Nobel prize!  You can expect to
  909. really know physics inside and out before you make any progress on these. 
  910.  
  911.     The following partial list of "open" questions is divided into two
  912. groups, Cosmology and Astrophysics, and Particle and Quantum Physics. 
  913. However, given the implications of particle physics on cosmology, the
  914. division is somewhat artificial, and, consequently, the categorization is 
  915. somewhat arbitrary.  
  916.  
  917.     (There are many other interesting and fundamental questions in 
  918. fields such as condensed matter physics, nonlinear dynamics, etc., which 
  919. are not part of the set of related questions in cosmology and quantum 
  920. physics which are discussed below.  Their omission is not a judgement 
  921. about importance, but merely a decision about the scope of this article.)
  922.     
  923. Cosmology and Astrophysics
  924. --------------------------
  925.  
  926. 1.  What happened at, or before the Big Bang?  Was there really an initial
  927. singularity?  Of course, this question might not make sense, but it might.
  928. Does the history of universe go back in time forever, or only a finite
  929. amount? 
  930.  
  931. 2.  Will the future of the universe go on forever or not?  Will there be a
  932. "big crunch" in the future?  Is the Universe infinite in spatial extent? 
  933.  
  934. 3.  Why is there an arrow of time; that is, why is the future so much
  935. different from the past?
  936.  
  937. 4.  Is spacetime really four-dimensional?   If so, why - or is that just a
  938. silly question?  Or is spacetime not really a manifold at all if examined
  939. on a short enough distance scale? 
  940.  
  941. 5.  Do black holes really exist?  (It sure seems like it.)  Do they really
  942. radiate energy and evaporate the way Hawking predicts?  If so, what happens
  943. when, after a finite amount of time, they radiate completely away?  What's
  944. left?  Do black holes really violate all conservation laws except
  945. conservation of energy, momentum, angular momentum and electric charge? 
  946.  
  947. 6.  Is the Cosmic Censorship Hypothesis true?  Roughly, for generic
  948. collapsing isolated gravitational systems are the singularities that might
  949. develop guaranteed to be hidden beyond a smooth event horizon?  If Cosmic
  950. Censorship fails, what are these naked singularities like?  That is, what 
  951. weird physical consequences would they have? 
  952.  
  953. 7.  Why are the galaxies distributed in clumps and filaments?  Is most of
  954. the matter in the universe baryonic?  Is this a matter to be resolved by
  955. new physics? 
  956.  
  957. 8.  What is the nature of the missing "Dark Matter"?  Is it baryonic, 
  958. neutrinos, or something more exotic?  
  959.  
  960. Particle and Quantum Physics
  961. ----------------------------
  962.  
  963. 1.  Why are the laws of physics not symmetrical between left and right,
  964. future and past, and between matter and antimatter?  I.e., what is the
  965. mechanism of CP violation, and what is the origin of parity violation in
  966. Weak interactions?  Are there right-handed Weak currents too weak to have
  967. been detected so far?  If so, what broke the symmetry?  Is CP violation 
  968. explicable entirely within the Standard Model, or is some new force or
  969. mechanism required?
  970.  
  971. 2.  Why are the strengths of the fundamental forces (electromagnetism, weak
  972. and strong forces, and gravity) what they are?  For example, why is the
  973. fine structure constant, which measures the strength of electromagnetism,
  974. about 1/137.036?  Where did this dimensionless constant of nature come from? 
  975. Do the forces really become Grand Unified at sufficiently high energy?
  976.  
  977. 3.  Why are there 3 generations of leptons and quarks?  Why are there mass
  978. ratios what they are?  For example, the muon is a particle almost exactly
  979. like the electron except about 207 times heavier.  Why does it exist and
  980. why precisely that much heavier?   Do the quarks or leptons have any 
  981. substructure? 
  982.  
  983. 4.  Is there a consistent and acceptable relativistic quantum field theory
  984. describing interacting (not free) fields in four spacetime dimensions?  For
  985. example, is the Standard Model mathematically consistent?  How about
  986. Quantum Electrodynamics? 
  987.  
  988. 5.  Is QCD a true description of quark dynamics?  Is it possible to
  989. calculate masses of hadrons (such as the proton, neutron, pion, etc.)
  990. correctly from the Standard Model?  Does QCD predict a quark/gluon
  991. deconfinement phase transition at high temperature?  What is the nature of
  992. the transition?  Does this really happen in Nature? 
  993.  
  994. 6.  Why is there more matter than antimatter, at least around here? Is
  995. there really more matter than antimatter throughout the universe? 
  996.  
  997. 7.  What is meant by a "measurement" in quantum mechanics?  Does
  998. "wavefunction collapse" actually happen as a physical process?  If so, how,
  999. and under what conditions?  If not, what happens instead? 
  1000.  
  1001. 8.  What are the gravitational effects, if any, of the immense (possibly
  1002. infinite) vacuum energy density seemingly predicted by quantum field
  1003. theory?  Is it really that huge?  If so, why doesn't it act like an
  1004. enormous cosmological constant? 
  1005.  
  1006. 9.  Why doesn't the flux of solar neutrinos agree with predictions?  Is the
  1007. disagreement really significant?  If so, is the discrepancy in models of
  1008. the sun, theories of nuclear physics, or theories of neutrinos?  Are
  1009. neutrinos really massless? 
  1010.  
  1011. The Big Question (TM)
  1012. ---------------------
  1013.  
  1014. This last question sits on the fence between the two categories above:
  1015.  
  1016.     How to you merge Quantum Mechanics and General Relativity to create a
  1017. quantum theory of gravity?  Is Einstein's theory of gravity (classical GR)
  1018. also correct in the microscopic limit, or are there modifications
  1019. possible/required which coincide in the observed limit(s)?  Is gravity
  1020. really curvature, or what else -- and why does it then look like curvature? 
  1021. An answer to this question will necessarily rely upon, and at the same time
  1022. likely be a large part of, the answers to many of the other questions above.
  1023.  
  1024. ********************************************************************************
  1025. Item 22.                    updated 15-OCT-1992 by SIC
  1026.     
  1027. Accessing and Using Online Physics Resources
  1028. --------------------------------------------
  1029.  
  1030. (I) Particle Physics Databases
  1031.  
  1032.     The Full Listings of the Review of Particle Properties (RPP), as 
  1033. well as other particle physics databases, are accessible on-line.  Here is 
  1034. a summary of the major ones, as described in the RPP:
  1035.  
  1036. (A) SLAC Databases
  1037.  
  1038. PARTICLES   - Full listings of the RPP
  1039. HEP        - Guide to particle physics preprints, journal articles, reports,
  1040.           theses, conference papers, etc.
  1041. CONF        - Listing of past and future conferences in particle physics
  1042. HEPNAMES    - E-mail addresses of many HEP people
  1043. INST        - Addresses of HEP institutions
  1044. DATAGUIDE   - Adjunct to HEP, indexes papers
  1045. REACTIONS   - Numerical data on reactions (cross-sections, polarizations, etc)
  1046. EXPERIMENTS - Guide to current and past experiments
  1047.  
  1048. Anyone with a SLAC account can access these databases.  Alternately, most
  1049. of us can access them via QSPIRES.  You can access QSPIRES via BITNET with
  1050. the 'send' command ('tell','bsend', or other system-specific command) or by
  1051. using E-mail.  For example, send QSPIRES@SLACVM FIND TITLE Z0 will get you
  1052. a search of HEP for all papers which reference the Z0 in the title.  By
  1053. E-mail, you would send the one line message "FIND TITLE Z0" with a blank
  1054. subject line to QSPIRES@SLACVM.BITNET or QSPIRES@VM.SLAC.STANFORD.EDU.
  1055. QSPIRES is free.  Help can be obtained by mailing "HELP" to QSPIRES.
  1056.  
  1057. For more detailed information, see the RPP, p.I.12, or contact: Louise
  1058. Addis (ADDIS@SLACVM.BITNET) or Harvey Galic (GALIC@SLACVM.BITNET).
  1059.  
  1060. (B) CERN Databases on ALICE
  1061.  
  1062. LIB        - Library catalogue of books, preprints, reports, etc.
  1063. PREP        - Subset of LIB containing preprints, CERN publications, and 
  1064.           conference papers.
  1065. CONF        - Subset of LIB containing upcoming and past conferences since 1986
  1066. DIR        - Directory of Research Institutes in HEP, with addresses, fax,
  1067.           telex, e-mail addresses, and info on research programs
  1068.  
  1069. ALICE can be accessed via DECNET or INTERNET.  It runs on the CERN library's
  1070. VXLIB, alias ALICE.CERN.CH (IP# 128.141.201.44).  Use Username ALICE (no 
  1071. password required.)  Remote users with no access to the CERN Ethernet can
  1072. use QALICE, similar to QSPIRES.  Send E-mail to QALICE@VXLIB.CERN.CH, put
  1073. the query in the subject field and leave the message field black.  For 
  1074. more information, send the subject "HELP" to QALICE or contact CERN 
  1075. Scientific Information Service, CERN, CH-1211 Geneva 23, Switzerland,
  1076. or E-mail MALICE@VXLIB.CERN.CH.
  1077.  
  1078. Regular weekly or monthly searches of the CERN databases can be arranged
  1079. according to a personal search profile.  Contact David Dallman, CERN SIS
  1080. (address above) or E-mail CALLMAN@CERNVM.CERN.CH.
  1081.  
  1082. DIR is available in Filemaker PRO format for Macintosh.  Contact Wolfgang
  1083. Simon (ISI@CERNVM.CERN.CH).
  1084.  
  1085. (C) Other Databases
  1086.  
  1087. Durham-RAL and Serpukhov both maintain large databases containing Particle
  1088. Properties, reaction data, experiments, E-mail ID's, cross-section
  1089. compilations (CS), etc.  Except for the Serpukhov CS, these databases
  1090. overlap SPIRES at SLAC considerably, though they are not the same and may
  1091. be more up-to-date.  For details, see the RPP, p.I.14, or contact:
  1092. For Durham-RAL, Mike Whalley (MRW@UKACRL.BITNET,MRW@CERNVM.BITNET) or 
  1093. Dick Roberts (RGR@UKACRL.BITNET).  For Serpukhov, contact Sergey Alekhin 
  1094. (ALEKHIN@M9.IHEP.SU) or Vladimir Exhela (EZHELA@M9.IHEP.SU). 
  1095.  
  1096. (II) Online Preprint Sources
  1097.  
  1098. There are a number of online sources of preprints:
  1099.  
  1100. alg-geom@publications.math.duke.edu (algebraic geometry)
  1101. astro-ph@babbage.sissa.it           (astrophysics)
  1102. cond-mat@babbage.sissa.it           (condensed matter)
  1103. funct-an@babbage.sissa.it           (functional analysis)
  1104. hep-lat@ftp.scri.fsu.edu            (computational and lattice physics)
  1105. hep-ph@xxx.lanl.gov                 (high energy physics phenomenological)
  1106. hep-th@xxx.lanl.gov                 (high energy physics theoretical)
  1107. lc-om@alcom-p.cwru.edu              (liquid crystals, optical materials)
  1108. gr-qc@xxx.lanl.gov                  (general relativity, quantum cosmology)
  1109.  
  1110.     To get things if you know the preprint number, send a message to 
  1111. the appropriate address with subject header "get (preprint number)" and 
  1112. no message body. If you *don't* know the preprint number, or want to get 
  1113. preprints regularly, or want other information, send a message with 
  1114. subject header "help" and no message body. 
  1115.  
  1116. ********************************************************************************
  1117. END OF FAQ
  1118.