Projekt

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A Voyage to the Boundaries of Theoretical Physics

Titel Englisch A Voyage to the Boundaries of Theoretical Physics
Gesuchsteller/in Sfondrini Alessandro
Nummer 171622
Förderungsinstrument Agora
Forschungseinrichtung Institut für Theoretische Physik ETH Zürich
Hochschule ETH Zürich - ETHZ
Hauptdisziplin Theoretische Physik
Beginn/Ende 01.02.2017 - 31.01.2020
Bewilligter Betrag 200'000.00
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Alle Disziplinen (3)

Disziplin
Theoretische Physik
Andere Gebiete der Physik
Elementarteilchenphysik

Keywords (7)

Documentary; Alternative classroom learning; YouTube; Social Media; High-school students; Theoretical Physics; Holographic principle

Lay Summary (Deutsch)

Lead
Das Ziel dieses Projektes ist es eine Dokumentation über das holographische Prinzip in der Theoretischen Physik im Stile eines YouTube Videos zu realisieren. Das Holographische Prinzip ist ein vor kurzem vorgeschlagenes Postulat, dass jedes D-dimensional Universum, welches Gravitationswechselwirkungen in seinen physikalischen Gesetzen enthält, äquivalent ist zu einem gravitationsfreien physikalischen System in D-1 Dimensionen auf dem Rand eines solchen Universums. In dieser dreiteiligen Dokumentation werden wir erklären was Theoretische Physiker zu solch einer tiefgreifenden Vermutung führte und was die Folgen für unser Verständnis der Fundamentalphysik sind. Die Filme sollen nach Fertigstellung sowohl in Schweizer Gymnasien als auch weltweit übers Internet verteilt werden.
Lay summary

Das Holographische Prinzip, welches in den 90er Jahren vorgeschlagen wurde, ist eine der bedeutungsvollsten Ideen, die in den vergangenen Jahren in der Theoretischen Physik entwickelt wurde. Es postuliert eine Dualität zwischen Gravitationstheorien in D Dimensionen und gravitationsfreien Theorien in einer Dimension weniger. Diese Vermutung entzündete eine gemeinschaftliche Arbeit vieler theoretische Physiker, die zu grossen Fortschritten in unserem Verständnis der Gravitation, Schwarzer Löcher, Quantentheorien sowie deren Beziehungen zueinander führte.

Trotz seiner Beduetung in der Forschung ist das Holographische Prinzip der breiten Öffentlichkeit völlig unbekannt. Dies ist ein bedauernswerter Umtand, nicht nur da diese erstaunliche, zum Nachdenken anregende Idee es wert ist mittgeteilt zu werden, sondern auch weil eine verzerrte Wahrnehmung der Themen und Methoden der Theoretischen Physik besteht. Mitunter wird angenommen, dass Fortschritte in der Theoretischen Physik nur durch die Intuition einiger weniger Genies gemacht würden, und dass revolutionäre Ideen vom Himmel fielen. Dieses bedauerliche Vorurteil hält junge StudentInnen von der Theoretischen Physik ab, da sie sich für wissenschaftlichen Erfolg nicht ausreichend konkurrenzfähig halten.

Den gewunden Pfad nachzuvollziehen, der zu der Fromulierung des Holographischen Prinzips führte, wird dazu beitragen dieses Vorurteil abzubauen und gleichzeitig einen Einblick in ein spannendes und hochaktuelles Forschungsthema zu gewähren. Wir werden eine animierte Videoserie in Zusammenarbeit mit dem YouTube Kanal Kurzgesagt erstellen. Die Videos werden in Englisch, Französisch, Deutsch und Italienisch zu sehen sein und sind primär an Gymnasialschüler gerichtet. Sie werden an schweizer Schulen verteilt und im Internet veröffentlicht werden. Zusätzlich dazu beabsichtigen wir Aufführungen an schweizer Universitäten, zu denen wir SchülerInnen und Lehrer einladen möchten um direkt mit Wissenschaftlern in Kontakt zu treten.

Direktlink auf Lay Summary Letzte Aktualisierung: 26.01.2017

Lay Summary (Französisch)

Lead
Le but de ce projet est de réaliser une série de courts documentaires animés sur le principe holographique en physique théorique. Le principe holographique est une proposition récente qui postule qu’un univers D-dimensionnel dont les lois physiques incluent une interaction gravitationnelle peut être décrit de manière équivalente en termes d'un système quantique sans gravité en dimensions D-1. Ce dernier espace vit à la frontière de cet univers, un peu comme un hologramme. Dans les vidéos, nous expliquerons comment les physiciens théoriciens sont parvenus à formuler une telle proposition révolutionnaire, et explorerons ses implications au niveau des interactions fondamentales. Les vidéos seront ensuite distribuées aux lycées suisses et disponibles en ligne dans le monde entier.
Lay summary
Le principe holographique, proposé dans les années 90, est l’une des idées les plus importantes qui ont émergé récemment en physique théorique. Il suppose une correspondance entre les théories gravitationnelles en D dimensions et les théories qui ne comprennent pas l'interaction gravitationnelle dans une dimension en moins. Cette proposition a provoqué une intense activité dans la recherche en physique théorique, qui nous a permis de mieux comprendre la nature fondamentale de la gravité, des trous noirs, des théories quantiques, et comment ces concepts sont liés.

Malgré son importance, le principe holographique reste pratiquement inconnu du grand public. C'est dommage, et pas seulement parce que c'est une idée très élégante et passionnante; cette situation contribue à fausser la perception des sujets et des méthodes de recherche en physique théorique. On pense souvent que la recherche avance grâce aux découvertes et idées de quelque génie isolé, alors qu'il s'agit en fait d'un travail collectif composé de nombreuses petites étapes, et occasionnellement d'un bond en avant. À cause de ce préjugé malheureux, de nombreux jeunes étudiants et jeunes étudiantes évitent la physique théorique, pensant à tort qu'ils ne sont pas suffisamment géniaux ou compétitifs pour réussir.

L'histoire de l'évolution tortueuse des idées qui ont conduit à la formulation du principe holographique réfute ce préjugé, et c’est également pour cette raison qu’elle devrait être racontée. Nous réaliserons une série de vidéos animées en partenariat avec la chaîne YouTube Kurzgesagt. Les vidéos seront racontées en Français, Allemand, Anglais et Italien, et destinées aux lycéens et lycéennes. Elles seront distribuées dans les écoles suisses et en ligne. De plus, nous allons inviter les élèves et les enseignants à des projections dans les universités, en contact direct avec les chercheurs.
Direktlink auf Lay Summary Letzte Aktualisierung: 26.01.2017

Lay Summary (Italienisch)

Lead
Lo scopo di questo progetto è realizzare una serie di brevi documentari animati sul principio olografico in Fisica teorica. Il principio olografico è un'ipotesti di recente formulazione. Esso propone che la Fisica di ogni universo D-dimensionale le cui leggi includano l'interazione gravitazionale sia equivalente a quella di un modello fisico in D-1 dimensioni senza la gravità. Quest'ultimo sistema vive "sul bordo" dell'universo più grande, un po' come un ologramma. Nei video illustreremo come si sia giunti a proporre un tale rivoluzionario principio, e cosa questo comporti per la natura fondamentale delle leggi fisiche. Il documentario verrà distribuito ai licei svizzeri ed online.
Lay summary
Il principio olografico, proposto negli anni '90, è una delle idee più importanti emerse recentemente in Fisica teorica. Esso congettura una corrispondenza tra teorie gravitazionali in D dimensioni e teorie che non includano l'interazione gravitazionale in una dimensione in meno. Questa proposta ha causato un'intensa attività di ricerca in Fisica teorica, che ha permesso di comprendere meglio la natura fondamentale della gravità, dei buchi neri, delle teorie quantistiche, e come questi concetti siano legati.

Nonostante la sua importanza, il principio olografico è praticamente sconosciuto al grande pubblico. È un peccato, e non solo perché si tratta di un'idea tanto elegante quanto eccitante; questa situazione contribuisce a distorcere la percezione di quali siano gli argomenti ed i metodi di ricerca in Fisica teorica. Si tende a pensare che la ricerca in Fisica avanzi tramite le scoperte e le intuizioni di qualche isolato genio, mentre essa è un processo collettivo fatto di molti piccoli passi e qualche occasionale balzo in avanti. Questi pregiudizi portano molte e molti giovani a disinteressarsi alla Fisica, convinti di non essere abbatanza geniali o competitivi per avere successo.

La storia della tortuosa evoluzione delle idee che hanno portato alla formulazione del principio olografico smentisce questo pregiudizio, e anche per questo motivo è da raccontare. Lo faremo tramite una serie di video animati realizzati in collaborazione con canale YouTube Kurzgesagt. I video saranno narrati in Italiano, Francese, Inglese e Tedesco e pensati per un pubblico di studenti liceali. Verranno distribuiti nelle scuole svizzere ed online. Inoltre, inviteremo insegnanti, studentesse e studenti a proiezioni presso le università svizzere, mettendoli direttamente in contatto coi ricercatori.
Direktlink auf Lay Summary Letzte Aktualisierung: 26.01.2017

Lay Summary (Englisch)

Lead
The aim of this project is to realise a series of short animated documentaries on the holographic principle in theoretical physics. The holographic principle is a recent proposal which posits that any D-dimensional universe whose physical laws include a gravitational interaction can be equivalently described in terms of a physical system in D-1 dimensions without gravity. This latter system lives "on the boundary" of the larger universe, a bit like a hologram. In a three-part documentary we will explain how theoretical physicists came to formulate such a radical proposal, and its implications for foundations of Physics. The videos will be then distributed to Swiss high-schools and online worldwide.
Lay summary
The holographic principle which has been proposed in the 1990s is one of the most important ideas emerged in recent years in theoretical physics. It conjectures a duality between theories of gravity in D-dimensions and theories without gravity in one dimension fewer. This proposal has sparked a collective effort by theoretical physicists which resulted in tremendous advances in our understanding of gravity, black holes, quantum theories, and their mutual relations.

Despite its importance in research, the holographic principle is all but unknown by the general public. This is a pity, not only because such an amazing and thought-provoking idea is well worth communicating, but especially because this contributes to a distorted perception of the topics and methods of theoretical physics. It is sometimes believed that physics only advances through the intuitions of a few lone geniuses, while progress is really achieved through many small steps and some occasional leaps forward. Due to this unfortunate prejudice, many young students shun from theoretical physics, as they believe that they are not unique or competitive enough to succeed.

Exploring the winding path that led to the formulation of the holographic principle will help dispel this prejudice, and showcase an exciting topic of current research. We will realise a series of three animated videos in partnership with the YouTube channel Kurzgesagt. The video will be in English, French, German and Italian; they will be aimed at high-school students and distributed to Swiss high schools and online worldwide. Furthermore, we plan to organise special screenings of the videos at Swiss universities and to invite students and teachers to interact with researchers.
Direktlink auf Lay Summary Letzte Aktualisierung: 26.01.2017

Verantw. Gesuchsteller/in und weitere Gesuchstellende

Projektpartner

Verbundene Projekte

Nummer Titel Start Förderungsinstrument
141869 NCCR SwissMAP: The Mathematics of Physics 01.07.2014 Resource not found: 'c404f1c8-c05d-4850-a043-a1692cc35c36'

Abstract

Fundamental science and theoretical physics in particular are often regarded by students as highly technical and competitive fields, suitable only to overachievers entirely dedicated to getting ahead by learning formulae.This undeserved reputation, together with the perception of a male-dominated field, pushes away many talented young students and especially women, causing in the long run a substantial damage to theoretical physics and to society at large.We believe that a first step to remedy this situation is to correctly represent to young students how theoretical physics is full of exciting open problems that are tackled in a collaborative effort by a great number of researchers, who often may even take different views on the same issue.To do this, we would like to explain a key problem in the field and highlight the ongoing struggle to completely understand it.The topic we propose is the relation between black holes, the information paradox and the holographic principle. This beautiful and complex relation is a cornerstone of contemporary theoretical physics and its understanding is crucial to formulating a satisfactory theory of quantum gravity; its study and has occupied a large part of the theoretical physics community for decades. This culminated in the discovery that a gravitational system such as a black hole can be equivalently described by a quantum theory at the "boundaries" of the system---like a hologram encodes a three-dimensional figure on a surface. The deepest implications of this discovery have revolutionised our view of gravity, and pushed further the boundaries of our understanding of fundamental physics.We plan to present this topic through the production of an animated documentary created in collaboration with the video-makers of the outreach YouTube channel "Kurzgesagt - In a Nutshell". The video will consist of three episodes realised in the engaging style typical of YouTube---short, catchy and relatively fast-paced---which is particularly suitable for our target audience of digital-native students; the unique expertise and popularity of "Kurzgesagt", one of the leading channels for science outreach, will greatly contribute to the project's success and impact.The documentary, dubbed in English, French, German and Italian, will be distributed in Swiss high schools, along with a companion booklet for teachers. Selected scientists will meet students at their schools and in public events at Swiss universities. The video will also be openly available on-line worldwide, and will be disseminated through social media, in museums and possibly on television. We foresee that this project will significantly impact a significant number of Swiss high-school students, modifying their perception of theoretical physics and possibly exciting them to join this field. Furthermore it will create a useful and lasting legacy for teachers and scientists all over the world, as currently there is no resource to provides an engaging introduction to this cutting-edge topic in theoretical physics.This project will be partially co-financed by the SNF National Centre of Competence in Research (NCCR) n. 141869, "NCCR SwissMAP: The Mathematics of Physics".
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