home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Nebula 1994 June / NEBULA_SE.ISO / Documents / FAQ / Physics-faq / part2 < prev    next >
Encoding:
Internet Message Format  |  1993-07-03  |  77.2 KB

  1. Path: senator-bedfellow.mit.edu!bloom-beacon.mit.edu!news.media.mit.edu!uhog.mit.edu!wupost!howland.reston.ans.net!agate!overload.lbl.gov!csa5.lbl.gov!sichase
  2. From: sichase@csa2.lbl.gov (SCOTT I CHASE)
  3. Newsgroups: sci.physics,alt.sci.physics.new-theories,news.answers,sci.answers,alt.answers
  4. Subject: Sci.physics Frequently Asked Questions - July 1993  - Part 2/2
  5. Followup-To: sci.physics
  6. Date: 1 Jul 1993 12:29 PST
  7. Organization: Lawrence Berkeley Laboratory - Berkeley, CA, USA
  8. Lines: 1436
  9. Sender: sichase@csa5.lbl.gov (SCOTT I CHASE)
  10. Approved: news-answers-request@MIT.Edu
  11. Distribution: world
  12. Expires: Thu, 1 August 1993 00:00:00 GMT
  13. Message-ID: <1JUL199312290716@csa5.lbl.gov>
  14. Reply-To: sichase@csa2.lbl.gov
  15. NNTP-Posting-Host: csa5.lbl.gov
  16. Summary: This posting contains a list of Frequently Asked Questions 
  17.     (and their answers) about physics, and should be read by anyone who
  18.     wishes to post to the sci.physics.* newsgroups.
  19. Keywords: Sci.physics FAQ July 1993 Part 2/2
  20. News-Software: VAX/VMS VNEWS 1.41    
  21. Xref: senator-bedfellow.mit.edu sci.physics:55990 alt.sci.physics.new-theories:3846 news.answers:9947 sci.answers:286 alt.answers:493
  22.  
  23. Archive-name: physics-faq/part2
  24. Last-modified: 1993/06/01
  25.  
  26. --------------------------------------------------------------------------------
  27.                FREQUENTLY ASKED QUESTIONS ON SCI.PHYSICS - Part 2/2
  28. --------------------------------------------------------------------------------
  29.  
  30. Item 14.
  31.  
  32. Some Frequently Asked Questions About Black Holes   updated 24-MAR-1993  
  33. -------------------------------------------------   original by Matt McIrvin
  34.  
  35. Contents:
  36.  
  37. 1. What is a black hole, really?
  38. 2. What happens to you if you fall in?
  39. 3. Won't it take forever for you to fall in?  Won't it take forever
  40.    for the black hole to even form? 
  41. 4. Will you see the universe end?
  42. 5. What about Hawking radiation?  Won't the black hole evaporate 
  43.    before you get there?
  44. 6. How does the gravity get out of the black hole?
  45. 7. Where did you get that information?
  46.  
  47. 1. What is a black hole, really?
  48.  
  49.     In 1916, when general relativity was new, Karl Schwarzschild worked
  50. out a useful solution to the Einstein equation describing the evolution of
  51. spacetime.  This solution, a possible shape of spacetime, would describe
  52. the effects of gravity *outside* any spherically symmetric, uncharged,
  53. nonrotating object (and would serve approximately to describe even slowly
  54. rotating objects like the Earth or Sun).  It worked in much the same way
  55. that you can treat the Earth as a point mass for purposes of Newtonian
  56. gravity if all you want to do is describe gravity *outside* the Earth's
  57. surface. 
  58.  
  59.     What such a solution really looks like is a "metric," which is a
  60. kind of generalization of the Pythagorean formula that gives the length of
  61. a line segment in the plane.  The metric is a formula that may be used to
  62. obtain the "length" of a curve in spacetime.  In the case of a curve
  63. corresponding to the motion of an object as time passes (a "timelike
  64. worldline,") the "length" computed by the metric is actually the elapsed
  65. time experienced by an object with that motion.  The actual formula depends
  66. on the coordinates chosen in which to express things, but it may be
  67. transformed into other coordinate systems without affecting anything
  68. physical, like the spacetime curvature.  Schwarzschild expressed his metric
  69. in terms of coordinates which, at large distances from the black hole,
  70. resembled spherical coordinates with an extra coordinate t for time. 
  71. Another coordinate, called r, functioned as a radial coordinate at large
  72. distances; it just gave the distance to the black hole. 
  73.  
  74.     Now, at small radii, the solution began to act strangely.  There
  75. was a "singularity" at the center, r=0, where the curvature of spacetime
  76. was infinite.  Surrounding that was a region where the "radial" direction
  77. of decreasing r was actually a direction in *time* rather than in space.
  78. Anything in that region, including light, would be obligated to fall toward
  79. the singularity, to be crushed as tidal forces diverged. This was separated
  80. from the rest of the universe by a place where Schwarzschild's coordinates
  81. blew up, though nothing was wrong with the curvature of spacetime there. 
  82. (This was called the Schwarzschild radius.  Later, other coordinate systems
  83. were discovered in which the blow-up didn't happen; it was an artifact of
  84. the coordinates, a little like the problem of defining the longitude of the
  85. North Pole.  The physically important thing about the Schwarzschild radius
  86. was not the coordinate problem, but the fact that within it the direction
  87. into the hole became a direction in time.) 
  88.  
  89.     Nobody really worried about this at the time, because there was no
  90. known object that was dense enough for that inner region to actually be
  91. outside it, so for all known cases, this odd part of the solution would not
  92. apply.  Arthur Stanley Eddington considered the possibility of a dying star
  93. collapsing to such a density,  but rejected it as aesthetically unpleasant
  94. and proposed that some new physics must intervene.  In 1939, Oppenheimer
  95. and Snyder finally took seriously the possibility that stars a few times
  96. more massive than the sun might be doomed to collapse to such a state at
  97. the end of their lives. 
  98.  
  99.     Once the star gets smaller than the place where Schwarzschild's
  100. coordinates fail (called the Schwarzschild radius for an uncharged,
  101. nonrotating object, or the event horizon) there's no way it can avoid
  102. collapsing further.  It has to collapse all the way to a singularity for
  103. the same reason that you can't keep from moving into the future! Nothing
  104. else that goes into that region afterward can avoid it either, at least in
  105. this simple case.  The event horizon is a point of no return. 
  106.  
  107.     In 1971 John Archibald Wheeler named such a thing a black hole,
  108. since light could not escape from it.  Astronomers have many candidate
  109. objects they think are probably black holes, on the basis of several kinds
  110. of evidence (typically they are dark objects whose large mass can be
  111. deduced from their gravitational effects on other objects, and which
  112. sometimes emit X-rays, presumably from infalling matter).  But the
  113. properties of black holes I'll talk about here are entirely theoretical.
  114. They're based on general relativity, which is a theory that seems supported
  115. by available evidence. 
  116.  
  117. 2. What happens to you if you fall in?
  118.  
  119.     Suppose that, possessing a proper spacecraft and a self-destructive
  120. urge, I decide to go black-hole jumping and head for an uncharged,
  121. nonrotating ("Schwarzschild") black hole.  In this and other kinds of hole,
  122. I won't, before I fall in, be able to see anything within the event
  123. horizon.  But there's nothing *locally* special about the event horizon;
  124. when I get there it won't seem like a particularly unusual place, except
  125. that I will see strange optical distortions of the sky around me from all
  126. the bending of light that goes on.  But as soon as I fall through, I'm
  127. doomed.  No bungee will help me, since bungees can't keep Sunday from
  128. turning into Monday.  I have to hit the singularity eventually, and before
  129. I get there there will be enormous tidal forces-- forces due to the
  130. curvature of spacetime-- which will squash me and my spaceship in some
  131. directions and stretch them in another until I look like a piece of
  132. spaghetti.  At the singularity all of present physics is mute as to what
  133. will happen, but I won't care.  I'll be dead. 
  134.  
  135.     For ordinary black holes of a few solar masses, there are actually
  136. large tidal forces well outside the event horizon, so I probably wouldn't
  137. even make it into the hole alive and unstretched.  For a black hole of 8
  138. solar masses, for instance, the value of r at which tides become fatal is
  139. about 400 km, and the Schwarzschild radius is just 24 km.  But tidal
  140. stresses are proportional to M/r^3.  Therefore the fatal r goes as the cube
  141. root of the mass, whereas the Schwarzschild radius of the black hole is
  142. proportional to the mass.  So for black holes larger than about 1000 solar
  143. masses I could probably fall in alive, and for still larger ones I might
  144. not even notice the tidal forces until I'm through the horizon and doomed. 
  145.  
  146. 3. Won't it take forever for you to fall in?  Won't it take forever
  147.    for the black hole to even form?
  148.  
  149.     Not in any useful sense.  The time I experience before I hit the
  150. event horizon, and even until I hit the singularity-- the "proper time"
  151. calculated by using Schwarzschild's metric on my worldline -- is finite. 
  152. The same goes for the collapsing star; if I somehow stood on the surface of
  153. the star as it became a black hole, I would experience the star's demise in
  154. a finite time. 
  155.  
  156.     Now, on my worldline as I fall into the black hole, it turns out
  157. that the Schwarzschild coordinate called t goes to infinity when I go
  158. through the event horizon.  That doesn't correspond to anybody's proper
  159. time, though; it's just a coordinate called t.  In fact, inside the event
  160. horizon, t is actually a *spatial* direction, and the future corresponds
  161. instead to decreasing r.  It's only outside the black hole that t even
  162. points in a direction of increasing time.  In any case, this doesn't
  163. indicate that I take forever to fall in, since the proper time involved is
  164. actually finite. 
  165.  
  166.     A more physical sense in which it might be said that things take
  167. forever to fall in is provided by looking at the paths of emerging light
  168. rays.  The event horizon is what, in relativity parlance, is called a
  169. "lightlike surface"; light rays can remain there.  For an ideal
  170. Schwarzschild hole (which I am considering in this paragraph) the horizon
  171. lasts forever, so the light can stay there without escaping.  (If you
  172. wonder how this is reconciled with the fact that light has to travel at the
  173. constant speed c-- well, the horizon *is* traveling at c! Relative speeds
  174. in GR can only be unambiguously defined locally, and if you're at the event
  175. horizon in the process of falling in, it comes at you at the speed of
  176. light.)  Light beams aimed directly outward from just outside the horizon
  177. don't escape to large distances until late values of t.  For someone at a
  178. large distance from the black hole and approximately at rest with respect
  179. to it, the coordinate t does correspond well to proper time. 
  180.  
  181.     So if you, watching from a safe distance, attempt to witness my
  182. fall into the hole, you'll see me fall more and more slowly as the light
  183. delay increases.  You'll never see me actually *get to* the event horizon.
  184. My watch, to you, will tick more and more slowly, but will never reach the
  185. time that I see as I fall into the black hole.  Notice that this is really
  186. an optical illusion caused by the paths of the light rays. 
  187.  
  188.     This is also true for the dying star itself.  If you attempt to
  189. witness the black hole's formation, you'll see the star collapse more and
  190. more slowly, never precisely reaching the Schwarzschild radius. 
  191.  
  192.     Now, this led early on to an image of a black hole as a strange
  193. sort of suspended-animation object, a "frozen star" with immobilized
  194. falling debris and gedankenexperiment astronauts hanging above it in
  195. eternally slowing precipitation.  This is, however, not what you'd see. The
  196. reason is that as things get closer to the event horizon, they also get
  197. *dimmer*.  Light from them is redshifted and dimmed, and if one considers
  198. that light is actually made up of discrete photons, the time of escape of
  199. *the last photon* is actually finite, and not very large.  So things would
  200. wink out as they got close, including the dying star, and the name "black
  201. hole" is justified. 
  202.  
  203.     As an example, take the eight-solar-mass black hole I mentioned
  204. before.  If you start timing from the moment the object is about half a
  205. Schwarzschild radius away from the event horizon, the light will dim
  206. exponentially from that point on with a characteristic time of about 0.2
  207. milliseconds, and the time of the last photon is about a hundredth of a
  208. second later.  The times scale proportionally to the mass of the black
  209. hole.  If I jump into a black hole, I don't remain visible for long. 
  210.  
  211.     Also, if I jump in, I won't hit the surface of the "frozen star."
  212. It goes through the event horizon at another point in spacetime from
  213. where/when I do. 
  214.  
  215.     (Some have pointed out that I really go through the event horizon a
  216. little earlier than a naive calculation would imply.  The reason is that my
  217. addition to the black hole increases its mass, and therefore moves the
  218. event horizon out around me at finite Schwarzschild t coordinate.  This
  219. really doesn't change the situation with regard to whether an external
  220. observer sees me go through, since the event horizon is still lightlike--
  221. light emitted from me just outside it hangs around near there for a long
  222. external time, no matter where it is.) 
  223.  
  224. 4. Will you see the Universe end?
  225.  
  226.     If an external observer sees me slow down asymptotically, it might
  227. seem reasonable that I'd see the universe speed up asymptotically-- that
  228. I'd see the universe end in a spectacular flash as I went through the
  229. horizon.  This isn't the case, though.  What an external observer sees
  230. depends on what light does after I emit it.  What I see, however, depends
  231. on what light does before it gets to me.  And there's no way that light
  232. from future events far away can get to me.  Faraway events in the
  233. arbitrarily distant future never end up on my "past light-cone," the
  234. surface made of light rays that get to me at a given time. 
  235.  
  236.     That, at least, is the story for an uncharged, nonrotating black
  237. hole.  For charged or rotating holes, the story is different.  Such holes
  238. can contain, in the idealized solutions, "timelike wormholes" which serve
  239. as gateways to otherwise disconnected regions-- effectively, different
  240. universes.  Instead of hitting the singularity, I can go through the
  241. wormhole.  But at the entrance to the wormhole, which acts as a kind of
  242. inner event horizon, an infinite speed-up effect actually does occur.  If I
  243. fall into the wormhole I see the entire history of the universe outside
  244. play itself out to the end.  Even worse, as the picture speeds up the light
  245. gets blueshifted and more energetic, so that as I pass into the wormhole an
  246. "infinite blueshift" happens which fries me with hard radiation.  There is
  247. apparently good reason to believe that the infinite blueshift would imperil
  248. the wormhole itself, replacing it with a singularity no less pernicious
  249. than the one I've managed to miss.  In any case it would render wormhole
  250. travel an undertaking of questionable practicality. 
  251.  
  252. 5. What about Hawking radiation?  Won't the black hole evaporate
  253.    before you get there?
  254.  
  255.     (First, a caveat: Not a lot is really understood about evaporating
  256. black holes.  The following is largely deduced from information in Wald's
  257. GR text, but what really happens-- especially when the black hole gets very
  258. small-- is unclear.  So take the following with a grain of salt.) 
  259.  
  260. Short answer:  No, it won't.  This demands some elaboration.
  261.  
  262.     From thermodynamic arguments Stephen Hawking realized that a black
  263. hole should have a nonzero temperature, and ought therefore to emit
  264. blackbody radiation.  He eventually figured out a quantum- mechanical
  265. mechanism for this.  Suffice it to say that black holes should very, very
  266. slowly lose mass through radiation, a loss which accelerates as the hole
  267. gets smaller and eventually evaporates completely in a burst of radiation. 
  268. This happens in a finite time according to an outside observer. 
  269.  
  270.     But I just said that an outside observer would *never* observe an
  271. object actually entering the horizon!  If I jump in, will you see the black
  272. hole evaporate out from under me, leaving me intact but marooned in the
  273. very distant future from gravitational time dilation? 
  274.  
  275.     You won't, and the reason is that the discussion above only applies
  276. to a black hole that is not shrinking to nil from evaporation. Remember
  277. that the "slowdown" effect is an illusion caused by the paths of outgoing
  278. light rays near the event horizon.  If the black hole *does* evaporate, the
  279. delay in escaping light caused by proximity to the event horizon can only
  280. last as long as the event horizon does!  Consider your external view of me
  281. as I fall in. 
  282.  
  283.     If the black hole is eternal, events happening to me (by my watch)
  284. closer and closer to the time I fall through happen divergingly later
  285. according to you (supposing that your vision is somehow not limited by the
  286. discreteness of photons, or the redshift). 
  287.  
  288.     If the black hole is mortal, you'll instead see those events happen
  289. closer and closer to the time the black hole evaporates.  Extrapolating,
  290. you would calculate my time of passage through the event horizon as the
  291. exact moment the hole disappears!  (Of course, even if you could see me,
  292. the image would be drowned out by all the radiation from the evaporating
  293. hole.)  I won't experience that cataclysm myself, though; I'll be through
  294. the horizon, leaving only my light behind. As far as I'm concerned, my
  295. grisly fate is unaffected by the evaporation. 
  296.  
  297.     All of this assumes you can see me at all, of course.  In practice
  298. the time of the last photon would have long been past.  Besides, there's
  299. the brilliant background of Hawking radiation to see through as the hole
  300. shrinks to nothing. 
  301.  
  302.     (Due to considerations I won't go into here, some physicists think
  303. that the black hole won't disappear completely, that a remnant hole will be
  304. left behind.  Current physics can't really decide the question, any more
  305. than it can decide what really happens at the singularity. If someone ever
  306. figures out quantum gravity, maybe that will provide an answer.) 
  307.  
  308. 6. How does the gravity get out of the black hole?
  309.  
  310.     Purely in terms of general relativity, there is no problem here. 
  311. The gravity doesn't have to get out of the black hole.  General relativity
  312. is a local theory, which means that the field at a certain point in
  313. spacetime is determined entirely by things going on at places that can
  314. communicate with it at speeds less than or equal to c.  If a star collapses
  315. into a black hole, the gravitational field outside the black hole may be
  316. calculated entirely from the properties of the star and its external
  317. gravitational field *before* it becomes a black hole. Just as the light
  318. registering late stages in my fall takes longer and longer to get out to
  319. you at a large distance, the gravitational consequences of events late in
  320. the star's collapse take longer and longer to ripple out to the world at
  321. large.  In this sense the black hole *is* a kind of "frozen star": the
  322. gravitational field is a fossil field.  The same is true of the
  323. electromagnetic field that a black hole may possess. 
  324.  
  325.     Often this question is phrased in terms of gravitons, the
  326. hypothetical quanta of spacetime distortion.  If things like gravity
  327. correspond to the exchange of "particles" like gravitons, how can they get
  328. out of the event horizon to do their job? 
  329.  
  330.     First of all, it's important to realize that gravitons are not as
  331. yet even part of a complete theory, let alone seen experimentally.  They
  332. don't exist in general relativity, which is a non-quantum theory.  When
  333. fields are described as mediated by particles, that's quantum theory, and
  334. nobody has figured out how to construct a quantum theory of gravity.  Even
  335. if such a theory is someday built, it may not involve "virtual particles"
  336. in the same way other theories do.  In quantum electrodynamics, the static
  337. forces between particles are described as resulting from the exchange of
  338. "virtual photons," but the virtual photons only appear when one expresses
  339. QED in terms of a quantum- mechanical approximation method called
  340. perturbation theory.  It currently looks like this kind of perturbation
  341. theory doesn't work properly when applied to quantum gravity.  So although
  342. quantum gravity may well involve "real gravitons" (quantized gravitational
  343. waves), it may well not involve "virtual gravitons" as carriers of static
  344. gravitational forces. 
  345.  
  346.     Nevertheless, the question in this form is still worth asking,
  347. because black holes *can* have static electric fields, and we know that
  348. these may be described in terms of virtual photons.  So how do the virtual
  349. photons get out of the event horizon?  The answer is that virtual particles
  350. aren't confined to the interiors of light cones: they can go faster than
  351. light!  Consequently the event horizon, which is really just a surface that
  352. moves at the speed of light, presents no barrier. 
  353.  
  354.     I couldn't use these virtual photons after falling into the hole to
  355. communicate with you outside the hole; nor could I escape from the hole by
  356. somehow turning myself into virtual particles.  The reason is that virtual
  357. particles don't carry any *information* outside the light cone.  That is a
  358. tricky subject for another (future?) FAQ entry.  Suffice it to say that the
  359. reasons virtual particles don't provide an escape hatch for a black hole
  360. are the same as the reasons they can't be used for faster-than-light travel
  361. or communication. 
  362.  
  363. 7. Where did you get that information?
  364.  
  365.     The numbers concerning fatal radii, dimming, and the time of the
  366. last photon came from Misner, Thorne, and Wheeler's _Gravitation_ (San
  367. Francisco: W. H. Freeman & Co., 1973), pp. 860-862 and 872-873. Chapters 32
  368. and 33 (IMHO, the best part of the book) contain nice descriptions of some
  369. of the phenomena I've described. 
  370.  
  371.     Information about evaporation and wormholes came from Robert Wald's
  372. _General Relativity_ (Chicago: University of Chicago Press, 1984). The
  373. famous conformal diagram of an evaporating hole on page 413 has resolved
  374. several arguments on sci.physics (though its veracity is in question). 
  375.  
  376.     Steven Weinberg's _Gravitation and Cosmology_ (New York: John Wiley
  377. and Sons, 1972) provided me with the historical dates.  It discusses some
  378. properties of the Schwarzschild solution in chapter 8 and describes
  379. gravitational collapse in chapter 11. 
  380.  
  381. ********************************************************************************
  382. Item 15.
  383.  
  384. Below Absolute Zero - What Does Negative Temperature Mean?   updated 24-MAR-1993
  385. ----------------------------------------------------------
  386.  
  387. Questions:  What is negative temperature?  Can you really make a system
  388. which has a temperature below absolute zero?  Can you even give any useful
  389. meaning to the expression 'negative absolute temperature'? 
  390.  
  391. Answer:  Absolutely. :-)
  392.  
  393.     Under certain conditions, a closed system *can* be described by a
  394. negative temperature, and, surprisingly, be *hotter* than the same system
  395. at any positive temperature.  This article describes how it all works. 
  396.  
  397. Step I: What is "Temperature"?
  398. ------------------------------
  399.  
  400.     To get things started, we need a clear definition of "temperature."
  401. Our intuitive notion is that two systems in thermal contact should exchange 
  402. no heat, on average, if and only if they are at the same temperature.  Let's 
  403. call the two systems S1 and S2. The combined system, treating S1 and S2
  404. together, can be S3.  The important question, consideration of which
  405. will lead us to a useful quantitative definition of temperature, is "How will 
  406. the energy of S3 be distributed between S1 and S2?"  I will briefly explain
  407. this below, but I recommend that you read K&K, referenced below, for a 
  408. careful, simple, and thorough explanation of this important and fundamental
  409. result.
  410.  
  411.     With a total energy E, S has many possible internal states
  412. (microstates).  The atoms of S3 can share the total energy in many ways.
  413. Let's say there are N different states.  Each state corresponds to a
  414. particular division of the total energy in the two subsystems S1 and S2.
  415. Many microstates can correspond to the same division, E1 in S1 and E2 in
  416. S2. A simple counting argument tells you that only one particular division
  417. of the energy, will occur with any significant probability.  It's the one
  418. with the overwhelmingly largest number of microstates for the total system
  419. S3. That number, N(E1,E2) is just the product of the number of states
  420. allowed in each subsystem, N(E1,E2) = N1(E1)*N2(E2), and, since E1 + E2 =
  421. E, N(E1,E2) reaches a maximum when N1*N2 is stationary with respect to
  422. variations of E1 and E2 subject to the total energy constraint. 
  423.  
  424.     For convenience, physicists prefer to frame the question in terms
  425. of the logarithm of the number of microstates N, and call this the entropy,
  426. S. You can easily see from the above analysis that two systems are in
  427. equilibrium with one another when (dS/dE)_1 = (dS/dE)_2, i.e., the rate of
  428. change of entropy, S, per unit change in energy, E, must be the same for
  429. both systems.  Otherwise, energy will tend to flow from one subsystem to
  430. another as S3 bounces randomly from one microstate to another, the total
  431. energy E3 being constant, as the combined system moves towards a state of
  432. maximal total entropy.  We define the temperature, T, by 1/T = dS/dE, so
  433. that the equilibrium condition becomes the very simple T_1 = T_2. 
  434.  
  435.     This statistical mechanical definition of temperature does in fact
  436. correspond to your intuitive notion of temperature for most systems. So
  437. long as dS/dE is always positive, T is always positive.  For common
  438. situations, like a collection of free particles, or particles in a harmonic
  439. oscillator potential, adding energy always increases the number of
  440. available microstates, increasingly faster with increasing total energy. So
  441. temperature increases with increasing energy, from zero, asymptotically
  442. approaching positive infinity as the energy increases. 
  443.  
  444. Step II: What is "Negative Temperature"?
  445. ----------------------------------------
  446.  
  447.     Not all systems have the property that the entropy increases 
  448. monotonically with energy.  In some cases, as energy is added to the system, 
  449. the number of available microstates, or configurations, actually decreases 
  450. for some range of energies.  For example, imagine an ideal "spin-system", a 
  451. set of N atoms with spin 1/2 one a one-dimensional wire.  The atoms are not 
  452. free to move from their positions on the wire.  The only degree of freedom 
  453. allowed to them is spin-flip:  the spin of a given atom can point up or 
  454. down.  The total energy of the system, in a magnetic field of strength B, 
  455. pointing down, is (N+ - N-)*uB, where u is the magnetic moment of each atom 
  456. and N+ and N- are the number of atoms with spin up and down respectively. 
  457. Notice that with this definition, E is zero when half of the spins are 
  458. up and half are down.  It is negative when the majority are down and 
  459. positive when the majority are up.
  460.  
  461.     The lowest possible energy state, all the spins will point down,
  462. gives the system a total energy of -NuB, and temperature of absolute zero. 
  463. There is only one configuration of the system at this energy, i.e., all the
  464. spins must point down.  The entropy is the log of the number of
  465. microstates, so in this case is log(1) = 0.  If we now add a quantum of
  466. energy, size uB, to the system, one spin is allowed to flip up.  There are
  467. N possibilities, so the entropy is log(N).  If we add another quantum of
  468. energy, there are a total of N(N-1)/2 allowable configurations with two
  469. spins up.  The entropy is increasing quickly, and the temperature is rising
  470. as well. 
  471.  
  472.     However, for this system, the entropy does not go on increasing
  473. forever.  There is a maximum energy, +NuB, with all spins up.  At this
  474. maximal energy, there is again only one microstate, and the entropy is
  475. again zero.  If we remove one quantum of energy from the system, we allow
  476. one spin down.  At this energy there are N available microstates.  The
  477. entropy goes on increasing as the energy is lowered.  In fact the maximal
  478. entropy occurs for total energy zero, i.e., half of the spins up, half
  479. down. 
  480.  
  481.     So we have created a system where, as we add more and more energy,
  482. temperature starts off positive, approaches positive infinity as maximum
  483. entropy is approached, with half of all spins up.  After that, the
  484. temperature becomes negative infinite, coming down in magnitude toward
  485. zero, but always negative, as the energy increases toward maximum. When the
  486. system has negative temperature, it is *hotter* than when it is has
  487. positive system.  If you take two copies of the system, one with positive
  488. and one with negative temperature, and put them in thermal contact, heat
  489. will flow from the negative-temperature system into the positive-temperature
  490. system. 
  491.  
  492. Step III:  What Does This Have to Do With the Real World?
  493. ---------------------------------------------------------
  494.  
  495.     Can this system ever by realized in the real world, or is it just a
  496. fantastic invention of sinister theoretical condensed matter physicists?
  497. Atoms always have other degrees of freedom in addition to spin, usually
  498. making the total energy of the system unbounded upward due to the
  499. translational degrees of freedom that the atom has.  Thus, only certain
  500. degrees of freedom of a particle can have negative temperature.  It makes
  501. sense to define the "spin-temperature" of a collection of atoms, so long as
  502. one condition is met:  the coupling between the atomic spins and the other
  503. degrees of freedom is sufficiently weak, and the coupling between atomic
  504. spins sufficiently strong, that the timescale for energy to flow from the
  505. spins into other degrees of freedom is very large compared to the timescale
  506. for thermalization of the spins among themselves.  Then it makes sense to
  507. talk about the temperature of the spins separately from the temperature of
  508. the atoms as a whole. This condition can easily be met for the case of
  509. nuclear spins in a strong external magnetic field. 
  510.  
  511.     Nuclear and electron spin systems can be promoted to negative
  512. temperatures by suitable radio frequency techniques.   Various experiments
  513. in the calorimetry of negative temperatures, as well as applications of
  514. negative temperature systems as RF amplifiers, etc., can be found in the
  515. articles listed below, and the references therein. 
  516.  
  517. References:
  518.  
  519.         Kittel and Kroemer,_Thermal Physics_, appendix E.
  520.         N.F. Ramsey, "Thermodynamics and statistical mechanics at negative
  521.         absolute temperature,"  Phys. Rev. _103_, 20 (1956).
  522.         M.J. Klein,"Negative Absolute Temperature," Phys. Rev. _104_, 589 (1956).
  523.     
  524. ********************************************************************************
  525. Item 16.
  526.  
  527. Which Way Will my Bathtub Drain?                updated 16-MAR-1993 by SIC
  528. --------------------------------                original by Matthew R. Feinstein
  529.  
  530. Question: Does my bathtub drain differently depending on whether I live 
  531. in the northern or southern hemisphere?
  532.  
  533. Answer: No.  There is a real effect, but it is far too small to be relevant
  534. when you pull the plug in your bathtub.
  535.  
  536.     Because the earth rotates, a fluid that flows along the earth's
  537. surface feels a "Coriolis" acceleration perpendicular to its velocity.
  538. In the northern hemisphere low pressure storm systems spin counterclockwise.
  539. In the southern hemisphere, they spin clockwise because the direction 
  540. of the Coriolis acceleration is reversed.  This effect leads to the 
  541. speculation that the bathtub vortex that you see when you pull the plug 
  542. from the drain spins one way in the north and the other way in the south.
  543.  
  544.     But this acceleration is VERY weak for bathtub-scale fluid
  545. motions.  The order of magnitude of the Coriolis acceleration can be
  546. estimated from size of the "Rossby number" (see below).  The effect of the 
  547. Coriolis acceleration on your bathtub vortex is SMALL.  To detect its 
  548. effect on your bathtub, you would have to get out and wait until the motion 
  549. in the water is far less than one rotation per day.  This would require 
  550. removing thermal currents, vibration, and any other sources of noise.  Under 
  551. such conditions, never occurring in the typical home, you WOULD see an 
  552. effect.  To see what trouble it takes to actually see the effect, see the 
  553. reference below.  Experiments have been done in both the northern and 
  554. southern hemispheres to verify that under carefully controlled conditions, 
  555. bathtubs drain in opposite directions due to the Coriolis acceleration from 
  556. the Earth's rotation. 
  557.  
  558.     Coriolis accelerations are significant when the Rossby number is 
  559. SMALL.     So, suppose we want a Rossby number of 0.1 and a bathtub-vortex
  560. length scale of 0.1 meter.  Since the earth's rotation rate is about
  561. 10^(-4)/second, the fluid velocity should be less than or equal to
  562. 2*10^(-6) meters/second.  This is a very small velocity.  How small is it? 
  563. Well, we can take the analysis a step further and calculate another, more
  564. famous dimensionless parameter, the Reynolds number. 
  565.  
  566.     The Reynolds number is = L*U*density/viscosity
  567.  
  568.     Assuming that physicists bathe in hot water the viscosity will be
  569. about 0.005 poise and the density will be about 1.0, so the Reynolds Number
  570. is about 4*10^(-2). 
  571.  
  572.     Now, life at low Reynolds numbers is different from life at high
  573. Reynolds numbers.  In particular, at low Reynolds numbers, fluid physics is
  574. dominated by friction and diffusion, rather than by inertia: the time it
  575. would take for a particle of fluid to move a significant distance due to an
  576. acceleration is greater than the time it takes for the particle to break up
  577. due to diffusion. 
  578.  
  579.     The same effect has been accused of responsibility for the 
  580. direction water circulates when you flush a toilet.  This is surely 
  581. nonsense.  In this case, the water rotates in the direction which the pipe 
  582. points which carries the water from the tank to the bowl.
  583.  
  584. Reference: Trefethen, L.M. et al, Nature 207 1084-5 (1965).
  585.  
  586. ********************************************************************************
  587. Item 17.
  588.  
  589. Why do Mirrors Reverse Left and Right?          updated 16-MAR-1993 by SIC
  590. --------------------------------------
  591.  
  592.     The simple answer is that they don't.  Look in a mirror and wave
  593. your right hand.  On which side of the mirror is the hand that waved?  The
  594. right side, of course. 
  595.  
  596.     Mirrors DO reverse In/Out.  Imaging holding an arrow in your hand.  
  597. If you point it up, it will point up in the mirror.  If you point it to the 
  598. left, it will point to the left in the mirror.  But if you point it toward 
  599. the mirror, it will point right back at you.  In and Out are reversed. 
  600.  
  601.     If you take a three-dimensional, rectangular, coordinate system,
  602. (X,Y,Z), and point the Z axis such that the vector equation X x Y = Z is
  603. satisfied, then the coordinate system is said to be right-handed.  Imagine
  604. Z pointing toward the mirror.  X and Y are unchanged (remember the arrows?)
  605. but Z will point back at you.  In the mirror, X x Y = - Z.  The image
  606. contains a left-handed coordinate system. 
  607.  
  608.     This has an important effect, familiar mostly to chemists and
  609. physicists. It changes the chirality, or handedness of objects viewed in
  610. the mirror. Your left hand looks like a right hand, while your right hand
  611. looks like a left hand.  Molecules often come in pairs called
  612. stereoisomers, which differ not in the sequence or number of atoms, but
  613. only in that one is the mirror image of the other, so that no rotation or
  614. stretching can turn one into the other.  Your hands make a good laboratory
  615. for this effect.  They are distinct, even though they both have the same
  616. components connected in the same way. They are a stereo pair, identical
  617. except for "handedness". 
  618.  
  619.     People sometimes think that mirrors *do* reverse left/right, and
  620. that the effect is due to the fact that our eyes are aligned horizontally
  621. on our faces.  This can be easily shown to be untrue by looking in any
  622. mirror with one eye closed! 
  623.  
  624. Reference:  _The Left Hand of the Neutrino_, by Isaac Asimov, contains 
  625. a very readable discussion of handedness and mirrors in physics.
  626.  
  627. ********************************************************************************
  628. Item 18.
  629.  
  630. What is the Mass of a Photon?                   updated 24-JUL-1992 by SIC
  631.                                                 original by Matt Austern
  632.  
  633. Or, "Does the mass of an object depend on its velocity?"
  634.  
  635.     This question usually comes up in the context of wondering whether
  636. photons are really "massless," since, after all, they have nonzero energy. 
  637. The problem is simply that people are using two different definitions of
  638. mass.  The overwhelming consensus among physicists today is to say that 
  639. photons are massless.  However, it is possible to assign a "relativistic 
  640. mass" to a photon which depends upon its wavelength.  This is based upon 
  641. an old usage of the word "mass" which, though not strictly wrong, is not 
  642. used much today.
  643.  
  644.     The old definition of mass, called "relativistic mass," assigns
  645. a mass to a particle proportional to its total energy E, and involved
  646. the speed of light, c, in the proportionality constant:
  647.  
  648.                 m = E / c^2.                                        (1) 
  649.  
  650. This definition gives every object a velocity-dependent mass.
  651.  
  652.     The modern definition assigns every object just one mass, an 
  653. invariant quantity that does not depend on velocity.  This is given by
  654.  
  655.                 m = E_0 / c^2,                                      (2)
  656.  
  657. where E_0 is the total energy of that object at rest.  
  658.  
  659.     The first definition is often used in popularizations, and in some
  660. elementary textbooks.  It was once used by practicing physicists, but for
  661. the last few decades, the vast majority of physicists have instead used the
  662. second definition.  Sometimes people will use the phrase "rest mass," or
  663. "invariant mass," but this is just for emphasis: mass is mass.  The
  664. "relativistic mass" is never used at all.  (If you see "relativistic mass"
  665. in your first-year physics textbook, complain! There is no reason for books
  666. to teach obsolete terminology.) 
  667.  
  668.     Note, by the way, that using the standard definition of mass, the
  669. one given by Eq. (2), the equation "E = m c^2" is *not* correct.  Using the
  670. standard definition, the relation between the mass and energy of an object
  671. can be written as 
  672.  
  673.                 E   = m c^2 / sqrt(1 -v^2/c^2),                     (3) 
  674. or as
  675.  
  676.                 E^2 = m^2 c^4  +  p^2 c^2,                          (4)
  677.  
  678. where v is the object's velocity, and p is its momentum.
  679.  
  680.     In one sense, any definition is just a matter of convention.  In
  681. practice, though, physicists now use this definition because it is much
  682. more convenient.  The "relativistic mass" of an object is really just the
  683. same as its energy, and there isn't any reason to have another word for
  684. energy: "energy" is a perfectly good word.  The mass of an object, though,
  685. is a fundamental and invariant property, and one for which we do need a
  686. word. 
  687.  
  688.     The "relativistic mass" is also sometimes confusing because it
  689. mistakenly leads people to think that they can just use it in the Newtonian
  690. relations 
  691.                 F = m a                                             (5) 
  692. and
  693.                 F = G m1 m2 / r^2.                                  (6)
  694.  
  695. In fact, though, there is no definition of mass for which these
  696. equations are true relativistically: they must be generalized.  The
  697. generalizations are more straightforward using the standard definition
  698. of mass than using "relativistic mass."
  699.  
  700.     Oh, and back to photons: people sometimes wonder whether it makes
  701. sense to talk about the "rest mass" of a particle that can never be at
  702. rest.  The answer, again, is that "rest mass" is really a misnomer, and it
  703. is not necessary for a particle to be at rest for the concept of mass to
  704. make sense.  Technically, it is the invariant length of the particle's
  705. four-momentum.  (You can see this from Eq. (4).)  For all photons this is
  706. zero. On the other hand, the "relativistic mass" of photons is frequency
  707. dependent. UV photons are more energetic than visible photons, and so are
  708. more "massive" in this sense, a statement which obscures more than it
  709. elucidates. 
  710.  
  711.     Reference: Lev Okun wrote a nice article on this subject in the 
  712. June 1989 issue of Physics Today, which includes a historical discussion 
  713. of the concept of mass in relativistic physics. 
  714.  
  715. ********************************************************************************
  716. Item 19.
  717.                                                 updated 16-MAR-1992 by SIC
  718.                                                 Original by John Blanton
  719. Why Do Stars Twinkle While Planets Do Not? 
  720. -----------------------------------------
  721.  
  722.     Stars, except for the Sun, although they may be millions of miles 
  723. in diameter, are very far away.  They appear as point sources even when
  724. viewed by telescopes.  The planets in our solar system, much smaller than
  725. stars, are closer and can be resolved as disks with a little bit of
  726. magnification (field binoculars, for example). 
  727.  
  728.     Since the Earth's atmosphere is turbulent, all images viewed up
  729. through it tend to "swim."  The result of this is that sometimes a single
  730. point in object space gets mapped to two or more points in image space, and
  731. also sometimes a single point in object space does not get mapped into any
  732. point in image space.  When a star's single point in object space fails to
  733. map to at least one point in image space, the star seems to disappear
  734. temporarily. This does not mean the star's light is lost for that moment. 
  735. It just means that it didn't get to your eye, it went somewhere else. 
  736.  
  737.     Since planets represent several points in object space, it is
  738. highly likely that one or more points in the planet's object space get
  739. mapped to a points in image space, and the planet's image never winks out. 
  740. Each individual ray is twinkling away as badly as any star, but when all of
  741. those individual rays are viewed together, the next effect is averaged out 
  742. to something considerably steadier. 
  743.  
  744.     The result is that stars tend to twinkle, and planets do not. 
  745. Other extended objects in space, even very far ones like nebulae, do not 
  746. twinkle if they are sufficiently large that they have non-zero apparent
  747. diameter when viewed from the Earth.
  748.  
  749. ********************************************************************************
  750. Item 20.                                           original by David Brahm
  751.  
  752. Baryogenesis - Why Are There More Protons Than Antiprotons?
  753. -----------------------------------------------------------
  754.  
  755. (I) How do we really *know* that the universe is not matter-antimatter 
  756. symmetric?  
  757.  
  758. (a) The Moon:  Neil Armstrong did not annihilate, therefore the moon
  759. is made of matter.
  760. (b) The Sun:  Solar cosmic rays are matter, not antimatter.
  761. (c) The other Planets:  We have sent probes to almost all.  Their survival 
  762. demonstrates that the solar system is made of matter.
  763. (d) The Milky Way:  Cosmic rays sample material from the entire galaxy.
  764. In cosmic rays, protons outnumber antiprotons 10^4 to 1.
  765. (e) The Universe at large: This is tougher.  If there were antimatter
  766. galaxies then we should see gamma emissions from annihilation.  Its absence
  767. is strong evidence that at least the nearby clusters of galaxies (e.g., Virgo)
  768. are matter-dominated.  At larger scales there is little proof.
  769.     However,  there is a problem, called the "annihilation catastrophe"
  770. which probably eliminates the possibility of a matter-antimatter symmetric
  771. universe.  Essentially, causality prevents the separation of large chucks
  772. of antimatter from matter fast enough to prevent their mutual annihilation
  773. in in the early universe.  So the Universe is most likely matter dominated.
  774.  
  775. (II) How did it get that way?  
  776.  
  777.     Annihilation has made the asymmetry much greater today than in the
  778. early universe.  At the high temperature of the first microsecond, there 
  779. were large numbers of thermal quark-antiquark pairs.  K&T estimate 30 
  780. million antiquarks for every 30 million and 1 quarks during this epoch.  
  781. That's a tiny asymmetry.  Over time most of the antimatter has annihilated 
  782. with matter, leaving the very small initial excess of matter to dominate 
  783. the Universe.
  784.  
  785.     Here are a few possibilities for why we are matter dominated today:
  786.  
  787. a) The Universe just started that way.
  788.    Not only is this a rather sterile hypothesis, but it doesn't work under
  789.    the popular "inflation" theories, which dilute any initial abundances.
  790. b) Baryogenesis occurred around the Grand Unified (GUT) scale (very early).
  791.    Long thought to be the only viable candidate, GUT's generically have
  792.    baryon-violating reactions, such as proton decay (not yet observed).
  793. c) Baryogenesis occurred at the Electroweak Phase Transition (EWPT).
  794.    This is the era when the Higgs first acquired a vacuum expectation value
  795.    (vev), so other particles acquired masses.  Pure Standard Model physics.
  796.  
  797.     Sakharov enumerated 3 necessary conditions for baryogenesis:
  798.  
  799.     (1)  Baryon number violation.  If baryon number is conserved in all
  800. reactions, then the present baryon asymmetry can only reflect asymmetric
  801. initial conditions, and we are back to case (a), above.
  802.     (2) C and CP violation.  Even in the presence of B-violating
  803. reactions, without a preference for matter over antimatter the B-violation
  804. will take place at the same rate in both directions, leaving no excess.
  805.     (3) Thermodynamic Nonequilibrium.  Because CPT guarantees equal
  806. masses for baryons and antibaryons, chemical equilibrium would drive the 
  807. necessary reactions to correct for any developing asymmetry.  
  808.  
  809.     It turns out the Standard Model satisfies all 3 conditions:
  810.  
  811.     (1) Though the Standard Model conserves B classically (no terms in
  812. the Lagrangian violate B), quantum effects allow the universe to tunnel
  813. between vacua with different values of B.  This tunneling is _very_
  814. suppressed at energies/temperatures below 10 TeV (the "sphaleron mass"),
  815. _may_ occur at e.g. SSC energies (controversial), and _certainly_ occurs at
  816. higher temperatures.
  817.  
  818.     (2) C-violation is commonplace.  CP-violation (that's "charge
  819. conjugation" and "parity") has been experimentally observed in kaon
  820. decays, though strictly speaking the Standard Model probably has
  821. insufficient CP-violation to give the observed baryon asymmetry.
  822.  
  823.     (3) Thermal nonequilibrium is achieved during first-order phase
  824. transitions in the cooling early universe, such as the EWPT (at T = 100 GeV
  825. or so).  As bubbles of the "true vacuum" (with a nonzero Higgs vev)
  826. percolate and grow, baryogenesis can occur at or near the bubble walls.
  827.  
  828.     A major theoretical problem, in fact, is that there may be _too_
  829. _much_ B-violation in the Standard Model, so that after the EWPT is
  830. complete (and condition 3 above is no longer satisfied) any previously
  831. generated baryon asymmetry would be washed out.
  832.  
  833. References: Kolb and Turner, _The Early Universe_;
  834.   Dine, Huet, Singleton & Susskind, Phys.Lett.B257:351 (1991);
  835.   Dine, Leigh, Huet, Linde & Linde, Phys.Rev.D46:550 (1992).
  836.  
  837. ********************************************************************************
  838. Item 21.
  839.  
  840. TIME TRAVEL - FACT OR FICTION?                  updated 23-MAR-1993
  841. ------------------------------                  original by Jon J. Thaler
  842.  
  843.     We define time travel to mean departure from a certain place and
  844. time followed (from the traveller's point of view) by arrival at the same
  845. place at an earlier (from the sedentary observer's point of view) time.
  846. Time travel paradoxes arise from the fact that departure occurs after
  847. arrival according to one observer and before arrival according to another. 
  848. In the terminology of special relativity time travel implies that the
  849. timelike ordering of events is not invariant.  This violates our intuitive
  850. notions of causality.  However, intuition is not an infallible guide, so we
  851. must be careful.  Is time travel really impossible, or is it merely another
  852. phenomenon where "impossible" means "nature is weirder than we think?"  The
  853. answer is more interesting than you might think. 
  854.  
  855. THE SCIENCE FICTION PARADIGM:
  856.  
  857.     The B-movie image of the intrepid chrononaut climbing into his time
  858. machine and watching the clock outside spin backwards while those outside
  859. the time machine watch the him revert to callow youth is, according to
  860. current theory, impossible.  In current theory, the arrow of time flows in
  861. only one direction at any particular place.  If this were not true, then
  862. one could not impose a 4-dimensional coordinate system on space-time, and
  863. many nasty consequences would result. Nevertheless, there is a scenario
  864. which is not ruled out by present knowledge.  This usually requires an 
  865. unusual spacetime topology (due to wormholes or strings in general 
  866. relativity) which has not not yet seen, but which may be possible.  In 
  867. this scenario the universe is well behaved in every local region; only by 
  868. exploring the global properties does one discover time travel. 
  869.  
  870. CONSERVATION LAWS:
  871.  
  872.     It is sometimes argued that time travel violates conservation laws.
  873. For example, sending mass back in time increases the amount of energy that
  874. exists at that time.  Doesn't this violate conservation of energy?  This
  875. argument uses the concept of a global conservation law, whereas
  876. relativistically invariant formulations of the equations of physics only
  877. imply local conservation.  A local conservation law tells us that the
  878. amount of stuff inside a small volume changes only when stuff flows in or
  879. out through the surface.  A global conservation law is derived from this by
  880. integrating over all space and assuming that there is no flow in or out at
  881. infinity.  If this integral cannot be performed, then global conservation
  882. does not follow.  So, sending mass back in time might be alright, but it
  883. implies that something strange is happening.  (Why shouldn't we be able to
  884. do the integral?) 
  885.  
  886. GENERAL RELATIVITY:
  887.  
  888.     One case where global conservation breaks down is in general
  889. relativity. It is well known that global conservation of energy does not
  890. make sense in an expanding universe.  For example, the universe cools as it
  891. expands; where does the energy go?  See FAQ article #1 - Energy
  892. Conservation in Cosmology, for details. 
  893.  
  894.     It is interesting to note that the possibility of time travel in GR
  895. has been known at least since 1949 (by Kurt Godel, discussed in [1], page
  896. 168). The GR spacetime found by Godel has what are now called "closed
  897. timelike curves" (CTCs).  A CTC is a worldline that a particle or a person
  898. can follow which ends at the same spacetime point (the same position and
  899. time) as it started.   A solution to GR which contains CTCs cannot have a
  900. spacelike embedding - space must have "holes" (as in donut holes, not holes
  901. punched in a sheet of paper).  A would-be time traveller must go around or
  902. through the holes in a clever way. 
  903.  
  904.     The Godel solution is a curiosity, not useful for constructing a
  905. time machine.  Two recent proposals, one by Morris, et al. [2] and one by
  906. Gott [3], have the possibility of actually leading to practical devices (if
  907. you believe this, I have a bridge to sell you).   As with Godel, in these
  908. schemes nothing is locally strange; time travel results from the unusual
  909. topology of spacetime.  The first uses a wormhole (the inner part of a
  910. black hole, see fig. 1 of [2]) which is held open and manipulated by
  911. electromagnetic forces.  The second uses the conical geometry generated by
  912. an infinitely long string of mass.  If two strings pass by each other, a
  913. clever person can go into the past by traveling a figure-eight path around
  914. the strings.  In this scenario, if the string has non-zero diameter and
  915. finite mass density, there is a CTC without any unusual topology.
  916.  
  917. GRANDFATHER PARADOXES:
  918.  
  919.     With the demonstration that general relativity contains CTCs,
  920. people began studying the problem of self-consistency.  Basically, the
  921. problem is that of the "grandfather paradox:"  What happens if our time
  922. traveller kills her grandmother before her mother was born?  In more
  923. readily analyzable terms, one can ask what are the implications of the
  924. quantum mechanical interference of the particle with its future self.
  925. Boulware [5] shows that there is a problem - unitarity is violated. This is
  926. related to the question of when one can do the global conservation integral
  927. discussed above.  It is an example of the "Cauchy problem" [1, chapter 7]. 
  928.  
  929. OTHER PROBLEMS (and an escape hatch?):
  930.  
  931.     How does one avoid the paradox that a simple solution to GR has
  932. CTCs which QM does not like?  This is not a matter of applying a theory in
  933. a domain where it is expected to fail.  One relevant issue is the
  934. construction of the time machine.  After all, infinite strings aren't
  935. easily obtained.  In fact, it has been shown [4] that Gott's scenario
  936. implies that the total 4-momentum of spacetime must be spacelike.  This
  937. seems to imply that one cannot build a time machine from any collection of
  938. non-tachyonic objects, whose 4-momentum must be timelike.  There are 
  939. implementation problems with the wormhole method as well.
  940.  
  941. TACHYONS:
  942.  
  943. Finally, a diversion on a possibly related topic.
  944.  
  945.     If tachyons exist as physical objects, causality is no longer
  946. invariant. Different observers will see different causal sequences.  This
  947. effect requires only special relativity (not GR), and follows from the fact
  948. that for any spacelike trajectory, reference frames can be found in which
  949. the particle moves backward or forward in time.  This is illustrated by the
  950. pair of spacetime diagrams below.  One must be careful about what is
  951. actually observed; a particle moving backward in time is observed to be a
  952. forward moving anti-particle, so no observer interprets this as time
  953. travel. 
  954.  
  955.                 t
  956. One reference   |                    Events A and C are at the same
  957. frame:          |                    place.  C occurs first.
  958.                 |
  959.                 |                    Event B lies outside the causal
  960.                 |          B         domain of events A and C.
  961.      -----------A----------- x       (The intervals are spacelike).
  962.                 |
  963.                 C                    In this frame, tachyon signals
  964.                 |                    travel from A-->B and from C-->B.
  965.                 |                    That is, A and C are possible causes
  966.                                      of event B.
  967.  
  968. Another         t
  969. reference       |                    Events A and C are not at the same
  970. frame:          |                    place.  C occurs first.
  971.                 |
  972.                 |                    Event B lies outside the causal
  973.      -----------A----------- x       domain of events A and C. (The
  974.                 |                    intervals are spacelike)
  975.                 |
  976.                 |   C                In this frame, signals travel from
  977.                 |                    B-->A and from B-->C.  B is the cause
  978.                 |             B      of both of the other two events.
  979.  
  980.     The unusual situation here arises because conventional causality
  981. assumes no superluminal motion.  This tachyon example is presented to
  982. demonstrate that our intuitive notion of causality may be flawed, so one
  983. must be careful when appealing to common sense.  See FAQ article # 6 -
  984. Tachyons, for more about these weird hypothetical particles. 
  985.  
  986. CONCLUSION:
  987.  
  988.     The possible existence of time machines remains an open question. 
  989. None of the papers criticizing the two proposals are willing to
  990. categorically rule out the possibility.  Nevertheless, the notion of time
  991. machines seems to carry with it a serious set of problems. 
  992.  
  993. REFERENCES:
  994.  
  995. 1: S.W. Hawking, and G.F.R. Ellis, "The Large Scale Structure of Space-Time,"
  996.    Cambridge University Press, 1973.
  997. 2: M.S. Morris, K.S. Thorne, and U. Yurtsever, PRL, v.61, p.1446 (1989).
  998.    --> How wormholes can act as time machines.
  999. 3: J.R. Gott, III, PRL, v.66, p.1126 (1991).
  1000.    --> How pairs of cosmic strings can act as time machines.
  1001. 4: S. Deser, R. Jackiw, and G. 't Hooft, PRL, v.66, p.267 (1992).
  1002.    --> A critique of Gott.  You can't construct his machine.
  1003. 5: D.G. Boulware, University of Washington preprint UW/PT-92-04.
  1004.    Available on the hep-th@xxx.lanl.gov bulletin board: item number 9207054.
  1005.    --> Unitarity problems in QM with closed timelike curves.
  1006.  
  1007. ********************************************************************************
  1008. Item 22.
  1009.  
  1010. The Nobel Prize for Physics (1901-1992)         updated 29-Nov-1992 by SIC
  1011. ---------------------------------------
  1012.  
  1013. The following is a complete listing of Nobel Prize awards, from the first
  1014. award in 1901.  Prizes were not awarded in every year.  The description 
  1015. following the names is an abbreviation of the official citation.  
  1016.  
  1017. 1901    Wilhelm Konrad Rontgen          X-rays
  1018. 1902    Hendrik Antoon Lorentz          Magnetism in radiation phenomena
  1019.         Pieter Zeeman
  1020. 1903    Antoine Henri Bequerel          Spontaneous radioactivity
  1021.         Pierre Curie
  1022.         Marie Sklowdowska-Curie 
  1023. 1904    Lord Rayleigh                   Density of gases and 
  1024.         (a.k.a. John William Strutt)     discovery of argon
  1025. 1905    Pilipp Eduard Anton von Lenard  Cathode rays
  1026. 1906    Joseph John Thomson             Conduction of electricity by gases
  1027. 1907    Albert Abraham Michelson        Precision metrological investigations
  1028. 1908    Gabriel Lippman                 Reproducing colors photographically
  1029.                                          based on the phenomenon of interference
  1030. 1909    Guglielmo Marconi               Wireless telegraphy
  1031.         Carl Ferdinand Braun
  1032. 1910    Johannes Diderik van der Waals  Equation of state of fluids
  1033. 1911    Wilhelm Wien                    Laws of radiation of heat
  1034. 1912    Nils Gustaf Dalen               Automatic gas flow regulators 
  1035. 1913    Heike Kamerlingh Onnes          Matter at low temperature
  1036. 1914    Max von Laue                    Crystal diffraction of X-rays
  1037. 1915    William Henry Bragg             X-ray analysis of crystal structure
  1038.         William Lawrence Bragg
  1039. 1917    Charles Glover Barkla           Characteristic X-ray spectra of elements
  1040. 1918    Max Planck                      Energy quanta
  1041. 1919    Johannes Stark                  Splitting of spectral lines in E fields
  1042. 1920    Charles-Edouard Guillaume       Anomalies in nickel steel alloys
  1043. 1921    Albert Einstein                 Photoelectric Effect
  1044. 1922    Niels Bohr                      Structure of atoms
  1045. 1923    Robert Andrew Millikan          Elementary charge of electricity
  1046. 1924    Karl Manne Georg Siegbahn       X-ray spectroscopy
  1047. 1925    James Franck                    Impact of an electron upon an atom
  1048.         Gustav Hertz
  1049. 1926    Jean Baptiste Perrin            Sedimentation equilibrium
  1050. 1927    Arthur Holly Compton            Compton effect
  1051.         Charles Thomson Rees Wilson     Invention of the Cloud chamber
  1052. 1928    Owen Willans Richardson         Thermionic phenomena, Richardson's Law
  1053. 1929    Prince Louis-Victor de Broglie  Wave nature of electrons
  1054. 1930    Sir Chandrasekhara Venkata Raman Scattering of light, Raman effect
  1055. 1932    Werner Heisenberg               Quantum Mechanics 
  1056. 1933    Erwin Schrodinger               Atomic theory
  1057.         Paul Adrien Maurice Dirac
  1058. 1935    James Chadwick                  The neutron
  1059. 1936    Victor Franz Hess               Cosmic rays
  1060. 1937    Clinton Joseph Davisson         Crystal diffraction of electrons
  1061.         George Paget Thomson
  1062. 1938    Enrico Fermi                    New radioactive elements 
  1063. 1939    Ernest Orlando Lawrence         Invention of the Cyclotron
  1064. 1943    Otto Stern                      Proton magnetic moment
  1065. 1944    Isador Isaac Rabi               Magnetic resonance in atomic nuclei
  1066. 1945    Wolfgang Pauli                  The Exclusion principle
  1067. 1946    Percy Williams Bridgman         Production of extremely high pressures
  1068. 1947    Sir Edward Victor Appleton      Physics of the upper atmosphere
  1069. 1948    Patrick Maynard Stuart Blackett Cosmic ray showers in cloud chambers
  1070. 1949    Hideki Yukawa                   Prediction of Mesons 
  1071. 1950    Cecil Frank Powell              Photographic emulsion for meson studies
  1072. 1951    Sir John Douglas Cockroft       Artificial acceleration of atomic 
  1073.         Ernest Thomas Sinton Walton      particles and transmutation of nuclei
  1074. 1952    Felix Bloch                     Nuclear magnetic precision methods 
  1075.         Edward Mills Purcell
  1076. 1953    Frits Zernike                   Phase-contrast microscope
  1077. 1954    Max Born                        Fundamental research in QM
  1078.         Walther Bothe                   Coincidence counters
  1079. 1955    Willis Eugene Lamb              Hydrogen fine structure
  1080.         Polykarp Kusch                  Electron magnetic moment
  1081. 1956    William Shockley                Transistors
  1082.         John Bardeen
  1083.         Walter Houser Brattain
  1084. 1957    Chen Ning Yang                  Parity violation 
  1085.         Tsung Dao Lee
  1086. 1958    Pavel Aleksejevic Cerenkov      Interpretation of the Cerenkov effect
  1087.         Il'ja Mickajlovic Frank
  1088.         Igor' Evgen'evic Tamm
  1089. 1959    Emilio Gino Segre               The Antiproton
  1090.         Owen Chamberlain    
  1091. 1960    Donald Arthur Glaser            The Bubble Chamber
  1092. 1961    Robert Hofstadter               Electron scattering on nucleons
  1093.         Rudolf Ludwig Mossbauer         Resonant absorption of photons
  1094. 1962    Lev Davidovic Landau            Theory of liquid helium
  1095. 1963    Eugene P. Wigner                Fundamental symmetry principles
  1096.         Maria Goeppert Mayer            Nuclear shell structure
  1097.         J. Hans D. Jensen 
  1098. 1964    Charles H. Townes               Maser-Laser principle
  1099.         Nikolai G. Basov
  1100.         Alexander M. Prochorov
  1101. 1965    Sin-Itiro Tomonaga              Quantum electrodynamics
  1102.         Julian Schwinger
  1103.         Richard P. Feynman
  1104. 1966    Alfred Kastler                  Study of Hertzian resonance in atoms
  1105. 1967    Hans Albrecht Bethe             Energy production in stars 
  1106. 1968    Luis W. Alvarez                 Discovery of many particle resonances
  1107. 1969    Murray Gell-Mann                Quark model for particle classification
  1108. 1970    Hannes Alfven                   Magneto-hydrodynamics in plasma physics
  1109.         Louis Neel                      Antiferromagnetism and ferromagnetism
  1110. 1971    Dennis Gabor                    Principles of holography
  1111. 1972    John Bardeen                    Superconductivity
  1112.         Leon N. Cooper
  1113.         J. Robert Schrieffer
  1114. 1973    Leo Esaki                       Tunneling in superconductors
  1115.         Ivar Giaever 
  1116.         Brian D. Josephson              Super-current through tunnel barriers
  1117. 1974    Antony Hewish                   Discovery of pulsars
  1118.         Sir Martin Ryle                 Pioneering radioastronomy work
  1119. 1975    Aage Bohr                       Structure of the atomic nucleus
  1120.         Ben Mottelson
  1121.         James Rainwater
  1122. 1976    Burton Richter                  Discovery of the J/Psi particle
  1123.         Samual Chao Chung Ting
  1124. 1977    Philip Warren Anderson          Electronic structure of magnetic and 
  1125.         Nevill Francis Mott             disordered solids
  1126.         John Hasbrouck Van Vleck
  1127. 1978    Pyotr Kapitsa                   Liquifaction of helium
  1128.         Arno A. Penzias                 Cosmic Microwave Background Radiation
  1129.         Robert W. Wilson
  1130. 1979    Sheldon Glashow                 Electroweak Theory, especially
  1131.         Steven Weinberg                  weak neutral currents
  1132.         Abdus Salam                     
  1133. 1980    James Cronin                    Discovery of CP violation in the 
  1134.         Val Fitch                        asymmetric decay of neutral K-mesons
  1135. 1981    Kai M. Seigbahn                 High resolution electron spectroscopy
  1136.         Nicolaas Bleombergen            Laser spectroscopy
  1137.         Arthur L. Schawlow
  1138. 1982    Kenneth G. Wilson               Critical phenomena in phase transitions 
  1139. 1983    Subrahmanyan Chandrasekhar      Evolution of stars
  1140.         William A. Fowler
  1141. 1984    Carlo Rubbia                    Discovery of W,Z
  1142.         Simon van der Meer              Stochastic cooling for colliders
  1143. 1985    Klaus von Klitzing              Discovery of quantum Hall effect
  1144. 1986    Gerd Binning                    Scanning Tunneling Microscopy
  1145.         Heinrich Rohrer
  1146.         Ernst August Friedrich Ruska    Electron microscopy
  1147. 1987    Georg Bednorz                   High-temperature superconductivity
  1148.         Alex K. Muller 
  1149. 1988    Leon Max Lederman               Discovery of the muon neutrino leading
  1150.         Melvin Schwartz                  to classification of particles in 
  1151.         Jack Steinberger                 families
  1152. 1989    Hans Georg Dehmelt              Penning Trap for charged particles
  1153.         Wolfgang Paul                   Paul Trap for charged particles
  1154.         Norman F. Ramsey                Control of atomic transitions by the
  1155.                                          separated oscillatory fields method
  1156. 1990    Jerome Isaac Friedman           Deep inelastic scattering experiments
  1157.         Henry Way Kendall                leading to the discovery of quarks
  1158.         Richard Edward Taylor
  1159. 1991    Pierre-Gilles de Gennes         Order-disorder transitions in liquid 
  1160.                                          crystals and polymers
  1161. 1992    Georges Charpak                 Multiwire Proportional Chamber
  1162. ********************************************************************************
  1163. Item 23.
  1164.  
  1165. Open Questions                                  updated 01-JUN-1993 by SIC
  1166. --------------                                  original by John Baez
  1167.  
  1168.     While for the most part a FAQ covers the answers to frequently
  1169. asked questions whose answers are known, in physics there are also plenty
  1170. of simple and interesting questions whose answers are not known. Before you
  1171. set about answering these questions on your own, it's worth noting that
  1172. while nobody knows what the answers are, there has been at least a little,
  1173. and sometimes a great deal, of work already done on these subjects. People
  1174. have said a lot of very intelligent things about many of these questions. 
  1175. So do plenty of research and ask around before you try to cook up a theory
  1176. that'll answer one of these and win you the Nobel prize!  You can expect to
  1177. really know physics inside and out before you make any progress on these. 
  1178.  
  1179.     The following partial list of "open" questions is divided into two
  1180. groups, Cosmology and Astrophysics, and Particle and Quantum Physics. 
  1181. However, given the implications of particle physics on cosmology, the
  1182. division is somewhat artificial, and, consequently, the categorization is 
  1183. somewhat arbitrary.  
  1184.  
  1185.     (There are many other interesting and fundamental questions in 
  1186. fields such as condensed matter physics, nonlinear dynamics, etc., which 
  1187. are not part of the set of related questions in cosmology and quantum 
  1188. physics which are discussed below.  Their omission is not a judgement 
  1189. about importance, but merely a decision about the scope of this article.)
  1190.     
  1191. Cosmology and Astrophysics
  1192. --------------------------
  1193.  
  1194. 1.  What happened at, or before the Big Bang?  Was there really an initial
  1195. singularity?  Of course, this question might not make sense, but it might.
  1196. Does the history of universe go back in time forever, or only a finite
  1197. amount? 
  1198.  
  1199. 2.  Will the future of the universe go on forever or not?  Will there be a
  1200. "big crunch" in the future?  Is the Universe infinite in spatial extent? 
  1201.  
  1202. 3.  Why is there an arrow of time; that is, why is the future so much
  1203. different from the past?
  1204.  
  1205. 4.  Is spacetime really four-dimensional?   If so, why - or is that just a
  1206. silly question?  Or is spacetime not really a manifold at all if examined
  1207. on a short enough distance scale? 
  1208.  
  1209. 5.  Do black holes really exist?  (It sure seems like it.)  Do they really
  1210. radiate energy and evaporate the way Hawking predicts?  If so, what happens
  1211. when, after a finite amount of time, they radiate completely away?  What's
  1212. left?  Do black holes really violate all conservation laws except
  1213. conservation of energy, momentum, angular momentum and electric charge? 
  1214. What happens to the information contained in an object that falls into a 
  1215. black hole?  Is it lost when the black hole evaporates?  Does this require 
  1216. a modification of quantum mechanics?
  1217.  
  1218. 6.  Is the Cosmic Censorship Hypothesis true?  Roughly, for generic
  1219. collapsing isolated gravitational systems are the singularities that might
  1220. develop guaranteed to be hidden beyond a smooth event horizon?  If Cosmic
  1221. Censorship fails, what are these naked singularities like?  That is, what 
  1222. weird physical consequences would they have? 
  1223.  
  1224. 7.  Why are the galaxies distributed in clumps and filaments?  Is most of
  1225. the matter in the universe baryonic?  Is this a matter to be resolved by
  1226. new physics? 
  1227.  
  1228. 8.  What is the nature of the missing "Dark Matter"?  Is it baryonic, 
  1229. neutrinos, or something more exotic?  
  1230.  
  1231. Particle and Quantum Physics
  1232. ----------------------------
  1233.  
  1234. 1.  Why are the laws of physics not symmetrical between left and right,
  1235. future and past, and between matter and antimatter?  I.e., what is the
  1236. mechanism of CP violation, and what is the origin of parity violation in
  1237. Weak interactions?  Are there right-handed Weak currents too weak to have
  1238. been detected so far?  If so, what broke the symmetry?  Is CP violation 
  1239. explicable entirely within the Standard Model, or is some new force or
  1240. mechanism required?
  1241.  
  1242. 2.  Why are the strengths of the fundamental forces (electromagnetism, weak
  1243. and strong forces, and gravity) what they are?  For example, why is the
  1244. fine structure constant, which measures the strength of electromagnetism,
  1245. about 1/137.036?  Where did this dimensionless constant of nature come from? 
  1246. Do the forces really become Grand Unified at sufficiently high energy?
  1247.  
  1248. 3.  Why are there 3 generations of leptons and quarks?  Why are there mass
  1249. ratios what they are?  For example, the muon is a particle almost exactly
  1250. like the electron except about 207 times heavier.  Why does it exist and
  1251. why precisely that much heavier?   Do the quarks or leptons have any 
  1252. substructure? 
  1253.  
  1254. 4.  Is there a consistent and acceptable relativistic quantum field theory
  1255. describing interacting (not free) fields in four spacetime dimensions?  For
  1256. example, is the Standard Model mathematically consistent?  How about
  1257. Quantum Electrodynamics? 
  1258.  
  1259. 5.  Is QCD a true description of quark dynamics?  Is it possible to
  1260. calculate masses of hadrons (such as the proton, neutron, pion, etc.)
  1261. correctly from the Standard Model?  Does QCD predict a quark/gluon
  1262. deconfinement phase transition at high temperature?  What is the nature of
  1263. the transition?  Does this really happen in Nature? 
  1264.  
  1265. 6.  Why is there more matter than antimatter, at least around here? Is
  1266. there really more matter than antimatter throughout the universe? 
  1267.  
  1268. 7.  What is meant by a "measurement" in quantum mechanics?  Does
  1269. "wavefunction collapse" actually happen as a physical process?  If so, how,
  1270. and under what conditions?  If not, what happens instead? 
  1271.  
  1272. 8.  What are the gravitational effects, if any, of the immense (possibly
  1273. infinite) vacuum energy density seemingly predicted by quantum field
  1274. theory?  Is it really that huge?  If so, why doesn't it act like an
  1275. enormous cosmological constant? 
  1276.  
  1277. 9.  Why doesn't the flux of solar neutrinos agree with predictions?  Is the
  1278. disagreement really significant?  If so, is the discrepancy in models of
  1279. the sun, theories of nuclear physics, or theories of neutrinos?  Are
  1280. neutrinos really massless? 
  1281.  
  1282. The Big Question (TM)
  1283. ---------------------
  1284.  
  1285. This last question sits on the fence between the two categories above:
  1286.  
  1287.     How do you merge Quantum Mechanics and General Relativity to create a
  1288. quantum theory of gravity?  Is Einstein's theory of gravity (classical GR)
  1289. also correct in the microscopic limit, or are there modifications
  1290. possible/required which coincide in the observed limit(s)?  Is gravity
  1291. really curvature, or what else -- and why does it then look like curvature? 
  1292. An answer to this question will necessarily rely upon, and at the same time
  1293. likely be a large part of, the answers to many of the other questions above.
  1294.  
  1295. ********************************************************************************
  1296. Item 24.                                        updated 24-MAY-1993 by SIC
  1297.     
  1298. Accessing and Using Online Physics Resources
  1299. --------------------------------------------
  1300.  
  1301. (I) Particle Physics Databases
  1302.  
  1303.     The Full Listings of the Review of Particle Properties (RPP), as 
  1304. well as other particle physics databases, are accessible on-line.  Here is 
  1305. a summary of the major ones, as described in the RPP:
  1306.  
  1307. (A) SLAC Databases
  1308.  
  1309. PARTICLES   - Full listings of the RPP
  1310. HEP         - Guide to particle physics preprints, journal articles, reports,
  1311.               theses, conference papers, etc.
  1312. CONF        - Listing of past and future conferences in particle physics
  1313. HEPNAMES    - E-mail addresses of many HEP people
  1314. INST        - Addresses of HEP institutions
  1315. DATAGUIDE   - Adjunct to HEP, indexes papers
  1316. REACTIONS   - Numerical data on reactions (cross-sections, polarizations, etc)
  1317. EXPERIMENTS - Guide to current and past experiments
  1318.  
  1319. Anyone with a SLAC account can access these databases.  Alternately, most
  1320. of us can access them via QSPIRES.  You can access QSPIRES via BITNET with
  1321. the 'send' command ('tell','bsend', or other system-specific command) or by
  1322. using E-mail.  For example, send QSPIRES@SLACVM FIND TITLE Z0 will get you
  1323. a search of HEP for all papers which reference the Z0 in the title.  By
  1324. E-mail, you would send the one line message "FIND TITLE Z0" with a blank
  1325. subject line to QSPIRES@SLACVM.BITNET or QSPIRES@VM.SLAC.STANFORD.EDU.
  1326. QSPIRES is free.  Help can be obtained by mailing "HELP" to QSPIRES.
  1327.  
  1328. For more detailed information, see the RPP, p.I.12, or contact: Louise
  1329. Addis (ADDIS@SLACVM.BITNET) or Harvey Galic (GALIC@SLACVM.BITNET).
  1330.  
  1331. (B) CERN Databases on ALICE
  1332.  
  1333. LIB         - Library catalogue of books, preprints, reports, etc.
  1334. PREP        - Subset of LIB containing preprints, CERN publications, and 
  1335.               conference papers.
  1336. CONF        - Subset of LIB containing upcoming and past conferences since 1986
  1337. DIR         - Directory of Research Institutes in HEP, with addresses, fax,
  1338.               telex, e-mail addresses, and info on research programs
  1339.  
  1340. ALICE can be accessed via DECNET or INTERNET.  It runs on the CERN library's
  1341. VXLIB, alias ALICE.CERN.CH (IP# 128.141.201.44).  Use Username ALICE (no 
  1342. password required.)  Remote users with no access to the CERN Ethernet can
  1343. use QALICE, similar to QSPIRES.  Send E-mail to QALICE@VXLIB.CERN.CH, put
  1344. the query in the subject field and leave the message field black.  For 
  1345. more information, send the subject "HELP" to QALICE or contact CERN 
  1346. Scientific Information Service, CERN, CH-1211 Geneva 23, Switzerland,
  1347. or E-mail MALICE@VXLIB.CERN.CH.
  1348.  
  1349. Regular weekly or monthly searches of the CERN databases can be arranged
  1350. according to a personal search profile.  Contact David Dallman, CERN SIS
  1351. (address above) or E-mail CALLMAN@CERNVM.CERN.CH.
  1352.  
  1353. DIR is available in Filemaker PRO format for Macintosh.  Contact Wolfgang
  1354. Simon (ISI@CERNVM.CERN.CH).
  1355.  
  1356. (C) Particle Data Group Online Service
  1357.  
  1358.     The Particle Data Group is maintaining a new user-friendly computer
  1359. database of the Full Listings from the Review of Particle Properties. Users
  1360. may query by paper, particle, mass range, quantum numbers, or detector and
  1361. can select specific properties or classes of properties like masses or
  1362. decay parameters. All other relevant information (e.g. footnotes and
  1363. references) is included. Complete instructions are available online. 
  1364.  
  1365.     The last complete update of the RPP database was a copy of the Full
  1366. Listings from the Review of Particle Properties which was published as
  1367. Physical Review D45, Part 2 (1 June 1992). A subsequent update made on 27
  1368. April 1993 was complete for unstable mesons, less complete for the W, Z, D
  1369. mesons, and stable baryons, and otherwise was unchanged from the 1992
  1370. version. 
  1371.  
  1372. DECNET access: SET HOST MUSE or SET HOST 42062
  1373. TCP/IP access: TELNET MUSE.LBL.GOV or TELNET 131.243.48.11
  1374. Login to: PDG_PUBLIC with password HEPDATA.
  1375.  
  1376. Contact: Gary S. Wagman, (510)486-6610.  Email: (GSWagman@LBL.GOV).
  1377.  
  1378. (D) Other Databases
  1379.  
  1380. Durham-RAL and Serpukhov both maintain large databases containing Particle
  1381. Properties, reaction data, experiments, E-mail ID's, cross-section
  1382. compilations (CS), etc.  Except for the Serpukhov CS, these databases
  1383. overlap SPIRES at SLAC considerably, though they are not the same and may
  1384. be more up-to-date.  For details, see the RPP, p.I.14, or contact:
  1385. For Durham-RAL, Mike Whalley (MRW@UKACRL.BITNET,MRW@CERNVM.BITNET) or 
  1386. Dick Roberts (RGR@UKACRL.BITNET).  For Serpukhov, contact Sergey Alekhin 
  1387. (ALEKHIN@M9.IHEP.SU) or Vladimir Exhela (EZHELA@M9.IHEP.SU). 
  1388.  
  1389. (II) Online Preprint Sources
  1390.  
  1391. There are a number of online sources of preprints:
  1392.  
  1393. alg-geom@publications.math.duke.edu (algebraic geometry)
  1394. astro-ph@babbage.sissa.it           (astrophysics)
  1395. cond-mat@babbage.sissa.it           (condensed matter)
  1396. funct-an@babbage.sissa.it           (functional analysis)
  1397. hep-lat@ftp.scri.fsu.edu            (computational and lattice physics)
  1398. hep-ph@xxx.lanl.gov                 (high energy physics phenomenological)
  1399. hep-th@xxx.lanl.gov                 (high energy physics theoretical)
  1400. lc-om@alcom-p.cwru.edu              (liquid crystals, optical materials)
  1401. gr-qc@xxx.lanl.gov                  (general relativity, quantum cosmology)
  1402. nucl-th@xxx.lanl.gov,               (nuclear physics theory)
  1403. nlin-sys@xyz.lanl.gov               (nonlinear science)
  1404.  
  1405.     To get things if you know the preprint number, send a message to 
  1406. the appropriate address with subject header "get (preprint number)" and 
  1407. no message body. If you *don't* know the preprint number, or want to get 
  1408. preprints regularly, or want other information, send a message with 
  1409. subject header "help" and no message body. 
  1410.  
  1411. (III) The World Wide Web
  1412.  
  1413.     There is a wealth of information, on all sorts of topics, available 
  1414. on the World Wide Web [WWW], a distributed HyperText system (a network of 
  1415. documents connected by links which can be activated electronically). 
  1416. Subject matter includes some physics areas such as High Energy Physics,
  1417. Astrophysics abstracts, and Space Science, but also includes such diverse
  1418. subjects as bioscience, musics, and the law.
  1419.  
  1420. * How to get to the Web
  1421.  
  1422.        If you have no clue what WWW is, you can go over the Internet with
  1423. telnet to info.cern.ch (no login required) which brings you to the WWW 
  1424. Home Page at CERN. You are now using the simple line mode browser. To move 
  1425. around the Web, enter the number given after an item. 
  1426.  
  1427. * Browsing the Web
  1428.  
  1429.     If you have a WWW browser up and running, you can move around
  1430. more easily. The by far nicest way of "browsing" through WWW uses the 
  1431. X-Terminal based tool "XMosaic". Binaries for many platforms (ready for use) 
  1432. and sources are available via anonymous FTP from ftp.ncsa.uiuc.edu in directory 
  1433. Web/xmosaic.  The general FTP repository for browser software is info.cern.ch
  1434. (including a hypertext browser/editor for NeXTStep 3.0)
  1435.  
  1436. * For Further Information
  1437.  
  1438.     For questions related to WWW, try consulting the WWW-FAQ: Its most 
  1439. recent version is available via anonymous FTP on rtfm.mit.edu in 
  1440. /pub/usenet/news.answers/www-faq , or on WWW at 
  1441. http://www.vuw.ac.nz:80/overseas/www-faq.html
  1442.  
  1443.     The official contact (in fact the midwife of the World Wide Web) 
  1444. is Tim Berners-Lee, timbl@info.cern.ch. For general matters on WWW, try 
  1445. www-request@info.cern.ch or Robert Cailliau (responsible for the "physics" 
  1446. content of the Web, cailliau@cernnext.cern.ch).
  1447.  
  1448. (IV) Other Archive Sites 
  1449.  
  1450.     There is an FTP archive site of preprints and programs
  1451. for nonlinear dynamics, signal processing, and related subjects on node
  1452. lyapunov.ucsd.edu (132.239.86.10) at the Institute for Nonlinear Science,
  1453. UCSD.  Just login anonymously, using your host id as your password. Contact
  1454. Matt Kennel (mbk@inls1.ucsd.edu) for more information.
  1455.  
  1456. ********************************************************************************
  1457. END OF FAQ
  1458.  
  1459.