Az interneten gyakran találhatunk világegyetemünk és a modern tudomány ilyen állítólag megoldatlan és megoldatlan rejtélyeiről.
Bizonyos okokból számomra úgy tűnik, hogy ennek része egy messzemenő probléma, amely nem létezik, de részben a tudomány már talál magyarázatot.
Ezek közül melyiket tartja valóban nem nyilvánosságra hozott, de mégis titkos fizikának?
1. Honnan származnak az ultra nagy energiájú kozmikus sugarak?
Légkörünket folyamatosan bombázzák az űrből származó kozmikus sugaraknak nevezett, nagy energiájú részecskék. Noha ezek a sugarak nem okoznak nagy károkat az embereknek, a fizikusok számára nagy érdeklődésre számítanak.
1962-ben, a Vulkán Ranchban végzett kísérlet során John Linsley és Livio Scarsi látott valami hihetetlen dolgot: egy kozmikus sugár, amely több mint 16 joule energiájú. Hogy adjunk némi ötletet, tegyük fel, hogy egy joule nagyjából megegyezik azzal az energiával, amely ahhoz szükséges, hogy egy almát a padlóról és az asztalra emeljünk. És mindez az energia egy részecskébe koncentrálódik, amely több milliárdszor kisebb, mint egy alma. Ez azt jelenti, hogy a fénysebességhez közeli sebességgel mozog!
Promóciós videó:
A fizikusok még nem tudják, honnan származtak ezek a részecskék annyi energiát. Egyes elméletek szerint ezeknek a részecskéknek a forrása a szupernóvák lehet, amelyek életük végén a csillagok robbanása után alakulnak ki. Ezek a részecskék felgyorsíthatók az összeomló anyag korongjaiban is, amelyek a fekete lyukak körül alakulnak ki.
2. A modern világegyetem az infláció eredménye volt?
Az univerzum meglepően lapos, vagyis az egész univerzumban azonos mennyiségű anyag van. A nagyrobbanás elmélete szerint azonban az univerzum fejlődésének nagyon korai szakaszában az anyag sűrűsége különböző helyeken eltérő lehet.
Az infláció elmélete szerint a modern világegyetem egy apró térfogatú korai univerzumból származott, amely hirtelen és váratlanul gyorsan bővült. A léggömb felfújásahoz hasonlóan az infláció is elsimította a korai világegyetem összes gördülését.
Noha ez sok magyarázza azt, amit látunk, a fizikusok még nem tudják, mi okozta az inflációt. Az infláció során történt eseményekre vonatkozó információk szintén vázlatosak.
3. Megtalálható-e sötét energia és sötét anyag?
Lenyűgöző tény: a világegyetemnek csak körülbelül 5% -a áll a számunkra látható anyagból. Néhány évtizeddel ezelőtt a fizikusok észrevették, hogy a galaxisok külső szélein található csillagok a vártnál gyorsabban forognak ezen galaxisok középpontjain. Ennek magyarázata érdekében a tudósok azt sugallták, hogy ezek a galaxisok tartalmazhatnak valamilyen láthatatlan "sötét" anyagot, amely a csillagok gyorsabb forgását idézi elő.
Ezzel együtt tudjuk, hogy az univerzum terjeszkedése most felgyorsul. Ez furcsának tűnik, mivel arra lehet számítani, hogy az anyag vonzódása - mind a "világos", mind a "sötét" - lelassítja az univerzum terjeszkedését. A "sötét energia" magyarázat lehet erre a jelenségre. A fizikusok úgy gondolják, hogy az univerzumban lévő energia legalább 70% -a "sötét" energia formájában van, ami hozzájárul az univerzum kibővülésének jelenlegi gyorsulásához.
Eddig a "sötét" anyagot alkotó részecskéket és a "sötét" energiát alkotó mezőt még nem vizsgálták közvetlenül laboratóriumi körülmények között. A fizikusok azonban azt remélik, hogy a "sötét" anyag részecskéi megszerezhetők és tanulmányozhatók a Nagy Hadron Összeütközőn. Ezek a részecskék azonban nehezebbek lehetnek, mint az az ütköző által létrehozott részecskék, és akkor titka hosszú ideig megoldatlan marad.
4. Mi a fekete lyuk közepén?
A fekete lyukak az asztrofizika leghíresebb tárgyai. Leírhatjuk õket olyan téridő-régióknak, amelyek gravitációs tereje olyan erős, hogy még a fény sem tudja legyőzni őket.
Megfigyeléseket végeztek sok fekete lyukról, beleértve a hatalmas fekete lyukat galaxisunk központjában. A fekete lyuk közepén zajló rejtélyt azonban még nem fedték fel. Egyes fizikusok úgy vélik, hogy lehet "szingularitás" - egy végtelen sűrűség pontja, amelyen egy tömeg egy végtelen méretű térben koncentrálódik. Nehéz elképzelni. Még ennél is rosszabb, hogy a szingularitás fekete lyukhoz vezet ebben az elméletben, mivel nincs mód a szingularitás közvetlen megfigyelésére.
Továbbra is vita merül fel azzal kapcsolatban, hogy az információk elvesznek-e a fekete lyukakban. Abszorbeálják a részecskéket és Hawking sugárzást bocsátanak ki, de úgy tűnik, hogy ez a sugárzás nem tartalmaz további információt a fekete lyukban zajló eseményekről.
Az a látszólagos lehetetlenség, legalábbis abban a pillanatban, hogy megtudja, mi van a fekete lyukakban, hosszú ideje lehetővé tette a tudományos fantasztikus írók számára, hogy feltételezéseket tegyenek a más univerzumok létezésének lehetőségéről vagy a fekete lyukaknak a teleportálásra vagy az időutazásra való felhasználásáról.
5. Van intelligens élet az univerzumban?
Az emberek már azóta álmodtak idegenekről, amikor először felnézték az éjszakai égboltot, és azon gondolkodtak, mi lehet ott. De az utóbbi évtizedekben sok érdekes tényt tanultunk meg.
Először megtudtuk, hogy a bolygók sokkal gyakoribbak, mint gondoltuk. Azt is megtudtuk, hogy a bolygónk lakhatóvá válásának és az élet kialakulásának közötti idő nagyon kicsi. Ez azt jelenti, hogy lehetséges az élet? Ha igen, akkor megkapjuk a híres Fermi-paradoxont: miért nem tudtunk még kommunikálni az idegenekkel?
Frank Drake csillagász összeállította a nevét viselő egyenletet a probléma minden oldalának áttekintésére. Mindegyik alkotóeleme képviseli az intelligens élettel való kommunikáció hiányának okát.
Lehet, hogy az élet gyakori, de az intelligens élet ritka. Talán egy idő után minden civilizáció úgy dönt, hogy nem kommunikál más életformákkal. Léteznek, de nem akarnak velünk kommunikálni. Vagy talán azt jelzi, hogy sok idegen civilizáció hamarosan elpusztítja önmagát, miután megszerezte a kommunikáció technológiai képességét. Még azt is megfogalmazták, hogy az idegenekkel való kommunikáció hiánya bizonyítja világunk mesterséges eredetét, amely lehet Isten teremtése vagy egy számítógépes modell.
Lehetséges azonban, hogy egyszerűen nem keresettünk elég hosszú és elég messzire, mivel a tér hihetetlenül nagy. A jelek könnyen eltévedhetnek, és az idegen civilizációnak csak erősebb jelet kell küldenie. És talán holnap felfedezzük egy idegen civilizációt, és megértjük az univerzum megértését.
6. Tud-e valami gyorsabban mozogni, mint a fény?
Azóta, hogy Einstein megváltoztatta a fizikát a speciális relativitáselmélettel, a fizikusok meggyőződtek arról, hogy nincs olyan, ami gyorsabban haladhat, mint a fény. Ezen elmélet szerint ahhoz, hogy valami legalább a fénysebességgel mozogjon, végtelen energiára van szükség.
Másrészről, amint azt a fentebb említett kozmikus sugarak mutatják, még nagy mennyiségű energia jelenléte sem jelenti a fénysebességgel történő mozgás lehetőségét. A fénysebesség, mint egy kemény sebességkorlátozás, szintén magyarázat lehet az idegen civilizációkkal való kommunikáció hiányára. Ha ezeket a fénysebesség is korlátozza, akkor a jelek utazása több ezer évbe telik.
De az emberek folyamatosan keresik a világegyetem ezen sebességkorlátozásának megkerülésére szolgáló módszereket. A 2011-ben elvégzett OPERA kísérlet előzetes eredményei szerint a neutrinók gyorsabban mozognak, mint a fény. De akkor a tudósok hibákat észleltek a kísérlet megszervezésében, és felismerték ezen eredmények helytelenségét.
Ezenkívül, ha lehetséges lenne az anyag vagy információ továbbítása a fénysebességet meghaladó sebességgel, kétségtelenül megváltoztatja a világot. A fénysebességet meghaladó sebességgel megzavarhatja az ok-okozati összefüggést, az események okainak és következményeinek kapcsolatát.
Az idő és a tér közötti kapcsolatnak a speciális relativitáselméletben való függvényében az információnak a fénysebességnél gyorsabb mozgása lehetővé tenné az ember számára, hogy információt kapjon egy eseményről az esemény bekövetkezése előtt, ami az időutazás egyik formája. Ez mindenféle paradoxont létrehozhat, amelyet nem tudnánk megoldani.
7. Leírható-e a turbulencia?
Visszatérve a Földre, azt mondhatjuk, hogy mindennapi életünkben még mindig sok nehéz dolgot meg kell érteni. Próbálkozzon például vízcsapokkal játszani. Ha hagyja, hogy a víz nyugodtan folyjon, megfigyel egy ismert jelenséget a fizikában, egy olyan áramlástípust, amelyet nekünk jól ismertünk, "lamináris áramlással". De ha teljesen kikapcsolja a csapot, és figyeli a víz viselkedését, akkor példája lesz a turbulenciának. A turbulencia sok szempontból még mindig megoldatlan probléma a fizikában.
A Navier-Stokes egyenlet meghatározza, hogy a folyadékok, például a víz és a levegő hogyan mozogjanak. Képzeljük el, hogy a folyadék apró tömegdarabokra oszlik meg. Ez az egyenlet azután figyelembe veszi az ezen darabokat befolyásoló összes erőt - gravitációt, súrlódást, nyomást -, és megpróbálja meghatározni, hogy ez hogyan befolyásolja azok sebességét.
Egyszerű vagy stabil áramlások esetén olyan megoldásokat találhatunk a Navier-Stokes egyenletre, amelyek teljesen leírják az adott áramlást. A fizikusok azután egyenleteket állíthatnak elő az áramlási sebesség kiszámításához bármely ponton. De összetett, turbulens áramlások esetén ezek a megoldások lehet, hogy nem pontosak. Nagyon sok turbulens áramlás-manipulációt hajthatunk végre az egyenletek numerikus megoldásával nagy számítógépeken. Ez durva választ ad nekünk olyan képlet nélkül, amely teljes mértékben magyarázza a folyadék viselkedését.
Mellesleg, a Clay Mathematical Institute jutalmat ajánlott fel a probléma megoldásáért. Tehát ha meg tudja csinálni, akkor millió dollárt kereshet.
8. Lehetséges-e olyan szupravezetőt létrehozni, amely szobahőmérsékleten működik
A szupravezetők az emberek által feltalált legfontosabb eszközök és technológiák közé tartoznak. Különleges típusú anyagok. Amikor a hőmérséklet elég alacsonyra csökken, az anyag elektromos ellenállása nullára esik.
Modern tápkábeleink sok energiát pazarolnak el. Nem szupravezetők és elektromos ellenállással rendelkeznek, ami felmelegszik, amikor egy elektromos áram áthalad rajtuk.
De a szupravezetők lehetőségei nem korlátozódnak erre. A huzal által létrehozott mágneses mező erőssége függ a rajta áthaladó áramtól. Ha talál egy olcsó módszert a nagyon nagy áramok átvezetésére a szupravezetőkön, akkor nagyon erős mágneses mezőket kaphat. Ezeket a mezőket jelenleg a Nagy hadron ütközőn használják a gyűrűje körül gyorsan mozgó töltött részecskék eltérítésére. Kísérleti nukleáris reaktorokban is használják, amelyek a jövőben villamosenergia-forrássá válhatnak.
A probléma az, hogy az összes ismert szupravezető csak nagyon alacsony hőmérsékleten (legfeljebb –140 Celsius fok) képes működni. Az ilyen alacsony hőmérsékleten történő hűtéshez általában folyékony nitrogént vagy annak ekvivalensét igénylik, és ez nagyon drága. Ezért szerte a világon sok fizikus és anyagszakértő dolgozik azon, hogy megszerezzék a Szent Grált - egy szupravezetőt, amely szobahőmérsékleten működhet. De eddig senkinek sem sikerült ezt megtennie.
9. Miért van több anyag, mint az antianyag?
Minden részecskének van egyenlő és ellentétes részecske, úgynevezett anti-részecske. Az elektronok esetében vannak pozitronok. Vannak protonok antiprotonjai. Stb.
Ha egy részecske megérinti egy részecskét, akkor az elpusztul és sugárzásgá válik. Néha kozmikus sugarakká alakul. Az antianyag részecskegyorsítókban is létrehozható, több trillió dollár / gramm áron. De általánosságban úgy tűnik, hogy nagyon ritka az univerzumunkban. Ez egy igazi titok. Az összes ismert eljárás, amely energiát (sugárzást) anyaggá alakít, ugyanolyan mennyiségű anyagot és antimateriat termel. Tehát ha az univerzumban az energia uralja, akkor miért nem hoz létre azonos mennyiségű anyagot és antianyagot?
Számos elmélet létezik ennek magyarázata érdekében. A részecskék kölcsönhatását a Large Hadron Collider-ben tanulmányozó tudósok példákat keresnek a „CP megsértésére”. Ha ezek bekövetkeznének, ezek az interakciók megmutathatják, hogy a fizika törvényei eltérnek az anyagrészecskék és az antianyag szempontjából. Aztán feltételezhetjük, hogy vannak olyan folyamatok, amelyek valószínűleg anyagot termelnek, nem antianyagot, ezért az univerzumban több anyag van.
Más, kevésbé valószínű elméleteknek lehetnek a világegyetem teljes régiói, amelyekben antimatter dominál. De ezeknek az elméleteknek meg kell magyarázniuk, hogyan történt az anyag és az antianyag szétválasztása, és miért nem látunk nagy sugárzási tömegeket az anyag és az antianyag ütközésében. Tehát, hacsak nem találunk bizonyítékot az antianyag-galaxisokról, a korai univerzumban a CP megsértése tűnik a legjobb megoldásnak. De még mindig nem tudjuk, hogyan működik.
10. Lehet-e egységes elméletünk?
A 20. században két nagyszerű elméletet fejlesztettek ki a fizika számos jelenségének magyarázatára. Az egyik a kvantummechanika elmélete volt, amely részletezte az apró, szubatomi részecskék viselkedését és kölcsönhatásait. A kvantummechanika és a részecskefizika standard modellje megmagyarázta a természetben levő négy fizikai jelenség közül háromot: az elektromágnesességet és az erős és gyenge nukleáris erőket.
Egy másik nagyszerű elmélet volt Einstein általános relativitáselmélete, amely magyarázza a gravitációt. Ebben az elméletben a gravitáció akkor fordul elő, amikor a tömeg jelenléte meghajlik a térben és az időben, és a részecskék a téridő ívelt alakja miatt görbe útvonalon mozognak. Meg tudja magyarázni azokat a dolgokat, amelyek a legnagyobb mértékben történnek, például a galaxisok kialakulását.
Csak egy probléma van. Ez a két elmélet összeegyeztethetetlen. Tudomásunk szerint mindkét elmélet helyes. De úgy tűnik, hogy nem működnek együtt. És mivel a fizikusok rájöttek erre, olyan megoldást kerestek, amely összekapcsolhatja őket. Ezt a döntést Nagy Egységes Elméletnek vagy Mindent elméletnek hívták.
A tudósok hozzászoktak az elméletekhez, amelyek csak bizonyos határokon belül működnek. A fizikusok remélik, hogy leküzdik korlátaikat, és látják, hogy a kvantummechanika és az általános relativitáselmélet a nagyobb elmélet részei, mint egy takaró javítása. A húros elmélet az általános relativitáselmélet és a kvantummechanika elméletének újjáélesztésének kísérlete. Ennek előrejelzéseit azonban kísérletekkel nehéz ellenőrizni, ezért nem lehet megerősíteni.
Folytatódik az alapvető elmélet keresése - egy elmélet, amely mindent megmagyarázhat. Talán soha nem fogjuk megtalálni. De ha a fizika bármit megtanított nekünk, akkor az a világegyetem valóban csodálatos, és benne mindig van hely új felfedezésekre.
A listverse.com oldal egyik cikke szerint - Szergej Maltsev fordította