Dažnai internete galite rasti tokių tariamai neišspręstų ir neišspręstų mūsų visatos ir šiuolaikinio mokslo paslapčių.
Dėl tam tikrų priežasčių man atrodo, kad iš dalies tai yra tolimos problemos, kurių nėra, tačiau iš dalies mokslas jau rado paaiškinimą.
- „Salik.biz“
Kuris iš jų, jūsų nuomone, yra tikrai neatskleista, kol kas slapta fizika?
1. Iš kur skleidžiasi ypač aukštos energijos kosminiai spinduliai?
Mūsų atmosferą nuolat bombarduoja aukštos energijos dalelės iš kosmoso, vadinamos „kosminiais spinduliais“. Nors šie spinduliai nedaro daug žalos žmonėms, jie labai domina fizikus.
1962 m. Atlikdami eksperimentą „Volcano Ranch“, Johnas Linsley ir Livio Scarsi pamatė kažką neįtikėtino: kosminį spindulį, kurio energija yra daugiau kaip 16 džaulių. Norėdami pateikti jums idėją, tarkime, kad vienas džaulis yra maždaug lygus energijai, reikalingai obuoliui pakelti nuo grindų ir ant stalo. Ir visa ši energija yra sutelkta dalelėje, kuri yra milijardus kartų mažesnė už obuolį. Tai reiškia, kad jis juda greičiu, artimu šviesos greičiui!
Reklaminis vaizdo įrašas:
Fizikai dar nežino, iš kur šios dalelės gavo tiek energijos. Remiantis kai kuriomis teorijomis, šių dalelių šaltinis gali būti supernovos, susiformavusios po žvaigždžių sprogimo jų gyvenimo pabaigoje. Šias daleles taip pat galima pagreitinti griūvančių medžiagų diskuose, kurie susidaro aplink juodąsias skyles.
2. Ar šiuolaikinė visata buvo infliacijos rezultatas?
Visata yra stebėtinai plokščia, tai yra, visa visata turi vienodą materijos kiekį. Tačiau pagal didžiojo sprogimo teoriją labai ankstyvose Visatos vystymosi stadijose materijos tankis skirtingose vietose gali būti skirtingas.
Remiantis infliacijos teorija, šiuolaikinė visata atsirado iš ankstyvos mažos apimties visatos, kuri staiga ir netikėtai greitai išsiplėtė. Kaip ir pripūtus balioną, infliacija išlygino visas ankstyvosios visatos bulves.
Nors tai paaiškina labai daug to, ką matome, fizikai dar nežino, kas sukėlė infliaciją. Informacija apie tai, kas įvyko šios infliacijos metu, taip pat yra eskizinė.
3. Ar įmanoma rasti tamsiąją energiją ir tamsiąją medžiagą?
Stulbinantis faktas: tik maždaug 5% visatos sudaro mums matoma materija. Prieš kelis dešimtmečius fizikai pastebėjo, kad žvaigždės išoriniuose galaktikų kraštuose sukasi aplink šių galaktikų centrus greičiau, nei tikėtasi. Norėdami tai paaiškinti, mokslininkai pasiūlė, kad šiose galaktikose gali būti kažkokios nematomos „tamsiosios“medžiagos, dėl kurios žvaigždės sukasi greičiau.
Kartu mes žinome, kad visatos plėtimasis dabar spartėja. Tai atrodo keista, nes galima tikėtis, kad materijos - tiek „lengvos“, tiek „tamsios“- traukimas sulėtins visatos plėtimąsi. „Tamsi energija“galėtų būti šio reiškinio paaiškinimas. Fizikai mano, kad mažiausiai 70% energijos visatoje yra „tamsiosios“energijos pavidalu, o tai prisideda prie dabartinio visatos plėtimosi pagreičio.
Iki šiol laboratorijoje nebuvo tiesiogiai tiriamos dalelės, kurios sudaro „tamsiąją“materiją, ir laukas, formuojantis „tamsiąją“energiją. Tačiau fizikai tikisi, kad „tamsiosios“medžiagos daleles bus galima gauti ir ištirti didžiojo hadronų kollideriu. Tačiau šios dalelės gali būti sunkesnės nei dalelės, kurias gali sukurti susidūrėjas, ir tada jų paslaptis ilgą laiką liks neišspręsta.
4. Kas yra juodosios skylės centre?
Juodosios skylės yra garsiausi astrofizikos objektai. Juos galime apibūdinti kaip erdvėlaikio regionus, kurių gravitaciniai laukai yra tokie stiprūs, kad net šviesa negali jų įveikti.
Stebėta daugybė juodųjų skylių, įskaitant didžiulę juodąją skylę mūsų galaktikos centre. Tačiau paslaptis, kas vyksta juodosios skylės centre, dar nebuvo atskleista. Kai kurie fizikai mano, kad gali būti „išskirtinumas“- begalinio tankio taškas, kuriame dalis masės yra sukoncentruota be galo mažoje erdvėje. Sunku įsivaizduoti. Dar blogiau, kad bet koks išskirtinumas šioje teorijoje lemia juodąją skylę, nes nėra galimybės tiesiogiai pastebėti išskirtinumo.
Taip pat vis dar nesutariama, ar informacija prarasta juodosiose skylėse. Jie sugeria daleles ir skleidžia Hawkingo radiaciją, tačiau panašu, kad ši radiacija neturi jokios papildomos informacijos apie tai, kas vyksta juodojoje skylėje.
Iš pažiūros neįmanomas faktas bent jau šiuo metu išsiaiškinti, kas yra juodosiose skylėse, ilgą laiką leido mokslinės fantastikos rašytojams daryti prielaidas apie galimybę ten egzistuoti kitoms visatoms ar naudoti juodąsias skylutes teleportacijai ar laiko kelionei.
5. Ar Visatoje yra protingas gyvenimas?
Žmonės nuo tada, kai pirmą kartą pažvelgė į naktinį dangų ir svarstė, kas ten gali būti, svajojo apie ateivius. Tačiau pastaraisiais dešimtmečiais sužinojome daug įdomių faktų.
Pirmiausia sužinojome, kad planetos yra daug dažnesnės, nei manyta anksčiau. Mes taip pat sužinojome, kad laiko tarpas, kada mūsų planeta tapo tinkama gyventi, ir gyvybės atsiradimas joje yra gana mažas. Ar tai reiškia, kad gyvenimas yra įmanomas? Jei taip, mes gauname garsųjį „Fermi“paradoksą: kodėl tada mes dar nebendravome su ateiviais?
Astronomas Frankas Drake'as sudarė lygtį, kuri yra jo vardas, kaip būdą pažvelgti į visas problemos puses. Kiekvienas jo komponentas parodo ryšio su protingu gyvenimu stoką.
Gyvenimas gali būti įprastas, tačiau protingas gyvenimas yra retas. Gal po kurio laiko visos civilizacijos nusprendžia nebendrauti su kitomis gyvybės formomis. Jie egzistuoja, bet nenori su mumis bendrauti. Arba tai rodo, kad daugelis svetimų civilizacijų naikina save netrukus, kai įgyja technologinį sugebėjimą bendrauti. Buvo net pasiūlymų, kad bendravimo su ateiviais stoka įrodo dirbtinę mūsų pasaulio kilmę, tai gali būti Dievo sukurtas ar kompiuterinis modelis.
Tačiau įmanoma, kad mes tiesiog neieškojome pakankamai ilgai ir pakankamai toli, nes vietos yra nepaprastai daug. Signalai gali lengvai pasimesti, o svetimai civilizacijai tereikia pasiųsti stipresnį signalą. Ir galbūt rytoj atrasime svetimą civilizaciją, pasikeis mūsų supratimas apie visatą.
6. Ar kažkas gali judėti greičiau nei šviesa?
Nuo tada, kai Einšteinas pakeitė fiziką savo specialiąja reliatyvumo teorija, fizikai įsitikino, kad nėra nieko, kas galėtų keliauti greičiau nei šviesa. Pagal šią teoriją, kad kažkas judėtų bent jau šviesos greičiu, reikalinga begalinė energija.
Kita vertus, kaip rodo aukščiau paminėti kosminiai spinduliai, net ir didelis energijos kiekis nereiškia judėjimo šviesos greičiu galimybės. Šviesos greitis, kaip griežtas greičio ribojimas, taip pat gali būti dar vienas ryšio su svetimomis civilizacijomis stokos paaiškinimas. Jei juos taip pat riboja šviesos greitis, signalams keliauti gali prireikti tūkstančių metų.
Tačiau žmonės nuolatos ieško būdų, kaip apeiti šį Visatos greičio apribojimą. Remiantis preliminariais OPERA eksperimento, atlikto 2011 m., Rezultatais, neutrinai judėjo greičiau nei šviesa. Bet tada mokslininkai pastebėjo eksperimento organizavimo klaidas ir pripažino šių rezultatų klaidingumą.
Be to, jei būtų įmanoma medžiagą ar informaciją perduoti didesniu nei šviesos greičiu greičiu, tai neabejotinai pakeistų pasaulį. Judėjimas didesniu nei šviesos greičiu gali sutrikdyti priežastinį ryšį, įvykių priežasčių ir padarinių ryšį.
Dėl to, kaip laikas ir erdvė yra susiję specialiajame reliatyvumo santykyje, informacijos judėjimas greičiau nei šviesos greitis leistų žmogui gauti informaciją apie įvykį dar prieš įvykstant, o tai yra laiko kelionės forma. Tai galėtų sukurti visokius paradoksus, kurių mes nežinotume, kaip išspręsti.
7. Ar galima apibūdinti turbulenciją?
Grįžę į Žemę galime pasakyti, kad mūsų kasdienybėje vis dar yra daug sunkių dalykų, kuriuos reikia suprasti. Pavyzdžiui, pabandykite žaisti su vandens čiaupais. Jei leisite vandeniui tekėti ramiai, stebite žinomą fizikoje reiškinį, mums gerai žinomą tėkmės tipą, vadinamą „laminariniu srautu“. Bet jei visiškai išjungsite čiaupą ir stebėsite vandens elgesį, turėsite neramumų pavyzdį. Daugeliu atžvilgių turbulencija vis dar yra neišspręsta fizikos problema.
„Navier-Stokes“lygtis nusako, kaip turėtų judėti skysčiai, tokie kaip vanduo ir oras. Mes įsivaizduojame, kad skystis suskaidomas į mažus masės gabaliukus. Tada ši lygtis atsižvelgia į visas jėgas, veikiančias šiuos gabalus, - sunkumą, trintį, slėgį, ir bando nustatyti, kaip tai paveiks jų greitį.
Esant paprastiems ar stabiliems srautams, galime rasti Navier-Stokes'io lygties sprendimus, kurie visiškai apibūdina duotą srautą. Tada fizikai gali sudaryti lygtis, kad apskaičiuotų srauto greitį bet kuriame taške. Tačiau sudėtingų, neramių srautų atveju šie sprendimai gali būti netikslūs. Mes galime atlikti daugybę neramių srauto manipuliacijų, skaitmeniškai išspręsdami lygtis dideliuose kompiuteriuose. Tai pateikia grubų atsakymą be formulės, kuri visiškai paaiškintų skysčio elgesį.
Beje, Molio matematikos institutas pasiūlė atlygį už šios problemos sprendimą. Taigi, jei galite tai padaryti, galite gauti milijoną dolerių.
8. Ar įmanoma sukurti superlaidininką, kuris veiktų kambario temperatūroje
Superlaidininkai yra vieni svarbiausių žmonių išrastų prietaisų ir technologijų. Jie yra ypatingos medžiagos rūšys. Kai temperatūra nukrenta pakankamai žemai, medžiagos elektrinė varža sumažėja iki nulio.
Mūsų šiuolaikiniai maitinimo kabeliai eikvoja daug elektros energijos. Jie nėra superlaidininkai ir turi elektrinę varžą, dėl kurios jie įkaista, kai pro juos praeina elektros srovė.
Bet superlaidininkų galimybės tuo neapsiriboja. Laido sukurtas magnetinis laukas turi stiprumą, kuris priklauso nuo srovės, einančios per ją. Jei galite rasti pigų būdą praleisti labai dideles sroves per superlaidininkus, galite gauti labai galingus magnetinius laukus. Šie laukai šiuo metu naudojami didžiojo hadronų susidūrimo įrenginyje, kad būtų galima nukreipti įkrautas daleles, greitai judančias aplink jo žiedą. Jie taip pat naudojami eksperimentiniuose branduoliniuose reaktoriuose, kurie ateityje gali tapti mūsų elektros energijos šaltiniu.
Problema ta, kad visi žinomi superlaidininkai gali veikti tik labai žemoje temperatūroje (ne aukštesnėje kaip –140 laipsnių Celsijaus). Norint juos atvėsinti iki tokios žemos temperatūros, paprastai reikia skysto azoto ar jo ekvivalento, ir tai yra labai brangu. Todėl daugelis fizikų ir medžiagų specialistų visame pasaulyje stengiasi gauti šventąjį grailą - superlaidininką, kuris galėtų dirbti kambario temperatūroje. Tačiau iki šiol dar niekas to nesugebėjo padaryti.
9. Kodėl yra daugiau materijos nei antimaterija?
Kiekvienai dalelei yra lygi ir priešinga dalelė, vadinama antidale. Elektronams yra pozitronai. Yra protonų antiprondai. Ir tt
Jei dalelė liečiasi su dalelėmis, ji sunaikinama ir virsta radiacija. Kartais tai virsta kosminiais spinduliais. Antimateriją taip pat galima sukurti dalelių greitintuvuose, kainuojantiems kelis trilijonus dolerių už gramą. Tačiau iš esmės tai atrodo labai reta mūsų visatoje. Tai tikra paslaptis. Visi žinomi procesai, kurie energiją (radiaciją) paverčia materija, sukuria tą patį kiekį medžiagos ir antimaterijos. Taigi, jei visatoje vyrauja energija, kodėl ji nesukuria vienodo kiekio materijos ir antimaterijos?
Tam paaiškinti galima keliomis teorijomis. Mokslininkai, tiriantys dalelių sąveiką „Large Hadron Collider“, ieško „CP pažeidimo“pavyzdžių. Jei jie įvyktų, ši sąveika galėtų parodyti, kad fizikos dėsniai skiriasi medžiagos dalelėms ir antimedžiagai. Tuomet galime manyti, kad gali būti procesų, kurie greičiau gamina materiją, o ne antimateriją, todėl visatoje yra daugiau materijos.
Kitos, mažiau tikėtinos, teorijos gali turėti ištisus Visatos regionus, kuriuose dominuoja antimedžiaga. Bet šios teorijos turės paaiškinti, kaip įvyko materijos ir antimaterijos atskyrimas ir kodėl mes nematome didelių radiacijos masių, išleidžiamų susidūrus tiek medžiagai, tiek antimedžiagai. Taigi, jei nerandame antimaterinių galaktikų įrodymų, CP pažeidimas ankstyvojoje visatoje atrodo geriausias sprendimas. Bet mes vis dar nežinome, kaip tai veikia.
10. Ar galime turėti vieningą teoriją?
XX amžiuje buvo sukurtos dvi puikios teorijos, paaiškinančios daugelį fizikos reiškinių. Viena iš jų buvo kvantinės mechanikos teorija, detalizuojanti mažų subatominių dalelių elgseną ir sąveiką. Kvantinė mechanika ir standartinis dalelių fizikos modelis paaiškino tris iš keturių gamtos reiškinių: elektromagnetizmą ir stipriąsias bei silpnąsias branduolines jėgas.
Kita puiki teorija buvo Einšteino bendroji reliatyvumo teorija, kuri paaiškina sunkumą. Šioje teorijoje gravitacija atsiranda tada, kai masė sulenkia erdvę ir laiką, todėl dalelės gali judėti išlenktais keliais dėl erdvėlaikio kreivos formos. Tai gali paaiškinti dalykus, kurie vyksta didžiausiu mastu, pavyzdžiui, galaktikų susidarymą.
Yra tik viena problema. Šios dvi teorijos nesuderinamos. Kiek mes žinome, abi teorijos yra teisingos. Tačiau neatrodo, kad jie dirbtų kartu. Ir kadangi fizikai tai suprato, jie ieškojo sprendimo, kuris galėtų juos sujungti. Šis sprendimas buvo pavadintas Didžiąja vieninga teorija arba Visko teorija.
Mokslininkai yra įpratę prie teorijų, kurios veikia tik tam tikrose ribose. Fizikai tikisi įveikti savo ribotumą ir įsitikinti, kad kvantinės mechanikos teorija ir bendrasis reliatyvumas yra didesnės teorijos dalis, tarsi antklodė. Styginių teorija yra bandymas atkurti bendrojo reliatyvumo bruožus ir kvantinės mechanikos teoriją. Bet jos prognozes sunku patikrinti eksperimentais, todėl jos negalima patvirtinti.
Toliau ieškoma pagrindinės teorijos - teorijos, kuri galėtų viską paaiškinti. Gal niekada jos nerasime. Bet jei fizika mus ko nors išmokė, tai visata yra tikrai nuostabi ir joje visada yra vietos naujiems atradimams.
Remiantis straipsniu iš svetainės listverse.com - išvertė Sergejus Maltsevas