Bieži vien internetā var atrast par šādiem it kā neatrisinātiem un neatrisinātiem mūsu Visuma un mūsdienu zinātnes noslēpumiem.
Kādu iemeslu dēļ man šķiet, ka daļa no tām ir tālu meklētas problēmas, kas neeksistē, bet daļēji zinātne jau ir atradusi skaidrojumu.
Kurus no šiem jūs uzskatāt par patiešām neizpaužamu, bet pagaidām slepenu fiziku?
1. No kurienes nāk īpaši augstas enerģijas kosmiskie stari?
Mūsu atmosfēru pastāvīgi bombardē augstas enerģijas daļiņas no kosmosa, ko sauc par "kosmiskajiem stariem". Kaut arī šie stari nerada lielu kaitējumu cilvēkiem, tie fiziķus ļoti interesē.
1962. gadā eksperimenta laikā Volcano Ranch laikā Džons Linslijs un Livio Skarsi redzēja kaut ko neticamu: kosmisko staru, kura enerģija ir vairāk nekā 16 džouli. Lai sniegtu jums ideju, pieņemsim, ka viens džouls ir aptuveni vienāds ar enerģiju, kas nepieciešama ābolu pacelšanai no grīdas un uz galda. Un visa šī enerģija ir koncentrēta daļiņā, kas ir miljardiem reižu mazāka nekā ābols. Tas nozīmē, ka tas pārvietojas ar ātrumu, kas tuvs gaismas ātrumam!
Reklāmas video:
Fiziķi vēl nezina, no kurienes šīs daļiņas ieguva tik daudz enerģijas. Saskaņā ar dažām teorijām šo daļiņu avots var būt supernovas, kas veidojas pēc zvaigžņu eksplozijas viņu dzīves beigās. Šīs daļiņas varētu paātrināt arī sabrūkošās vielas diskos, kas veidojas ap melnajiem caurumiem.
2. Vai mūsdienu Visums bija inflācijas rezultāts?
Visums ir pārsteidzoši plakans, tas ir, visā Visumā ir vienāds matērijas daudzums. Tomēr saskaņā ar lielā sprādziena teoriju Visuma attīstības ļoti agrīnajos posmos matērijas blīvums dažādās vietās varētu būt atšķirīgs.
Saskaņā ar inflācijas teoriju mūsdienu visums radās no maza apjoma agrīna Visuma, kas pēkšņi un negaidīti strauji paplašinājās. Tāpat kā piepūšot balonu, arī agrīnā Visuma laikā inflācija ir izlīdzinājusi visas pūtītes.
Kaut arī tas izskaidro daudz ko mēs redzam, fiziķi vēl nezina, kas izraisīja inflāciju. Informācija par to, kas notika šīs inflācijas laikā, ir arī neliela.
3. Vai ir iespējams atrast tumšo enerģiju un tumšo vielu?
Satriecošs fakts: tikai aptuveni 5% no Visuma sastāv no matērijas, kas mums ir redzama. Pirms dažām desmitgadēm fiziķi pamanīja, ka zvaigznes galaktiku ārējās malās griežas ap šo galaktiku centriem ātrāk, nekā gaidīts. Lai to izskaidrotu, zinātnieki ierosināja, ka šajās galaktikās var būt kāda veida neredzama "tumšā" viela, kas liek zvaigznēm ātrāk griezties.
Paralēli tam mēs zinām, ka Visuma paplašināšanās tagad paātrinās. Tas šķiet dīvaini, jo varētu gaidīt, ka matērijas pievilcība - gan “gaišā”, gan “tumšā” - palēninās Visuma paplašināšanos. "Tumšā enerģija" varētu būt šīs parādības izskaidrojums. Fiziķi uzskata, ka vismaz 70% enerģijas Visumā ir "tumšas" enerģijas formā, kas veicina pašreizējo Visuma paplašināšanās paātrinājumu.
Līdz šim daļiņas, kas veido "tumšo" vielu, un lauks, kas veido "tumšo" enerģiju, laboratorijas apstākļos vēl nav tieši pētītas. Bet fiziķi cer, ka "tumšās" vielas daļiņas var iegūt un izpētīt Lielajā hadronu sadursmē. Tomēr šīs daļiņas var būt smagākas par tām daļiņām, kuras var radīt sadursme, un tad to noslēpums ilgu laiku paliks neatrisināts.
4. Kas atrodas melnā cauruma centrā?
Melnie caurumi ir visslavenākie astrofizikas objekti. Mēs tos varam raksturot kā kosmosa laika reģionus ar tik spēcīgiem gravitācijas laukiem, ka pat gaisma tos nevar pārvarēt.
Novērojumi veikti no daudziem melnajiem caurumiem, ieskaitot milzīgo melno caurumu mūsu galaktikas centrā. Bet noslēpums par to, kas notiek melnā cauruma centrā, vēl nav atklāts. Daži fiziķi domā, ka var būt "savdabība" - bezgalīga blīvuma punkts, kurā kāda masa ir koncentrēta bezgalīgi mazā telpā. Grūti iedomāties. Vēl sliktāk, ka jebkura singularitāte noved pie melnā cauruma šajā teorijā, jo nav iespējas tieši novērot singularitāti.
Joprojām tiek diskutēts par to, vai informācija tiek zaudēta melnajos caurumos. Viņi absorbē daļiņas un izstaro Hokinga starojumu, taču šķiet, ka šis starojums nesatur nekādu papildu informāciju par to, kas notiek melnajā caurumā.
Fakts par šķietamo neiespējamību vismaz šobrīd noskaidrot, kas atrodas melnajos caurumos, zinātniskās fantastikas rakstniekiem ilgu laiku ļāva izdarīt pieņēmumus par citu tur esošo universu pastāvēšanas iespēju vai melno caurumu izmantošanu teleportācijai vai laika ceļojumam.
5. Vai Visumā ir saprātīga dzīve?
Cilvēki ir sapņojuši par citplanētiešiem kopš tā laika, kad viņi pirmo reizi paskatījās nakts debesīs un prātoja, kas tur varētu būt. Bet pēdējās desmitgadēs mēs esam uzzinājuši daudz interesantu faktu.
Pirmkārt, mēs uzzinājām, ka planētas ir daudz izplatītākas, nekā tika domāts iepriekš. Mēs arī uzzinājām, ka laika posms no brīža, kad mūsu planēta kļuva apdzīvojama, un dzīvības parādīšanās uz tās ir diezgan mazs. Vai tas nozīmē, ka dzīve ir iespējama? Ja tā, tad mēs iegūstam slaveno Fermi paradoksu: kāpēc tad mēs vēl neesam sazinājušies ar citplanētiešiem?
Astronoms Frenks Dreiks sastādīja vienādojumu, kas ir viņa vārds, kā veidu, kā aplūkot visas problēmas puses. Katra tā sastāvdaļa ir iemesls saziņas trūkumam ar saprātīgu dzīvi.
Dzīve var būt izplatīta, bet inteliģenta dzīve ir reti. Varbūt pēc kāda laika visas civilizācijas nolemj nesazināties ar citām dzīvības formām. Viņi pastāv, bet viņi nevēlas ar mums sazināties. Vai varbūt tas norāda, ka daudzas svešas civilizācijas iznīcina sevi drīz pēc tam, kad ir ieguvušas tehnoloģiskās iespējas sazināties. Bija pat ierosinājumi, ka komunikācijas trūkums ar citplanētiešiem liecina par mūsu pasaules mākslīgo izcelsmi, kas, iespējams, ir Dieva radīts vai datora modelis.
Tomēr ir iespējams, ka mēs vienkārši neesam meklējuši pietiekami ilgi un pietiekami tālu, jo kosmoss ir neticami liels. Signāli var viegli pazust, un svešzemju civilizācijai vienkārši jāsūta spēcīgāks signāls. Un varbūt rīt mēs atklāsim svešu civilizāciju, un mūsu izpratne par Visumu mainīsies.
6. Vai kaut kas var pārvietoties ātrāk nekā gaisma?
Kopš Einšteins mainīja fiziku ar savu īpašo relativitātes teoriju, fiziķi ir pārliecinājušies, ka nav nekā tāda, kas varētu pārvietoties ātrāk par gaismu. Saskaņā ar šo teoriju, lai kaut kas kustētos vismaz ar gaismas ātrumu, ir nepieciešama bezgalīga enerģija.
No otras puses, kā liecina iepriekš minētie kosmiskie stari, pat liela enerģijas daudzuma klātbūtne nenozīmē kustības iespēju ar gaismas ātrumu. Gaismas ātrums kā cieta ātruma ierobežojums var būt arī vēl viens izskaidrojums komunikācijas trūkumam ar svešām civilizācijām. Ja tos ierobežo arī gaismas ātrums, signālu ceļošana var aizņemt tūkstošiem gadu.
Bet cilvēki pastāvīgi meklē veidus, kā apiet šo Visuma ātruma ierobežojumu. Saskaņā ar OPERA eksperimenta provizoriskajiem rezultātiem, kas tika veikti 2011. gadā, neitrīni pārvietojās ātrāk nekā gaisma. Bet tad zinātnieki pamanīja kļūdas eksperimenta organizācijā un atzina šo rezultātu nepareizību.
Turklāt, ja būtu iespējams pārraidīt matēriju vai informāciju ar ātrumu, kas pārsniedz gaismas ātrumu, tas neapšaubāmi mainītu pasauli. Kustība ar ātrumu, kas pārsniedz gaismas ātrumu, varētu izjaukt cēloņsakarību, saistību starp notikumu cēloņiem un sekām.
Sakarā ar to, kā laiks un telpa ir saistīti īpašā relativitātē, informācijas kustība, kas ir ātrāka par gaismas ātrumu, ļautu personai saņemt informāciju par notikumu pirms šī notikuma, kas ir laika ceļojuma veids. Tas varētu radīt visa veida paradoksus, kurus mēs nezinātos, kā atrisināt.
7. Vai var aprakstīt turbulenci?
Atgriežoties uz Zemes, mēs varam teikt, ka mūsu ikdienas dzīvē joprojām ir daudz grūti saprotamu lietu. Piemēram, mēģiniet spēlēt ar ūdens krāniem. Ja jūs ļaujat ūdenim plūst mierīgi, jūs novērojat fizikā zināmu parādību - mums labi zināmu plūsmas veidu, ko sauc par “lamināru plūsmu”. Bet, ja jūs pilnībā izslēdzat krānu un novērojat ūdens izturēšanos, jums būs turbulences piemērs. Daudzos veidos turbulence joprojām ir neatrisināta problēma fizikā.
Navjē-Stoksa vienādojums nosaka, kā jāpārvietojas šķidrumiem, piemēram, ūdenim un gaisam. Mēs iedomājamies, ka šķidrums ir sadalīts mazos masas gabaliņos. Tad šajā vienādojumā tiek ņemti vērā visi spēki, kas iedarbojas uz šiem gabaliem - smagums, berze, spiediens - un mēģināts noteikt, kā tas ietekmēs to ātrumu.
Vienkāršu vai stabilu plūsmu gadījumā Navier-Stokes vienādojumā mēs varam atrast risinājumus, kas pilnībā raksturo doto plūsmu. Pēc tam fiziķi var sastādīt vienādojumus, lai aprēķinātu plūsmas ātrumu jebkurā brīdī. Bet sarežģītu, vētrainu plūsmu gadījumā šie risinājumi var nebūt precīzi. Mēs varam paveikt daudz turbulentu plūsmas manipulāciju, skaitliski risinot vienādojumus lielos datoros. Tas dod aptuvenu atbildi bez formulas, kas pilnībā izskaidro šķidruma izturēšanos.
Starp citu, Māla matemātiskais institūts piedāvāja atlīdzību par šīs problēmas risināšanu. Tātad, ja jūs to varat izdarīt, jūs varat iegūt miljonu dolāru.
8. Vai ir iespējams izveidot supravadītāju, kas darbojas istabas temperatūrā
Supravadītāji ir vienas no vissvarīgākajām ierīcēm un tehnoloģijām, kuras izgudrojuši cilvēki. Tie ir īpaši materiālu veidi. Kad temperatūra pazeminās pietiekami zemu, materiāla elektriskā pretestība nokrītas līdz nullei.
Mūsdienu strāvas kabeļi patērē daudz elektrības. Tie nav supravadītāji un tiem ir elektriskā pretestība, kas liek tiem sakarst, kad caur tiem iziet elektriskā strāva.
Bet supravadītāju iespējas ar to neaprobežojas. Stieples izveidotajam magnētiskajam laukam ir izturība, kas ir atkarīga no strāvas, kas iet caur to. Ja varat atrast lētu veidu, kā caur supravadītājiem izvadīt ļoti lielas straumes, varat iegūt ļoti spēcīgus magnētiskos laukus. Šie lauki pašlaik tiek izmantoti lielajā hadronu sadursmē, lai novirzītu lādētās daļiņas, kas ātri pārvietojas ap tā gredzenu. Tos izmanto arī eksperimentālos kodolreaktoros, kas nākotnē var kļūt par mūsu elektroenerģijas avotu.
Problēma ir tā, ka visi zināmie supravadītāji var strādāt tikai ļoti zemā temperatūrā (ne augstāk kā –140 grādi pēc Celsija). Lai tos atdzesētu līdz tik zemai temperatūrai, parasti nepieciešams šķidrs slāpeklis vai tā ekvivalents, un tas ir ļoti dārgi. Tāpēc daudzi fiziķi un materiālu speciālisti visā pasaulē strādā, lai iegūtu Svēto Grālu - supravadītāju, kas varētu strādāt istabas temperatūrā. Bet līdz šim nevienam tas nav izdevies.
9. Kāpēc ir vairāk matērijas nekā antimatērija?
Katrai daļiņai ir vienāda un pretēja daļiņa, ko sauc par pretdaļiņu. Elektroniem ir pozitroni. Ir protonu prototipi. Utt
Ja daļiņa pieskaras antidaļiņai, tā iznīcina un pārvēršas par starojumu. Dažreiz tas pārvēršas par kosmiskajiem stariem. Antimēru var izveidot arī daļiņu paātrinātājos, maksājot vairākus triljonus dolāru par gramu. Bet kopumā tas šķiet ļoti reti mūsu Visumā. Tas ir īsts noslēpums. Visi zināmie procesi, kas enerģiju (starojumu) pārvērš matērijā, rada vienādu vielas daudzumu un antimateriālu. Tātad, ja Visumā dominē enerģija, kāpēc tas nerada vienādu daudzumu matērijas un antimatērijas?
Lai to izskaidrotu, pastāv vairākas teorijas. Zinātnieki, kas pēta daļiņu mijiedarbību lielajā hadronu sadursmē, meklē "CP pārkāpuma" piemērus. Ja tie notiktu, šī mijiedarbība varētu parādīt, ka fizikas likumi ir atšķirīgi matērijas daļiņām un antimatērijai. Tad mēs varētu pieņemt, ka var būt procesi, kas, visticamāk, rada matēriju, nevis antimateriālu, tāpēc Visumā ir vairāk matērijas.
Citām, mazāk ticamām teorijām, var būt veseli Visuma reģioni, kuros dominē antimateriāls. Bet šīm teorijām būs jāpaskaidro, kā notika matērijas un antimateriāla atdalīšana un kāpēc mēs neredzam lielas radiācijas masas, kas izdalās gan matērijas, gan antimateriāla sadursmē. Tātad, ja mēs neatrodam pierādījumus par antimateriālu galaktikām, CP pārkāpums agrīnajā Visumā šķiet labākais risinājums. Bet mēs joprojām nezinām, kā tas darbojas.
10. Vai mums var būt vienota teorija?
20. gadsimtā tika izstrādātas divas lielas teorijas, lai izskaidrotu daudzas parādības fizikā. Viena no tām bija kvantu mehānikas teorija, kas sīki aprakstīja sīku subatomisku daļiņu izturēšanos un mijiedarbību. Kvantu mehānika un daļiņu fizikas standarta modelis ir izskaidrojuši trīs no četrām fizikālajām parādībām dabā: elektromagnētismu un spēcīgus un vājus kodolspēkus.
Vēl viena lieliska teorija bija Einšteina vispārējā relativitātes teorija, kas izskaidro smagumu. Šajā teorijā gravitācija rodas, kad masas klātbūtne saliek telpu un laiku, izraisot daļiņu pārvietošanos izliektā ceļā, pateicoties telpas laika izliektai formai. Tas var izskaidrot lietas, kas notiek vislielākajā mērogā, piemēram, galaktiku veidošanos.
Ir tikai viena problēma. Šīs divas teorijas nav savienojamas. Cik mēs zinām, abas teorijas ir pareizas. Bet šķiet, ka viņi nedarbojas kopā. Un tā kā fiziķi to saprata, viņi meklēja risinājumu, kas varētu tos apvienot. Šo lēmumu sauca par Lielo vienoto teoriju jeb Teoriju par visu.
Zinātnieki ir pieraduši pie teorijām, kuras darbojas tikai noteiktās robežās. Fiziķi cer pārvarēt savus ierobežojumus un redz, ka kvantu mehānikas teorija un vispārējā relativitāte ir daļa no lielākās teorijas, piemēram, segas pārklājums. Stīgu teorija ir mēģinājums atjaunot vispārējās relativitātes un kvantu mehānikas teorijas iezīmes. Bet tās prognozes ir grūti pārbaudīt ar eksperimentiem, tāpēc tās nevar apstiprināt.
Turpinās fundamentālās teorijas - teorijas, kas visu var izskaidrot, meklēšana. Varbūt mēs viņu nekad neatradīsim. Bet, ja fizika mums kaut ko ir iemācījusi, tas ir tas, ka Visums ir patiesi brīnišķīgs un ka tajā vienmēr ir vieta jauniem atklājumiem.
Saskaņā ar vietnes listverse.com rakstu - tulkojis Sergejs Maltsevs