Често в интернет можете да намерите за такива уж неразгадани и неразгадани мистерии на нашата вселена и съвременната наука.
По някаква причина ми се струва, че част от това са надути проблеми, които не съществуват, но отчасти науката вече е намерила обяснение.
Кое от тях смятате за наистина неразкрита като все още секретна физика?
1. Откъде идват свръхвисоките енергийни космически лъчи?
Атмосферата ни е постоянно бомбардирана от високоенергийни частици от космоса, наречени „космически лъчи“. Въпреки че тези лъчи не представляват много вреда за хората, те представляват голям интерес за физиците.
През 1962 г., по време на експеримент в Ranc Volcano, Джон Линсли и Ливио Скарси виждат нещо невероятно: космически лъч с енергия над 16 джаула. За да ви дам някаква идея, нека да кажем, че един джаул е приблизително равен на енергията, необходима за повдигане на ябълка от пода и на масата. И цялата тази енергия е концентрирана в частица, която е милиарди пъти по-малка от ябълката. Това означава, че се движи със скорост, близка до скоростта на светлината!
Промоционално видео:
Физиците все още не знаят откъде тези частици са взели толкова много енергия. Според някои теории източникът на тези частици може да бъде свръхнови, образувани след експлозията на звездите в края на живота им. Тези частици биха могли да бъдат ускорени и в дисковете на срутващи се вещества, които се образуват около черни дупки.
2. Модерната Вселена ли беше резултат от инфлацията?
Вселената е изненадващо плоска, тоест цялата Вселена има еднакво количество материя. Според теорията за големия взрив обаче, в най-ранните етапи от развитието на Вселената плътността на материята може да бъде различна на различни места.
Според теорията за инфлацията съвременната Вселена произхожда от ранна Вселена с малък обем, която внезапно и неочаквано бързо се разширява. Както при надуването на балон, инфлацията изглади всички издутини в ранната Вселена.
Въпреки че това обяснява много от това, което виждаме, физиците все още не знаят какво е причинило инфлацията. Информацията за случилото се по време на тази инфлация също е схематична.
3. Възможно ли е да се намери тъмна енергия и тъмна материя?
Зашеметяващ факт: само около 5% от Вселената се състои от материя, видима за нас. Преди няколко десетилетия физиците забелязаха, че звездите по външните краища на галактиките се въртят около центровете на тези галактики по-бързо от очакваното. За да обяснят това, учените предположиха, че тези галактики могат да съдържат някакъв вид невидима "тъмна" материя, която кара звездите да се въртят по-бързо.
Заедно с това знаем, че разширяването на Вселената сега се ускорява. Това изглежда странно, тъй като човек би очаквал, че привличането на материя - и „светла“, и „тъмна“- ще забави разширяването на Вселената. „Тъмната енергия“може да бъде обяснение на това явление. Физиците смятат, че поне 70% от енергията във Вселената е под формата на "тъмна" енергия, която допринася за текущото ускоряване на разширяването на Вселената.
Досега частиците, които образуват "тъмна" материя, и полето, което образува "тъмна" енергия, все още не са пряко проучени в лабораторни условия. Но физиците се надяват, че частици от "тъмна" материя могат да бъдат получени и изучени на Големия адронен колайдер. Тези частици обаче могат да бъдат по-тежки от частиците, които коллайдърът може да създаде, и тогава тайната им ще остане неразтворена за дълго време.
4. Какво е в центъра на черна дупка?
Черните дупки са най-известните обекти в астрофизиката. Можем да ги опишем като области на космическото време с гравитационни полета, толкова силни, че дори светлината не може да ги преодолее.
Наблюденията бяха направени от много черни дупки, включително огромната черна дупка в центъра на нашата галактика. Но загадката за случващото се в центъра на черната дупка все още не е разкрита. Някои физици смятат, че може да има „сингулярност“- точка с безкрайна плътност, при която някаква маса е концентрирана в безкрайно малко пространство. Трудно е да си представим. Още по-лошото е, че всяка сингулярност води до черна дупка в тази теория, тъй като няма начин директно да се наблюдава сингулярността.
Все още има спор дали информацията се губи в черни дупки. Те абсорбират частици и излъчват Хокинг радиация, но изглежда, че това излъчване не съдържа допълнителна информация за случващото се в черната дупка.
Фактът на привидната невъзможност, поне в момента, да се установи какво има в черните дупки, дълго време позволяваше на писателите на научна фантастика да правят предположения относно възможността за съществуването на други вселени там или използването на черни дупки за телепортация или пътуване във времето.
5. Има ли интелигентен живот във Вселената?
Хората са мечтали за извънземни още от първия си поглед към нощното небе и се чудеха какво може да има там. Но през последните десетилетия научихме много интересни факти.
Първо научихме, че планетите са много по-често срещани, отколкото се смяташе досега. Научихме също, че интервалът между времето, когато нашата планета стана обитаем, и появата на живот на нея е доста малък. Това означава ли, че животът е възможен? Ако е така, получаваме известния парадокс на Ферми: защо тогава още не сме общували с извънземни?
Астрономът Франк Дрейк състави уравнението, което носи неговото име като начин за разглеждане на всички страни на проблема. Всеки от неговите компоненти представлява причината за липсата на комуникация с интелигентен живот.
Животът може да е общ, но интелигентният живот е рядък. Може би след известно време всички цивилизации решават да не общуват с други форми на живот. Те съществуват, но не искат да общуват с нас. Или може би това показва, че много извънземни цивилизации се унищожават скоро, след като придобият технологичната способност да общуват. Имаше дори предположения, че липсата на комуникация с извънземни е доказателство за изкуствения произход на нашия свят, който може да е създаването на Бог или компютърен модел.
Възможно е обаче просто да не сме търсили достатъчно дълго и достатъчно далеч, тъй като пространството е невероятно голямо. Сигналите могат лесно да се загубят, а извънземната цивилизация просто трябва да изпрати по-силен сигнал. И може би утре ще открием извънземна цивилизация и разбирането ни за Вселената ще се промени.
6. Може ли нещо да се движи по-бързо от светлината?
Откакто Айнщайн промени физиката със своята специална теория на относителността, физиците бяха убедени, че няма нищо, което може да пътува по-бързо от светлината. Според тази теория, за да се движи нещо поне със скоростта на светлината, е необходима безкрайна енергия.
От друга страна, както показват гореспоменатите космически лъчи, дори наличието на голямо количество енергия не означава възможността за движение със скоростта на светлината. Скоростта на светлината, като твърда граница на скоростта, също може да бъде друго обяснение за липсата на комуникация с извънземните цивилизации. Ако те също са ограничени от скоростта на светлината, сигналите могат да отнемат хиляди години за пътуване.
Но хората постоянно търсят начини да заобиколят тази граница на скоростта на Вселената. Според предварителните резултати от експеримента OPERA, проведен през 2011 г., неутрино се движат по-бързо от светлината. Но тогава учените забелязали грешки в организацията на експеримента и признали неправилността на тези резултати.
Освен това, ако беше възможно да се предават материя или информация със скорост, превишаваща скоростта на светлината, това несъмнено би променило света. Движението със скорост, превишаваща скоростта на светлината, може да наруши причинно-следствената връзка, връзката между причините и последиците от събитията.
Поради начина, по който времето и пространството са свързани в специална относителност, движението на информацията по-бързо от скоростта на светлината би позволило на човек да получи информация за събитие преди да се случи това събитие, което е форма на пътуване във времето. Това би могло да създаде всякакви парадокси, които не бихме знаели как да разрешим.
7. Може ли да се опише турбулентност?
Връщайки се на Земята, можем да кажем, че в ежедневието ни все още има много трудни неща за разбиране. Например, опитайте да играете с кранове за вода. Ако оставите водата да тече спокойно, вие наблюдавате известен феномен във физиката, вид на добре известен у нас поток, наречен „ламинарен поток“. Но ако напълно изключите крана и наблюдавате поведението на водата, ще имате пример за турбуленция. В много отношения турбулентността все още е нерешен проблем във физиката.
Уравнението на Навие-Стоукс определя как трябва да се движат течности като вода и въздух. Представяме си, че течността се разбива на малки парченца маса. След това това уравнение взема предвид всички сили, които действат върху тези парчета - гравитация, триене, налягане - и се опитва да определи как това ще се отрази на скоростта им.
В случай на прости или стабилни потоци можем да намерим решения на уравнението на Навие-Стоукс, които напълно описват дадения поток. След това физиците могат да съставят уравнения за изчисляване на дебита във всяка точка. Но в случай на сложни, бурни потоци, тези решения може да не са точни. Можем да направим много манипулации с бурен поток, като решим уравнения числено на големи компютри. Това ни дава груб отговор без формула, която напълно обяснява поведението на течността.
Между другото, Математическият институт на глината предложи награда за решаването на този проблем. Така че, ако можете да го направите, можете да получите милион долара.
8. Възможно ли е да се създаде свръхпроводник, който работи при стайна температура
Свръхпроводниците са сред най-важните устройства и технологии, изобретени от хората. Те са специални видове материал. Когато температурата падне достатъчно ниска, електрическото съпротивление на материала пада до нула.
Нашите модерни силови кабели губят много електроенергия. Те не са свръхпроводници и имат електрическо съпротивление, което ги кара да се нагряват при преминаване на електрически ток през тях.
Но възможностите на свръхпроводниците не се ограничават до това. Магнитното поле, създадено от жицата, има сила, която зависи от тока, преминаващ през него. Ако можете да намерите евтин начин за преминаване на много високи токове през свръхпроводници, можете да получите много мощни магнитни полета. Понастоящем тези полета се използват при Големия адронен колайдер за отклоняване на заредени частици, които се движат бързо около пръстена му. Те се използват и в експериментални ядрени реактори, които в бъдеще могат да станат наш източник на електроенергия.
Проблемът е, че всички известни свръхпроводници могат да работят само при много ниски температури (не по-високи от -140 градуса по Целзий). Охлаждането им до толкова ниски температури обикновено изисква течен азот или негов еквивалент, а това е много скъпо. Затова много физици и специалисти по материали по света работят за получаването на свещения граал - свръхпроводник, който може да работи при стайна температура. Но засега никой не е успял да направи това.
9. Защо има повече материя от антиматерията?
За всяка частица има равна и противоположна частица, наречена античастица. За електроните има позитрони. Има антипротони за протони. И т.н.
Ако частица докосне античастица, тя унищожава и се превръща в радиация. Понякога се превръща в космически лъчи. Антиматерията може да се създаде и в ускорители на частици с цена от няколко трилиона долара на грам. Но като цяло изглежда, че е много рядко в нашата Вселена. Това е истинска тайна. Всички известни процеси, които превръщат енергия (радиация) в материя, произвеждат еднакво количество материя и антиматерия. Така че, ако Вселената е доминирана от енергия, защо не произвежда равни количества материя и антиматерия?
Съществуват няколко теории, които обясняват това. Учените, изучаващи взаимодействието на частиците на Големия адронен колайдер, търсят примери за „нарушение на СР“. Ако те се случват, тези взаимодействия биха могли да покажат, че законите на физиката са различни за частиците от материята и антиматерията. Тогава може да предположим, че може да има процеси, които са по-склонни да произвеждат материя, а не антиматерия, поради което във Вселената има повече материя.
Други, по-малко вероятни теории могат да имат цели региони на Вселената, доминирани от антиматерия. Но тези теории ще трябва да обяснят как се е разделило материята и антиматерията и защо не виждаме големи маси от радиация, освободени при сблъсъка както на материята, така и на антиматерията. Така че, освен ако не намерим доказателства за антиматериални галактики, нарушаването на СР в ранната Вселена изглежда като най-доброто решение. Но все още не знаем как работи.
10. Можем ли да имаме единна теория?
През 20 век са разработени две големи теории, които обясняват много явления във физиката. Едната беше теорията на квантовата механика, която подробно описа поведението и взаимодействията на малки, субатомни частици. Квантовата механика и стандартният модел на физика на частиците обясниха три от четирите физически явления в природата: електромагнетизъм и силни и слаби ядрени сили.
Друга велика теория беше общата теория на относителността на Айнщайн, която обяснява гравитацията. В тази теория гравитацията възниква, когато присъствието на маса огъва пространството и времето, което кара частиците да се движат по извити пътища поради извитата форма на пространството-време. Тя може да обясни неща, които се случват в най-голям мащаб, като например образуването на галактики.
Има само един проблем. Тези две теории са несъвместими. Доколкото знаем, и двете теории са верни. Но изглежда не работят заедно. И тъй като физиците осъзнаха това, те търсеха някакво решение, което да ги съчетае. Това решение беше наречено Голямата обединена теория или Теория на всичко.
Учените са свикнали с теории, които работят само в определени граници. Физиците се надяват да преодолеят своите ограничения и да видят, че теорията на квантовата механика и общата относителност са част от по-голямата теория, като пачуърк на одеяло. Теорията на струните е опит за пресъздаване на характеристиките на общата относителност и теорията на квантовата механика. Но прогнозите му са трудни за проверка чрез експерименти, така че не могат да бъдат потвърдени.
Търсенето на фундаментална теория - теория, която може да обясни всичко - продължава. Може би никога няма да я намерим. Но ако физиката ни е научила на каквото и да било, то Вселената е наистина прекрасна и в нея винаги има място за нови открития.
Според статия от сайта listverse.com - преведена от Сергей Малцев