В края на 19 век изглежда, че като цяло всичко вече е ясно със структурата на природата и нейните закони. Оставаше да се справим с дребни детайли и досадни проблеми като отворен електрон по някаква причина и малки разминавания между реалните и изчислени орбити на Меркурий. Никой не е предполагал, че идва научна революция и че ще се появят теорията на относителността, квантовата механика и атомната физика. В началото на 21 век изглежда историята се повтаря.
През последните 10 години науката вече е натрупала достатъчен брой гатанки, чието решение може да доведе до поредната научна революция. Явленията, открити от астрономията, физиката и науките за земята, както и някои, които все още не са открити (като монопол), така че не се вписват в съвременните идеи за природата, че ако не намерят някакво приемливо обяснение в рамките на съществуващите теории, те ще изискват промени в тези теории.
"Chaskor" реши да започне, като избере седем феномена, търсенето на обяснение на които може да стане съдбоносно за науките на Вселената - астрофизиката и космологията.
1. Оста на злото
В средата на миналия век космолозите (един от първите, които излязоха с тази идея беше Георги Гамов) предположиха, че след Големия взрив, който роди нашата Вселена, трябва да остане слаба остатъчна радиация. Именно той беше открит през 1965 г. от американските учени Пензиас и Уилсън (а през 1978 г. те получиха Нобелова награда по физика за това). И като цяло нямаше специални проблеми с това реликвено излъчване, докато точността на инструментите достигна определен праг, отвъд който през 2005 г. британските астрофизици откриха невероятно явление. Моделът на разпределението на CMB, вместо очакваното произволно разпределение на малко повече и малко по-малко "горещи" региони, разпръснати в произволен ред по вселената, се оказа подредено в определена посока. Тази картина получи звучащия прякор „ос на злото“, въпреки че, разбира се,ако причиняваше нещо неприятности, това беше само основният принцип на изотропията на космоса или по-просто казано, идеята, че Вселената по същество е една и съща, в каквато и посока да я гледате. Ако космическото излъчване има някаква ориентация, тогава заедно с този принцип ще е необходимо да се отървем от идеите за историята на Вселената, каквито има съвременната космология.
Може би не всичко е толкова лошо. Възможно е някой струпване на галактики, недалеч от нас, да пречи на хомогенността на радиацията. В крайна сметка можем да наблюдаваме Вселената досега изключително от близостта на Слънчевата система, тоест от нашата собствена Галактика. Може би данните, които астрофизиците ще получат до края на 2012 г. от инструментите на спътника Планк, изстрелян от НАСА, ще внесат яснота в картината на фоновото лъчение.
Промоционално видео:
2. Галактически мехурчета
Дори в нашата Галактика има още много интересни и неразбираеми неща. Последните данни от друг спътник на НАСА, Ферми, старателно озадачиха астрономите. Рентгеновият телескоп е открил две гигантски (не, не е така - GIANT) сферични образувания, съседни на центъра на нашата Галактика. Диаметърът им е около 25 хиляди светлинни години, тоест двата им диаметра са приблизително равни на половината или една трета от диаметъра на Млечния път. И двата "мехурчета" активно излъчват в обхвата на твърдо гама излъчване. Ако можехме да видим в този диапазон, „мехурчетата“щяха да заемат половината от небето. Енергията на излъчване на всеки от "мехурчетата" е приблизително равна на експлозията на 100 хиляди свръхнови.
Откъде идват тези "мехурчета", астрофизиците не могат да кажат, предпазливо допускайки досега, че са се образували в резултат на свръх мощни емисии от огромна черна дупка, разположена в центъра на Галактиката. Вярно е, че астрономите никога досега не са виждали нещо подобно. И да си представим какъв вид катаклизъм може да остави след себе си толкова ярки последици, те все още не могат.
3. Тъмно течение
Ако успяхме да намерим някакви странни мехурчета в нашата собствена Галактика, тогава какво можем да очакваме от онези места във Вселената, които все още не виждаме и в следващите няколко милиарда години няма да видим - просто защото са разположени твърде далеч от нас. Ако разчитаме на същия принцип на изотропията, тогава изглежда, че не се очаква нищо твърде изненадващо. Но трябва да го направите.
През 2008 г. група изследователи, ръководена от Александър Кашлински, работещи в изследователския център на НАСА. Годард откри, че няколко галактически клъстера се движат с необичайно висока (около 1000 км / с) скорост към малка площ от звездното небе между съзвездията Кентавър и Парус. Този галактически поток Кашлински нарече "тъмно", в чест на мистериозната тъмна материя и тъмната енергия.
Необичайното в това движение е, че в посочения космос няма нищо, което би могло да привлече тези гигантски групи от звезди. Или не се вижда. Възможно е това, което ги привлича, да се намира отвъд хоризонта на видимата вселена. Но какво? Очевидно е нещо много голямо. Единственият проблем е, че това "нещо много голямо" трябва да бъде МНОГО ГОЛЯМО. Толкова голям, че трябва да надвишава по размер всичко, което съвременната астрономия е била в състояние да забележи в космоса досега.
Но дори и да е все още неизвестно какво е, космологията вече има проблем. Ако такъв космически левиатан съществува някъде там, тогава такива левиатани трябва да се натъкнат някъде другаде. Но не мога да ги видя.
Имаше дори подозрения, че може би това невероятно нещо изобщо не е от нашата Вселена. Може би това е потвърждение на една от алтернативните космологични теории, според която нашата Вселена изобщо не е сама, но до нея (въпреки че не е много ясно в какъв смисъл - до нея) има други, а някакъв съсед привлича хиляди metagalaxy?
4. Променлива константа
Явно наистина не знаем нещо за природата. Косвено потвърждение, че Вселената не е подредена равномерно, са най-новите данни, получени от австралийски астрофизици, които излязоха с идеята да сравняват данните от спектралния анализ, получени от телескопи, които наблюдават различни области на космоса. Ако техните изчисления са правилни (и за 10-те години, които са минали от първата публикация, никой не е успял да опровергае заключенията си), тогава една от основните физични константи - константата на фината структура, отговорна за един от трите основни типа взаимодействие на материята (електрослабване) - изобщо не е такава. е постоянна и съотношението на електрически заряд към скоростта на светлината се променя в зависимост от мястото във Вселената. Освен това картата на местоположението на "оста" на промените в константата показва приблизително същата посока като метагалактиките в "тъмния поток" на Кашлински.
Астрофизиците вече изискват изясняване на изчисленията на австралийците, а физиците се възмущават, защото да се съгласиш с променливостта на константите е като принуждаване да изобретяваш съвременната физика наново. И в същото време да призная, че човечеството наистина се е появило на някакво странно място във Вселената (или в някаква странна Вселена), където имаше най-подходящите условия за това.
5. Асиметрична гравитация
За аномалиите на константите обаче също не е необходимо да пътувате до края на света (обаче не всичко е ясно със светлината, но повече за това по-долу). Преди няколко години служители на същата американска НАСА обърнаха внимание на факта, че космическият им кораб не лети в Слънчевата система точно по план.
Инженерите, които планират да изстрелят космически кораби към далечни планети, отдавна са разбрали, че е възможно да се помогне на двигателите им да работят, ако се възползват от привличането на близките планети или Слънцето: прелитането покрай тях по правилната траектория може да даде на космическия кораб допълнително ускорение и значително да намали продължителността на космическите експедиции и да спести гориво.
Точното сравнение на изчислените и реалните траектории обаче показа, че превозните средства могат да получат непланирано ускорение. През декември 1990 г. космическият апарат Галилео използва самата Земя, за да се ускори, преди да отиде на Юпитер. И в резултат на това той получи допълнително ускорение, непредвидено от графика, което възлиза на 3,9 мм / сек. Друго устройство, изпратено през 1998 г. до кометата Shoemaker, получи още по-голямо ускорение - 13,5 mm / s.
Тези отклонения са малки и за щастие не повлияха на резултатите от експедициите, но изследователите все още не могат да ги обяснят, поне от гледна точка на обикновената физика. Алтернативните обяснения обаче са достатъчни - от възможната асиметрия на гравитационното поле и влиянието на тъмната материя до необходимостта да се измени теорията на относителността или дори да се промени гледната точка за постоянството на скоростта на светлината.
6. Бавна светлина
През 2005 г. астрономите, работещи с рентгеноскопа MAGIC в Обсерваторията на Канарските острови и наблюдавайки изблик на рентгенови лъчи от центъра на галактиката Маркариан 501, разположен на 500 милиона светлинни години, обърнаха внимание на неразбираема аномалия. Високо енергийните гама кванти бяха открити от телескопа 4 минути по-късно от квантата с по-ниска енергия. В този случай тези фотони се появиха едновременно.
Ако следваме специалната теория на относителността, това не може да бъде. Защото електромагнитното излъчване трябва да се разпространява във вакуум със същата скорост - скоростта на светлината. Независимо от енергията на това излъчване. Ако вярвате на резултатите от наблюденията, тогава скоростта на светлината изобщо не е константа и зависи от енергията на фотоните на светлината.
Наблюденията от Земята потвърдиха и данни от рентгеноскопа на Ферми, който записа 20-минутно изоставане на твърди гама-лъчи, които се излъчват едновременно с фотони с по-ниска енергия в резултат на някакъв вид космически катаклизъм, възникнал на разстояние 12 милиарда светлинни години.
Най-вече разработчиците на теорията за квантовата гравитация бяха възхитени от тези резултати, което, за разлика от общата теория на относителността на Айнщайн, предвижда такива промени. Въпреки това, може би, отново, не беше без тъмна енергия. Или без холография.
7. Гравитационен шум
Едно от последствията от общата теория на относителността (която е и съвременната теория за гравитацията) е наличието на гравитационни вълни, които трябва да огъват пространствено-времевия континуум, например в резултат на сблъсъка на някои големи (ОК, МНОГО големи) космически обекти, например, масивни черни дупки.
Засега обаче никой не е регистрирал тези вълни. Може би просто се е провалило: в края на краищата детекторите на тези вълни трябва просто да са много големи. Един от тези детектори - GEO600 - е построен преди няколко години за съвместни експерименти на учени от Великобритания и Германия близо до Хановер. Този детектор също все още не е открил гравитационни вълни. Но е възможно той случайно да получи доказателство за друга теория за гравитацията.
През 2008 г. физикът Крейг Хоган от Националната лаборатория. Ферми (САЩ) формулира концепцията, че нашата физическа реалност е резултат от проектирането на границите на Вселената. Той го нарече холографски принцип. Информацията, която е фокусирана върху границите на Вселената, не се разпределя непрекъснато върху нея, а се състои от „битове“, чиито размери съответстват на така наречените кванти на пространството. Хоган не се спираше на теоретичните разработки, а се опита да прогнозира как неговата теория може да бъде потвърдена чрез експеримент: детекторите на гравитационните вълни трябва да записват „шума“на пространството-времето. И изпрати тези изчисления на екипа на GEO600.
По съвпадение (или не чак толкова много) екип от учени в Хановер просто се опитваше да се справи с шума, който детекторът постоянно записваше. Изненадващо, параметрите на този шум съвпадаха с прогнозираните от Хоган. Ще бъде възможно да се провери дали шумът в детектора е наистина причинен от самото пространство-време или причината му е някаква по-прозаична, ще бъде възможно едва след приключване на прецизирането на оборудването, което трябва да бъде завършено през 2011 г. Междувременно шумът не е отишъл никъде и учените нямат разбираемо обяснение - освен холографския принцип.
PS Ако сте обърнали внимание, гатанките с големи везни често са свързани с явленията на най-малките везни - нивото на елементарни частици. За това какво се опитва съвременната физика на елементарните частици да разберем в следващата статия.
Автор: Владимир Харитонов