Često na Internetu možete pronaći o takvim navodno nerazriješenim i neriješenim misterijama našeg svemira i moderne znanosti.
Iz nekog razloga, čini mi se da je dio toga naočigled problema koji ne postoje, ali dijelom je znanost već našla objašnjenje.
Koju od ovih stvari smatrate doista neotkrivenom još tajnom fizikom?
1. Odakle potječu kozmičke zrake ultra visoke energije?
Našu atmosferu neprestano bombardiraju visokoenergetske čestice iz svemira nazvane "kozmičke zrake". Iako ove zrake ne predstavljaju veliku štetu čovjeku, fizičari su od velikog interesa.
Godine 1962., tijekom eksperimenta na vulkanskom ranču, John Linsley i Livio Scarsi vidjeli su nešto nevjerojatno: kozmički zrak s energijom većom od 16 džoula. Da vam kažem neku ideju, recimo da je jedan joule otprilike jednak energiji potrebnoj za podizanje jabuke s poda i na stol. I sva ta energija koncentrirana je u čestici koja je milijardu puta manja od jabuke. To znači da se kreće brzinom koja je blizu brzine svjetlosti!
Promotivni video:
Fizičari još ne znaju odakle su te čestice dobile toliko energije. Prema nekim teorijama, izvor tih čestica može biti supernova nastala nakon eksplozije zvijezda na kraju njihova života. Te se čestice mogu ubrzati i u diskovima nakupljenih tvari koji se formiraju oko crnih rupa.
2. Je li moderni svemir bio rezultat inflacije?
Svemir je iznenađujuće ravan, to jest, čitav svemir ima istu količinu materije. Međutim, prema teoriji velikog praska, u vrlo ranim fazama razvoja svemira gustoća materije mogla je biti različita na različitim mjestima.
Prema teoriji inflacije, moderni svemir je nastao iz ranog svemira malog volumena, koji se iznenada i neočekivano brzo proširio. Kao i kod napuhavanja balona, inflacija je izgladila sve ispupčenosti u ranom svemiru.
Iako ovo objašnjava puno onoga što vidimo, fizičari još ne znaju što je uzrokovalo inflaciju. Podaci o onome što se dogodilo tijekom ove inflacije također su kratke.
3. Je li moguće pronaći tamnu energiju i tamnu materiju?
Zapanjujuća činjenica: samo oko 5% svemira sastoji se od materije koja nam je vidljiva. Prije nekoliko desetljeća fizičari su primijetili da se zvijezde na vanjskim rubovima galaksija okreću oko središta tih galaksija brže nego što se očekivalo. Da bi to objasnili, znanstvenici su pretpostavili da ove galaksije mogu sadržavati neku vrstu nevidljive "tamne" materije zbog koje se zvijezde brže okreću.
Uporedo s tim, znamo da se širenje svemira sada ubrzava. To se čini čudnim, jer bi se moglo očekivati da će privlačenje materije - i „svjetlo“i „tamno“- usporiti širenje svemira. "Tamna energija" mogla bi biti objašnjenje ove pojave. Fizičari vjeruju da je najmanje 70% energije u svemiru u obliku "mračne" energije, koja pridonosi trenutnom ubrzanju širenja svemira.
Do sada, čestice koje tvore "tamnu" materiju i polje koje formira "tamnu" energiju još nisu izravno proučavane u laboratorijskim uvjetima. Ali fizičari se nadaju da se čestice "tamne" materije mogu dobiti i proučavati na Velikom hadronskom sudaraču. Međutim, ove čestice mogu biti teže od čestica koje sudarač može stvoriti, i tada će njihova tajna dugo ostati nerazriješena.
4. Što je u sredini crne rupe?
Crne rupe najpoznatiji su predmeti u astrofizici. Možemo ih opisati kao područja svemirskog vremena s gravitacijskim poljima tako jakim da ih čak ni svjetlost ne može nadvladati.
Promatranja su napravljena od mnogih crnih rupa, uključujući i veliku crnu rupu u središtu naše galaksije. No, tajna onoga što se događa u središtu crne rupe još nije otkrivena. Neki fizičari misle da može postojati „singularnost“- točka beskonačne gustoće pri kojoj je neka masa koncentrirana u beskonačno malom prostoru. Teško je to zamisliti. Što je još gore, svaka singularnost dovodi do crne rupe u ovoj teoriji, jer ne postoji način da se direktno promatra singularnost.
Još uvijek postoje polemike oko toga gube li se informacije u crnim rupama. Oni apsorbiraju čestice i emitiraju Hawkingovo zračenje, no čini se da to zračenje ne sadrži nikakve dodatne informacije o onome što se događa u crnoj rupi.
Činjenica naizgled nemoguće je, barem u ovom trenutku, saznati što je u crnim rupama, dugo vremena omogućila piscima znanstvene fantastike da pretpostave mogućnost postojanja drugih svemira tamo ili korištenje crnih rupa za teleportaciju ili putovanje vremenom.
5. Postoji li inteligentan život u svemiru?
Ljudi su sanjali o vanzemaljcima otkad su prvi put podigli pogled na noćno nebo i pitali se što bi tu moglo biti. Ali zadnjih smo desetljeća saznali puno zanimljivih činjenica.
Prvo smo naučili da su planeti mnogo češći nego što se prethodno mislilo. Također smo saznali da je interval između vremena kada je naš planet postao naseljen i nastanka života na njemu prilično mali. Znači li to da je život moguć? Ako je tako, dobivamo poznati Fermi paradoks: zašto onda još nismo komunicirali s vanzemaljcima?
Astronom Frank Drake sastavio je jednadžbu koja nosi njegovo ime kao način sagledavanja svih strana problema. Svaka njegova komponenta predstavlja razlog nedostatka komunikacije s inteligentnim životom.
Život je možda čest, ali inteligentan život je rijedak. Možda će nakon nekog vremena sve civilizacije odlučiti da ne komuniciraju s drugim životnim oblicima. Oni postoje, ali ne žele komunicirati s nama. Ili, možda to ukazuje na to da se mnoge vanzemaljske civilizacije uništavaju ubrzo nakon što dobiju tehnološku sposobnost komuniciranja. Bilo je čak i prijedloga da je nedostatak komunikacije s vanzemaljcima dokaz umjetnog podrijetla našeg svijeta, što može biti stvaranje Boga ili računalni model.
Međutim, moguće je da jednostavno nismo pretraživali dovoljno dugo i dovoljno daleko, jer je prostor nevjerojatno velik. Signali se lako mogu izgubiti, a vanzemaljskoj civilizaciji samo treba poslati jači signal. I možda ćemo sutra otkriti vanzemaljsku civilizaciju, a naše će se razumijevanje svemira promijeniti.
6. Može li se nešto kretati brže od svjetlosti?
Otkako je Einstein mijenjao fiziku svojom posebnom teorijom relativnosti, fizičari su bili uvjereni da ne postoji ništa što može putovati brže od svjetlosti. Prema ovoj teoriji, za kretanje barem brzinom svjetlosti potrebna je beskonačna energija.
S druge strane, kako gore spomenute kozmičke zrake pokazuju, čak i prisutnost velike količine energije ne znači mogućnost kretanja brzinom svjetlosti. Brzina svjetlosti, kao tvrda granica brzine, može biti još jedno objašnjenje nedostatku komunikacije s vanzemaljskim civilizacijama. Ako su također ograničeni brzinom svjetlosti, signali mogu potrajati tisućama godina.
Ali ljudi stalno traže načine kako zaobići ovu ograničenje brzine u svemiru. Prema preliminarnim rezultatima pokusa OPERA, provedenog 2011. godine, neutrini su se kretali brže od svjetlosti. Ali tada su znanstvenici primijetili pogreške u organizaciji eksperimenta i prepoznali netačnost tih rezultata.
Uz to, kad bi bilo moguće prenijeti materiju ili informacije brzinom većom od brzine svjetlosti, to bi nesumnjivo promijenilo svijet. Kretanje brzinom većom od svjetlosne brzine moglo bi poremetiti uzročnost, odnos između uzroka i posljedica događaja.
Zbog načina na koji su vrijeme i prostor povezani u posebnoj relativnosti, kretanje informacija bržim od brzine svjetlosti omogućilo bi osobi da prima informacije o nekom događaju prije nego što se dogodi taj događaj, što je oblik putovanja u vremenu. To bi moglo stvoriti sve vrste paradoksa koje ne bismo znali riješiti.
7. Može li se opisati turbulencija?
Vraćajući se Zemlji, možemo reći da u našem svakodnevnom životu postoji još mnogo teških stvari za razumjeti. Na primjer, pokušajte igrati s slavinama za vodu. Ako pustite da voda mirno teče, promatrate poznati fizički fenomen, vrstu koja nam je dobro poznata i nazvana "laminarni tok". Ali ako potpuno isključite slavinu i promatrate ponašanje vode, imat ćete primjer turbulencije. Na mnogo načina, turbulencija je i dalje neriješen problem u fizici.
Navier-Stokesova jednadžba definira kako se tekućine poput vode i zraka trebaju kretati. Zamišljamo da se tekućina razbije u male komadiće mase. Ova jednadžba uzima u obzir sve sile koje djeluju na ove komade - gravitaciju, trenje, pritisak - i pokušava odrediti kako će to utjecati na njihovu brzinu.
U slučaju jednostavnih ili stabilnih protoka, možemo pronaći rješenja Navier-Stokesove jednadžbe koja u potpunosti opisuju dati protok. Fizičari mogu tada sastaviti jednadžbe za proračun protoka u bilo kojoj točki. Ali u slučaju složenih, turbulentnih tokova, ta rješenja možda nisu točna. Možemo učiniti mnogo manipulacija turbulentnim protokom rješavajući jednadžbe numerički na velikim računalima. To nam daje grubi odgovor bez formule koja u potpunosti objašnjava ponašanje tekućine.
Usput, Matematički institut Glina ponudio je nagradu za rješavanje ovog problema. Dakle, ako to uspijete, možete dobiti milijun dolara.
8. Je li moguće stvoriti superprevodnik koji radi na sobnoj temperaturi
Superprevodnici su među najvažnijim uređajima i tehnologijama koje je izmislio čovjek. Oni su posebne vrste materijala. Kad temperatura padne dovoljno niska, električni otpor materijala pada na nulu.
Naši moderni kablovi za napajanje troše puno električne energije. Oni nisu supravodljivi i imaju električni otpor, zbog čega se zagrijavaju kada kroz njih prolazi električna struja.
Ali mogućnosti supravodiča nisu ograničene na to. Magnetsko polje koje stvara žica ima snagu koja ovisi o struji koja prolazi kroz nju. Ako možete pronaći jeftin način za prolazak vrlo velike struje kroz superprovodnike, možete dobiti vrlo moćna magnetska polja. Ova se polja trenutno koriste na Velikom hadronskom sudaraču za odbranu nabijenih čestica koje se brzo kreću oko njegovog prstena. Također se koriste u eksperimentalnim nuklearnim reaktorima koji bi u budućnosti mogli postati naš izvor električne energije.
Problem je u tome što svi poznati superprevodnici mogu raditi samo na vrlo niskim temperaturama (ne višim od -140 Celzijevih stupnjeva). Njihovo hlađenje na tako niske temperature obično zahtijeva tekući dušik ili njegov ekvivalent, a to je vrlo skupo. Stoga mnogi fizičari i stručnjaci za materijale širom svijeta rade na tome da dobiju sveti gral - superprevodnik koji bi mogao raditi na sobnoj temperaturi. Ali do sada to nitko nije uspio.
9. Zašto postoji više materije nego antimaterije?
Za svaku česticu postoji jednaka i suprotna čestica koja se naziva antičestica. Za elektrone postoje pozitroni. Za protone postoje antiprotoni. Itd
Ako čestica dodirne antičesticu, ona se uništava i pretvara u zračenje. Ponekad se pretvara u kozmičke zrake. Antimaterija se također može stvoriti u akceleratorima čestica po cijeni od nekoliko trilijuna dolara po gramu. Ali u cjelini, čini se da je to vrlo rijetko u našem svemiru. Ovo je prava tajna. Svi poznati procesi koji pretvaraju energiju (zračenje) u materiju proizvode istu količinu materije i antimaterije. Dakle, ako svemirom dominira energija, zašto on ne proizvodi jednake količine materije i antimaterije?
Postoji nekoliko teorija kojima se to objašnjava. Znanstvenici koji proučavaju interakcije čestica na Velikom hadronskom sudaraču traže primjere "kršenja CP-a". Da su se dogodile, ove bi interakcije mogle pokazati da su zakoni fizike različiti za čestice materije i antimaterije. Tada bismo mogli pretpostaviti da mogu postojati procesi za koje je vjerojatnije da će stvarati materiju umjesto antimaterije, zbog čega u svemiru postoji više materije.
Druge, manje vjerojatne teorije mogu imati čitave regije svemira kojima dominira antimaterija. Ali ove teorije morat će objasniti kako se odvijalo razdvajanje materije i antimaterije i zašto ne vidimo veliku masu zračenja koja se oslobađa prilikom sudara i materije i antimaterije. Stoga, ako ne nađemo dokaze o antimaterijskim galaksijama, kršenje CP-a u ranom svemiru čini se kao najbolje rješenje. Ali još uvijek ne znamo kako to funkcionira.
10. Možemo li imati jedinstvenu teoriju?
U 20. stoljeću razvijene su dvije velike teorije koje su objasnile mnoge pojave u fizici. Jedna je bila teorija kvantne mehanike koja je detaljno opisala ponašanje i interakcije sitnih, subatomskih čestica. Kvantna mehanika i standardni model fizike čestica objasnili su tri od četiri fizička fenomena u prirodi: elektromagnetizam i jake i slabe nuklearne sile.
Druga velika teorija bila je Einsteinova opća teorija relativnosti, koja objašnjava gravitaciju. U ovoj se teoriji gravitacija javlja kada prisutnost mase savija prostor i vrijeme, zbog čega se čestice kreću zakrivljenim stazama zbog zakrivljenog oblika prostornog vremena. Može objasniti stvari koje se događaju u najvećem razmjeru, poput formiranja galaksija.
Postoji samo jedan problem. Te su dvije teorije nespojive. Koliko znamo, obje su teorije točne. No čini se da ne rade zajedno. A budući da su fizičari to shvatili, tražili su neko rješenje koje bi ih moglo kombinirati. Ova se odluka zvala Velika jedinstvena teorija ili Teorija svega.
Znanstvenici su navikli na teorije koje djeluju samo u određenim granicama. Fizičari se nadaju da će prevladati njihova ograničenja i vide da su teorija kvantne mehanike i opća relativnost dio veće teorije, poput krpa pokrivača. Teorija struna je pokušaj rekreiranja značajki opće relativnosti i teorije kvantne mehanike. Ali njegova je predviđanja teško provjeriti eksperimentima, pa ih nije moguće potvrditi.
Potraga za temeljnom teorijom - teorijom koja može sve objasniti - nastavlja se. Možda je nikad nećemo pronaći. Ali ako nas je fizika išta naučila, to je da je svemir zaista divan i da u njemu uvijek ima mjesta za nova otkrića.
Prema članku s web stranice listverse.com - preveo Sergej Maltsev