Krajem 19. stoljeća činilo se da je u cjelini sve već jasno sa strukturom prirode i njenim zakonima. Ostalo je rješavati sitne detalje i neugodne probleme poput otvorenog elektrona iz nekog razloga i malih odstupanja između stvarnih i izračunatih orbita Merkura. Nitko nije zamišljao da dolazi do znanstvene revolucije i da će se pojaviti teorija relativnosti, kvantna mehanika i atomska fizika. Početkom 21. stoljeća čini se da se povijest ponavlja.
U proteklih 10 godina znanost je već nakupila dovoljan broj zagonetki, čije rješenje može dovesti do druge znanstvene revolucije. Fenomeni koje su otkrile astronomija, fizika i znanosti o zemlji, kao i neke koje još nisu pronađene (poput monopola), ne uklapaju se u moderne ideje o prirodi da će, ako u okviru postojećih teorija ne nađu prihvatljivo objašnjenje, zahtijevati promjene u tim teorijama.
"Chaskor" je odlučio započeti odabirom sedam pojava, čije bi objašnjenje moglo postati sudbonosno za znanosti svemira - astrofiziku i kozmologiju.
1. Sjekira zla
Sredinom prošlog stoljeća kosmolozi (jedan od prvih koji je došao na tu ideju bio je Georgy Gamow) sugerirali su da nakon Velikog praska, koji je rodio naš Svemir, treba ostati slabo zaostalo zračenje. Upravo su ga 1965. godine otkrili američki znanstvenici Penzias i Wilson (a 1978. za to su dobili Nobelovu nagradu za fiziku). I općenito, nije bilo posebnih problema s ovim relikvijskim zračenjem, sve dok točnost instrumenata nije dosegla određeni prag, iza kojega su 2005. britanski astrofizičari otkrili zadivljujući fenomen. Obrazac distribucije CMB-a, umjesto očekivane slučajne raspodjele malo više i nešto manje "vrućih" područja raspršenih proizvoljnim redoslijedom po svemiru, pokazalo se da je uređen u određenom smjeru. Ova je slika dobila odjeknuti odjek "os zla", iako, naravno,ako je uzrokovalo nevolje, bio je to samo temeljni princip izotropije prostora ili, jednostavnije rečeno, ideja da je Svemir u osnovi isti, u kojem god smjeru gledali. Ako kozmičko zračenje ima određenu orijentaciju, tada će se uz ovaj princip trebati riješiti ideja o povijesti Svemira koje moderna kozmologija ima.
Možda nije sve tako loše. Moguće je da neki skup galaksija, nedaleko od nas, ometa homogenost zračenja. Na kraju, svemir možemo promatrati do sada isključivo iz okoline Sunčevog sustava, to jest iz svoje vlastite Galaksije. Možda će podaci koje će astrofizičari dobiti do kraja 2012. godine iz instrumenata satelita Planck koji je pokrenula NASA unijeti jasnoću u sliku pozadinskog zračenja.
Promotivni video:
2. Galaktički mjehurići
Čak i u našoj Galaksiji postoji mnogo više zanimljivih i nerazumljivih stvari. Najnoviji podaci drugog NASA-inog satelita, Fermija, pomno su zbunjivali astronoma. Rendgenski teleskop otkrio je dvije gigantske (ne, ne baš tako - GIANT) sferne formacije u blizini naše Galaksije. Njihov promjer je oko 25 tisuća svjetlosnih godina, odnosno njihova su dva promjera otprilike jednaka polovici ili trećini promjera Mliječnog puta. Oba ova „mjehurića“aktivno emitiraju u rasponu tvrdog gama zračenja. Kad bismo mogli vidjeti u tom rasponu, "mjehurići" bi zauzimali pola neba. Energija zračenja svakog od "mjehurića" približno je jednaka eksploziji 100 tisuća supernova istovremeno.
Odakle dolaze ovi "mjehurići", astrofizičari ne mogu reći, tako oprezno pretpostavljajući da su nastali kao rezultat super-moćnih emisija iz ogromne crne rupe koja se nalazi u središtu Galaksije. Istina, astronomi nikada prije nisu vidjeli ništa slično. A zamisliti kakva bi kataklizma mogla iza sebe ostaviti tako živopisne posljedice, oni to zapravo još uvijek ne mogu.
3. Tamni potok
Ako bismo uspjeli pronaći neke čudne mjehuriće u našoj vlastitoj Galaksiji, što onda možemo očekivati od onih mjesta u Svemiru koja još uvijek ne vidimo i u sljedećih nekoliko milijardi godina nećemo vidjeti - jednostavno zato što se nalaze predaleko od nas. Ako se oslanjamo na isti princip izotropije, čini se da ništa pretjerano iznenađuje. Ali moraš.
2008. godine, skupina istraživača predvođena Aleksandrom Kašlinskim koji je radila u istraživačkom centru NASA-e. Goddard je otkrio da se nekoliko grozdova galaksija kreće neobično velikom (oko 1000 km / s) brzinom prema malom dijelu zvjezdanog neba između zviježđa Centaura i Parusa. Ovaj galaktički tok Kašlinski je nazvao "mračnim", u čast tajanstvene tamne materije i tamne energije.
Ono što je neobično u ovom pokretu jest da u naznačenoj zoni prostora nema ničega što bi moglo privući ove divovske nakupine zvijezda. Ili nije vidljivo. Moguće je da se ono što ih privlači nalazi izvan horizonta vidljivog svemira. Ali što? Očito nešto vrlo veliko. Jedini problem je što ovo "nešto vrlo veliko" mora biti VELIKO VELIKO. Toliko velika da bi u veličini trebala premašiti sve ono što je moderna astronomija do sada mogla razabrati u svemiru.
Ali čak i ako je još uvijek nepoznato što je, kozmologija već ima problem. Ako takav kozmički levijatan postoji negdje vani, onda takvi levijatani moraju naići negdje drugdje. Ali ne mogu ih vidjeti.
Bilo je čak i sumnji da možda ovo nevjerojatno nešto uopće nije iz našeg svemira. Možda je ovo potvrda jedne od alternativnih kozmoloških teorija, prema kojoj naš Svemir uopće nije sam, ali pored njega (iako nije baš jasno u kojem smislu - pored njega) postoje drugi, a neka vrsta susjeda privlači tisuće Mliječni put sa svim osalim galaksijama?
4. Promjenjiva konstanta
Očito, o prirodi stvarno ne znamo nešto. Neizravna potvrda da svemir nije uniformno uređen posljednji su podaci dobiveni od australskih astrofizičara, koji su došli na ideju da usporede podatke spektralne analize dobiveni teleskopima koji promatraju različite regije u svemiru. Ako su njihovi proračuni točni (a u 10 godina koje su prošle od prve objave, nitko nije uspio pobiti njihove zaključke), tada jedna od osnovnih fizičkih konstanti - konstanta fine strukture odgovorna za jednu od tri glavne vrste interakcije materije (elektro-slaba) - uopće nije takva je konstantan i omjer električnog naboja u brzini svjetlosti mijenja se ovisno o mjestu u Svemiru. Štoviše, karta položaja "osi" promjena u konstanti ukazuje na približno isti smjer kao i metagalaksije u "tamnom toku" Kašlinskog.
Astrofizičari već zahtijevaju pojašnjenje Australaca, a fizičari su ogorčeni, jer slaganje s varijabilnošću konstanti je kao prisiljavanje iznova iznova moderne fizike. I istodobno, priznati da se čovječanstvo doista pojavilo na nekom čudnom mjestu u Svemiru (ili u nekom čudnom Univerzumu), gdje su za to postojali najprikladniji uvjeti.
5. Asimetrična gravitacija
Za anomalije konstanti, međutim, također nije potrebno putovati do kraja svijeta (međutim, nije sve jasno sa svjetlom, ali o tome više u nastavku). Prije nekoliko godina zaposlenici iste američke NASA-e skrenuli su pozornost na činjenicu da njihova svemirska letjelica nije letila u Sunčevom sustavu točno onako kako je planirano.
Inženjeri koji planiraju lansirati svemirske letjelice na daleke planete odavno su shvatili da je moguće pomoći njihovim motorima da rade ako iskoriste privlačnost obližnjih planeta ili Sunca: letenje mimo njih duž ispravne putanje može dati svemirskom brodu dodatno ubrzanje i značajno smanjiti trajanje svemirskih ekspedicija i uštedjeti gorivo.
Međutim, točna usporedba izračunatih i stvarnih putanja pokazala je da vozila mogu primiti neplanirano ubrzanje. U prosincu 1990., svemirska letjelica Galileo koristila je samu Zemlju da ubrza prije odlaska na Jupiter. I kao rezultat toga, dobio je dodatno ubrzanje, koje nije bilo predviđeno rasporedom, a iznosio je 3,9 mm / s. Još jedan uređaj, poslan 1998. godine u komet Shoemaker, dobio je još veće ubrzanje - 13,5 mm / s.
Ova odstupanja su mala i, srećom, nisu utjecala na rezultate ekspedicija, ali ih istraživači još uvijek ne mogu objasniti, barem s gledišta obične fizike. Međutim, alternativna su objašnjenja dovoljna - od moguće asimetrije gravitacijskog polja i utjecaja tamne materije do potrebe za izmjenom teorije relativnosti ili čak promjenom gledišta o postojanosti brzine svjetlosti.
6. Sporo svjetlo
2005. godine astronomi koji su radili s MAGIC rendgenskim teleskopom na opservatoriju na Kanarskim otocima i promatrali prasak rendgenskih zraka iz središta galaksije Markarian 501, smještenog udaljenog 500 milijuna svjetlosnih godina, skrenuli su pozornost na nerazumljivu anomaliju. Visokoenergetski gama kvanta teleskop je otkrio 4 minute kasnije od kvanta niže energije. U ovom su se slučaju ovi fotoni pojavili istovremeno.
Ako slijedimo posebnu teoriju relativnosti, onda to ne može biti. Jer elektromagnetsko zračenje mora se širiti u vakuumu istom brzinom - brzinom svjetlosti. Bez obzira na energiju ovog zračenja. Ako vjerujete rezultatima opažanja, tada brzina svjetlosti uopće nije konstanta i ovisi o energiji fotona svjetlosti.
Promatranja sa Zemlje također su potvrdila podatke iz Fermi rendgenskog teleskopa koji je zabilježio 20-minutno kašnjenje tvrdih gama zraka koje su isticale istodobno s fotonima niže energije kao rezultat neke vrste kozmičkog kataklizme koja se dogodila na udaljenosti od 12 milijardi svjetlosnih godina.
Najviše od svega, programeri teorije kvantne gravitacije bili su oduševljeni ovim rezultatima koji, za razliku od Einsteinove opće teorije relativnosti, omogućuju takve pomake. Međutim, možda, opet, nije prošlo bez tamne energije. Ili bez holografije.
7. Gravitacijski šum
Jedna od posljedica opće teorije relativnosti (što je ujedno i moderna teorija gravitacije) je prisutnost gravitacijskih valova koji bi trebali savijati prostorno-vremenski kontinuum, na primjer, kao rezultat sudara nekih velikih (ok, VELIKO) svemirskih objekata, na primjer, masivnih crnih rupe.
Do sada, međutim, nitko nije registrirao te valove. Možda je jednostavno propalo: na kraju krajeva, detektori ovih valova moraju jednostavno biti jako veliki. Jedan od tih detektora - GEO600 - izgrađen je prije nekoliko godina za zajedničke eksperimente znanstvenika iz Velike Britanije i Njemačke u blizini Hanovera. Ni ovaj detektor još nije otkrio gravitacijske valove. Ali, moguće je da je slučajno dobio dokaz druge teorije gravitacije.
2008. fizičar Craig Hogan iz Nacionalnog laboratorija. Fermi (SAD) je formulirao koncept da je naša fizička stvarnost rezultat projekcije granica svemira. Nazvao ga je holografskim principom. Informacije koje su usredotočene na granice Svemira ne kontinuirano se distribuiraju nad njim, već se sastoje od "bitova", čija veličina odgovara takozvanim kvantima prostora. Hogan se nije zaustavljao na teorijskim kretanjima, već je pokušao predvidjeti kako se njegova teorija može potvrditi eksperimentom: detektori gravitacijskih valova trebali bi zabilježiti "šum" prostora-vremena. A ove je proračune poslao timu GEO600.
Slučajno (ili ne toliko), tim znanstvenika u Hanoveru samo se pokušao nositi sa bukom koju detektor stalno bilježi. Iznenađujuće, parametri ove buke odgovarali su onima koje je predvidjela Hogan. Bit će moguće provjeriti je li buka u detektoru doista uzrokovana samim prostorom-vremenom ili je njezin uzrok nešto prozaičniji, to će biti moguće tek nakon dovršetka preciznog prilagođavanja opreme koja bi trebala biti dovršena 2011. U međuvremenu, buka nije nestala nigdje i znanstvenici nemaju razumljivo objašnjenje - osim holografskog načela.
PS Ako ste obratili pažnju, zagonetke velikih skala često su povezane s fenomenima najmanje skale - razinom elementarnih čestica. O tome što moderna fizika elementarnih čestica pokušava doznati u sljedećem članku.
Autor: Vladimir Kharitonov