Cele Mai Mari 18 Mistere Nesoluționate În Fizică

{h1}

Cu cât învățăm mai multe despre univers, cu atât apar mai multe întrebări. Alegerile noastre pentru cele mai mari întrebări deschise rămase în fizică.

Introducere

Cele mai mari 18 mistere nesoluționate în fizică: cele

(Credit de imagine: Imagine prin Shutterstock)

În 1900, fizicianul britanic Lord Kelvin s-a pronunțat: "Nu există nimic nou de descoperit în fizică acum. Tot ceea ce rămâne este o măsurare din ce în ce mai precisă". În decurs de trei decenii, mecanica cuantică și teoria relativității lui Einstein au revoluționat domeniul. Astăzi, niciun fizician nu ar îndrăzni să afirme că cunoașterea noastră fizică a universului este aproape de finalizare. Dimpotrivă, fiecare nouă descoperire pare să deblocheze o cutie a Pandorei cu întrebări de fizică și mai mari, chiar mai profunde. Acestea sunt alegerile noastre pentru cele mai profunde întrebări deschise dintre toate.

În interior veți afla despre universuri paralele, de ce timpul pare să se miște într-o singură direcție și de ce nu înțelegem haosul.

Nota editorului: Această listă a fost publicată inițial în 2012. A fost actualizată pe 27 februarie 2017, pentru a include informații mai noi și studii recente.

Ce este energia întunecată?

Conținutul universului.

Oricât de astrofizicieni zdrobesc numerele, universul pur și simplu nu se adaugă. Chiar dacă gravitația atrage spre interior spațiul-timp - „țesătura” cosmosului - continuă să se extindă spre exterior mai repede și mai repede. Pentru a da socoteală de acest lucru, astrofizicienii au propus un agent invizibil care contracarează gravitația împingând spațiul în timp. Ei o numesc energie întunecată. În cel mai acceptat model de energie întunecată, aceasta este o „constantă cosmologică”: o proprietate inerentă a spațiului în sine, care are o presiune negativă în afara spațiului de conducere. Pe măsură ce spațiul se extinde, este creat mai mult spațiu și, odată cu el, mai multă energie întunecată. Pe baza vitezei de expansiune observate, oamenii de știință știu că suma întregii energii întunecate trebuie să reprezinte mai mult de 70 la sută din conținutul total al universului. Dar nimeni nu știe să o caute. Cei mai buni cercetători pe care au reușit să-i facă în ultimii ani se limitează un pic la locul unde s-ar putea ascunde energia întunecată, care a fost subiectul unui studiu lansat în august 2015.

Next Up: Dark materia (derulați în sus pentru a vedea butonul „Următorul”)

Ce este materia întunecată?

Acest artist

În mod evident, aproximativ 84 la sută din materia din univers nu absoarbe și nu emite lumină. „Materia întunecată”, așa cum este numită, nu poate fi văzută direct și nici nu a fost detectată prin mijloace indirecte. În schimb, existența și proprietățile materiei întunecate sunt deduse din efectele sale gravitaționale asupra materiei vizibile, radiațiilor și structurii universului. Această substanță umbră este gândită să pătrundă la periferia galaxiilor și poate fi compusă din „particule masive slab interacționate” sau WIMP-uri. La nivel mondial, există mai mulți detectori în căutarea WIMP-urilor, dar până în prezent nu a fost găsit niciunul. Un studiu recent sugerează că materialul întunecat ar putea forma fluxuri lungi și cu granulație fină în univers și că astfel de fluxuri ar putea radia de pe Pământ ca niște fire de păr. [Înrudit: Dacă nu contează, atunci ce?]

Next Up: Săgeata timpului

De ce există o săgeată a timpului?

Faptul că nu poți desface un ou este un exemplu obișnuit al legii creșterii entropiei.

(Credit de imagine: Imagine prin Shutterstock)

Timpul avansează deoarece o proprietate a universului numită „entropie”, definită aproximativ ca nivel de tulburare, nu crește decât și astfel nu există nicio modalitate de a inversa o creștere a entropiei după ce a apărut. Faptul că entropia crește este o chestiune de logică: Există mai multe aranjamente dezordonate de particule decât există aranjamente ordonate și, astfel încât lucrurile se schimbă, acestea tind să cadă în dezordine. Dar întrebarea de bază aici este: de ce a fost entropia atât de scăzută în trecut? Altfel spus, de ce universul a fost atât de ordonat la începutul său, când o cantitate imensă de energie a fost înghesuită într-o cantitate mică de spațiu? [Care este energia totală în Univers?]

Următorul: universuri paralele

Există universuri paralele?

Concepția artiștilor despre un multivers multiplu.

(Credit de imagine: Imagine prin Shutterstock)

Datele astrofizice sugerează că spațiul-timp ar putea fi „plat”, mai degrabă decât curbat și, astfel, continuă pentru totdeauna. Dacă da, atunci regiunea pe care o putem vedea (despre care considerăm că este „universul”) este doar un plasture într-un „multivers” infinit de mare. În același timp, legile mecanicii cuantice dictează faptul că există doar un număr finit de configurații de particule posibile în cadrul fiecărui petic cosmic (10 ^ 10 ^ 122 posibilități distincte). Deci, cu un număr infinit de patch-uri cosmice, aranjamentele de particule din ele sunt forțate să se repete - infinit de multe ori peste. Aceasta înseamnă că există infinit de multe universuri paralele: patch-uri cosmice exact la fel ca ale noastre (care conțin pe cineva exact ca tine), precum și patch-uri care diferă doar prin poziția unei particule, patch-uri care diferă prin pozițiile a două particule, etc. patch-uri care sunt total diferite de ale noastre.

Există ceva în neregulă cu acea logică sau este adevărat rezultatul său bizar? Și dacă este adevărat, cum am putea detecta vreodată prezența universurilor paralele? Vedeți această perspectivă excelentă din 2015 care analizează ceea ce ar însemna „universuri infinite”.

Next Up: Materie vs. Antimaterie

De ce există mai multă materie decât antimaterie?

Concepția artistului despre o anihilare a particulelor-antiparticule.

(Credit de imagine: Imagine prin Shutterstock)

Întrebarea de ce există atât de mult mai multă materie decât gemenul său, antimaterie, cu sarcină opusă și care se învârte în mod opus, este de fapt o întrebare de ce există orice. Se presupune că universul ar trata materia și antimateria simetric și astfel încât, în momentul Big Bang-ului, ar fi trebuit să se producă cantități egale de materie și antimaterie. Dar dacă s-ar fi întâmplat asta, ar fi existat o anihilare totală a ambelor: protonii s-ar fi anulat cu antiprotone, electroni cu anti-electroni (positroni), neutroni cu antineutroni și așa mai departe, lăsând în urmă o mare plictisitoare de fotoni într-o materie întindere. Din anumite motive, a existat exces de materie care nu a fost anihilată și iată. Pentru aceasta, nu există o explicație acceptată. Cel mai detaliat test până în prezent al diferențelor dintre materie și antimaterie, anunțat în august 2015, confirmă că sunt imagini în oglindă unele cu altele, oferind exact zero noi căi spre înțelegerea misterului de ce materia este mult mai frecventă.

Next Up: Soarta universului

Care este soarta universului?

The Big Crunch. Axa verticală poate fi considerată ca timp plus sau minus.

Soarta universului depinde puternic de un factor de valoare necunoscută: Ω, o măsură a densității materiei și a energiei în întregul cosmos. Dacă Ω este mai mare de 1, atunci spațiul-timp ar fi „închis” ca suprafața unei sfere enorme. Dacă nu există energie întunecată, un astfel de univers ar înceta în sfârșit să se extindă și, în schimb, ar începe să se contracte, în cele din urmă prăbușindu-se în sine într-un eveniment supranumit "Big Crunch". Dacă universul este închis, dar acolo este energie întunecată, universul sferic s-ar extinde pentru totdeauna.

În mod alternativ, dacă Ω este mai mică de 1, geometria spațiului ar fi „deschisă” ca suprafața unei șa. În acest caz, soarta sa finală este „Big Freeze”, urmată de „Big Rip”: în primul rând, accelerația exterioară a universului ar sfâșia galaxii și stelele în parte, lăsând toată materia frigidă și singură. Apoi, accelerația va crește atât de puternic, încât va copleși efectele forțelor care mențin atomii împreună și totul va fi distrus.

Dacă Ω = 1, universul ar fi plat, extinzându-se ca un plan infinit în toate direcțiile. Dacă nu există energie întunecată, un astfel de univers planar s-ar extinde pentru totdeauna, dar într-un ritm în decelerare continuă, apropiindu-se de un blocaj. Dacă există energie întunecată, universul plat ar experimenta, în cele din urmă, o extindere fugitivă care duce la Big Rip. Indiferent de modul în care se joacă, universul moare, fapt discutat în detaliu de astrofizicianul Paul Sutter în eseul din decembrie 2015.

Que sera, sera.

Next Up: Un concept chiar mai ciudat

Cum măsurările se prăbușesc cufuncțiile de undă cuantice?

Efectuarea unei măsurători pe o particulă se prăbușește funcția sa de undă, determinându-i să-și asume o valoare pentru atributul măsurat.

Pe tărâmul ciudat al electronilor, fotonilor și celelalte particule fundamentale, mecanica cuantică este legea. Particulele nu se comportă ca niște bile minuscule, ci mai degrabă ca niște valuri răspândite pe o suprafață mare. Fiecare particulă este descrisă printr-o „funcție de undă” sau o distribuție a probabilității, care spune care este locația, viteza și alte proprietăți ale acesteia, dar nu care sunt acele proprietăți. Particulul are de fapt o serie de valori pentru toate proprietățile, până când măsurați experimental una dintre ele - locația sa, de exemplu - moment în care funcția de undă a particulei „se prăbușește” și adoptă doar o singură locație. [Nou-născuții înțeleg mecanica cuantică]

Dar cum și de ce măsurarea unei particule face ca funcția sa de undă să se prăbușească, producând realitatea concretă pe care o percepem că există? Problema, cunoscută sub denumirea de problemă de măsurare, poate părea ezoterică, dar înțelegerea noastră despre ce este realitatea sau, dacă există, există, depinde de răspuns.

Next Up: Teoria șirurilor

Teoria corzilor este corectă?

Calabi-Yau-string-teoria-02

Când fizicienii presupun că toate particulele elementare sunt de fapt bucle unidimensionale, sau „șiruri”, fiecare vibrând la o frecvență diferită, fizica devine mult mai ușoară. Teoria șirurilor permite fizicienilor să concilieze legile care guvernează particulele, numite mecanică cuantică, cu legile care guvernează spațiul-timp, numite relativitate generală și să unifice cele patru forțe fundamentale ale naturii într-un cadru unic. Problema este însă că teoria șirurilor poate funcționa doar într-un univers cu 10 sau 11 dimensiuni: trei mari spațiale, șase sau șapte spațiale compactate și o dimensiune de timp. Dimensiunile spațiale compactate - precum și șirurile vibrante în sine - sunt aproximativ o miliardime dintr-o miliardime din dimensiunea unui nucleu atomic. Nu există nicio modalitate de a detecta ceva atât de mic și, prin urmare, nu există nici o modalitate cunoscută de a valida sau invalida experimental teoria șirurilor.

În cele din urmă: Încheiem cu haosul...

Există ordine în haos?

Ecuațiile care descriu vremea și apa, printre altele, nu au fost rezolvate.

(Credit de imagine: Imagine prin Shutterstock)

Fizicienii nu pot rezolva exact setul de ecuații care descriu comportamentul fluidelor, de la apă la aer la toate celelalte lichide și gaze. De fapt, nu se știe dacă există o soluție generală a așa-numitelor ecuații Navier-Stokes, sau, dacă există o soluție, dacă descrie fluide peste tot sau conține puncte inerent necunoscute numite singularități. În consecință, natura haosului nu este bine înțeleasă. Fizicienii și matematicienii se întreabă, este vremea doar dificil de prevăzut sau, în mod inedit, imprevizibilă? Turbulența transcende descrierea matematică sau are toate sensurile când o abordăm cu matematica potrivită?

Felicitări pentru că a trecut prin această listă de subiecte grele. Ce zici de ceva mai ușor acum? 25 Fapte amuzante în știință și istorie

Forțele universului se contopesc într-una?

O simulare a unei coliziuni de particule în care un boson Higgs este produs în cel mai mare zdrobitor de atomi din lume, Colizorul de Hadroni Mari.

Universul experimentează patru forțe fundamentale: electromagnetismul, forța nucleară puternică, interacțiunea slabă (cunoscută și sub numele de forța nucleară slabă) și gravitația. Până în prezent, fizicienii știu că dacă crești suficientă energie - de exemplu, în interiorul unui accelerator de particule - trei dintre aceste forțe „se unifică” și devin o singură forță. Fizicienii au rulat acceleratoarele de particule și au unit forța electromagnetică și interacțiunile slabe, iar la energii mai mari, același lucru ar trebui să se întâmple și cu forța nucleară puternică și, în cele din urmă, cu gravitația.

Dar chiar dacă teoriile spun asta ar trebui să se întâmplă, natura nu obligă întotdeauna. Până în prezent, niciun accelerator de particule nu a atins energii suficient de mari pentru a uni forța puternică cu electromagnetismul și interacțiunea slabă. Includerea gravitației ar însemna încă mai multă energie. Nu este clar dacă oamenii de știință ar putea chiar construi unul atât de puternic; Colectorul de Hadroni Mari (LHC), lângă Geneva, poate trimite particule care se prăbușesc între ele cu energii în miliarde de volți de electroni (aproximativ 14 tera-electroni volți sau TeV). Pentru a atinge energiile de unificare mărețe, particulele ar avea nevoie de cel puțin un trilion de ori mai mult, astfel încât fizicienii sunt lăsați să vâneze dovezi indirecte ale unor astfel de teorii.

Pe lângă problema energiilor, Marii Teorii Unificate (GUT-uri) au încă unele probleme, deoarece prevăd alte observații care până acum nu au fost expuse. Există mai multe GUT-uri care spun că protonii, pe perioade imense de timp (de ordinul 10 ^ 36 ani), ar trebui să se transforme în alte particule. Acest lucru nu a fost niciodată observat, așa că fie protonii durează mult mai mult decât s-a crezut oricine, sau sunt cu adevărat stabili pentru totdeauna. O altă predicție a unor tipuri de GUT este existența monopolurilor magnetice - poli „nordici” și „sudici” izolați ai unui magnet - și nimeni nu a văzut unul dintre acestea. Este posibil să nu avem un accelerator de particule suficient de puternic. Sau, fizicienii ar putea greși cu privire la modul în care funcționează universul.






Descoperiri Științifice

Cercetare


Science News


Amelia Earhart A Supraviețuit Prăbușirii? Noua Fotografie Poate Oferi Un Indiciu Tantalizant
Amelia Earhart A Supraviețuit Prăbușirii? Noua Fotografie Poate Oferi Un Indiciu Tantalizant

Oxitocina „Hormonul Dragostei” Poate Ajuta Copiii Cu Autism
Oxitocina „Hormonul Dragostei” Poate Ajuta Copiii Cu Autism

Leprechauns: Fapte Despre Zana Irlandeză Trickster
Leprechauns: Fapte Despre Zana Irlandeză Trickster

Ce Este Glicemia Normală?
Ce Este Glicemia Normală?

Of Dads And Gonads: Testicule Mai Mici Legate Cu Părinți Îngrijitori
Of Dads And Gonads: Testicule Mai Mici Legate Cu Părinți Îngrijitori


RO.WordsSideKick.com
Toate Drepturile Rezervate!
Reproducerea Oricăror Materiale Permise Prostanovkoy Doar Link-Ul Activ La Site-Ul RO.WordsSideKick.com

© 2005–2019 RO.WordsSideKick.com