Na internete často nájdete takéto údajne nevyriešené a nevyriešené záhady nášho vesmíru a modernej vedy.
Z nejakého dôvodu sa mi zdá, že časť z toho sú priťahované problémy, ktoré neexistujú, ale veda už čiastočne našla vysvetlenie.
Ktorého z nich považujete za skutočne nezverejnenú ako doteraz tajnú fyziku?
1. Odkiaľ pochádzajú kozmické lúče s veľmi vysokou energiou?
Naša atmosféra je neustále bombardovaná vysokoenergetickými časticami z vesmíru nazývanými „kozmické lúče“. Hoci tieto lúče nepredstavujú pre človeka veľa škôd, sú pre fyzikov veľmi zaujímavé.
V roku 1962, počas experimentu na sopečnom ranči, John Linsley a Livio Scarsi videli niečo neuveriteľné: kozmický lúč s energiou viac ako 16 joulov. Aby sme vám poskytli nejaký nápad, povedzme, že jeden joule sa približne rovná energii potrebnej na zdvihnutie jablka z podlahy a na stôl. A všetka táto energia je sústredená v častici, ktorá je miliardy krát menšia ako jablko. To znamená, že sa pohybuje rýchlosťou blízkou rýchlosti svetla!
Propagačné video:
Fyzici zatiaľ nevedia, odkiaľ tieto častice získali toľko energie. Podľa niektorých teórií môže byť zdrojom týchto častíc supernov po výbuchu hviezd na konci ich života. Tieto častice by sa tiež mohli urýchliť v diskoch kolabujúcich látok, ktoré sa tvoria okolo čiernych dier.
2. Bol moderný vesmír výsledkom inflácie?
Vesmír je prekvapivo plochý, to znamená, že celý vesmír má rovnaké množstvo hmoty. Avšak, podľa teórie veľkých treskov, vo veľmi raných fázach vývoja vesmíru by sa hustota hmoty mohla na rôznych miestach líšiť.
Podľa teórie inflácie moderný vesmír pochádza z raného vesmíru malého objemu, ktorý sa náhle a nečakane rýchlo rozšíril. Rovnako ako pri nafúknutí balónika, inflácia vyhladila všetky hrče v skorom vesmíre.
Aj keď to vysvetľuje veľa toho, čo vidíme, fyzici zatiaľ nevedia, čo spôsobilo infláciu. Informácie o tom, čo sa stalo počas tejto inflácie, sú tiež útržkovité.
3. Je možné nájsť temnú energiu a temnú hmotu?
Ohromujúca skutočnosť: iba asi 5% vesmíru pozostáva z hmoty, ktorá je pre nás viditeľná. Pred niekoľkými desaťročiami si fyzici všimli, že hviezdy na vonkajších okrajoch galaxií sa otáčajú okolo stredu týchto galaxií rýchlejšie, ako sa očakávalo. Aby to vysvetlili, vedci navrhli, že tieto galaxie môžu obsahovať nejaký neviditeľný „temný“materiál, ktorý spôsobuje, že hviezdy sa otáčajú rýchlejšie.
Spolu s tým vieme, že expanzia vesmíru sa teraz zrýchľuje. Zdá sa to čudné, pretože by sa dalo očakávať, že príťažlivosť hmoty - „svetlo“aj „tma“- spomalí rozširovanie vesmíru. Vysvetlenie tohto javu môže byť „temná energia“. Fyzici sa domnievajú, že najmenej 70% energie vo vesmíre je vo forme „temnej“energie, ktorá prispieva k súčasnému zrýchleniu expanzie vesmíru.
Doteraz neboli častice, ktoré tvoria „temnú“hmotu a pole, ktoré tvorí „temnú“energiu, doteraz v laboratórnych podmienkach priamo študované. Fyzici však dúfajú, že častice „temnej“hmoty sa dajú získať a študovať na veľkom hadrónovom zrážači. Tieto častice však môžu byť ťažšie ako častice, ktoré môže zrážač vytvoriť, a ich tajomstvo zostane dlho nevyriešené.
4. Čo je v strede čiernej diery?
Čierne diery sú najznámejšie objekty v astrofyzike. Môžeme ich opísať ako oblasti časopriestoru s gravitačnými poľami tak silnými, že ich nemôže prekonať ani svetlo.
Pozorovania sa uskutočnili z mnohých čiernych dier, vrátane obrovskej čiernej diery v strede našej galaxie. Tajomstvo toho, čo sa deje v strede čiernej diery, sa však zatiaľ neodhalilo. Niektorí fyzici sa domnievajú, že môže existovať „singularita“- bod nekonečnej hustoty, pri ktorej sa nejaká hmota sústreďuje v nekonečnom priestore. Je ťažké si to predstaviť. Čo je ešte horšie, akákoľvek singularita vedie k čiernej diere v tejto teórii, pretože neexistuje žiadny spôsob, ako priamo sledovať singularitu.
Stále existuje diskusia o tom, či sa v čiernych dierach stratia informácie. Absorbujú častice a emitujú Hawkingove žiarenie, zdá sa však, že toto žiarenie neobsahuje žiadne ďalšie informácie o tom, čo sa deje v čiernej diere.
Skutočnosť, že sa zdá, že v súčasnosti nie je možné zistiť, čo je v čiernych dierach, autori sci-fi už dlhý čas robili predpoklady o možnosti existencie iných vesmírov alebo o použití čiernych dier na teleportáciu alebo cestovanie v čase.
5. Existuje vo vesmíre inteligentný život?
Ľudia snívali o cudzincoch od chvíle, keď sa prvýkrát pozreli na nočnú oblohu a premýšľali, čo by tam mohlo byť. V posledných desaťročiach sme sa však dozvedeli veľa zaujímavých faktov.
Najprv sme sa dozvedeli, že planéty sú omnoho bežnejšie, ako sa doteraz myslelo. Dozvedeli sme sa tiež, že interval medzi životom našej planéty a vznikom života na tejto planéte je pomerne malý. Znamená to, že život je možný? Ak áno, dostávame slávny Fermiho paradox: prečo sme teda ešte nekomunikovali s mimozemšťanmi?
Astronóm Frank Drake zostavil rovnicu, ktorá nesie jeho meno, ako spôsob pohľadu na všetky strany problému. Každá z jeho zložiek predstavuje dôvod pre nedostatočnú komunikáciu s inteligentným životom.
Život môže byť bežný, ale inteligentný život je zriedkavý. Možno po chvíli sa všetky civilizácie rozhodnú nekomunikovať s inými formami života. Existujú, ale nechcú s nami komunikovať. Alebo možno to naznačuje, že mnoho cudzích civilizácií sa ničí čoskoro potom, čo získajú technologickú schopnosť komunikovať. Existovali dokonca náznaky, že nedostatočná komunikácia s cudzincami je dôkazom umelého pôvodu nášho sveta, ktorým môže byť vytvorenie Boha alebo počítačový model.
Je však možné, že sme jednoducho nehľadali dosť dlho a dosť ďaleko, pretože priestor je neuveriteľne veľký. Signály sa môžu ľahko stratiť a mimozemská civilizácia musí vyslať silnejší signál. A možno zajtra objavíme mimozemskú civilizáciu a naše chápanie vesmíru sa zmení.
6. Môže sa niečo pohybovať rýchlejšie ako svetlo?
Odkedy Einstein zmenil svoju fyziku so svojou špeciálnou teóriou relativity, fyzici boli presvedčení, že neexistuje nič, čo môže cestovať rýchlejšie ako svetlo. Podľa tejto teórie, aby sa niečo pohybovalo aspoň rýchlosťou svetla, je potrebná nekonečná energia.
Na druhej strane, ako ukazujú vyššie uvedené kozmické lúče, ani prítomnosť veľkého množstva energie neznamená možnosť pohybu rýchlosťou svetla. Rýchlosť svetla ako pevný limit rýchlosti môže byť tiež ďalším vysvetlením nedostatočnej komunikácie s mimozemskými civilizáciami. Ak sú tiež obmedzené rýchlosťou svetla, signály môžu trvať tisíce rokov.
Ľudia však neustále hľadajú spôsoby, ako obísť tento rýchlostný limit vesmíru. Podľa predbežných výsledkov experimentu OPERA, ktorý sa uskutočnil v roku 2011, sa neutrína pohybovali rýchlejšie ako svetlo. Vedci si však všimli chyby v organizácii experimentu a zistili nepresnosť týchto výsledkov.
Okrem toho, ak by bolo možné prenášať hmotu alebo informácie rýchlosťou presahujúcou rýchlosť svetla, nepochybne by to zmenilo svet. Pohyb rýchlosťou presahujúcou rýchlosť svetla by mohol narušiť príčinnú súvislosť, vzťah medzi príčinami a účinkami udalostí.
Z dôvodu spôsobu, akým čas a priestor súvisia so špeciálnou relativitou, by pohyb informácií rýchlejší ako rýchlosť svetla umožnil človeku prijímať informácie o udalosti skôr, ako k tejto udalosti dôjde, čo je forma cestovania v čase. To by mohlo vytvoriť všetky druhy paradoxov, ktoré by sme nevedeli vyriešiť.
7. Je možné opísať turbulencie?
Po návrate na Zem môžeme povedať, že v našom každodennom živote je stále veľa ťažko pochopiteľných vecí. Skúste napríklad hrať s vodovodnými batériami. Ak necháte prúdiť vodu pokojne, pozorujete známy fenomén vo fyzike, typ toku, ktorý je nám dobre známy, nazývaný „laminárne prúdenie“. Ak však úplne zatvoríte vodovodný kohútik a sledujete správanie vody, budete mať príklad turbulencie. V mnohých ohľadoch je turbulencia vo fyzike stále nevyriešeným problémom.
Navier-Stokesova rovnica definuje, ako by sa kvapaliny, ako voda a vzduch, mali pohybovať. Predstavujeme si, že tekutina je rozdelená na malé kúsky hmoty. Táto rovnica potom berie do úvahy všetky sily, ktoré pôsobia na tieto kusy - gravitácia, trenie, tlak - a pokúša sa zistiť, ako to ovplyvní ich rýchlosť.
V prípade jednoduchých alebo stabilných tokov nájdeme riešenia Navierovej-Stokesovej rovnice, ktoré daný tok úplne popisujú. Fyzici potom môžu zostaviť rovnice na výpočet prietoku v ktoromkoľvek bode. V prípade zložitých turbulentných tokov však tieto riešenia nemusia byť presné. Môžeme urobiť veľa turbulentnej manipulácie toku pomocou numerického riešenia rovníc na veľkých počítačoch. Toto nám dáva hrubú odpoveď bez vzorca, ktorý plne vysvetľuje správanie tekutiny.
Mimochodom, Clay Mathematical Institute ponúkol odmenu za vyriešenie tohto problému. Takže, ak to dokážete, môžete získať milión dolárov.
8. Je možné vytvoriť supravodič, ktorý pracuje pri izbovej teplote
Supravodiče patria medzi najdôležitejšie zariadenia a technológie, ktoré vynárajú ľudia. Sú to špeciálne druhy materiálov. Keď teplota klesne dostatočne nízko, elektrický odpor materiálu klesne na nulu.
Naše moderné napájacie káble míňajú veľa elektriny. Nejedná sa o supravodiče a majú elektrický odpor, ktorý ich pri zahrievaní elektrickým prúdom zahreje.
Možnosti supravodičov však nie sú obmedzené na toto. Magnetické pole vytvorené drôtom má silu, ktorá závisí od prúdu, ktorý ním prechádza. Ak nájdete lacný spôsob prechodu veľmi vysokých prúdov cez supravodiče, môžete získať veľmi silné magnetické polia. Tieto polia sa v súčasnosti používajú vo veľkom hadrónovom urýchľovači na odchyľovanie nabitých častíc, ktoré sa rýchlo pohybujú okolo svojho kruhu. Používajú sa aj v experimentálnych jadrových reaktoroch, ktoré sa v budúcnosti môžu stať našim zdrojom elektrickej energie.
Problém je v tom, že všetky známe supravodiče môžu pracovať iba pri veľmi nízkych teplotách (nie vyšších ako -140 stupňov Celzia). Ich ochladenie na také nízke teploty zvyčajne vyžaduje tekutý dusík alebo jeho ekvivalent, čo je veľmi drahé. Preto veľa fyzikov a špecialistov na materiály na celom svete pracuje na získaní svätého grálu - supravodiča, ktorý by mohol pracovať pri izbovej teplote. Zatiaľ sa to však nikomu nepodarilo.
9. Prečo je viac hmoty ako antihmota?
Pre každú časticu je rovnaká a opačná častica nazývaná antičastica. Pre elektróny existujú pozitróny. Pre protóny existujú antiprotóny. Atď.
Ak sa častica dotkne antičastice, zničí sa a zmení sa na žiarenie. Niekedy sa zmení na kozmické lúče. Antihmota môže byť tiež vytvorená v urýchľovačoch častíc za cenu niekoľkých biliónov dolárov za gram. Celkovo sa však zdá, že v našom vesmíre je veľmi zriedkavý. Toto je skutočné tajomstvo. Všetky známe procesy, ktoré premieňajú energiu (žiarenie) na hmotu, produkujú rovnaké množstvo hmoty a antihmoty. Takže ak vo vesmíre dominuje energia, prečo nevyrába rovnaké množstvo hmoty a antihmoty?
Existuje niekoľko teórií, ktoré to vysvetľujú. Vedci, ktorí študujú interakcie častíc na veľkom hadrónovom urýchľovači, hľadajú príklady „porušenia CP“. Ak by sa vyskytli, tieto interakcie by mohli ukázať, že fyzikálne zákony sa líšia pre častice hmoty a antihmotu. Potom by sme mohli predpokladať, že môžu existovať procesy, ktoré s väčšou pravdepodobnosťou produkujú hmotu ako antihmota, a preto je vo vesmíre viac hmoty.
Iné, menej pravdepodobné teórie môžu mať celé oblasti vesmíru ovládané antihmotou. Tieto teórie však budú musieť vysvetliť, ako došlo k oddeleniu hmoty a antihmoty, a prečo pri zrážkach hmoty a antihmoty neuvidíme veľké množstvo žiarenia. Takže pokiaľ nenájdeme dôkazy o antihmotových galaxiách, porušenie CP v ranom vesmíre sa javí ako najlepšie riešenie. Stále však nevieme, ako to funguje.
10. Môžeme mať zjednotenú teóriu?
V 20. storočí boli vyvinuté dve veľké teórie na vysvetlenie mnohých javov vo fyzike. Jednou z nich bola teória kvantovej mechaniky, ktorá podrobne popisovala chovanie a interakcie malých subatomárnych častíc. Kvantová mechanika a štandardný model fyziky častíc vysvetlili tri zo štyroch fyzikálnych javov v prírode: elektromagnetizmus a silné a slabé jadrové sily.
Ďalšou veľkou teóriou bola Einsteinova všeobecná teória relativity, ktorá vysvetľuje gravitáciu. V tejto teórii gravitácia nastane, keď sa prítomnosť hmoty ohýba priestor a čas, čo spôsobuje, že častice sa pohybujú v zakrivených cestách kvôli zakrivenému tvaru časopriestoru. Môže vysvetliť veci, ktoré sa dejú v najväčšom meradle, napríklad formovanie galaxií.
Je tu iba jeden problém. Tieto dve teórie sú nekompatibilné. Pokiaľ vieme, obidve teórie sú správne. Nezdá sa však, že by spolupracovali. A keďže si to fyzici uvedomili, hľadali riešenie, ktoré by ich kombinovalo. Toto rozhodnutie sa nazývalo Veľká zjednotená teória alebo Teória všetkého.
Vedci sú zvyknutí na teórie, ktoré fungujú iba v určitých medziach. Fyzici dúfajú, že prekonajú svoje obmedzenia a uvidia, že teória kvantovej mechaniky a všeobecnej relativity sú súčasťou rozsiahlejšej teórie, podobne ako mozaika prikrývky. Teória strún je pokus o obnovenie znakov všeobecnej relativity a teórie kvantovej mechaniky. Experimenty je však ťažké predpovedať, a preto sa nedá potvrdiť.
Hľadanie základnej teórie - teórie, ktorá dokáže všetko vysvetliť - pokračuje. Možno ju nikdy nenájdeme. Ak nás však fyzika niečo naučila, je to tak, že vesmír je skutočne úžasný a že v ňom vždy existuje priestor pre nové objavy.
Podľa článku zo stránok listverse.com - preložil Sergej Maltsev