Нерешенные проблемы современной физики научно популярные фильмы. Обсуждение:Нерешённые проблемы современной физики

Ниже приведён список нерешённых проблем современной физики . Некоторые из этих проблем носят теоретический характер. Это означает, что существующие теории оказываются неспособными объяснить определённые наблюдаемые явления или экспериментальные результаты. Другие проблемы являются экспериментальными, а это означает, что имеются трудности в создании эксперимента по проверке предлагаемой теории или по более подробному исследованию какого-либо явления. Следующие проблемы являются либо фундаментальными теоретическими проблемами, либо теоретическими идеями, для которых отсутствуют экспериментальные данные. Некоторые из этих проблем тесно взаимосвязаны. Например, дополнительные измерения или суперсимметрия могут решить проблему иерархии. Считается, что полная теория квантовой гравитации способна ответить на бомльшую часть из перечисленных вопросов (кроме проблемы острова стабильности).

• 1. Квантовая гравитация. Можно ли квантовую механику и общую теорию относительности объединить в единую самосогласованную теорию (возможно, это квантовая теория поля)? Является ли пространство-время непрерывным или оно дискретно? Будет ли самосогласованная теория использовать гипотетический гравитон или она будет полностью продуктом дискретной структуры пространства-времени (как в петлевой квантовой гравитации)? Существуют ли отклонения от предсказаний ОТО для очень малых или очень больших масштабов или в других чрезвычайных обстоятельствах, которые вытекают из теории квантовой гравитации?
• 2. Чёрные дыры, исчезновение информации в чёрной дыре, излучение Хокинга. Производят ли чёрные дыры тепловое излучение, как это предсказывает теория? Содержит ли это излучение информацию об их внутренней структуре, как это предполагает дуальность тяготение-калибровочная инвариантность, или нет, как следует из оригинального расчета Хокинга? Если нет и чёрные дыры могут непрерывно испаряться, то что происходит с информацией, хранящейся в них (квантовая механика не предусматривает уничтожение информации)? Или излучение в какой-то момент остановится, когда от чёрной дыры мало что останется? Есть ли какой-либо другой способ исследования их внутренней структуры, если такая структура вообще существует? Выполняется ли закон сохранения барионного заряда внутри чёрной дыры? Неизвестно доказательство принципа космической цензуры, а также точная формулировка условий, при которых он выполняется. Отсутствует полная и законченная теория магнитосферы черных дыр. Неизвестна точная формула для вычисления числа различных состояний системы, коллапс которой приводит к возникновению черной дыры с заданными массой, моментом количества движения и зарядом. Неизвестно доказательство в общем случае "теоремы об отсутствии волос" у чёрной дыры.
• 3. Размерность пространства-времени. Существуют ли в природе дополнительные измерения пространства-времени, кроме известных нам четырёх? Если да, то каково их количество? Является ли размерность «3+1» (или более высокая) априорным свойством Вселенной или она является результатом других физических процессов, как предполагает, например, теория причинной динамической триангуляции? Можем ли мы экспериментально «наблюдать» высшие пространственные измерения? Справедлив ли голографический принцип, по которому физика нашего «3+1»-мерного пространства-времени эквивалентна физике на гиперповерхности с размерностью «2+1»?
• 4. Инфляционная модель Вселенной. Верна ли теория космической инфляции, и если да, то каковы подробные детали этой стадии? Что представляет собой гипотетическое инфлатонное поле, ответственное за рост инфляции? Если инфляция произошла в одной точке, является ли это началом самоподдерживающегося процесса за счёт инфляции квантово-механических колебаний, который будет продолжаться в совершенно другом, удалённом от этой точки месте?
• 5. Мультивселенная. Существуют ли физические причины существования других вселенных, которые принципиально ненаблюдаемы? Например: существуют ли квантово-механические «альтернативные истории» или «множество миров»? Существуют ли «другие» вселенные с физическими законами, являющимися результатом альтернативных способов нарушения очевидной симметрии физических сил при высоких энергиях, расположенные, возможно, невероятно далеко из-за космической инфляции? Могли ли другие вселенные влиять на нашу, вызвав, например, аномалии в распределении температуры реликтового излучения? Является ли оправданным использование антропного принципа для решения глобальных космологических дилемм?
• 6. Принцип космической цензуры и гипотеза защиты хронологии. Могут ли сингулярности, не скрывающиеся за горизонтом событий и известные как «голые сингулярности», возникать из реалистичных начальных условий, или же можно доказать какую-то версию «гипотезы космической цензуры» Роджера Пенроуза, в которой предполагается, что это невозможно? В последнее время появились факты в пользу несостоятельности гипотезы космической цензуры, а значит голые сингулярности должны встречаться гораздо чаще, чем только лишь как экстремальные решения уравнений Керра -- Ньюмена, тем не менее неоспоримых доказательств этому представлено ещё не было. Аналогично, будут лизамкнутые времениподобные кривые, которые возникают в некоторых решениях уравнений общей теории относительности (и которые предполагают возможность путешествия во времени в обратном направлении) исключены теорией квантовой гравитации, которая объединяет общую теорию относительности с квантовой механикой, как предполагает «гипотеза защиты хронологии» Стивена Хокинга?
• 7. Ось времени. Что могут сказать нам о природе времени явления, которые отличаются друг от друга хождением по времени вперёд и назад? Чем время отличается от пространства? Почему нарушения CP-инвариантности наблюдаются только в некоторых слабых взаимодействиях и более нигде? Являются ли нарушения CP-инвариантности следствием второго закона термодинамики или же они являются отдельной осью времени? Есть ли исключения из принципа причинности? Является ли прошлое единственно возможным? Является ли настоящий момент физически отличным от прошлого и будущего или это просто результат особенностей сознания? Как люди научились договариваться о том, что является настоящим моментом? (См. также ниже Энтропия (ось времени)).
• 8. Локальность. Существуют ли нелокальные явления в квантовой физике? Если существуют, не имеют ли они ограничения в передаче информации, или: может ли энергия и материя также двигаться по нелокальному пути? При каких условиях наблюдаются нелокальные явления? Что влечёт наличие или отсутствие нелокальных явлений для фундаментальной структуры пространства-времени? Как это связано с квантовой сцепленностью? Как это истолковать с позиций правильной интерпретации фундаментальной природы квантовой физики?
• 9. Будущее Вселенной. Движется ли Вселенная по направлению к Большому замерзанию, Большому разрыву, Большому сжатию или Большому отскоку? Является ли наша Вселенная частью бесконечно повторяющейся циклической модели?
• 10. Проблема иерархии. Почему гравитация является такой слабой силой? Она становится большой только в планковском масштабе, для частиц с энергией порядка 10 19 ГэВ, что гораздо выше электрослабого масштаба (в физике низких энергий доминирующей является энергия в 100 ГэВ). Почему эти масштабы так сильно отличаются друг от друга? Что мешает величинам электрослабого масштаба, таким как масса бозона Хиггса, получать квантовые поправки на масштабах порядка планковских? Являются ли решением этой проблемы суперсимметрия, дополнительные измерения или просто антропная тонкая настройка?
• 11. Магнитный монополь. Существовали ли частицы -- носители «магнитного заряда» в какие-либо прошлые эпохи с более высокими энергиями? Если да, то есть ли какие-либо на сегодняшний день? (Поль Дирак показал, что наличие некоторых типов магнитных монополей могло бы объяснить квантование заряда.)
• 12. Распад протона и Великое объединение. Как можно объединить три различных квантово-механических фундаментальных взаимодействия квантовой теории поля? Почему легчайший барион, являющийся протоном, абсолютно стабилен? Если же протон нестабилен, то каков его период полураспада?
• 13. Суперсимметрия. Реализована ли суперсимметрия пространства в природе? Если да, то каков механизм нарушения суперсимметрии? Стабилизирует ли суперсимметрия электрослабый масштаб, предотвращая высокие квантовые поправки? Состоит ли тёмная материя из лёгких суперсимметричных частиц?
• 14. Поколения материи. Существует ли более трёх поколений кварков и лептонов? Связано ли число поколений с размерностью пространства? Почему вообще существуют поколения? Существует ли теория, которая могла бы объяснить наличие массы у некоторых кварков и лептонов в отдельных поколениях на основании первых принципов (теория взаимодействия Юкавы)?
• 15. Фундаментальная симметрия и нейтрино. Какова природа нейтрино, какова их масса и как они формировали эволюцию Вселенной? Почему сейчас во Вселенной обнаруживается вещества больше, чем антивещества? Какие невидимые силы присутствовали на заре Вселенной, но исчезли из поля зрения в процессе развития Вселенной?
• 16. Квантовая теория поля. Совместимы ли принципы релятивистской локальной квантовой теории поля с существованием нетривиальной матрицы рассеяния?
• 17. Безмассовые частицы. Почему безмассовые частицы без спина не существуют в природе?
• 18. Квантовая хромодинамика. Каковы фазовые состояния сильно взаимодействующей материи и какую роль они играют в космосе? Каково внутреннее устройство нуклонов? Какие свойства сильно взаимодействующей материи предсказывает КХД? Что управляет переходом кварков и глюонов в пи-мезоны и нуклоны? Какова роль глюонов и глюонного взаимодействия в нуклонах и ядрах? Что определяет ключевые особенности КХД и каково их отношение к природе гравитации и пространства-времени?
• 19. Атомное ядро и ядерная астрофизика. Какова природа ядерных сил, которая связывает протоны и нейтроны в стабильные ядра и редкие изотопы? Какова причина соединения простых частиц в сложные ядра? Какова природа нейтронных звёзд и плотной ядерной материи? Каково происхождение элементов в космосе? Что такое ядерные реакции, которые движут звёзды и приводят к их взрывам?
• 20. Остров стабильности. Какое самое тяжёлое из стабильных или метастабильных ядер может существовать?
• 21. Квантовая механика и принцип соответствия (иногда называемый квантовым хаосом). Есть ли предпочтительные интерпретации квантовой механики? Как квантовое описание реальности, которое включает в себя такие элементы, как квантовая суперпозиция состояний и коллапс волновой функции или квантовая декогеренция, приводят к реальности, которую мы видим? Сформулировать то же самое можно с помощью проблемы измерения: что представляет собой «измерение», которое заставляет волновую функцию сваливаться в определённое состояние?
• 22. Физическая информация. Существуют ли физические феномены, такие как чёрные дыры или коллапс волновой функции, которые безвозвратно уничтожают информацию о своих предшествующих состояниях?
• 23. Теория всего («Теории Великого объединения»). Существует ли теория, которая объясняет значения всех фундаментальных физических констант? Существует ли теория, которая объясняет, почему калибровочная инвариантность стандартной модели такая, как она есть, почему наблюдаемое пространство-время имеет 3 + 1 измерения, и поэтому законы физики таковы, как они есть? Меняются ли с течением времени «фундаментальные физические константы»? Являются ли какие-нибудь частицы в стандартной модели физики элементарных частиц на самом деле состоящими из других частиц, связанных настолько сильно, что их невозможно наблюдать при современных экспериментальных энергиях? Существуют ли фундаментальные частицы, которые ещё не наблюдались, и если да, то какие они и каковы их свойства? Существуют ли ненаблюдаемые фундаментальные силы, которые предполагает теория, объясняющие другие нерешённые проблемы физики?
• 24. Калибровочная инвариантность. Существуют ли реально неабелевы калибровочные теории со щелью в спектре масс?
• 25. CP-симметрия. Почему не сохраняется CP-симметрия? Почему она сохраняется в большинстве наблюдаемых процессов?
• 26. Физика полупроводников. Квантовая теория полупроводников не может точно вычислить ни одной постоянной полупроводника.
• 27. Квантовая физика. Неизвестно точное решение уравнения Шредингера для многоэлектронных атомов.
• 28. При решении задачи о рассеянии двух пучков на одном препятствии сечение рассеяния получается бесконечно большим.
• 29. Фейнманиум: Что будет происходить с химическим элементом, атомный номер которого окажется выше 137, вследствие чего 1s 1 -электрону придётся двигаться со скоростью, превышающей скорость света (согласно модели атома Бора)? Является ли «Фейнманиум» последним химическим элементом, способным существовать физически? Проблема может проявиться приблизительно на 137 элементе, где расширение дистрибуции заряда ядра достигает финальной точки. Смотрите статью Расширенная периодическая таблица элементов и секцию Relativistic effects.
• 30. Статистическая физика. Отсутствует систематическая теория необратимых процессов, дающая возможность проводить количественные расчёты для любого заданного физического процесса.
• 31. Квантовая электродинамика. Существуют ли гравитационные эффекты, вызываемые нулевыми колебаниями электромагнитного поля? Неизвестно, как при вычислениях квантовой электродинамики в области высоких частот одновременно выполнить условия конечности результата, релятивистской инвариантности и суммы всех альтернативных вероятностей, равной единице.
• 32. Биофизика. Отсутствует количественная теория для кинетики конформационной релаксации белковых макромолекул и их комплексов. Отсутствует законченная теория электронного переноса в биологических структурах.
• 33. Сверхпроводимость. Невозможно теоретически предсказать, зная структуру и состав вещества, перейдёт ли оно в сверхпроводящее состояние с понижением температуры.

Физика

• Перевод

Наша Стандартная модель элементарных частиц и взаимодействий не так давно стала настолько полной, насколько вообще можно было желать. Все до единой элементарные частицы – во всех их возможных видах – создали в лаборатории, измерили, и для всех определили свойства. Дольше всех державшиеся верхний кварк, антикварк, тау-нейтрино и антинейтрино, и, наконец, бозон Хиггса, пали жертвами наших возможностей.

А последняя – бозон Хиггса – ещё и решила старую задачу физики: наконец, мы можем продемонстрировать, откуда элементарные частицы берут свою массу!

Это всё круто, но наука-то не заканчивается в момент окончания решения этой загадки. Наоборот, она поднимает важные вопросы, и один из них, это «а что дальше?». Насчёт Стандартной модели можно сказать, что мы ещё не всё знаем. И для большинства физиков один из вопросов особенно важен – для его описания давайте сначала рассмотрим следующее свойство Стандартной модели.

С одной стороны, слабое, электромагнитное и сильное взаимодействие могут быть очень важны, в зависимости от их энергий и расстояний, на которых происходит взаимодействие. Но с гравитацией всё не так.

Мы можем взять две любых элементарных частицы – любой массы и подверженной любым взаимодействиям – и обнаружить, что гравитация на 40 порядков слабее, чем любая другая сила во Вселенной. Это значит, что сила гравитации в 10 40 раз слабее трёх оставшихся сил. К примеру, хотя они и не фундаментальные, но если вы возьмёте два протона и разнесёте их на метр, электромагнитное отталкивание между ними будет в 10 40 раз сильнее, чем гравитационное притяжение. Или, иными словами, нам нужно увеличить силу гравитации в 10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 раз, чтобы сравнять её с любой другой из сил.

При этом нельзя просто увеличить массу протона в 10 20 раз, чтобы гравитация стянула их вместе, преодолевая электромагнитную силу.

Вместо этого для того, чтобы реакции вроде той, что проиллюстрирована выше, происходили спонтанно, когда протоны преодолевают их электромагнитное отталкивание, вам нужно собрать вместе 10 56 протонов. Только собравшись вместе и поддавшись силе гравитации, они смогут преодолеть электромагнетизм. Оказывается, что 10 56 протонов как раз составят минимальную возможную массу звезды.

Это описание того, как работает Вселенная – но почему она такая, мы не знаем. Почему гравитация настолько слабее остальных взаимодействий? Почему «гравитационный заряд» (т.е. масса) настолько слабее электрического или цветового, или даже слабого?

Вот в этом и состоит проблема иерархии, и она, по многим причинам, служит величайшей нерешённой проблемой физики. Ответ нам неизвестен, но нельзя сказать, что мы находимся в полном неведении. Теоретически у нас есть несколько хороших идей по поводу поиска решения, и инструмент для поиска доказательств их правильности.

Пока что Большой адронный коллайдер – самый высокоэнергетический из коллайдеров – достигал беспрецедентных уровней энергии в лабораторных условиях, собирал кучу данных и воссоздавал происходящее в точках столкновения. Сюда входят и создание новых, доселе невиданных частиц (таких, как бозон Хиггса), и появление старых, всем известных частиц Стандартной модели (кварки, лептоны, калибровочные бозоны). Также он способен, в случае их существования, произвести любые другие частицы, не входящие в Стандартную модель.

Существует четыре возможных способа, известных мне – то есть, четыре хороших идеи – решения проблемы иерархии. Хорошие новости в том, что если природа выбрала какой-то один из них, то БАК его найдёт! (А если нет, поиски продолжатся).

Кроме бозона Хиггса, найденного несколько лет назад, никаких новых фундаментальных частиц на БАК не нашли. (Более того, вообще не наблюдается никаких интригующих новых кандидатов в частицы). И ещё, найденная частица полностью соответствовала описанию Стандартной модели; никаких статистически важных намёков на новую физику замечено не было. Ни на композитные бозоны Хиггса, ни на множественные хиггсовские частицы, ни на нестандартные распады, ничего такого.

Но теперь мы начали получать данные от ещё более высоких энергий, в два раза больше предыдущих, до 13-14 ТэВ, чтобы найти что-нибудь ещё. И какие же в данном ключе есть возможные и разумные решения проблемы иерархии?

1) Суперсимметрия, или SUSY. Суперсимметрия – особая симметрия, способная заставить нормальные массы любых частиц, достаточно крупных для того, чтобы гравитация была сравнима с другими воздействиями, взаимно уничтожиться с большой степенью точности. Эта симметрия также предполагает, что у каждой частицы в стандартной модели есть суперчастица-партнёр, и что существует пять частиц Хиггса и пять их суперпартнёров. Если такая симметрия существует, она, должно быть, нарушена, или у суперпартнёров были бы такие же массы, как у обычных частиц, и их бы уже давно нашли.

Если SUSY существует на подходящем для решения проблемы иерархии масштабе, то БАК, дойдя до энергий в 14 ТэВ, должен найти хотя бы одного суперпартнёра, а также вторую частицу Хиггса. Иначе существование очень тяжёлых суперпартнёров само по себе приведёт ещё к одной проблеме иерархии, у которой не будет хорошего решения. (Что интересно, отсутствие SUSY-частиц на всех энергиях опровергнет теорию струн, поскольку суперсимметрия – это необходимое условие для теорий струн, содержащих стандартную модель элементарных частиц).

Вот вам первое возможное решение проблемы иерархии, у которого в настоящий момент нет никаких доказательств.

Имеется возможность создать крохотные сверхохлаждённые кронштейны, наполненные пьезоэлектрическими кристаллами (вырабатывающими электроэнергию при деформации), с расстояниями между ними . Эта технология позволяет нам наложить на «большие» измерения ограничения в 5-10 микрон. Иначе говоря, гравитация работает согласно предсказаниям ОТО на масштабах гораздо меньших миллиметра. Так что если и существуют большие дополнительные измерения, они находятся на уровнях энергий, недоступных для БАК, и что более важно, не решают проблему иерархии.

Конечно, для проблемы иерархии может найтись совершенно другое решение , которое на современных коллайдерах не найти, или решения ей вообще нет; это просто может быть свойство природы безо всякого объяснения для него. Но наука не будет продвигаться без попыток, и именно это пытаются делать эти идеи и поиски: продвигать наши знания о Вселенной вперёд. И, как всегда, с началом второго запуска БАК я с нетерпением ожидаю того, что там может появиться, кроме уже открытого бозона Хиггса!

Теги:

• гравитация
• фундаментальные взаимодействия
• бак

Добавить метки

Где сможете, помимо прочего, присоединиться к проекту и принять участие в его обсуждении .

Список Эта страница по шкале оценок статей Проекта:Физика имеет уровень «список» .

Высокая

Важность этой страницы для проекта Физика : высокая

27-30 марта 2011 года сведения из статьи «Нерешённые проблемы современной физики » появлялись на заглавной странице в колонке «Знаете ли вы ». В колонке был представлен текст: «Есть мнение, что количество нерешённых проблем современной физики за последние десятилетия сократилось на четыре пункта» . С полным выпуском колонки можно ознакомиться в архиве рубрики «Знаете ли вы» .

Статья является переводом соответствующей английской версии. Лев Дубовой 09:51, 10 марта 2011 (UTC)

Эффект «Пионера» [ править код ]

Нашли объяснение эффекту Пионера . Стоит убрать теперь его из списка? Русские идут! 20:55, 28 августа 2012 (UTC)

Объяснений эффекту есть много, ни одно из них не является на данный момент общепризнанным. Имхо пусть повисит пока:) Evatutin 19:35, 13 сентября 2012 (UTC) Да, но, как я понял, это первое объяснение, которое согласуется с наблюдаемым отклонением в скорости. Хотя я согласен, что надо подождать. Русские идут! 05:26, 14 сентября 2012 (UTC)

физика элементарных частиц [ править код ]

Поколения материи:

Зачем нужны три поколения частиц, до конца всё-таки неясно. Не ясна иерархия констант связей и масс этих частиц. Не ясно, есть ли еще другие поколения, кроме этих трёх. Неизвестно, существуют ли другие частицы, о которых мы не знаем. Не ясно, почему бозон Хиггса, только что открытый на Большом Адроном Коллайдере, такой легкий. Есть и другие важные вопросы, на которые Стандартная Модель не дает ответа.

Частица Хиггса [ править код ]

Частицу Хиггса тоже уже нашли. --195.248.94.136 10:51, 6 сентября 2012 (UTC)

Пока физики осторожничают с выводами, возможно он не один там, исследуются разные каналы распада - имхо пусть пока повисит... Evatutin 19:33, 13 сентября 2012 (UTC) Только решённые проблемы, бывшие в списке, перемещаются в раздел Нерешённые проблемы современной физики#Проблемы, решённые за последние десятилетия .--Arbnos 10:26, 1 декабря 2012 (UTC)

Масса нейтрино [ править код ]

Известно давно. Но ведь раздел и называется Проблемы, решённые за последние десятилетия - кажется, что была проблема решена не так давно, после находящихся в списке порталов.--Arbnos 14:15, 2 июля 2013 (UTC)

Проблема горизонта [ править код ]

Это ты называешь "одинаковая температура": http://img818.imageshack.us/img818/1583/img606x341spaceplanck21.jpg ??? Это тоже самое что сказать "Проблема 2+2=5". Это вовсе не проблема, так как это неверное утверждение в корне.

• Думаю будет полезен новый ролик "Space" : http://video.euronews.com/flv/mag/130311_SESU_121A0_R.flv

Что самое интересное, что WMAP показывал точно такой же снимок еще 10 лет назад. У кого дальтонизм, поднимите руку.

Законы аэрогидродинамики [ править код ]

Предлагаю добавить ещё одну нерешённую проблему в список - причём даже относящуюся к классической механике, которая обычно считается совершенно изученной и простой. Проблема резкого несоответствия теоретических законов аэрогидродинамики экспериментальным данным. Результаты моделирования, выполняемого по уравнениям Эйлера, не соответствует результатам, получаемым в аэродинамических трубах. В итоге в аэрогидродинамике сейчас вообще нет рабочих систем уравнений, по которым можно было бы делать аэродинамические расчёты. Есть ряд эмпирических уравнений, которые неплохо описывают эксперименты лишь в узких рамках ряда условий и нет возможности делать расчёты в общем случае.

Ситуация даже абсурдная - в XXI веке все разработки по аэродинамике ведутся через испытания в аэродинамических трубах, в то время как во всех остальных областях техники давно обходятся лишь точными расчётами, не перепроверяя их потом экспериментально. 62.165.40.146 10:28, 4 сентября 2013 (UTC) Валеев Рустам

Не надо, задач, для которых не хватает вычислительных мощностей, хватает и в других областях, в термодинамике, например. Принципиальных сложностей нет, просто модели чрезвычайно сложны. --Renju player 15:28, 1 ноября 2013 (UTC)

Несуразицы [ править код ]

ПЕРВАЯ

Является ли пространство-время принципиально непрерывным или дискретным?

Очень плохо сформулирован вопрос. Пространство-время либо непрерывное, либо дискретное. Пока ответить на этот вопрос современная физика не может. В этом и состоит проблема. Но в данной формулировке спрашивается совершенно другое: тут оба варианта берутся как единое целое «непрерывным или дискретным » и спрашивается: «Является ли пространство-время принципиально непрерывным или дискретным ?». Ответ - да, пространство-время является непрерывным или дискретным. И у меня возникает вопрос, а зачем было такое спрашивать? Нельзя так формулировать вопрос. Видимо, автор плохо пересказал Гинзбурга. И что имеется ввиду под «принципиально »? >> Kron7 10:16, 10 сентября 2013 (UTC)

Можно переформулировать как "Является ли пространство непрерывным или оно дискретно?". Такая формулировка вроде бы исключает приведённый Вами смысл вопроса. Dair T"arg 15:45, 10 сентября 2013 (UTC) Да, это совсем другое дело. Поправил. >> Kron7 07:18, 11 сентября 2013 (UTC)

Да, пространство-время является дискретным, так как непрерывным может быть только абсолютно пустое пространство, а пространство-время далеко не является пустым

;ВТОРАЯ

Отношение инерциальная масса/гравитационная масса для элементарных частиц В соответствии с принципом эквивалентности общей теории относительности, отношение инертной массы к гравитационной для всех элементарных частиц равно единице. Однако, экспериментального подтверждения этого закона для многих частиц не существует.

В частности, мы не знаем, каков будет вес макроскопического куска антивещества известной массы .

Как понимать это предложение? >> Kron7 14:19, 10 сентября 2013 (UTC)

Вес, как известно, это сила, с которой тело действует на опору или подвес. Масса измеряется в килограммах, вес в ньютонах. В невесомости тело массой в один килограмм будет иметь нулевой вес. Вопрос о том, каков будет вес куска антивещества заданной массы, таким образом, не является тавтологией. --Renju player 11:42, 21 ноября 2013 (UTC)

Ну что там непонятного? И надо снять вопрос: чем отличается пространство от времени? Яков176.49.146.171 19:59, 23 ноября 2013 (UTC)И надо убрать вопрос о машине времени: это антинаучная ахинея. Яков176.49.75.100 21:47, 24 ноября 2013 (UTC)

Гидродинамика [ править код ]

Гидродинамика - один из разделов современной физики, наряду с механикой, теорией поля, квантовой механикой и др. Кстати, методы гидродинамики активно используются и в космологии, при изучении проблем мироздания, (Ryabina 14:43, 2 ноября 2013 (UTC))

Вы, возможно, путаете сложность вычислительных задач с принципиально нерешенными проблемами. Так, задача N тел до сих пор не решена аналитически, в ряде случаев представляет существенные сложности при приближённом численном решении, но никаких принципиальных загадок и тайн мироздания не содержит. В гидродинамике нет сложностей принципиальных, есть только вычислительные и модельные, зато в изобилии. В общем, давайте аккуратнее разделять тёплое и мягкое. --Renju player 07:19, 5 ноября 2013 (UTC)

Вычислительные проблемы относятся к нерешённым вопросам математики, а не физики. Яков176.49.185.224 07:08, 9 ноября 2013 (UTC)

Минус-вещесво [ править код ]

К теоретическим вопросам физики я бы добавил гипотезу о минус-веществе. Гипотеза эта чисто математическая : масса может иметь отрицательное значение. Как всякая чисто математическая гипотеза она логически непротиворечива. Но, если взять философию физики, то в этой гипотезе содержиться замаскированный отказ от детерминированности. Хотя, возможно, есть ещё неоткрытые законы физики, описывающие минус-вещество. --Яков 176.49.185.224 07:08, 9 ноября 2013 (UTC)

Шо цэ такэ? (откуда взяли?) --Tpyvvikky ..у математиков и время может быть отрицательным.. и шо теперь

Сверхпроводимость [ править код ]

Какие проблемы с БКШ , что в статье написано про отсутствие «полностью удовлетворительной микроскопической теории сверхпроводимости»? Ссылка при этом на учебник 1963 года издания, чуть-чуть устаревший источник для статьи о современных проблемах физики. Я пока этот пассаж убираю. --Renju player 08:06, 21 августа 2014 (UTC)

Холодный ядерный синтез [ править код ]

"Каково объяснение спорных докладов об избыточном тепле, излучении и трансмутациях?" Объяснение в том, они недостоверны/неверны/ошибочны. Во всяком случае, по стандартам современной науки. Ссылки мёртвые. Удалено. 95.106.188.102 09:59, 30 октября 2014 (UTC)

Копия [ править код ]

Копия статьи http://ensiklopedia.ru/wiki/%D0%9D%D0%B5%D1%80%D0%B5%D1%88%D1%91%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B1%D0%BB%D0%B5%D0%BC%D1%8B_%D1%81%D0%BE%D0%B2%D1%80%D0%B5%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D0%B9_%D1%84%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D0%BA%D0%B8 .--Arbnos 00:06, 8 ноября 2015 (UTC)

Абсолютное время [ править код ]

Согласно СТО нет никакого абсолютного времени, поэтому вопрос о возрасте Вселенной (да и о будущем Вселенной) не имеет смысла. 37.215.42.23 00:24, 19 марта 2016 (UTC)

Боюсь, вы не в теме. Soshenkov (обс.) 23:45, 16 марта 2017 (UTC)

Гамильтонов формализм и дифференциальная парадигма Ньютона [ править код ]

1. Является ли самой фундаментальной проблемой физики тот удивительный факт, что (до сих пор) все фундаментальные теории выражаются через гамильтонов формализм?

2. Является ли ещё более удивительным и совершенно необъяснимым фактом зашифрованная во второй анаграмме гипотеза Ньютона о том, что законы природы выражаются через дифференцитальные уравнения ? Является ли эта гипотеза исчерпывающей или она допускает иные математические обобщения?

3. Проблема биологической эволюции - следствие фундаментальных физических законов, или это самостоятельный феномен? Не является ли феномен биологической эволюции прямым следствием дифференциальной гипотезы Ньютона? Soshenkov (обс.) 23:43, 16 марта 2017 (UTC)

Пространство, время и масса [ править код ]

Что такое "пространство" и "время"? Каким образом массивные тела "искривляют" пространство и влияют на время? Каким образом "искривлённое" пространство взимодействует с телами, вызывая всемирное тяготение, и фотонами, изменяя их траекторию? И при чём тут энтропия? (Пояснение. ОТО даёт формулы, по которым можно, например, рассчитать релятивистские поправки для часов глобальной навигационной спутниковой системы, но она даже не ставит перечисленные вопросы. Если рассматривать аналогию с термодинамикой газа, то ОТО соответствует уровню термодинамики газа на уровне макроскопических параметров (давление, плотность, температура), а тут нужен аналог на уровне молекулярно-кинетической теории газа. Может, гипотетические теории квантовой гравитации объяснят искомое...) P36M AKrigel /обс 17:36, 31 декабря 2018 (UTC) Интересно узнать причины и увидеть ссылку на дискуссию. Я поэтому здесь и спросил, известная нерешённая проблема, в обществе более известная, чем большинство из статьи (по моему субъективному мнению). Даже детям о ней рассказывают в образовательных целях: в Москве в «Экспериментариуме» отдельный стенд с этим эффектом. Несогласные, отзовитесь, пожалуйста. Jukier (обс.) 06:33, 1 января 2019 (UTC)

• • Тут всё просто. "Серьёзные" научные журналы опасаются публиковать материалы по спорным и неясным вопросам, чтобы не потерять свою репутацию. Статьи в прочих изданиях никто не читает и опубликованные в них результаты ни на что не влияют. Полемика публикуется вообще в исключительных случаях. Авторы учебников стараются избегать писать о том, чего они не понимают. Энциклопедия - не место для дискуссий. Правила ВП требуют, чтобы материал статей был основан на АИ, а в спорах между участниками был достигнут консенсус. Ни то ни другое требование в случае публикации статьи по нерешенным вопросам физики достигнуть невозможно. Трубка Ранка лишь частный пример большой проблемы. В теоретической метеорологии дело обстоит более серьёзно. Вопрос о термическом равновесии в атмосфере - базовый, его замять невозможно, а теории то нет. Без этого все прочие рассуждения лишены научного основания. Студентам об этой проблеме, как нерешенной, профессора не рассказывают, а учебники врут по разному. Речь идёт в первую очередь о равновесном градиенте температуры ]

    Синодический период и вращение вокруг оси планет земной группы. Земля и Венера повёрнуты одной стороной к друг другу во время нахождения на одной оси с солнцем. Так же как и Земля с Меркурием. Т.е. период вращения Меркурия синхронизирован с Землёй, а не Солнцем (хотя очень долго считалось что он будет синхронизирован с солнцем как Земля синхронизировалась с Луной). speakus (обс.) 18:11, 9 марта 2019 (UTC)

    • Если найдете источник, в котором об этом говориться как о нерешённой проблеме, то это можете это добавить. - Алексей Копылов 21:00, 15 марта 2019 (UTC)

    Ниже мы приведем список нерешенных проблем современной физики.

    Некоторые из этих проблем носят теоретический характер. Это означает, что существующие теории оказываются неспособными объяснить определённые наблюдаемые явления или экспериментальные результаты.

    Другие проблемы являются экспериментальными, а это означает, что имеются трудности в создании эксперимента по проверке предлагаемой теории или по более подробному исследованию какого-либо явления.

    Некоторые из этих проблем тесно взаимосвязаны. Например, дополнительные измерения или суперсимметрия могут решить проблему иерархии. Считается, что полная теория квантовой гравитации способна ответить на бо́льшую часть из перечисленных вопросов.

    Каким будет конец Вселенной?

    Разгадка во многом зависит от тёмной энергии, которая остаётся неизвестным членом уравнения.

    Тёмная энергия ответственна за ускоряющееся расширение Вселенной, но ее происхождение - тайна, покрытая мраком. Если тёмная энергия постоянна в течение долгого времени, нас, вероятно, ждёт «большое замораживание»: Вселенная продолжит расширяться всё быстрее, и в конечном счёте галактики настолько удалятся друг от друга, что нынешняя пустота космоса покажется детской забавой.

    

    Если тёмная энергия возрастает, расширение станет настолько быстрым, что увеличится пространство не только между галактиками, но и между звёздами, то есть сами галактики будут разорваны; этот вариант называется «большим разрывом».

    Ещё один сценарий состоит в том, что тёмная энергия уменьшится и уже не сможет противодействовать силе тяжести, что заставит Вселенную свернуться («большое сжатие»).

    Ну а суть в том, что, как бы ни разворачивались события, мы обречены. До этого ещё, впрочем, миллиарды или даже триллионы лет - достаточно, чтобы разобраться в том, как же всё-таки погибнет Вселенная.

    Квантовая гравитация

    Несмотря на активные исследования, теория квантовой гравитации пока не построена. Основная трудность в её построении заключается в том, что две физические теории, которые она пытается связать воедино, - квантовая механика и общая теория относительности (ОТО) - опираются на разные наборы принципов.

    Так, квантовая механика формулируется как теория, описывающая временну́ю эволюцию физических систем (например атомов или элементарных частиц) на фоне внешнего пространства-времени .

    В ОТО внешнего пространства-времени нет - оно само является динамической переменной теории, зависящей от характеристик находящихся в нём классических систем.

    При переходе к квантовой гравитации, как минимум, нужно заменить системы на квантовые (то есть произвести квантование). Возникающая связь требует какого-то квантования геометрии самого пространства-времени, причём физический смысл такого квантования абсолютно неясен и сколь-либо успешная непротиворечивая попытка его проведения отсутствует.

    Даже попытка провести квантование линеаризованной классической теории гравитации (ОТО) наталкивается на многочисленные технические трудности - квантовая гравитация оказывается неперенормируемой теорией вследствие того, что гравитационная постоянная является размерной величиной.

    Ситуация усугубляется тем, что прямые эксперименты в области квантовой гравитации, из-за слабости самих гравитационных взаимодействий, недоступны современным технологиям. В связи с этим в поиске правильной формулировки квантовой гравитации приходится пока опираться только на теоретические выкладки.

    Бозон Хиггса не имеет абсолютно никакого смысла. Почему же он существует?

    Бозон Хиггса объясняет, как все остальные частицы приобретают массу, но в то же время поднимает множество новых вопросов. Например, почему бозон Хиггса взаимодействует со всеми частицами по-разному? Так, t-кварк взаимодействует с ним сильнее, чем электрон, из-за чего масса первого намного выше, чем у второго.

    Кроме того, бозон Хиггса - первая элементарная частица с нулевым спином.

    «Перед нами совершенно новая область физики элементарных частиц, - говорит учёный Ричард Руис  - Мы понятия не имеем, какова её природа».

    Излучение Хокинга

    Производят ли чёрные дыры тепловое излучение, как это предсказывает теория? Содержит ли это излучение информацию об их внутренней структуре или нет, как следует из оригинального расчета Хокинга?

    

    Почему случилось так, что Вселенная состоит из материи, а не антиматерии?

    Антиматерия - та же материя: она обладает точно такими же свойствами, как вещество, из которого состоят планеты, звёзды, галактики.

    Отличие только одно - заряд. Согласно современным представлениям, в новорождённой Вселенной того и другого было поровну. Вскоре после Большого взрыва материя и антиматерия аннигилировали (прореагировали с взаимным уничтожением и возникновением других частиц друг друга).

    Спрашивается, как так вышло, что некоторое количество материи всё-таки осталось? Почему именно материя добилась успеха, а антивещество проиграло «перетягивание каната»?

    Чтобы объяснить это неравенство, учёные усердно ищут примеры нарушения CP-инвариантности, то есть процессов, при которых частицы предпочитают распадаться с образованием материи, но не антиматерии.

    «Прежде всего хотелось бы понять, различаются ли нейтринные осцилляции (превращение нейтрино в антинейтрино) между нейтрино и антинейтрино, - говорит поделившаяся вопросом Алисия Мэрино из Колорадского университета. - Ничего подобного до сих пор не наблюдалось, но мы надеемся на следующее поколение экспериментов».

    Теория всего

    Существует ли теория, которая объясняет значения всех фундаментальных физических констант? Существует ли теория, которая объясняет, почему законы физики таковы, как они есть?

    Для обозначения теории, которая бы объединила все четыре фундаментальные взаимодействия в природе.

    В течение двадцатого века было предложено множество «теорий всего», но ни одна из них не смогла пройти экспериментальную проверку, или существуют значительные затруднения в организации экспериментальной проверки для некоторых из кандидатов.

    Бонус: Шаровая молния

    Какова природа этого явления? Является ли шаровая молния самостоятельным объектом или подпитывается энергией извне? Все ли шаровые молнии имеют одну и ту же природу или существуют разные их типы?

    

    Шаровая молния - светящийся плавающий в воздухе огненный шар, уникально редкое природное явление.

    Единой физической теории возникновения и протекания этого явления к настоящему времени не представлено, также существуют научные теории, которые сводят феномен к галлюцинациям.

    Существуют около 400 теорий, объясняющих явление, но ни одна из них не получила абсолютного признания в академической среде. В лабораторных условиях похожие, но кратковременные явления удалось получить несколькими разными способами, так что вопрос о природе шаровой молнии остаётся открытым. По состоянию на конец XX века не было создано ни одного опытного стенда, на котором это природное явление искусственно воспроизводилось бы в соответствии с описаниями очевидцев шаровой молнии.

    Широко распространено мнение, что шаровая молния - явление электрического происхождения, естественной природы, то есть представляет собой особого вида молнию, существующую продолжительное время и имеющую форму шара, способного перемещаться по непредсказуемой, иногда удивительной для очевидцев траектории.

    Традиционно достоверность многих свидетельств очевидцев шаровой молнии остаётся под сомнением, в том числе:

    • сам факт наблюдения хоть какого-то явления;
    • факт наблюдения именно шаровой молнии, а не какого-то другого явления;
    • отдельные подробности явления, приводимые в свидетельстве очевидца.

    Сомнения в достоверности многих свидетельств осложняют изучение явления, а также создают почву для появления разных спекулятивно-сенсационных материалов, якобы связанных с этим явлением.

    По материалам: несколько десятков статей из

    Актуальные проблемы – значит важные для данного времени. Когда-то актуальность проблем физики была совсем иной. Решались вопросы типа «почему ночью становится темно», «почему дует ветер» или «почему вода мокрая». Давайте посмотрим, над чем ломают головы ученые в наши дни.

    Несмотря на то, что мы можем все полнее и подробнее объяснить окружающий мир, вопросов со временем становится все больше. Ученые устремляют мысли и приборы в глубины Вселенной и дебри атомов, находя там такие вещи, которые пока не поддаются объяснению.

    Нерешенные проблемы физики

    Часть актуальных и нерешенных вопросов современной физики носит чисто теоретический характер. Некоторые проблемы теоретической физики просто невозможно проверить экспериментально. Еще одна часть – это вопросы, связанные с экспериментами.

    Например, эксперимент не согласуется с ранее разработанной теорией. Существуют также прикладные задачи. Пример: экологические проблемы физики, связанные с поиском новых источников энергии. Наконец, четвертая группа – чисто философские проблемы современной науки, ищущие ответ на «главный вопрос смысла жизни, Вселенной и всего такого».

    
    

    Темная энергия и будущее Вселенной

    Согласно сегодняшним представлениям Вселенная расширяется. Причем по данным анализа реликтового излучения и излучения сверхновых, расширяется с ускорением. Расширения происходит за счет темной энергии. Темная энергия – это неопределенный вид энергии, который был введен в модель Вселенной для объяснения ускоренного расширения. Темная энергия не взаимодействует с материей известными нам способами, и ее природа – большая загадка. Есть два представления о темной энергии:

    • Согласно первому она заполняет Вселенную равномерно, то есть является космологической константой и имеет постоянную энергетическую плотность.
    • Согласно второму динамическая плотность темной энергии меняется в пространстве и времени.

    В зависимости от того, какое из представлений о темной энергии верно, можно предположить дальнейшую судьбу Вселенной. Если плотность темной энергии растет, то нас ждет Большой разрыв , в котором вся материя развалится.

    Еще один вариант – Большое сжатие , когда гравитационные силы победят, расширение остановится и сменится сжатием. При таком сценарии все, что было во Вселенной, сначала коллапсирует в отдельные черные дыры, а потом схлопнется в одну общую сингулярность.

    Множество неразрешенных вопросов связано с черными дырами и их излучением. Читайте отдельную об этих загадочных объектах.

    
    

    Материя и антиматерия

    Все, что мы наблюдаем вокруг себя – материя , состоящая из частиц. Антиматерия – это вещество, состоящее из античастиц. Античастица – это двойник частицы. Единственное отличие частицы и античастицы – это заряд. Например, заряд электрона – отрицательный, тогда как его двойник из мира античастиц – позитрон – имеет такой же по величине положительный заряд. Получить античастицы можно в ускорителях частиц, однако никто не встречал их в природе.

    При взаимодействии (столкновении) материя и антиматерия аннигилируют, в результате образуются фотоны. Почему во Вселенной преобладает именно вещество – большой вопрос современной физики. Предполагается, что эта асимметрия возникла в первые доли секунды после Большого взрыва.

    Ведь если бы вещества и антивещества было поровну, все частицы бы аннигилировали, оставив в результате только фотоны. Есть предположения, что дальние и совсем неизученные области Вселенной заполнены антивеществом. Но так ли это, еще предстоит выяснить, проведя огромную мозговую работу.

    Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на

    
    

    Теория всего

    Есть ли теория, которая может объяснить абсолютно все физические явления на элементарном уровне? Наверное, есть. Другой вопрос - можем ли мы до нее додуматься. Теория всего , или Теория Великого объединения – это теория, которая объясняет значения всех известных физических констант и объединяет 5 фундаментальных взаимодействий:

    • сильное взаимодействие;
    • слабое взаимодействие;
    • электромагнитное взаимодействие;
    • гравитационное взаимодействие;
    • поле Хиггса.

    Кстати, о том, что такое и почему он так важен, вы можете почитать в нашем блоге.

    Среди множества предложенных теорий всего ни одна не прошла экспериментальную проверку. Одним из самых перспективных направлений в этом вопросе является объединение квантовой механики и общей теории относительности в теорию квантовой гравитации . Однако данные теории имеют разные области применения, и пока что все попытки их объединения приводят к расходимости, которую не удается убрать.

    
    

    Сколько существует измерений?

    Мы привыкли к трехмерному миру. Можем двигаться в известных нам трех измерениях вперед-назад, вверх и вниз, чувствуя себя комфортно. Однако существует M-теория , согласно которой есть аж 11 измерений, лишь 3 из которых доступны нам.

    Представить это достаточно сложно, если не невозможно. Правда, для таких случаев существует математический аппарат, который помогает справиться с проблемой. Чтобы не взорвать мозг себе и вам, мы не будем приводить математические выкладки из М-теории. Лучше приведем цитату физика Стивена Хокинга:

    Мы всего лишь развитые потомки обезьян на маленькой планете с ничем не примечательной звездой. Но у нас есть шансы постичь Вселенную. Это и делает нас особенными.

    Что говорить о далеком космосе, когда знаем далеко не все о нашем родном доме. Например, до сих пор нет четкого объяснения происхождению и периодической инверсии его полюсов.

    Загадок и задач очень много. Такие же нерешенные задачи есть и в химии, астрономии, биологии, математике, философии. Разгадывая одну тайну, мы получаем две взамен. В этом и есть радость познания. Напомним, что с любой задачей, какой бы она не была сложной, вам помогут справиться . Проблемы обучения физике, как и любой другой науке, решаются гораздо легче, чем фундаментальные научные вопросы.

    
    
    Предыдущая статья: Чему равна скорость света Следующая статья: Чувственное и рациональное в познавательном процессе