10 megoldatlan probléma modern fizika
Az alábbiakban a modern fizika megoldatlan problémáit mutatjuk be.

E problémák egy része elméleti jellegű. Ez azt jelenti, hogy a meglévő elméletek nem képesek megmagyarázni bizonyos megfigyelt jelenségeket vagy kísérleti eredményeket.

Más problémák kísérleti jellegűek, ami azt jelenti, hogy nehézségekbe ütközik egy kísérlet létrehozása egy javasolt elmélet tesztelésére vagy egy jelenség részletesebb tanulmányozására.

E problémák némelyike ​​szorosan összefügg egymással. Például, további méretek vagy szuperszimmetria oldhatja meg a hierarchia problémát. Úgy gondolják, hogy a kvantumgravitáció teljes elmélete választ ad a legtöbb ilyen kérdésre.

Milyen lesz az Univerzum vége?

A válasz nagymértékben függ a sötét energiától, amely az egyenlet ismeretlen tagja marad.

A sötét energia felelős az Univerzum gyorsuló tágulásáért, eredete azonban sötétségbe burkolt rejtély. Ha a sötét energia állandó marad az idő múlásával, akkor valószínűleg "nagy fagyást" tapasztalunk: az univerzum továbbra is gyorsabban fog tágulni, és végül a galaxisok olyan távol kerülnek egymástól, hogy a tér jelenlegi üressége gyerekjátéknak fog tűnni.

Ha a sötét energia növekszik, a tágulás olyan gyors lesz, hogy nemcsak a galaxisok, hanem a csillagok közötti tér is megnő, vagyis maguk a galaxisok is szétszakadnak; ezt az opciót "nagy résnek" nevezik.

Egy másik forgatókönyv szerint a sötét energia csökkenni fog, és többé nem lesz képes ellensúlyozni a gravitációs erőt, ami az Univerzum összeomlását okozza (a „nagy összeroppanás”).

Nos, a lényeg az, hogy bárhogyan is alakulnak az események, végünk van. Előtte azonban még több milliárd vagy akár billió év van – elég ahhoz, hogy kitaláljuk, hogyan fog meghalni az Univerzum.

Kvantumgravitáció

Az aktív kutatás ellenére a kvantumgravitáció elméletét még nem sikerült megalkotni. Felépítésének fő nehézsége az, hogy a két fizikai elmélet – a kvantummechanika és az általános relativitáselmélet (GR) –, amelyeket összekapcsolni próbál. különböző készletek elveket.

Így, kvantummechanika elméletként fogalmazódott meg, amely leírja a fizikai rendszerek (például atomok ill elemi részecskék) a külső téridő hátterében.

Az általános relativitáselméletben nincs külső téridő  – maga dinamikus változó elmélet, a benne foglaltak jellemzőitől függően klasszikus rendszerek

Amikor megy kvantumgravitáció Legalább a rendszereket kvantumosakra kell cserélni (vagyis kvantálni). A kialakuló kapcsolat megköveteli magának a téridő geometriájának valamilyen kvantálását, ill fizikai jelentése az ilyen kvantálás teljesen tisztázatlan, és nincs sikeres következetes kísérlet a végrehajtására.

Még a linearizált kvantálási kísérlete is klasszikus elmélet A gravitáció (GR) számos technikai nehézségbe ütközik  – a kvantumgravitáció nem renormalizálható elméletnek bizonyul, mivel a gravitációs állandó egy dimenziós mennyiség.

A helyzetet súlyosbítja, hogy a kvantumgravitáció területén végzett közvetlen kísérletek a gravitációs kölcsönhatások, nem elérhető modern technológiák. Ebben a tekintetben a keresésben helyes megfogalmazás a kvantumgravitációnak eddig csak elméleti számításokra kell hagyatkoznia.

A Higgs-bozonnak semmi értelme. Miért létezik?

A Higgs-bozon megmagyarázza, hogy az összes többi részecske hogyan szerez tömeget, de számos új kérdést is felvet. Például miért lép kölcsönhatásba a Higgs-bozon az összes részecskével különbözőképpen? Így a t-kvark erősebben lép kölcsönhatásba vele, mint az elektron, ezért az első tömege sokkal nagyobb, mint a másodiké.

Ráadásul a Higgs-bozon az első nulla spinű elemi részecske.

„Egyáltalán ott van előttünk új terület a részecskefizika – mondja Richard Ruiz tudós –, fogalmunk sincs, mi a természete.

Hawking-sugárzás

Fekete lyukak termelnek hősugárzás, ahogy az elmélet megjósolja? Tartalmaz-e ez a sugárzás információt azokról belső szerkezet vagy sem, ahogy azt Hawking eredeti számítása sugallja?

Miért történt, hogy az Univerzum anyagból áll, és nem antianyagból?

Az antianyag ugyanaz az anyag: pontosan ugyanolyan tulajdonságokkal rendelkezik, mint az anyag, amelyből bolygók, csillagok és galaxisok készülnek.

Az egyetlen különbség a töltés. Alapján modern ötletek, az újszülött Univerzumban mindkettőből egyenlő mennyiség volt. Nem sokkal ezután nagy durranás az anyag és az antianyag megsemmisült (kölcsönös pusztítással és egymás más részecskéinek megjelenésével reagál).

A kérdés az, hogyan történhetett, hogy mégis maradt némi anyag? Miért sikerült az anyagnak, és miért vesztette el az antianyag a kötélhúzást?

Ennek az egyenlőtlenségnek a magyarázatára a tudósok szorgalmasan keresnek példákat a CP megsértésére, vagyis olyan folyamatokra, amelyekben a részecskék inkább bomlanak le, és nem antianyagot képeznek.

„Először is azt szeretném megérteni, hogy a neutrínók rezgései (a neutrínók átalakulása antineutrínókká) különböznek-e a neutrínók és az antineutrínók között” – mondja Alicia Marino, a Colorado Egyetem munkatársa, aki megosztotta a kérdést. 

"Ilyet korábban nem figyeltek meg, de várjuk a kísérletek következő generációját."

Mindennek elmélete Van-e olyan elmélet, amely megmagyarázza minden alapvető jelentését fizikai állandók

"Ilyet korábban nem figyeltek meg, de várjuk a kísérletek következő generációját."   ? Van-e olyan elmélet, amely megmagyarázza, hogy a fizika törvényei miért olyanok, amilyenek? — egy hipotetikus egyesített fizikai és matematikai elmélet, amely leírja az összes ismertet.

alapvető kölcsönhatások Alapvetően ezt a kifejezést

ironikusan használják különféle általánosított elméletekre. Idővel ez a kifejezés meghonosodott a kvantumfizika népszerűsítésében, hogy olyan elméletet jelöljön, amely a természetben mind a négy alapvető kölcsönhatást egyesíti. A huszadik század során számos "mindenről szóló elméletet" javasoltak, de egyik sem tudott átmenni a kísérleti teszteken, vagy jelentős nehézségek adódtak a szervezésben. kísérleti ellenőrzés

néhány jelölt számára.

Bónusz: Golyóvillám Mi ennek a jelenségnek a természete? A gömbvillám független tárgy, vagy kívülről jövő energia táplálja? Ez minden gömbvillám

Ugyanolyan természetűek, vagy különböző típusok vannak? Gömbvillám —egy izzó tűzgömb, amely a levegőben lebeg, egyedülállóan ritka.

természeti jelenség Egyesült fizikai elmélet e jelenség előfordulását és lefolyását a mai napig nem mutatták be; tudományos elméletek

, amelyek a jelenséget hallucinációkká redukálják. Körülbelül 400 elmélet magyarázza a jelenséget, de egyik sem kapott abszolút elismerést a tudományos környezetben. BAN BEN laboratóriumi körülmények Hasonló, de rövid távú jelenségekre többen jutottak különböző utak

Elterjedt az a vélemény, hogy a gömbvillám elektromos eredetű, természetes természetű jelenség, vagyis reprezentálja speciális típus villám létező hosszú időés labda alakú, amely előre nem látható pályán mozoghat, ami néha meglepő a szemtanúk számára.

Hagyományosan a gömbvillámról szóló szemtanúk beszámolóinak megbízhatósága továbbra is kétséges, többek között:

• maga a tény, hogy legalább valamilyen jelenséget megfigyelünk;
• a gömbvillám megfigyelésének ténye, és nem valami más jelenség;
• a jelenség szemtanúi beszámolójában közölt egyes részletei.

A számos bizonyíték megbízhatóságával kapcsolatos kétségek megnehezítik a jelenség tanulmányozását, és megteremtik a terepet különféle spekulatív és szenzációs anyagok megjelenéséhez, amelyek állítólagosan kapcsolódnak ehhez a jelenséghez.

Anyagok alapján: több tucat cikk innen

Az élet ökológiája. A szabványon kívül logikai problémák mint "ha egy fa kidől az erdőben és senki nem hallja, ad hangot?", számtalan rejtvény

Az olyan szokásos logikai problémákon túl, mint a „ha egy fa kidől az erdőben, és senki sem hallja, ad ki hangot?”, számtalan rejtvény továbbra is kihívást jelent az emberek elméjében minden tudományágban. modern tudományés bölcsészettudományok.

Olyan kérdések, mint „van univerzális meghatározás„szavak”?”, „Létezik-e a szín fizikailag, vagy csak a tudatunkban jelenik meg?” és "mi a valószínűsége annak, hogy holnap felkel a nap?" ne hagyd aludni az embereket. Ezeket a kérdéseket minden területen összegyűjtöttük: orvostudomány, fizika, biológia, filozófia és matematika, és úgy döntöttünk, hogy feltesszük őket Önnek. Tudsz válaszolni?

Miért követnek el öngyilkosságot a sejtek?

Az apoptózisként ismert biokémiai eseményt néha „programozott sejthalálnak” vagy „sejt-öngyilkosságnak” is nevezik. A tudomány által teljesen nem értett okok miatt a sejtek képesek "dönteni a halál mellett" nagyon szervezett és elvárható módon, ami teljesen különbözik a nekrózistól (betegség vagy sérülés okozta sejthalál). Körülbelül 50-80 milliárd sejt pusztul el a programozott sejthalál következtében emberi test minden nap, de a mögöttük rejlő mechanizmust és még ezt a szándékot sem értjük teljesen.

Egyrészt a túl sok programozott sejthalál izomsorvadáshoz és izomgyengeséghez vezet, másrészt a megfelelő apoptózis hiánya lehetővé teszi a sejtek szaporodását, ami rákhoz vezethet. Általános koncepció Az apoptózist először a németek írták le tudós Karl Vogt 1842-ben. Azóta jelentős előrelépés történt a folyamat megértésében, de még mindig nincs rá teljes magyarázat.

A tudat számítási elmélete

Egyes tudósok az elme tevékenységét a számítógép információfeldolgozási módjával azonosítják. Így a 60-as évek közepén fejlesztették ki számítási elmélet eszméleténél, és a férfi komolyan harcolni kezdett a gép ellen. Egyszerűen fogalmazva, képzeld el, hogy az agyad egy számítógép, a tudatod pedig az operációs rendszer amely irányítja azt.

Ha belemerülünk a számítástechnika kontextusába, az analógia egyszerű: elméletileg a programok egy sor bemenet alapján állítanak elő adatokat ( külső ingerek, látvány, hang stb.) és a memória (amely egyszerre tekinthető fizikai merevlemeznek és a mi pszichológiai memória). A programokat olyan algoritmusok vezérlik, amelyek rendelkeznek végső szám lépések megismétlése különböző bemenetek szerint. Az agyhoz hasonlóan a számítógépnek is ábrázolnia kell azt, amit fizikailag nem tud kiszámítani – és ez az egyik legerősebb érv ezen elmélet mellett.

A számítási elmélet azonban abban különbözik a tudat reprezentációs elméletétől, hogy nem minden állapot reprezentatív (mint például a depresszió), és ezért nem lesz képes reagálni a számítási hatásokra. De ez a probléma filozófiai: a tudat számítási elmélete jól működik mindaddig, amíg a depressziós agy „átprogramozása” nem történik meg. Nem tudjuk visszaállítani magunkat a gyári beállításokra.

A tudatosság nehéz problémája

A filozófiai párbeszédekben a „tudatot” „qualiaként” határozzák meg, és a qualia problémája valószínűleg örökké kísérteni fogja az emberiséget. Qualia leírja egyéni megnyilvánulásai szubjektív tudatos tapasztalat - pl. fejfájás. Mindannyian tapasztaltuk már ezt a fájdalmat, de nem lehet mérni, hogy ugyanazt a fejfájást tapasztaltuk-e, vagy ugyanaz volt, mert a fájdalom átélése a mi érzékelésünkön alapul.

Bár sok tudományos kísérlet történt a tudat meghatározására, soha senki nem dolgozott ki általánosan elfogadott elméletet. Egyes filozófusok megkérdőjelezték ennek lehetőségét.

Getye problémája

Goethier problémája a következő: „Vajon egy igazolt igaz hit tudás?” Ez logikai rejtvény a legaggasztóbbak közé tartozik, mert megkívánja, hogy mérlegeljük, vajon az igazság univerzális állandó-e. Súlyt is emel gondolatkísérletekés filozófiai érvek, beleértve az „igazolt igaz hitet”:

Az A alany tudja, hogy a B állítás akkor és csak akkor igaz, ha:

B igaz

és A azt hiszi, hogy B igaz,

és A meg van győződve arról, hogy az a hiedelem, hogy B igaz, jogos.

Az olyan problémakritikusok, mint Goethier, úgy vélik, hogy lehetetlen bármit megindokolni, ami nem igaz (mivel az „igazságot” olyan fogalomnak tekintik, amely megváltoztathatatlan állapotba emeli az érvet). Nemcsak azt nehéz meghatározni, hogy mit jelent valakinek igaznak lenni, hanem azt is, hogy mit jelent azt hinni, hogy igaz. És ez nagy hatással volt mindenre a törvényszéki szakértőktől az orvostudományig.

Minden szín a fejünkben van?

Az egyik legnehezebb emberi tapasztalat megmarad a színérzékelés: valóban fizikai tárgyak világunkban van egy szín, amit felismerünk és feldolgozunk, vagy a színátadás folyamata kizárólag a fejünkben történik?

Tudjuk, hogy a virágok létezésének kell különböző hosszúságú hullámok, de ha színérzékelésünkről van szó, általános nevezéktanunk ill egyszerű tény hogy valószínűleg felrobbanna a fejünk, ha hirtelen egy soha nem látott színnel találkoznánk univerzális palettánkon, ez az ötlet továbbra is ámulatba ejti a tudósokat, filozófusokat és mindenki mást.

Mi a sötét anyag?

Az asztrofizikusok tudják, mit sötét anyag nem, de ez a meghatározás egyáltalán nem felel meg nekik: bár még a legtöbb segítségével sem láthatjuk erős teleszkópok, tudjuk, hogy több van belőle az Univerzumban, mint a közönséges anyag. Nem nyeli el és nem bocsát ki fényt, de a nagy testek (bolygók stb.) gravitációs hatásainak különbsége arra késztette a tudósokat, hogy a mozgásukban valami láthatatlan is szerepet játszik.

Az először 1932-ben javasolt elmélet nagyrészt a „hiányzó tömeg” problémájára bontakozott ki. A fekete anyag létezése bizonytalan marad, de a tudományos közösség kénytelen tényként elfogadni létezését, bármi legyen is az.

Napkelte probléma

Mennyi annak a valószínűsége, hogy holnap felkel a nap? Filozófusok és statisztikusok évezredek óta teszik fel ezt a kérdést, és próbálnak megcáfolhatatlan képletet kitalálni erre a napi eseményre. Ez a kérdés a valószínűségszámítás korlátait hivatott bemutatni. A nehézség akkor merül fel, amikor azt gondoljuk, hogy sok különbség van egy személy előzetes tudása, az emberiség előzetes tudása és az univerzum előzetes tudása között, hogy fel fog-e kelni a nap.

Ha p a napkeltek hosszú távú gyakorisága, és a p egységes valószínűségi eloszlást alkalmazunk, majd az értéket p minden nap növekszik, amikor a nap valóban felkel, és látjuk (az egyén, az emberiség, az Univerzum), hogy ez megtörténik.

137 elem

Richard Feynmanról nevezték el, a javasolt végső elemet periódusos táblázat Mengyelejev „Feynmánium”-ja olyan elméleti elem, amely az utolsó lehetséges elemmé válhat; a 137-es számú túllépéshez az elemeknek el kell mozogniuk gyorsabb sebesség Sveta. Felmerült, hogy a #124 feletti elemek nem lennének elég stabilak ahhoz, hogy néhány nanomásodpercnél tovább fennmaradjanak, ami azt jelenti, hogy egy olyan elem, mint a Feynmánium, spontán hasadással elpusztulna, mielőtt tanulmányozható lenne.

Ami még érdekesebb, hogy a 137-es számot okkal választották Feynman tiszteletére; azt hitte, hogy ez a szám mély jelentés, hiszen „1/137 = majdnem pontosan az úgynevezett finomszerkezeti állandó értéke, egy dimenzió nélküli mennyiség, amely meghatározza az elektromágneses kölcsönhatás erősségét.”

A nagy kérdés továbbra is az, hogy létezhet-e egy ilyen elem a pusztán elméleten túl, és ez megtörténik-e a mi életünkben?

Van-e univerzális definíciója a „szó” szónak?

A nyelvészetben a szó egy kis kijelentés, amelynek lehet valamilyen jelentése: gyakorlati vagy szó szerinti értelemben. Egy morféma, amely egy kicsit kisebb, de amivel még jelentést tud adni, a szóval ellentétben nem állhat meg egyedül. Kimondhatja a „-stvo”-t, és megértheti, mit jelent, de nem valószínű, hogy az ilyen töredékekből készült beszélgetésnek lesz értelme.

A világ minden nyelvének megvan a maga lexikona, amely lexémákra oszlik, amelyek formák egyes szavak. A lexémák rendkívül fontosak egy nyelv számára. De megint többet általános értelemben, a beszéd legkisebb egysége a szó marad, amely önmagában is megállja a helyét, és jelentése lesz; Igaz, továbbra is gondok maradnak például a partikulák, elöljárószavak és kötőszavak meghatározásával, mivel a kontextuson kívül nincs különösebb jelentésük, bár általános értelemben szavak maradnak.

Millió dolláros paranormális erők

1964-es kezdete óta körülbelül 1000 ember vett részt a Paranormal Challenge-en, de díjat még soha senki nem nyert. A James Randi Oktatási Alapítvány egymillió dollárt ajánl fel mindenkinek, aki tudományosan bizonyítani tudja természetfeletti vagy paranormális képességeit. Az évek során nagyon sok médium próbált bizonyítani, de kategorikusan elutasították őket. Ahhoz, hogy minden sikeres legyen, a pályázónak meg kell kapnia a jóváhagyást Oktatási intézmény vagy más megfelelő szintű szervezet.

Bár az 1000 jelentkező közül egy sem tudta bizonyítani a megfigyelhető mentális jelenlétét paranormális képességek Randy azt mondta, hogy a versenyzők közül "nagyon kevesen" érezték úgy, hogy kudarcukat a tehetség hiánya okozta. A sikertelenséget többnyire mindenki az idegességnek tulajdonította.

A probléma az, hogy ezt a versenyt aligha nyeri meg valaki. Ha valakinek van természetfeletti erők, ez azt jelenti, hogy nem magyarázhatók természetes tudományos megközelítés. Megkapod?

Megoldatlan problémák

Most, hogy megértjük, hogyan illeszkedik a tudomány mentális tevékenység Az emberről és annak működéséről látható, hogy nyitottsága lehetővé teszi az Univerzum teljesebb megértését különböző módokon. Új jelenségek merülnek fel, amelyekről a hipotézisek hallgatnak, és ennek megtörése érdekében új hipotéziseket állítanak fel, tele friss ötletekkel. Ezek alapján finomodnak a jóslatok. Új kísérleti berendezés készül. Mindez a tevékenység olyan hipotézisek megjelenéséhez vezet, amelyek pontosabban tükrözik az Univerzum viselkedését. És mindezt egyetlen cél érdekében - hogy megértsük az Univerzumot annak sokféleségében.

A tudományos hipotézisek az Univerzum szerkezetére vonatkozó kérdésekre adott válaszoknak tekinthetők. Feladatunk öt tanulmányozása legnagyobb problémák, a mai napig nem sikerült megoldani. A „nagy” szó olyan problémákra utal, amelyek messzemenő következményekkel járnak, a legfontosabbak további megértésünk szempontjából, vagy amelyek a legjelentősebbek. alkalmazott érték. Egyetlen nagy megoldatlan problémára szorítkozunk, amely mind az öt természettudományi ágból származik, és megpróbáljuk leírni, hogyan lehet felgyorsítani a megoldásukat. Természetesen az emberről és társadalomról szóló tudományoknak, a bölcsészettudományoknak és az alkalmazottaknak megvan a maguké megoldatlan problémák(például a tudat természete), de ez a kérdés túlmutat ennek a könyvnek a keretein.

Íme a legnagyobb megoldatlan problémák, amelyeket a természettudomány mind az öt ágában kiválasztottunk, és mi vezérelte a választásunkat.

Fizika. A testtömeg mozgáshoz kapcsolódó tulajdonságai (sebesség, gyorsulás és nyomaték, valamint a kinetikai és helyzeti energia) jól ismertek számunkra. És magának a tömegnek a természete, amely az Univerzum sok, de nem minden elemi részecskéjében rejlik, nem világos számunkra. A fizika legnagyobb megoldatlan problémája: Miért van egyes részecskéknek [nyugalmi] tömege, másoknak miért nincs?

Kémia. Az élő és élettelen testek kémiai reakcióinak tanulmányozását széles körben és nagyon sikeresen végzik. A kémia legnagyobb megoldatlan problémája: milyen kémiai reakciók lökött atomokat, hogy létrehozzák az első élőlényeket?

Biológia. Nemrég sikerült megszerezni számos élő szervezet genomját vagy molekuláris tervrajzát. A genomok információkat hordoznak az élő szervezetek közös fehérjéiről vagy proteomjairól. A biológia legnagyobb megoldatlan problémája: mi a proteom felépítése és célja?

Geológia. A lemeztektonikai modell kielégítően írja le a Föld felső héjainak kölcsönhatásának következményeit. De légköri jelenségek, különösen az időjárás típusa, úgy tűnik, dacol a megbízható előrejelzésekhez vezető modellek létrehozásával. A geológia legnagyobb megoldatlan problémája: lehetséges-e pontos, hosszú távú időjárás-előrejelzés?

Csillagászat. Bár az Univerzum általános felépítésének számos vonatkozása jól ismert, még mindig sok minden nem tisztázott a fejlődésében. A közelmúltbeli felfedezés, miszerint az Univerzum tágulási üteme növekszik, ahhoz az elképzeléshez vezet, hogy az korlátlan ideig fog tágulni. A csillagászat legnagyobb megoldatlan problémája: miért tágul az Univerzum egyre gyorsabban?

Sok más érdekes kérdéseket, amelyek ezekhez a feladatokhoz kapcsolódnak, útközben felmerülnek, és ezek egy része a jövőben maga is a legnagyobb lehet. Erről arról beszélünk a könyv utolsó részében: „Ötletek listája”.

William Harvey angol orvos A vérkeringés természetét meghatározó XVII. században azt mondta: „Minden, amit tudunk, végtelenül kicsi ahhoz képest, ami még ismeretlen számunkra.” Anatómiai tanulmány az állatok szívének és vérének mozgásáról”, 1628]. És ez igaz, hiszen a kérdések gyorsabban szaporodnak, mint ahogy megválaszolható lenne. Ahogy a tudomány által megvilágított tér tágul, úgy növekszik az azt körülvevő sötétség is.