• Fordítás

Az elemi részecskék és kölcsönhatások standard modellje a közelmúltban olyan teljessé vált, amennyire csak kívánni lehetett. Minden egyes elemi részecskét - minden lehetséges formájában - a laboratóriumban létrehoztak, megmértek, és meghatározták tulajdonságait. A leghosszabb élettartamúak, a felső kvark, az antikvark, a tau neutrínó és antineutrínó, végül a Higgs-bozon esett áldozatul képességeinknek.

Utóbbi - a Higgs-bozon - pedig egy régi fizika problémát is megoldott: végre bemutathatjuk, honnan veszik tömegüket az elemi részecskék!

Ez mind klassz, de a tudomány nem ér véget, ha befejezi ennek a rejtvénynek a megfejtését. Éppen ellenkezőleg, fontos kérdéseket vet fel, és ezek egyike a „mi következik?” A Standard Modellel kapcsolatban elmondhatjuk, hogy még nem tudunk mindent. És a legtöbb fizikus számára egy kérdés különösen fontos - ennek leírásához először vegyük figyelembe a Standard Modell következő tulajdonságát.

Egyrészt a gyenge, az elektromágneses és az erős erők nagyon fontosak lehetnek, az energiáiktól és a kölcsönhatások távolságától függően. De ez nem így van a gravitációnál.

Tetszőleges két elemi részecskét vehetünk – bármilyen tömegű és bármilyen kölcsönhatásnak kitéve –, és megállapíthatjuk, hogy a gravitáció 40 nagyságrenddel gyengébb, mint bármely más erő az Univerzumban. Ez azt jelenti, hogy a gravitációs erő 10 40-szer gyengébb, mint a három fennmaradó erő. Például, bár ezek nem alapvetőek, ha veszünk két protont és egy méterrel választjuk el őket egymástól, a köztük lévő elektromágneses taszítás 10 40-szer erősebb lesz, mint a gravitációs vonzás. Más szavakkal, a gravitációs erőt 10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000-szeresére kell növelnünk, hogy bármely más erővel egyenlő legyen.

Ebben az esetben nem lehet egyszerűen 10-20-szorosára növelni a proton tömegét úgy, hogy a gravitáció összehúzza őket, legyőzve az elektromágneses erőt.

Ehelyett ahhoz, hogy a fentiekhez hasonló reakciók spontán módon menjenek végbe, amikor a protonok legyőzik elektromágneses taszításukat, 10 56 protont kell összehozni. Csak összefogva és a gravitációs erőnek engedve tudják legyőzni az elektromágnesességet. Kiderült, hogy 10 56 proton alkotja egy csillag minimális lehetséges tömegét.

Ez az Univerzum működésének leírása – de nem tudjuk, miért működik úgy, ahogy működik. Miért olyan gyengébb a gravitáció, mint más kölcsönhatások? Miért olyan sokkal gyengébb a "gravitációs töltés" (azaz a tömeg), mint az elektromos vagy a szín, vagy akár gyenge?

Ez a hierarchia problémája, és sok okból ez a fizika legnagyobb megoldatlan problémája. Nem tudjuk a választ, de azt sem mondhatjuk, hogy teljesen tudatlanok vagyunk. Elméletileg van néhány jó ötletünk a megoldás megtalálására, és van egy eszközünk a helyességük bizonyítékának megtalálására.

Eddig a Large Hadron Collider – a legnagyobb energiájú ütköztető – soha nem látott energiaszintet ért el a laboratóriumban, adathalmazokat gyűjtött össze, és rekonstruálta az ütközési pontokon történteket. Ez magában foglalja az új, eddig nem látott részecskék létrejöttét (mint például a Higgs-bozon), valamint a Standard Modell régi, jól ismert részecskéinek megjelenését (kvarkok, leptonok, mérőbozonok). Ha vannak ilyenek, képes bármilyen más, a standard modellben nem szereplő részecskék előállítására is.

Négy lehetséges módot ismerek – vagyis négy jó ötletet – a hierarchiaprobléma megoldására. A jó hír az, hogy ha a természet valamelyiket választja, az LHC megtalálja! (És ha nem, a keresés folytatódik.)

A néhány évvel ezelőtt talált Higgs-bozonon kívül nem találtak új alapvető részecskéket az LHC-ban. (Sőt, egyáltalán nem figyelhető meg érdekes új részecskejelölt). És mégis, a talált részecske teljes mértékben megfelelt a Standard Modell leírásának; nem láttak statisztikailag szignifikáns utalásokat az új fizikára. Nem kompozit Higgs-bozonokra, nem több Higgs-részecskére, sem nem szabványos bomlásokra, semmi ilyesmire.

De most elkezdtünk adatokat gyűjteni még magasabb energiákról, a korábbiak kétszereséről, akár 13-14 TeV-ig, hogy valami mást találjunk. És mik a lehetséges és ésszerű megoldások a hierarchia problémájára ebben a szellemben?

1) Szuperszimmetria vagy SUSY. A szuperszimmetria egy speciális szimmetria, amely képes arra, hogy bármely olyan részecskének normál tömege, amely elég nagy ahhoz, hogy a gravitáció összehasonlítható legyen más hatásokkal, nagy pontossággal kioltsa egymást. Ez a szimmetria azt is sugallja, hogy a standard modellben minden részecskének van egy szuperrészecske-partnere, és öt Higgs-részecske és öt szuperpartnerük van. Ha létezik ilyen szimmetria, meg kell törni, különben a szuperpartnerek tömege megegyezik a közönséges részecskékkel, és már régen megtalálták volna.

Ha a SUSY a hierarchia probléma megoldására alkalmas léptékben létezik, akkor a 14 TeV energiát elérő LHC-nek találnia kell legalább egy szuperpartnert, valamint egy második Higgs-részecskét. Ellenkező esetben a nagyon nehéz szuperpartnerek létezése egy újabb hierarchia problémához vezet, amelyre nem lesz jó megoldás. (Érdekes módon a SUSY részecskék hiánya minden energiánál megcáfolná a húrelméletet, mivel a szuperszimmetria szükséges feltétele az elemi részecskék standard modelljét tartalmazó húrelméletek).

Íme a hierarchiaprobléma első lehetséges megoldása, amelyre jelenleg nincs bizonyíték.

Lehetőség van apró, szuperhűtött konzolok létrehozására, amelyek piezoelektromos kristályokkal vannak feltöltve (amelyek deformálódáskor elektromosságot termelnek), a köztük lévő távolsággal. Ez a technológia lehetővé teszi, hogy „nagy” méréseknél 5-10 mikronos határt szabjunk. Más szóval, a gravitáció az általános relativitáselmélet előrejelzései szerint működik egy milliméternél jóval kisebb skálákon. Tehát ha nagy extra dimenziók vannak, akkor az LHC számára elérhetetlen energiaszinteken vannak, és ami még fontosabb, nem oldják meg a hierarchia problémát.

Természetesen a hierarchia-problémára létezhet egy teljesen más megoldás, ami a modern ütköztetőkön nem található meg, vagy egyáltalán nincs megoldás; csak lehet, hogy a természet sajátja, minden magyarázat nélkül. De a tudomány nem halad előre próbálkozás nélkül, és ez az, amit ezek az ötletek és küldetések igyekeznek elérni: az univerzumról alkotott tudásunkat előremozdítani. És mint mindig, most is az LHC második futásának kezdetével várom, hogy a már felfedezett Higgs-bozonon kívül mi jelenhet meg ott!

Címkék:

• gravitáció
• alapvető kölcsönhatások
• tartály

Az aktuális problémák adott időre fontosak. Valamikor a fizika feladatok relevanciája teljesen más volt. Olyan kérdéseket oldottak meg, mint „miért sötétedik éjszaka”, „miért fúj a szél” vagy „miért nedves a víz”. Lássuk, min vakarják a fejüket a tudósok manapság.

Annak ellenére, hogy a körülöttünk lévő világot egyre teljesebben és részletesebben tudjuk elmagyarázni, idővel egyre több kérdés merül fel. A tudósok gondolataikat és műszereiket az Univerzum mélyére és az atomok dzsungelébe irányítják, olyan dolgokat találva ott, amelyeket még nem lehet megmagyarázni.

Megoldatlan problémák a fizikában

A modern fizika aktuális és megoldatlan kérdései közül néhány tisztán elméleti jellegű. Az elméleti fizika néhány problémája egyszerűen nem tesztelhető kísérletileg. Egy másik rész a kísérletekkel kapcsolatos kérdések.

Például egy kísérlet nem egyezik egy korábban kidolgozott elmélettel. Alkalmazott problémák is vannak. Példa: új energiaforrások felkutatásával kapcsolatos fizika környezeti problémái. Végül a negyedik csoport a modern tudomány tisztán filozófiai problémái, amelyek „az élet értelmének, az Univerzumnak és mindennek a fő kérdésére” keresik a választ.

Sötét energia és az Univerzum jövője

A mai elképzelések szerint az Univerzum tágul. Ráadásul a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás és szupernóva-sugárzás elemzése szerint gyorsulással tágul. A tágulás a sötét energia miatt következik be. Sötét energia az energia egy meghatározatlan formája, amelyet az Univerzum modelljébe vezettek be, hogy megmagyarázzák a felgyorsult tágulást. A sötét energia nem lép kölcsönhatásba az anyaggal az általunk ismert módon, természete pedig nagy rejtély. Két elképzelés létezik a sötét energiáról:

• Az első szerint egyenletesen tölti ki az Univerzumot, vagyis kozmológiai állandó és állandó energiasűrűségű.
• A második szerint a sötét energia dinamikus sűrűsége térben és időben változik.

Attól függően, hogy a sötét energiával kapcsolatos elképzelések közül melyik a helyes, feltételezhetjük az Univerzum jövőbeli sorsát. Ha a sötét energia sűrűsége növekszik, akkor szembe kell néznünk Nagy szakadék, amelyben minden anyag széthullik.

Egy másik lehetőség - Nagy szorítás, amikor a gravitációs erők győznek, a tágulás leáll, és helyébe összenyomás lép. Egy ilyen forgatókönyv szerint minden, ami az Univerzumban volt, először egyedi fekete lyukakká, majd egyetlen közös szingularitássá omlik össze.

Sok megoldatlan probléma kapcsolódik fekete lyukakés sugárzásuk. Olvasson el egy külön cikket ezekről a titokzatos tárgyakról.

Anyag és antianyag

Minden, amit magunk körül látunk, az anyag, részecskékből áll. Antianyag antirészecskékből álló anyag. Az antirészecske egy részecske ikerpárja. Az egyetlen különbség a részecske és az antirészecske között a töltés. Például egy elektron töltése negatív, míg az antirészecskék világából származó megfelelője, a pozitron azonos nagyságú pozitív töltéssel rendelkezik. A részecskegyorsítókban antirészecskéket lehet kapni, de a természetben még senki sem találkozott velük.

Kölcsönhatás (ütközés) során az anyag és az antianyag megsemmisül, ami fotonok képződését eredményezi. A modern fizikában nagy kérdés, hogy miért dominál az anyag az Univerzumban. Feltételezzük, hogy ez az aszimmetria az Ősrobbanás utáni másodperc első töredékeiben keletkezett.

Végül is, ha egyenlő mennyiségű anyag és antianyag lenne, minden részecske megsemmisülne, és ennek eredményeként csak fotonok maradnának. Vannak olyan javaslatok, amelyek szerint az Univerzum távoli és teljesen feltáratlan régiói tele vannak antianyaggal. De, hogy ez így van-e, az még sok agyi munka után kiderül.

Apropó! Olvasóink most 10% kedvezményt kapnak

Mindennek elmélete

Van-e olyan elmélet, amely abszolút minden fizikai jelenséget elemi szinten megmagyaráz? Valószínűleg van. Más kérdés, hogy ki tudjuk-e találni. Mindennek elmélete A Grand Unified Theory egy olyan elmélet, amely megmagyarázza az összes ismert fizikai állandó értékét és egyesíti 5 alapvető kölcsönhatások:

• erős interakció;
• gyenge interakció;
• elektromágneses kölcsönhatás;
• gravitációs kölcsönhatás;
• Higgs mező.

Arról egyébként blogunkon olvashatsz, hogy mi ez és miért olyan fontos.

A sok javasolt elmélet közül egy sem ment át kísérleti tesztelésen. Az egyik legígéretesebb irány ebben a kérdésben a kvantummechanika és az általános relativitáselmélet egyesítése. a kvantumgravitáció elmélete. Ezeknek az elméleteknek azonban különböző alkalmazási területei vannak, és eddig minden egyesítésére tett kísérlet olyan eltérésekhez vezet, amelyeket nem lehet megszüntetni.

Hány dimenzió van?

Megszoktuk a háromdimenziós világot. Mozoghatunk az általunk ismert három dimenzióban, előre-hátra, fel és le, jól érezve magunkat. Azonban van M-elmélet, mely szerint már van 11 csak méretek 3 amelyek közül rendelkezésünkre állnak.

Ezt elég nehéz, ha nem lehetetlen elképzelni. Igaz, ilyen esetekben létezik egy matematikai berendezés, amely segít megbirkózni a problémával. Annak érdekében, hogy ne rontsuk el a fejünket és a tiéteket, nem mutatunk be matematikai számításokat az M-elméletből. Egy jobb idézet Stephen Hawking fizikustól:

Mi csak a majmok kifejlődött leszármazottai vagyunk egy kis bolygón, egy figyelemre méltó csillaggal. De van esélyünk megérteni az Univerzumot. Ez tesz minket különlegessé.

Mit is mondhatnánk a távoli térről, ha nem tudunk mindent otthonunkról? Például még mindig nincs egyértelmű magyarázat a pólusainak eredetére és időszakos megfordítására.

Rengeteg rejtély és feladat van. Hasonló megoldatlan problémák vannak a kémiában, a csillagászatban, a biológiában, a matematikában és a filozófiában. Egy rejtély megoldásával kettőt kapunk cserébe. Ez a tudás öröme. Emlékeztessünk arra, hogy segítünk megbirkózni bármilyen feladattal, bármilyen nehéz is legyen az. A fizika tanításának problémáit, mint minden más tudományt, sokkal könnyebb megoldani, mint az alapvető tudományos kérdéseket.

Fizikai problémák

Mi a fény természete?

A fény bizonyos esetekben hullámként, sok más esetben részecskeként viselkedik. A kérdés az: mi ő? Sem az egyik, sem a másik. A részecske és a hullám csak a fény viselkedésének leegyszerűsített ábrázolása. A valóságban a fény nem részecske és nem hullám. A fény bonyolultabbnak bizonyul, mint az a kép, amelyet ezek az egyszerűsített ötletek festenek.

Milyen körülmények vannak a fekete lyukak belsejében?

A fekete lyukakat a fejezetben tárgyaljuk. Az 1-es és a 6-os általában a szupernóva-robbanást átélt nagy csillagok összeomló magjait ábrázolják. Olyan hatalmas a sűrűségük, hogy még a fény sem képes elhagyni mélységüket. A fekete lyukak hatalmas belső összenyomódása miatt a fizika közönséges törvényei nem vonatkoznak rájuk. És mivel semmi sem hagyhat fekete lyukakat, lehetetlen kísérleteket végezni bizonyos elméletek tesztelésére.

Hány dimenzió rejlik az Univerzumban, és lehetséges-e „elméletet alkotni mindenről, ami létezik”?

Ahogy az a fejezetben szerepel. A 2. ábra, amely megpróbálja kiszorítani a standard modellelméletet, végül tisztázhatja a dimenziók számát, és bemutathatja nekünk a „minden elméletét”. De ne hagyd, hogy a név megtévesszen. Ha a „mindennek elmélete” megadja a kulcsot az elemi részecskék természetének megértéséhez, a megoldatlan problémák lenyűgöző listája garancia arra, hogy egy ilyen elmélet még sok fontos kérdést megválaszolatlanul hagy. A Mark Twain haláláról szóló pletykákhoz hasonlóan a tudománynak a „mindenről szóló elmélet” megjelenésével bekövetkezett haláláról szóló pletykák is erősen eltúlzottak.

Lehetséges az időutazás?

Elméletileg Einstein általános relativitáselmélete lehetővé teszi az ilyen utazást. A fekete lyukakra és elméleti rokonaikra, a „féreglyukakra” gyakorolt ​​szükséges hatás azonban hatalmas mennyiségű energiát igényel, amely jelentősen meghaladja jelenlegi technikai lehetőségeinket. Az időutazás magyarázó leírását Michio Kaku Hyperspace (1994) és Images (1997) című könyvei, valamint a weboldal tartalmazzák. http://mkaku. org

Érzékelhetők lesznek a gravitációs hullámok?

Egyes obszervatóriumok a gravitációs hullámok létezésére vonatkozó bizonyítékok keresésével vannak elfoglalva. Ha ilyen hullámokat találunk, akkor magának a tér-idő szerkezetnek az ingadozása az Univerzumban bekövetkező kataklizmákat, például szupernóva-robbanásokat, fekete lyukak ütközését és esetleg még ismeretlen eseményeket jelez. A részletekért lásd W. Waite Gibbs „Spacetime Ripple” című cikkét.

Mennyi a proton élettartama?

Egyes elméletek, amelyek nem illeszkednek a standard modellhez (lásd a 2. fejezetet), a protonbomlást jósolják, és számos detektort építettek az ilyen bomlás észlelésére. Bár magát a bomlást még nem figyelték meg, a proton felezési idejének alsó határát 10 32 évre becsülik (az Univerzum korát jelentősen meghaladja). Az érzékenyebb szenzorok megjelenésével lehetségessé válhat a protonbomlás észlelése, vagy a felezési idejének alsó határát kell visszaszorítani.

Lehetséges-e szupravezető magas hőmérsékleten?

Szupravezetés akkor következik be, amikor egy fém elektromos ellenállása nullára csökken. Ilyen körülmények között a vezetőben létrejövő elektromos áram veszteség nélkül folyik, ami a közönséges áramra jellemző, amikor vezetékeken, például rézhuzalon halad át. A szupravezetés jelenségét először rendkívül alacsony hőmérsékleten (az abszolút nulla felett, -273 °C) figyelték meg. 1986-ban a tudósoknak sikerült szupravezető anyagokat készíteniük a folyékony nitrogén forráspontján (-196 °C), ami már lehetővé tette ipari termékek létrehozását. Ennek a jelenségnek a mechanizmusa még nem teljesen ismert, de a kutatók szobahőmérsékleten próbálják elérni a szupravezetést, ami csökkenti az energiaveszteséget.

szerző Tomilin Anatolij Nyikolajevics

5. A relativisztikus égi navigáció problémái Az egyik legundorítóbb teszt, aminek egy pilótát, és ma már egy űrhajóst is alávetnek, ahogy a filmekben is látható, a körhinta. Mi, a közelmúlt pilótái valaha „lemezjátszónak” vagy „elválasztónak” neveztük. Akik nem

A tudomány öt megoldatlan problémája című könyvből írta: Wiggins Arthur

Megoldatlan problémák Most, hogy megértjük, hogyan illeszkedik a tudomány az emberi mentális tevékenységbe, és hogyan működik, láthatjuk, hogy nyitottsága lehetővé teszi számunkra, hogy különböző módokon eljussunk az Univerzum teljesebb megértéséhez. Új jelenségek keletkeznek, amelyekről

A világ dióhéjban című könyvéből [ill. könyves magazin] szerző Hawking Stephen William

A kémia problémái Hogyan határozza meg a molekula összetétele a megjelenését Az egyszerű molekulákban lévő atomok pályaszerkezetének ismerete meglehetősen egyszerűvé teszi a molekula megjelenésének meghatározását? A komplex molekulák, különösen a biológiailag fontos molekulák megjelenésének elméleti vizsgálatát azonban még nem végezték el.

A lézer története című könyvből szerző Bertolotti Mario

A biológia problémái Hogyan fejlődik ki egy egész szervezet egy megtermékenyített petesejtből. Erre a kérdésre, úgy tűnik, már a fő probléma is megválaszolható? 4: mi a proteom felépítése és célja? Természetesen minden szervezetnek megvan a sajátja

Az Atomprobléma című könyvből szerző: Ran Philip

Geológiai problémák Mi okozza a Föld éghajlatának jelentős változásait, mint például a széles körű felmelegedést és a jégkorszakokat, amelyek az elmúlt 35 millió évben a Földet jellemezték, körülbelül 100 ezer évente? A gleccserek mindvégig előrehaladnak és visszahúzódnak

Az Asteroid-Comet Hazard: Yesterday, Today, Tomorrow című könyvből szerző Shustov Borisz Mihajlovics

A csillagászat problémái Egyedül vagyunk az Univerzumban A földönkívüli élet létezésére vonatkozó kísérleti bizonyítékok hiánya ellenére rengeteg elmélet létezik a témában, valamint kísérletek arra, hogy a távoli civilizációkból származó híreket észleljék?

A király új elméje című könyvből [A számítógépekről, a gondolkodásról és a fizika törvényeiről] írta: Penrose Roger

A modern fizika megoldatlan problémái

A Gravitáció című könyvből [A kristálygömböktől a féreglyukakig] szerző Petrov Alekszandr Nyikolajevics

Elméleti problémák Beszúrás a Wikipédiából. Psychedelic – 2013. augusztus Az alábbiakban felsoroljuk a modern fizika megoldatlan problémáit. E problémák némelyike ​​elméleti jellegű, ami azt jelenti, hogy a meglévő elméletek nem képesek megmagyarázni bizonyos dolgokat

Az Örökmozgó könyvből. Egy megszállottság története írta: Ord-Hume Arthur

14. FEJEZET MEGOLDÁS EGY PROBLÉMA KERESÉSÉBEN, VAGY SOK PROBLÉMA UGYANAZON MEGOLDÁSSAL? A LÉZEREK ALKALMAZÁSAI 1898-ban Mr. Wells a Világok háborúja című könyvében azt képzelte, hogy a Földet marslakók fogják megszállni, akik halálsugarakat használnak, amelyek könnyen áthatolnak téglákon, égetnek erdőket és

Az Ideal Theory [The Battle for General Relativity] című könyvből írta: Ferreira Pedro

II. A probléma társadalmi oldala kétségtelenül a probléma ezen oldala a legfontosabb és legérdekesebb. Tekintettel nagy összetettségére, itt csak a legáltalánosabb megfontolásokra szorítkozunk.1. A világgazdasági földrajz változásai Mint fentebb láttuk, a költségek

A szerző könyvéből

1.2. Az ACO-probléma csillagászati ​​vonatkozásai Az aszteroida-üstökös veszély jelentőségének felmérése mindenekelőtt a Naprendszer kistestű, különösen a Földdel ütköző testek populációjáról szóló ismereteinkhez kapcsolódik. A csillagászat olyan ismereteket nyújt.

A szerző könyvéből

A szerző könyvéből

A szerző könyvéből

A kozmológia új problémái Térjünk vissza a nem-relativisztikus kozmológia paradoxonaihoz. Emlékezzünk arra, hogy a gravitációs paradoxon oka az, hogy a gravitációs hatás egyértelmű meghatározásához vagy nincs elég egyenlet, vagy nincs mód a helyes beállításra.

A szerző könyvéből

A szerző könyvéből

9. fejezet Egyesítési problémák 1947-ben, frissen végzett a posztgraduális iskolában, Brice DeWitt találkozott Wolfgang Paulival, és elmondta neki, hogy a gravitációs mező kvantálásán dolgozik. Devitt nem értette, miért a 20. század két nagy koncepciója – a kvantumfizika és az általános elmélet

A modern fizika 10 megoldatlan problémája
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 extra dimenziók vagy szuperszimmetria megoldhatja 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 továbbra is ismeretlen része az egyenletnek.

A sötét energia felelős az Univerzum gyorsuló tágulásáért, de eredete rejtély. Ha a sötét energia az idő múlásával állandó, akkor valószínűleg „nagy fagyást” fogunk tapasztalni: 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, pusztulásra vagyunk ítélve. 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. Megalkotásának fő nehézsége az, hogy a két fizikai elmélet, amelyeket megpróbál összekapcsolni – a kvantummechanika és az általános relativitáselmélet (GR) – különböző elveken alapul.

Így a kvantummechanika olyan elméletként van megfogalmazva, amely leírja a fizikai rendszerek (például atomok vagy elemi részecskék) időbeli fejlődését a külső téridő hátterében.

Az általános relativitáselméletben nincs külső téridő  – maga az elmélet dinamikus változója, a benne lévők jellemzőitől függően klasszikus rendszerek

A kvantumgravitációra való áttéréskor legalább a rendszereket kvantumosakra kell cserélni (vagyis kvantálni). A kialakuló összefüggés megkívánja magának a téridő geometriájának valamilyen kvantálását, és ennek a kvantálásnak a fizikai jelentése teljesen tisztázatlan, és nincs is sikeres, következetes kísérlet a végrehajtására.

Még a linearizált klasszikus gravitációs elmélet (GTR) kvantálási kísérlete is 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 maguk a gravitációs kölcsönhatások gyengesége miatt a modern technológiák számára elérhetetlenek. Ebben a tekintetben a kvantumgravitáció helyes megfogalmazásának keresésében csak elméleti számításokra kell hagyatkoznunk.

A Higgs-bozonnak semmi értelme. Miért létezik?

A Higgs-bozon megmagyarázza, hogy az összes többi részecske hogyan szerez tömeget, de sok 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.

„A részecskefizika egy teljesen új területe van – mondja Richard Ruiz tudós –, fogalmunk sincs, mi a természete.

Hawking-sugárzás

A fekete lyukak hősugárzást termelnek, ahogy azt az elmélet megjósolja? Tartalmaz-e ez a sugárzás a belső szerkezetükről információt 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. A modern elképzelések szerint az újszülött Univerzumban mindkettő egyenlő mennyiségben volt. Nem sokkal az ősrobbanás után az anyag és az antianyag megsemmisült (reagáltak, hogy elpusztítsák egymást, és egymás más részecskéit hozták létre).

A kérdés az, hogyan történhetett, hogy mégis maradt némi anyag? Miért sikerült az anyagnak, és miért veszítette 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. 

Mindennek elmélete

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

Mindennek elmélete   Van olyan elmélet, amely megmagyarázza az összes alapvető fizikai állandó értékét? Van-e olyan elmélet, amely megmagyarázza, hogy a fizika törvényei miért olyanok, amilyenek?

— egy hipotetikus egyesített fizikai és matematikai elmélet, amely leírja az összes ismert alapvető kölcsönhatást.

A huszadik század során sok „mindenre vonatkozó elméletet” javasoltak, de egyiket sem tesztelték kísérletileg, vagy jelentős nehézségek adódtak a kísérleti tesztelés létrehozása egyes jelölteknél.

Bónusz: Golyóvillám

Mi ennek a jelenségnek a természete? A gömbvillám független tárgy, vagy kívülről jövő energia táplálja? Minden gömbvillám azonos természetű, vagy vannak különböző típusai?

A gömbvillám a levegőben lebegő világító tűzgömb, egyedülállóan ritka természeti jelenség.

A mai napig nem mutattak be egységes fizikai elméletet a jelenség előfordulására és lefolyására vonatkozóan, vannak olyan tudományos elméletek is, amelyek a jelenséget hallucinációkra redukálják.

Körülbelül 400 elmélet magyarázza a jelenséget, de egyik sem kapott abszolút elismerést a tudományos környezetben. Laboratóriumi körülmények között több különböző módon is sikerült hasonló, de rövid távú jelenségeket elérni, így a gömbvillám természetének kérdése nyitott marad. A 20. század végén még egyetlen kísérleti standot sem hoztak létre, amelyben a gömbvillámlás szemtanúinak leírása alapján mesterségesen reprodukálták volna ezt a természeti jelenséget.

A széles körben elterjedt nézet szerint a gömbvillám elektromos eredetű, természetes természetű jelenség, vagyis egy speciális villámtípus, amely hosszú ideig létezik, és gömb alakú, amely előre nem látható pályán mozoghat, 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 állítólag ezzel a jelenséggel kapcsolatosak.

Anyagok alapján: több tucat cikk innen

Az elmúlt 200 év során a tudomány rengeteg kérdést tudott megválaszolni a természettel és az emberiségre vonatkozó törvényekkel kapcsolatban. Manapság az emberek galaxisokat és atomokat kutatnak, olyan gépeket hoznak létre, amelyek olyan problémákat oldanak meg, amelyeket az ember nem tud egyedül megoldani. Van azonban még jó néhány olyan kérdés, amelyre a tudósok még nem tudnak válaszolni. A modern tudomány e megoldatlan problémái arra késztetik a tudósokat, hogy megvakarják a fejüket tanácstalanul, és még hatalmasabb erőfeszítéseket tegyenek, hogy a lehető leghamarabb választ találjanak kérdéseikre.

Mindenki ismeri Newton gravitációs felfedezését. A felfedezés után a világ jelentősen megváltozott. Albert Einstein, a nagy fizikus kutatása lehetővé tette számunkra, hogy friss és mélyebb pillantást vessünk erre a jelenségre. Einstein gravitációs elméletének köszönhetően az emberiség még a fény elhajlásával kapcsolatos jelenségeket is képes volt megérteni. A tudósok azonban még mindig nem tudták megérteni a szubatomi részecskék működését, amelyek működési elve a kvantummechanika törvényein alapul.

Manapság számos elmélet létezik a kvantumgravitációról, de eddig egyiket sem sikerült kísérletileg igazolni. Természetesen ennek a problémának a megoldása valószínűleg nem lesz jelentős hatással az ember mindennapi életére, de talán segít megfejteni a fekete lyukakkal és az időutazással kapcsolatos rejtélyeket.

Az Univerzum tágulása

Annak ellenére, hogy a tudósok jelenleg meglehetősen sokat tudnak az Univerzum általános felépítéséről, még mindig rengeteg kérdés merül fel a fejlődésével kapcsolatban, például, hogy miből áll az Univerzum.

Viszonylag a közelmúltban a tudósok felfedezték, hogy Univerzumunk folyamatosan tágul, és tágulási üteme növekszik. Ez adta nekik azt az ötletet, hogy talán az Univerzum tágulása végtelen lesz. Ez felveti a kérdést: mi okozza az Univerzum tágulását, és miért növekszik a tágulása?

Videó a tudomány egyik megoldatlan problémájáról - az Univerzum tágulásáról

Turbulencia folyékony környezetben

Valószínűleg mindenki tudja, hogy a turbulencia hirtelen rázkódás repülés közben. A folyadékmechanikában azonban ennek a szónak teljesen más jelentése van. A repülési turbulencia előfordulását két különböző sebességgel mozgó légtest találkozása magyarázza. De a fizikusok számára még mindig meglehetősen nehéz megmagyarázni a turbulencia jelenségét folyékony közegben. A matematikusokat is nagyon megzavarta ez a probléma.

A turbulencia folyékony környezetben mindenhol körülveszi az embert. Az ilyen turbulencia klasszikus példája a csapból folyó víz, amely teljesen szétesik az általános áramlástól eltérő, kaotikus folyadékrészecskékre. A turbulencia nagyon gyakori jelenség a természetben, és különféle óceáni és geofizikai áramlatokban fordul elő.

Az elvégzett nagyszámú kísérlet ellenére, amelyek eredményeként empirikus adatok is születtek, még nem született meggyőző elmélet arról, hogy pontosan mi okozza a turbulenciát a folyadékokban, hogyan szabályozható és hogyan lehet ezt a káoszt rendezni.

Az öregedési folyamat a szervezet fontos funkcióinak fokozatos megzavarására és elvesztésére utal, beleértve a regenerációs és szaporodási képességet. Ahogy a szervezet öregszik, már nem tud olyan jól alkalmazkodni a környezeti feltételekhez, és sokkal kevésbé ellenáll a sérüléseknek és betegségeknek.

• A szervezet öregedésével kapcsolatos kérdéseket vizsgáló tudományt gerontológiának nevezik.
• Az „öregedés” kifejezés használata lehetséges bármely nem élő rendszer, például fém, pusztulási folyamatának leírásakor, valamint az emberi test öregedési folyamatának leírásakor. A tudósok még mindig nem találtak választ arra a kérdésre, hogy miért öregszenek a növények, és milyen tényezők indítják el az öregedési programot.

Az első kísérletet egy olyan folyamat tudományos magyarázatára, mint az öregedés, a 19. század második felében Weissmann tette. Azt javasolta, hogy az öregedés olyan tulajdonság, amely az evolúció eredményeként jött létre. Weisman úgy vélte, hogy azok a szervezetek, amelyek nem öregszenek, nemcsak nem hasznosak, hanem károsak is. Halálukra azért van szükség, hogy helyet adjanak a fiataloknak.

Jelenleg sok tudós elég sok hipotézist terjesztett fel arra vonatkozóan, hogy mi okozza az élőlények öregedését, azonban ez idáig minden elmélet korlátozott sikert aratott.

Hogyan maradnak életben a tardigrádok?

A tardigrádok a természetben meglehetősen gyakori mikroorganizmusok. Minden éghajlati övezetben és minden kontinensen élnek, és bármilyen magasságban és bármilyen körülmények között élhetnek. Rendkívüli túlélési képességeik sok tudóst megzavarnak. Érdekes, hogy ezek az első élő szervezetek még az űr veszélyes vákuumában is túlélték. Így több tardigrádot is pályára állítottak, ahol különféle típusú kozmikus sugárzásnak voltak kitéve, de a kísérlet végére szinte mindegyik sértetlen maradt.

Ezek az élőlények nem félnek a víz forráspontjától, túlélik az abszolút nulla feletti hőmérsékletet. A tardigrádok 11 kilométeres mélységben, a Mariana-árokban érzik magukat normálisan, nyugodtan bírják nyomását.

A tardigrádok hihetetlen képességekkel rendelkeznek az anhidrobiózisban, vagyis a szárításban. Ebben az állapotban metabolikus aktivitásuk rendkívül lelassul. Száradás után ez a lény gyakorlatilag leállítja metabolikus tevékenységét, és miután hozzájut a vízhez, visszaáll eredeti állapota, és a tardigrád úgy él tovább, mintha mi sem történt volna.

Ennek a lénynek a tanulmányozása érdekes eredményeket ígér. Ha a krionika valósággá válik, alkalmazásai hihetetlenekké válnak. Így a tudósok azt állítják, hogy miután megfejtették a tardigrád túlélésének titkát, képesek lesznek olyan szkafandert készíteni, amelyben más bolygók felfedezésére is lehetőség nyílik, valamint a gyógyszerek és tabletták szobahőmérsékleten történő tárolása is lehetővé válik.

Csillagászat, fizika, biológia, geológia – ezek azok a területek, amelyeken sok tudós dolgozik. Felfedezéseiknek köszönhetően új hihetetlen elméletek születnek, amelyek néhány évtizede még tudományos-fantasztikusnak tűntek, és amelyek hamarosan lehetővé tehetik a tudomány néhány eddig megoldatlan problémájának megoldását.

A tudomány mely megoldatlan problémái érdekelnek leginkább? Mesélj róla nekünk

Előző cikk: Mekkora a fénysebesség Következő cikk: Harmonikus rezgések Az oszcillációs frekvencia fizikai képlete