Esszé

a fizikában

a témában:

"Problémák modern fizika»

Kezdjük azzal a problémával, ami most vonz legnagyobb figyelmet A fizikusok, amelyen a világon talán a legtöbb kutató és kutatólaboratórium dolgozik, az atommag problémája, és különösen annak leglényegesebb és legfontosabb része az úgynevezett uránprobléma.

Megállapítható volt, hogy az atomok egy viszonylag nehéz, pozitív töltésű magból állnak, amelyet bizonyos számú elektron vesz körül. Az atommag pozitív töltése és az azt körülvevő elektronok negatív töltése kioltja egymást. Összességében az atom semlegesnek tűnik.

1913-tól majdnem 1930-ig a fizikusok a leggondosabb módon tanulmányozták a tulajdonságokat ill külső megnyilvánulások az az elektronatmoszféra, amely körülveszi az atommagot. Ezek a tanulmányok egyetlen, teljes elmélethez vezettek, amely az elektronok mozgásának új törvényeit fedezte fel egy atomban, amely korábban ismeretlen volt számunkra. Ezt az elméletet az anyag kvantum- vagy hullámelméletének nevezik. Később visszatérünk rá.

Körülbelül 1930-tól a hangsúly az atommagon volt. Az atommag különösen érdekes számunkra, mert az atom szinte teljes tömege benne koncentrálódik. A tömeg pedig annak az energiatartaléknak a mértéke, amellyel egy adott rendszer rendelkezik.

Bármely anyag minden grammja pontosan ismert energiát tartalmaz, sőt, egy nagyon jelentős energiát is. Például egy körülbelül 200 g tömegű pohár tea olyan mennyiségű energiát tartalmaz, amelyhez körülbelül egymillió tonna szenet kell elégetni.

Ez az energia pontosan az atommagban található, mivel a teljes energiának, a test teljes tömegének 0,999 része van az atommagban, és a teljes tömegnek csak kevesebb, mint 0,001 része tulajdonítható az elektronok energiájának. Az atommagokban található kolosszális energiatartalékok összehasonlíthatatlanok egyetlen eddig ismert energiaformával sem.

Természetesen az energia birtoklásának reménye csábító. Ehhez azonban először tanulmányoznia kell, majd meg kell találnia a felhasználási módokat.

De emellett a kernel más okokból is érdekel bennünket. Az atom magja teljesen meghatározza annak teljes természetét, meghatározza Kémiai tulajdonságokés a személyisége.

Ha a vas különbözik a réztől, a széntől, az ólomtól, akkor ez a különbség pontosan az atommagokban van, és nem az elektronokban. Minden testben ugyanazok az elektronok vannak, és bármelyik atom elveszítheti elektronjainak egy részét, olyan mértékben, hogy az atomból az összes elektron leválasztható. Amíg a pozitív töltésű atommag sértetlen és változatlan, mindig annyi elektront fog vonzani, amennyi szükséges a töltés kompenzálásához. Ha az ezüst atommagnak 47 töltése van, akkor mindig 47 elektront köt magához. Ezért, míg én a magra célzok, ugyanazzal az elemmel, ugyanazzal az anyaggal van dolgunk. Amint az atommag megváltozik, az egyik kémiai elem egy másikká válik. Csak akkor valósulhat meg az alkímia régóta fennálló és rég felhagyott álma - egyes elemek másokká való átalakulása. Tovább modern színpad A történelem során ez az álom valóra vált, nem egészen olyan formában és nem az alkimisták által várt eredményekkel.

Mit tudunk az atommagról? A mag pedig még kisebb alkatrészekből áll. Ezek az összetevők a természetben általunk ismert legegyszerűbb magokat képviselik.

A legkönnyebb és ezért legegyszerűbb atommag a hidrogénatom magja. A hidrogén a periódusos rendszer első eleme, amelynek atomtömege körülbelül 1. A hidrogénatom az összes többi atommag része. Másrészt azonban könnyen belátható, hogy nem állhat minden atommag csak hidrogénatommagból, ahogyan Prout régen, több mint 100 évvel ezelőtt feltételezte.

Az atommagok bizonyos tömeggel rendelkeznek, amelyet az atomtömeg ad meg, és egy bizonyos töltéssel. A nukleáris töltet azt a számot adja meg, amely ezt az elemet Mengyelejev periódusos rendszerében foglal helyet.

A hidrogén az első elem ebben a rendszerben: egy pozitív töltésű és egy elektronja van. A sorrendben a második elemnek kettős töltésű magja van, a harmadiknak hármas töltésű stb. az utolsó és legnehezebb elemig, az uránig, amelynek magjában 92 pozitív töltés található.

Mengyelejev a kémia területén található hatalmas kísérleti anyagot rendszerezve létrehozta a periódusos rendszert. Ő persze akkor még nem sejtette az atommagok létezését, de azt sem gondolta, hogy az általa létrehozott rendszerben az elemek sorrendjét egyszerűen az atommag töltése határozza meg, semmi több. Kiderült, hogy az atommagok e két jellemzője - az atomtömeg és a töltés - nem felel meg annak, amit Prout hipotézise alapján várnánk.

Tehát a második elem - a hélium - atomtömege 4. Ha 4 hidrogén atommagból áll, akkor a töltése 4 legyen, de közben a töltése 2, mert ez a második elem. Így azt kell gondolni, hogy a héliumban csak 2 hidrogénatom található. A hidrogénatommagokat protonoknak nevezzük. De emellett a héliummagban van még 2 tömegegység, amelynek nincs töltése. Második összetevő a magokat töltetlen hidrogénmagnak kell tekinteni. Különbséget kell tennünk a töltéssel rendelkező hidrogénatommagok, illetve a protonok és az elektromos töltéssel nem rendelkező, semleges atommagok között, ezeket neutronoknak nevezzük.

Minden atommag protonokból és neutronokból áll. A héliumnak 2 protonja és 2 neutronja van. A nitrogénnek 7 protonja és 7 neutronja van. Az oxigénnek 8 protonja és 8 neutronja van, a szénnek protonja és 6 neutronja van.

De akkor ez az egyszerűség némileg megsérül, a neutronok száma a protonok számához képest egyre több lesz, és a legutolsó elemben - az uránban 92 töltés, 92 proton van, az atomtömege pedig 238. Következésképpen egy másik 92 protonhoz 146 neutron adódik.

Természetesen nem gondolhatjuk, hogy amit 1940-ben tudunk, az már kimerítő elmélkedés való Világ a sokféleség pedig ezekkel a részecskékkel ér véget, amelyek a szó szó szerinti értelmében elemiek. Az elemiség fogalma a természet mélységeibe való behatolásunknak csak egy bizonyos szakaszát jelenti. Tovább ezen a ponton az atom összetételét azonban csak ezen elemekig ismerjük.

Ezt az egyszerű képet valójában nem lehetett olyan könnyen megérteni. Nehézségek egész sorát, ellentmondások egész sorát kellett leküzdenünk, amelyek már az azonosításuk pillanatában is reménytelennek tűntek, de amelyekről, mint a tudománytörténetben mindig, egy általánosabb kép más-más aspektusai lettek. , amely az ellentmondásnak tűnő szintézis volt, és áttértünk a következőre, a probléma mélyebb megértésére.

A nehézségek közül a legfontosabbnak a következő bizonyult: századunk legelején már ismert volt, hogy a b-részecskék (kiderült, hogy héliummagok) és a b-részecskék (elektronok) repülnek ki a mélyből. radioaktív atomok (akkor még nem sejtették az atommagot). Úgy tűnt, ami az atomból kirepül, abból áll. Következésképpen az atommagok héliummagokból és elektronokból álltak.

Az állítás első részének tévedése egyértelmű: nyilvánvaló, hogy négyszer többből lehetetlen hidrogénatomot képezni. nehéz magok hélium: egy rész nem lehet nagyobb az egésznél.

Ennek az állításnak a második része is tévesnek bizonyult. Az elektronok valójában akkor repülnek ki nukleáris folyamatok, és mégsem vannak elektronok az atommagokban. Úgy tűnik, hogy itt logikai ellentmondás van. így van?

Tudjuk, hogy az atomok fényt bocsátanak ki, fénykvantumokat (fotonokat).

Miért raktározódnak ezek a fotonok az atomban fény formájában, és várják a pillanatot, hogy felszabaduljanak? Nyilvánvalóan nem. A fénykibocsátást úgy értjük, hogy az atomban lévő elektromos töltések egyik állapotból a másikba haladva bizonyos mennyiségű energiát szabadítanak fel, amely sugárzó energia formájába alakul, és az űrben terjed.

Hasonló megfontolások tehetők az elektronra vonatkozóan is. Számos okból kifolyólag az elektron nem tud elhelyezkedni az atommagban. De nem jöhet létre az atommagban, mint egy foton, mert negatív elektromos töltése van. Szilárdan megállapították, hogy elektromos töltés csakúgy, mint az energia és az anyag általában változatlan marad; a villamos energia teljes mennyisége sehol nem keletkezik és nem tűnik el sehol. Következésképpen, ha negatív töltést viszünk el, akkor az atommag azonos pozitív töltést kap. Az elektronemisszió folyamatát az atommag töltésének megváltozása kíséri. De az atommag protopopokból és neutronokból áll, ami azt jelenti, hogy az egyik töltetlen neutron pozitív töltésű protonná alakult.

Egy egyedi negatív elektron sem megjelenni, sem eltűnni nem tud. De két ellentétes töltés, ha kellőképpen közeledik egymáshoz, kiolthatja vagy akár teljesen eltűnhet, energiaellátását sugárzó energia (fotonok) formájában szabadítja fel.

Mik ezek a pozitív töltések? Megállapítható volt, hogy a természetben a negatív elektronok mellett pozitív töltések is megfigyelhetők, és laboratóriumi és technológiai eszközökkel hozhatók létre, amelyek minden tulajdonságukban: tömegben, töltésnagyságban meglehetősen összhangban vannak az elektronokkal, de csak pozitív töltésű. Az ilyen töltést pozitronnak nevezzük.

Így különbséget teszünk elektronok (negatív) és pozitronok (pozitív) között, amelyek csak különböznek egymástól ellenkező előjel díj. Az atommagok közelében mindkét folyamat, a pozitronok elektronokkal való egyesülése, valamint az elektronra és pozitronra való szétválás megtörténhet, egy elektron elhagyja az atomot, a pozitron pedig belép az atommagba, és a neutronból proton alakul. Az elektronnal egyidejűleg egy töltetlen részecske, egy neutrínó is távozik.

Az atommagban olyan folyamatok is megfigyelhetők, amelyek során egy elektron átadja a töltését az atommagnak, a protont neutronná változtatja, és egy pozitron kirepül az atomból. Ha egy atomból elektron bocsát ki, az atommag töltése eggyel nő; Pozitron vagy proton kibocsátásakor a periódusos rendszer töltése és száma egy egységgel csökken.

Minden atommag töltött protonokból és töltetlen neutronokból épül fel. A kérdés az, hogy milyen erők tartják vissza őket az atommagban, mi köti össze őket, mi határozza meg ezekből az elemekből a különféle atommagok felépítését?

Alább egy lista a modern fizika megoldatlan problémái. E problémák egy része elméleti jellegű. Ez azt jelenti, hogy a létező elméletek nem képesek megmagyarázni bizonyos megfigyelt jelenségeket ill kísérleti eredmények. Más problémák kísérleti jellegűek, ami azt jelenti, hogy nehézségekbe ütközik egy kísérlet létrehozása egy javasolt elmélet tesztelésére vagy egy jelenség részletesebb tanulmányozására. A következő problémák alapvetőek elméleti problémák, vagy elméleti elképzelések, amelyre vonatkozóan nincsenek kísérleti adatok. E problémák némelyike ​​szorosan összefügg egymással. Például, további méretek vagy szuperszimmetria oldhatja meg a hierarchia problémát. Úgy tartják, hogy teljes elmélet kvantumgravitáció a felsorolt ​​kérdések többségére képes válaszolni (kivéve a stabilitás szigetének problémáját).

• 1. Kvantumgravitáció. Lehetséges-e a kvantummechanika és általános elmélet a relativitáselmélet egyetlen önkonzisztens elméletté (talán kvantumtérelméletté) egyesítendő? Folyamatos a téridő, vagy diszkrét? Az önkonzisztens elmélet hipotetikus gravitont fog-e használni, vagy teljes mértékben a téridő diszkrét szerkezetének terméke lesz (mint a hurokkvantumgravitációban)? Vannak-e eltérések az általános relativitáselmélet előrejelzéseitől nagyon kicsi vagy nagyon nagy léptékekre vagy más extrém körülményekre, amelyek a kvantumgravitáció elméletéből fakadnak?
• 2. Fekete lyukak, információ eltűnése egy fekete lyukban, Hawking-sugárzás. Fekete lyukak termelnek hősugárzás, ahogy az elmélet megjósolja? Tartalmaz-e ez a sugárzás a belső szerkezetükre vonatkozó információkat, amint azt a gravitációs invariancia kettőssége sugallja, vagy sem, amint azt Hawking eredeti számítása sugallja? Ha nem, és a fekete lyukak folyamatosan párologhatnak, akkor mi történik a bennük tárolt információval (a kvantummechanika nem biztosítja az információ megsemmisítését)? Vagy a sugárzás valamikor leáll fekete lyuk kevés maradt? Van-e más módszer a belső szerkezetük tanulmányozására, ha egyáltalán létezik ilyen? Igaz-e a bariontöltés megmaradásának törvénye a fekete lyukban? A kozmikus cenzúra elvének bizonyítéka, valamint a teljesülés feltételeinek pontos megfogalmazása nem ismert. Nincs teljes és teljes elmélet a fekete lyukak magnetoszférájáról. Nem ismert a pontos képlet, amellyel kiszámítható egy rendszer különböző állapotai, amelyek összeomlása egy adott tömegű, szögimpulzusú és töltésű fekete lyuk kialakulásához vezet. A fekete lyukra vonatkozó „nincs haj tétel” általános esetére nincs ismert bizonyíték.
• 3. A téridő dimenziója. Vannak-e további téridő-dimenziók a természetben az általunk ismert négyen kívül? Ha igen, mi a számuk? A „3+1” (vagy magasabb) dimenzió az Univerzum a priori tulajdonsága, vagy más következménye? fizikai folyamatok, amint azt például az oksági dinamikus háromszögelés elmélete sugallja? Kísérletileg „megfigyelhetünk” magasabb térbeli dimenziókat? Igaz-e a holografikus elv, amely szerint „3+1” dimenziós téridőnk fizikája egyenértékű a „2+1” dimenziójú hiperfelület fizikájával?
• 4. Az Univerzum inflációs modellje. Igaz az elmélet? kozmikus infláció, és ha igen, mik ennek a szakasznak a részletei? Mi a hipotetikus inflációs mező felelős az infláció emelkedéséért? Ha az infláció egy ponton megtörtént, akkor ez egy önfenntartó folyamat kezdete a kvantummechanikai rezgések inflációja miatt, amely egy teljesen más helyen, ettől a ponttól távol fog folytatódni?
• 5. Multiverzum. Vannak fizikai okok más univerzumok létezése, amelyek alapvetően nem megfigyelhetők? Például: létezik-e kvantummechanikai „alternatív történelem” vagy „sok világ”? Vannak-e "más" univerzumok fizikai törvények, ami a látszólagos szimmetria megtörésének alternatív módjaiból adódik fizikai erő nagy energiákon, a kozmikus infláció miatt talán hihetetlenül távol található? Befolyásolhatják-e más univerzumok a miénket, például anomáliákat okozva a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás hőmérséklet-eloszlásában? Indokolt-e a használata antropikus elv globális kozmológiai dilemmák megoldására?
• 6. A kozmikus cenzúra elve és a kronológiavédelem hipotézise. Az eseményhorizont mögé nem rejtett szingularitások, az úgynevezett „meztelen szingularitások”, eredhetnek-e reális kezdeti feltételekből, vagy bizonyítható-e Roger Penrose „kozmikus cenzúra-hipotézisének” egy olyan változata, amely azt sugallja, hogy ez lehetetlen? A közelmúltban tények jelentek meg a kozmikus cenzúra hipotézisének következetlensége mellett, ami azt jelenti, hogy a csupasz szingularitások sokkal gyakrabban fordulnak elő, mint a Kerr-Newman egyenletek szélsőséges megoldásai, azonban ennek döntő bizonyítéka még nem került bemutatásra. Hasonlóképpen lesznek zárt időszerű görbék, amelyek az általános relativitáselmélet egyenletek egyes megoldásaiban merülnek fel (és amelyek magukban foglalják a visszafelé tartó időutazás lehetőségét), amelyeket a kvantumgravitáció elmélete kizár, amely egyesíti az általános relativitáselméletet a kvantummechanikával, ahogy azt Stephen sugallta. "kronológiavédelmi sejtés" Hawking?
• 7. Időtengely. Mit árulhatnak el az idő természetéről azok a jelenségek, amelyek az időben előre-hátra haladva különböznek egymástól? Miben különbözik az idő a tértől? Miért csak néhány gyenge interakciónál figyelhető meg a CP megsértése, és miért nem máshol? A CP invariancia megsértése a termodinamika második főtételének következménye, vagy külön időtengely? Vannak kivételek az ok-okozati összefüggés elve alól? A múlt az egyetlen lehetséges? A jelen pillanat fizikailag különbözik a múlttól és a jövőtől, vagy egyszerűen a tudat jellemzőiből adódik? Hogyan tanultak meg az emberek a jelen pillanatban tárgyalni? (Lásd még az Entrópia (időtengely) alatt).
• 8. Helység. Vannak-e nem lokális jelenségek a kvantumfizikában? Ha léteznek, vannak-e korlátai az információátadásban, vagy: az energia és az anyag is mozoghat nem lokális úton? Milyen körülmények között figyelhetők meg a nem lokális jelenségek? Mit jelent a nemlokális jelenségek jelenléte vagy hiánya a téridő alapvető szerkezetében? Hogyan kapcsolódik ez a kvantumösszefonódáshoz? Hogyan kell ezt szemszögből értelmezni helyes értelmezése A kvantumfizika alapvető természete?
• 9. Az Univerzum jövője. Az Univerzum egy nagy fagyás, egy nagy szakadás, egy nagy összeroppanás vagy egy nagy ugrás felé tart? Univerzumunk egy végtelenül ismétlődő ciklikus minta része?
• 10. A hierarchia problémája. Miért ilyen gyenge erő a gravitáció? Csak a Planck-skálán válik nagyra, a 10 19 GeV nagyságrendű energiájú részecskéknél, ami jóval magasabb, mint az elektrogyenge skála (az alacsony energiájú fizikában a domináns energia 100 GeV). Miért különböznek annyira egymástól ezek a mérlegek? Mi akadályozza meg, hogy az elektrogyenge léptékű mennyiségek, például a Higgs-bozon tömege kvantumkorrekciót kapjon a Planck-féle skálán? A szuperszimmetria, az extra dimenziók vagy csak az antropikus finomhangolás a megoldás erre a problémára?
• 11. Mágneses monopólus. Léteztek-e részecskék – hordozók? mágneses töltés» bármely korábbi, magasabb energiájú korszakban? Ha igen, vannak ma elérhetőek? (Paul Dirac kimutatta, hogy bizonyos típusú mágneses monopólusok jelenléte megmagyarázhatja a töltéskvantálást.)
• 12. A protonbomlás és a nagy egyesülés. Hogyan egyesíthetjük a kvantumtérelmélet három különböző kvantummechanikai alapvető kölcsönhatását? Miért teljesen stabil a legkönnyebb barion, amely egy proton? Ha a proton instabil, akkor mennyi a felezési ideje?
• 13. Szuperszimmetria. Megvalósul a tér szuperszimmetriája a természetben? Ha igen, mi a szuperszimmetria-törés mechanizmusa? A szuperszimmetria stabilizálja az elektrogyenge skálát, megakadályozva a nagy kvantumkorrekciókat? A sötét anyag világos szuperszimmetrikus részecskékből áll?
• 14. Az anyag generációi. Háromnál több kvark és lepton generáció létezik? A generációk száma összefügg a tér dimenziójával? Miért léteznek egyáltalán nemzedékek? Van-e olyan elmélet, amely az első elvek alapján megmagyarázná egyes kvarkokban és leptonokban a tömeg jelenlétét az egyes generációkban?
• 15. Az alapvető szimmetria és a neutrínók. Mi a neutrínók természete, mekkora a tömegük és hogyan alakították az Univerzum evolúcióját? Miért fedeznek fel most több anyagot az Univerzumban, mint antianyagot? Milyen láthatatlan erők voltak jelen az Univerzum hajnalán, de eltűntek a látókörből, ahogy az Univerzum fejlődött?
• 16. Kvantumtér elmélet. Kompatibilisek-e a relativisztikus lokális kvantumtérelmélet elvei egy nemtriviális szórási mátrix létezésével?
• 17. Tömeg nélküli részecskék. Miért nem léteznek tömeg nélküli, spin nélküli részecskék a természetben?
• 18. Kvantumkromodinamika. Mik fázis állapotok erősen kölcsönható anyagok, és milyen szerepet töltenek be a térben? Milyen a nukleonok belső szerkezete? Az erősen kölcsönható anyagok milyen tulajdonságait jósolja a QCD? Mi szabályozza a kvarkok és gluonok pi-mezonokká és nukleonokká való átalakulását? Mi a szerepe a gluonoknak és a gluonok kölcsönhatásának a nukleonokban és a magokban? Mi határozza meg a QCD legfontosabb jellemzőit, és mi a kapcsolatuk a gravitáció és a téridő természetével?
• 19. Atommag és magasztrofizika. Milyen természetűek azok a nukleáris erők, amelyek a protonokat és a neutronokat stabil atommagokká és ritka izotópokká kötik? Mi az oka annak, hogy az egyszerű részecskék összetett atommagokká egyesülnek? Mi a neutroncsillagok és a sűrű maganyag természete? Mi az elemek eredete a térben? Mi történt nukleáris reakciók, amelyek mozgatják a csillagokat és robbanásukhoz vezetnek?
• 20. A stabilitás szigete. Melyik a létező legnehezebb stabil vagy metastabil mag?
• 21. A kvantummechanika és a megfelelési elv (néha kvantumkáosznak nevezik). Vannak-e előnyben részesített értelmezései a kvantummechanikának? Hogyan kvantumleírás valóság, amely olyan elemeket tartalmaz, mint pl kvantum szuperpozíció az állapotok és a hullámfüggvény összeomlása vagy a kvantumdekoherencia ahhoz a valósághoz vezet, amelyet látunk? Ugyanezt megfogalmazhatjuk a mérési feladat segítségével is: mi az a „mérés”, ami miatt a hullámfüggvény egy bizonyos állapotba omlik?
• 22. Fizikai információk. Vannak-e olyan fizikai jelenségek, mint például a fekete lyukak vagy a hullámfüggvény összeomlása, amelyek végleg megsemmisítik korábbi állapotukra vonatkozó információkat?
• 23. A mindenség elmélete („Grand Unified Theories”). Van olyan elmélet, amely megmagyarázza az összes alapvető fizikai állandó értékét? Van-e olyan elmélet, amely megmagyarázza, miért kell mérni az invarianciát? szabványos modell mint amilyen, miért van a megfigyelhető téridőnek 3+1 dimenziója, és ezért a fizika törvényei olyanok, amilyenek? Változnak az „alapvető fizikai állandók” az idő múlásával? Vannak-e részecskék a fizika standard modelljében? elemi részecskék valójában más részecskékből áll, amelyek olyan szorosan kapcsolódnak egymáshoz, hogy a jelenlegi kísérleti energiákon nem figyelhetők meg? Vannak alapvető részecskék, amelyeket még nem figyeltek meg, és ha igen, mik ezek és mik a tulajdonságaik? Vannak-e olyan megfigyelhetetlen alapvető erők, amelyek az elmélet szerint megmagyarázzák a fizika egyéb megoldatlan problémáit?
• 24. Mérő invariancia. Valóban léteznek nem Abel-féle mérőműszer-elméletek, amelyekben rés van a tömegspektrumban?
• 25. CP szimmetria. Miért nem marad meg a CP szimmetria? Miért őrződik meg a legtöbb megfigyelt folyamatban?
• 26. A félvezetők fizikája. A félvezetők kvantumelmélete nem tudja pontosan kiszámítani a félvezető egyetlen állandóját.
• 27. A kvantumfizika. A Schrödinger-egyenlet pontos megoldása többelektronos atomokra nem ismert.
• 28. Ha megoldjuk a két nyaláb egy akadályon való szórásának feladatát, a szórási keresztmetszet végtelenül nagynak bizonyul.
• 29. Feynmanium: Mi lesz vele kémiai elem, atomszám amely 137-nél nagyobb lesz, aminek következtében az 1s 1 elektronnak a fénysebességet meghaladó sebességgel kell mozognia (az atom Bohr-modellje szerint)? A Feynmánium az utolsó kémiai elem, amely képes fizikailag létezni? A probléma a 137-es elem körül jelentkezhet, ahol a nukleáris töltéseloszlás bővülése eléri végpontját. Lásd az Elemek kiterjesztett periódusos táblázata és a Relativisztikus hatások című részt.
• 30. Statisztikai fizika. Az irreverzibilis folyamatoknak nincs olyan szisztematikus elmélete, amely lehetővé tenné bármely adott fizikai folyamat mennyiségi számítását.
• 31. Kvantumelektrodinamika. Vannak-e gravitációs hatások, amelyeket az elektromágneses tér nullponti oszcillációi okoznak? Nem ismert, hogyan kell számolni kvantumelektrodinamika a nagyfrekvenciás tartományban egyszerre teljesíti az eredmény végességének, a relativisztikus invarianciának és az összes alternatív valószínűség egységgel egyenlő összegének feltételeit.
• 32. Biofizika. Hiányzó mennyiségelmélet fehérje makromolekulák és komplexeik konformációs relaxációjának kinetikájára. Nincs teljes elmélet az elektrontranszferről a biológiai struktúrákban.
• 33. Szupravezetés. Elméletileg lehetetlen megjósolni egy anyag szerkezetének és összetételének ismeretében, hogy csökkenő hőmérséklet mellett szupravezető állapotba kerül-e.

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 az egyenlet ismeretlen tagja marad.

A sötét energia felelős az Univerzum gyorsuló tágulásáért, eredete azonban sötétségbe burkolt rejtély. Ha sötét energia hosszú ideig állandó, valószínűleg „nagy fagyást” fogunk tapasztalni: az Univerzum egyre gyorsabban fog tovább 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 az idő fejlődését fizikai rendszerek(például atomok vagy elemi részecskék) 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 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 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 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.

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

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

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 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? Ez minden gömbvillám Ugyanolyan természetűek, vagy különböző típusok vannak?

Gömbvillám —egy izzó tűzgömb, amely a levegőben lebeg, egyedülállóan ritka természeti jelenség.

A mai napig nem mutattak be egységes fizikai elméletet a jelenség előfordulására és lefolyására vonatkozóan 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, így a gömbvillám természetére vonatkozó kérdés 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.

Elterjedt az a vélemény, hogy a gömbvillám elektromos eredetű, természetes természetű jelenség, vagyis reprezentálja speciális típus villám, amely régóta létezik, és gömb 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 állítólag ezzel a jelenséggel kapcsolatosak.

Anyagok alapján: több tucat cikk innen

V. L. GINZBURG akadémikus.

Majdnem 30 évvel ezelőtt V. L. Ginzburg akadémikus megjelentette a „Milyen problémák tűnnek most különösen fontosnak és érdekesnek a fizikában és az asztrofizikában?” című cikkét. („Tudomány és Élet” 1971. 2. sz.) a legtöbbek listájával aktuális kérdések modern fizika. Tíz év telt el, és a folyóirat oldalain megjelent „Mese a modern fizika néhány problémájáról...” („Tudomány és Élet” 1982. 4. szám). Régi folyóirat-kiadványokat áttekintve könnyen belátható, hogy minden probléma, amelyhez nagy reményeket fűztek, továbbra is aktuális (kivéve talán az „anomális víz” rejtélyét, amely a 70-es években izgatta az elméket, de kísérleti hibának bizonyult ). Ez arra utal, hogy a fizika fejlődésének „általános irányát” helyesen határozták meg. Az elmúlt években sok új dolog jelent meg a fizikában. Óriási szénmolekulákat – fulleréneket – fedeztek fel, az űrből érkező erős gamma-kitöréseket rögzítették, és magas hőmérsékletű szupravezetőket szintetizáltak. Dubnában egy 114 protonból és 184 neutronból álló elemet kaptak az atommagban, amelyet egy 1971-es cikk tárgyalt. Mindezek és a modern fizika sok más rendkívül érdekes és ígéretes területe elfoglalta méltó helyét az új „listán”. Ma, a harmadik évezred küszöbén V. L. Ginzburg akadémikus ismét visszatér az őt aggasztja témához. Az „Uspekhi” folyóiratban megjelent egy nagy áttekintő cikk az ezredforduló modern fizika problémáiról, részletes megjegyzésekkel a „listán” szereplő összes tételhez. fizikai tudományok"1999. 4. szám. Közzétesszük a Tudomány és Élet olvasói számára készített változatát. A cikk lényegesen lerövidített, ahol hivatásos fizikusoknak szánt érveléseket és számításokat tartalmaz, de olvasóink többsége számára talán érthetetlen. ugyanakkor az UFN folyóirat olvasói számára kézenfekvő, de a nagyközönség számára nem jól ismert rendelkezéseket kifejtjük és kibővítjük a „listában” felsorolt ​​problémák közül sok tükröződött a „Science and Az élet”.

Teljes tag Orosz Akadémia Sciences, a "Science and Life" folyóirat szerkesztőbizottságának tagja 1961 óta Vitalij Lazarevics Ginzburg.

A nemzetközi kísérleti termonukleáris reaktor-tokamak ITER vázlata.

Egy sztellarátor diagramja, amelyet plazma tárolására terveztek összetett konfigurációjú toroid tekercsrendszerben.

Az elektronok veszik körül a protonok és neutronok atommagját.

Bevezetés

A tudomány fejlődésének üteme és sebessége korunkban elképesztő. Szó szerint egy-két emberi élet leforgása alatt óriási változások mentek végbe a fizikában, a csillagászatban, a biológiában és sok más területen. Például 16 éves voltam, amikor 1932-ben felfedezték a neutront és a pozitront. De ezt megelőzően csak az elektront, a protont és a fotont ismerték. Valahogy nem könnyű felismerni, hogy az elektront, a röntgensugarakat és a radioaktivitást csak körülbelül száz éve fedezték fel, és a kvantumelmélet csak 1900-ban született. Érdemes megjegyezni, hogy az első nagy fizikusok: Arisztotelész (384-) Kr.e. 322 .) és Arkhimédészt (kb. ie 287-212) több mint két évezred választja el tőlünk. De a jövőben a tudomány viszonylag lassan haladt előre, és a vallási dogmatizmus fontos szerepet játszott itt. A fizika csak Galilei (1564-1642) és Kepler (1571-1630) kora óta kezdett egyre gyorsuló ütemben fejlődni. Micsoda utat jártak be azóta alig 300-400 év alatt! Ennek eredménye az általunk ismert modern tudomány. Már megszabadult a vallási bilincsektől, és az egyház ma legalább nem tagadja a tudomány szerepét. Igaz, tudományellenes érzelmek és az áltudományok (különösen az asztrológia) terjedése még ma is él, különösen Oroszországban.

Így vagy úgy, de remélhetjük, hogy a 21. században a tudomány nem kevésbé gyorsan fejlődik, mint a 20. században. Ennek az útnak a nehézsége, talán még a fő nehézsége is, ahogy nekem úgy tűnik, a felhalmozott anyag, az információmennyiség gigantikus növekedésével függ össze. A fizika annyira megnőtt és differenciálódott, hogy nehéz látni az erdőt a fáknak, nehéz képet alkotni a modern fizika egészéről. Ezért sürgősen szükség volt a főbb kérdések egybefogására.

A megjelenő problémák listájának összeállításáról beszélünk rendelkezésre álló idő a legfontosabb és legérdekesebb. Ezeket a problémákat elsősorban speciális előadásokban vagy cikkekben kell megvitatni, illetve kommentálni. A „mindent egy dologról és valamit mindenről” képlet nagyon vonzó, de irreális – nem lehet mindennel lépést tartani. Ugyanakkor egyes témák, kérdések, problémák különböző okok miatt valahogy kiemelésre kerülnek. Itt lehet fontosságuk az emberiség sorsa szempontjából (nagyképűen fogalmazva), mint például az energiatermelés céljából irányított magfúzió problémája. Természetesen a fizika alapjait, élvonalát (ezt a területet elemi részecskefizikának is nevezik) érintő kérdések is kiemeltek. Kétségtelen, hogy a csillagászat egyes kérdései is különös figyelmet keltenek, amelyeket most, akárcsak Galilei, Kepler és Newton idejében, nehéz (és nem is szükséges) elválasztani a fizikától. Ez a lista (természetesen idővel változó) egy bizonyos „fizikai minimumot” jelent. Ezek olyan témák, amelyekről minden írástudó embernek rendelkeznie kell valamivel, tudnia kell, bár nagyon felületesen, hogy miről van szó.

Szükséges-e hangsúlyozni, hogy a „különösen fontos és érdekes” kérdések kiemelése semmiképpen sem egyenlő mások bejelentésével? fizikai problémák lényegtelen vagy érdektelen? A „különösen fontos” problémákat nem azért különböztetjük meg, mert mások nem fontosak, hanem azért, mert a tárgyalt időszakban a figyelem középpontjában, bizonyos mértékig a fő irányokban állnak. Holnap ezek a problémák hátul lehetnek, és mások fogják pótolni őket. A problémák megválasztása természetesen szubjektív, lehetséges és szükséges is.

A „különösen fontos és érdekes problémák” listája 1999

Ahogy a híres angol közmondás mondja: "Ahhoz, hogy megtudd, mi a puding, meg kell enned." Ezért rátérek a lényegre, és bemutatom az említett „listát”.

1. Kezelve nukleáris fúzió. *

2. Magas hőmérsékletű és szobahőmérsékletű szupravezetés. *

3. Fémes hidrogén. Egyéb egzotikus anyagok.

4. Kétdimenziós elektronfolyadék (rendellenes Hall-effektus és néhány egyéb hatás). *

5 . A szilárdtestfizika néhány kérdése (heterostruktúra félvezetőben, fém-szigetelő átmenetek, töltés- és spinsűrűség-hullámok, mezoszkópia).

6. Másodrendű és kapcsolódó fázisátmenetek. Néhány példa az ilyen átmenetekre. Hűtés (különösen lézerrel) rendkívül alacsony hőmérsékletre. Bose-Einstein kondenzáció gázokban. *

7. Felületi fizika.

8. Folyékony kristályok. Ferroelektromos.

9. Fullerének. *

10 . Az anyag viselkedése szupererős mágneses térben. *

11. Nemlineáris fizika. Légörvény. Solitonok. Káosz. Furcsa attraktorok.

12 . Nagy teherbírású lézerek, lézerek, legelők.

13. Szupernehéz elemek. Egzotikus magok. *

14 . Tömegspektrum Kvarkok és gluonok. Kvantumkromodinamika. *

15. A gyenge és elektromágneses kölcsönhatás egyesített elmélete. W + És Z a bozonokról. Leptonok. *

16. Nagy Egyesítés. Superunion. Proton bomlás. Neutrinó tömeg. Mágneses monopólusok. *

17. Alapvető hosszúság. Nagy és ultramagas energiájú részecskék kölcsönhatása. Ütközők. *

18. A CP invarianciájának megőrzésének elmulasztása. *

19. Nemlineáris jelenségek vákuumban és szupererős elektromágneses terekben. Fázisátmenetek vákuumban.

20 . Húrok. M-elmélet. *

21. Az általános relativitáselmélet kísérleti igazolása. *

22. Gravitációs hullámok, észlelésük. *

23. Kozmológiai probléma. Infláció. L-tag. A kozmológia és a nagyenergiájú fizika kapcsolata. *

24. Neutroncsillagok és pulzárok. Szupernóvák. *

25. Fekete lyukak. Kozmikus húrok. *

26. Kvazárok és galaktikus atommagok. Galaxisok kialakulása. *

27. A sötét anyag (rejtett tömeg) problémája és kimutatása. *

28. Az ultranagy energiájú kozmikus sugarak eredete. *

29 . Gamma-kitörések. Hipernóvák. *

30. Neutrinó fizika és csillagászat. Neutrinó rezgések. *

Jegyzet. A csillagok * olyan problémákat jelölnek, amelyek bizonyos mértékben tükröződnek a folyóirat oldalain.

Kétségtelen, hogy bármilyen „lista” nem dogma, valamit ki lehet dobni, valamit hozzá lehet tenni a kutatók érdeklődésének és a tudomány helyzetének függvényében. A legnehezebb t-kvarkot csak 1994-ben fedezték fel (tömege 1999-es adatok szerint 176 + 6 GeV). Cikkekben 1971-1982. Természetesen nincsenek fullerének, amelyeket 1985-ben fedeztek fel, és nincsenek gamma-kitörések (a felfedezésüket először 1973-ban tették közzé). A magas hőmérsékletű szupravezetőket 1986-1987-ben szintetizálták, de ennek ellenére 1971-ben ezt a problémát részletesen megvizsgálták, hiszen 1964-ben tárgyalták. Általánosságban elmondható, hogy 30 év alatt sok minden történt a fizikában, de véleményem szerint , nem annyira újdonság jelent meg. Mindenesetre mindhárom „lista” bizonyos mértékig jellemzi a fizikai és asztrofizikai problémák alakulását és állapotát 1970-től napjainkig.

Makrofizika

A szabályozott magfúzió problémája (1. sz. 1 a "listában") még mindig nincs megoldva, pedig már 50 éves. A Szovjetunióban 1950-ben kezdődött ez az irányú munka. A. D. Szaharov és I. E. Tamm mesélt nekem a mágneses termonukleáris reaktor ötletéről, és örömmel foglalkoztam ezzel a problémával, mert akkoriban gyakorlatilag semmi dolgom nem volt a hidrogénbomba fejlesztése . Ez a munka szigorúan titkosnak minősült ("Szigorúan titkos, speciális mappa" bélyegzővel). Egyébként én akkor hosszú ideje később úgy gondoltam, hogy a Szovjetunióban a termonukleáris fúzió iránti érdeklődés egy kimeríthetetlen energiaforrás létrehozásának vágyának köszönhető. Ahogy azonban I. N. Golovin nemrég elmondta nekem, fúziós reaktor főként egészen más okból érdekelt, „akinek szüksége volt rá”: a trícium előállításához szükséges neutronforrásként. Így vagy úgy, de annyira titkosnak és fontosnak tartották a projektet, hogy engem eltávolítottak belőle (akár 1951 végén, akár 1952 elején): egyszerűen leálltak a munkafüzetek és a saját jelentéseik kiadásával erről a munkáról az első osztályon. . Ez volt a „különleges tevékenységem” csúcsa. Szerencsére néhány évvel később I. V. Kurchatov és munkatársai rájöttek, hogy a termonukleáris problémát nem lehet gyorsan megoldani, és 1956-ban feloldották.

Külföldön nagyjából ugyanebben az időszakban kezdődtek meg a termonukleáris reaktorok munkálatai, szintén többnyire zárt munkaként, és nagy szerepe volt a Szovjetunióba való besorolásuk feloldásuknak (ami akkoriban hazánkban teljesen nem triviális döntés volt). pozitív szerepet: A probléma megoldása nemzetközi konferenciák és együttműködések tárgyává vált. De most eltelt 45 év, és működő (energiatermelő) termonukleáris reaktort nem hoztak létre, és valószínűleg addig a pillanatig még tíz évet kell várnunk, és talán többet is. A termonukleáris fúzióval kapcsolatos munka világszerte és meglehetősen széles fronton folyik. A tokamak rendszer különösen jól fejlett (lásd Science and Life No. 3, 1973). Az ITER (International Termonuclear Experimental Reactor) nemzetközi projekt több éve zajlik. Ez egy körülbelül 10 milliárd dollárba kerülő óriási tokamak, amelyet 2005-re kellett volna megépíteni a jövő fúziós reaktorának prototípusaként. Most azonban, hogy az építkezés nagyrészt befejeződött, pénzügyi nehézségek adódtak. Ezen túlmenően egyes fizikusok úgy vélik, hogy érdemes alternatív terveket és kisebb méretű projekteket, például úgynevezett sztellarátorokat fontolóra venni. Általánosságban már nem fér kétség a valódi termonukleáris reaktor létrehozásának lehetőségéhez, és a probléma súlypontja, ha jól értem, a mérnöki és gazdasági területre került. Azonban egy ilyen gigantikus és egyedi létesítmény, mint az ITER, vagy valamelyik vele versengő létesítmény, természetesen megőrzi érdeklődését a fizika iránt.

Vonatkozó alternatív utak a könnyű atommagok szintézise energiatermelés céljából, majd feladják a „hideg termonukleáris fúzió” lehetőségével kapcsolatos reményeket (például elektrolitikus cellákban). Vannak olyan projektek is, amelyek különféle trükkökkel gyorsítókat használnak, és végül lehetséges az inerciális magfúzió, például a „lézerfúzió”. Ennek lényege a következő. Egy nagyon kis mennyiségű deutérium és trícium keveréket tartalmazó üvegampullát minden oldalról erős lézerimpulzusokkal sugároznak be. Az ampulla elpárolog, és a könnyű nyomás annyira összenyomja a tartalmát, hogy egy termonukleáris reakció „begyullad” a keverékben. Általában körülbelül 100 kg TNT-nek megfelelő robbanással történik. Óriási létesítmények épülnek, de titkolózásuk miatt keveset tudni róluk: láthatóan termonukleáris robbanások szimulálásában reménykednek. Így vagy úgy, az inerciális fúzió problémája egyértelműen fontos és érdekes.

Probléma 2 - magas hőmérsékletű és szobahőmérsékletű szupravezetés (röviden HTSC és HTSC).

Fizikától távol álló embernek szilárd, úgy tűnhet, hogy ideje kidobni a HTSC problémát a „listáról”, mert 1986-1987. ilyen anyagokat hoztak létre. Nem lenne itt az ideje áthelyezni őket a fizikusok és vegyészek által tanulmányozott rengeteg egyéb anyag kategóriájába? A valóságban ez egyáltalán nem így van. Elég azt mondani, hogy a kuprátok (rézvegyületek) szupravezetési mechanizmusa továbbra is tisztázatlan (a legmagasabb hőmérséklet T c = 135 K érték a HgBa 2 Ca 2 Cu 3 O 8+x nyomás nélkül; elég nagy nyomás alatt áll már neki T c = 164 K). Nem kétséges, legalábbis az én fejemben, hogy az elektron-fonon kölcsönhatás erős csatolással igen jelentős szerepet játszik, de ez nem elég, „valami” is kell. Általánosságban elmondható, hogy a kérdés nyitott a HTSC tanulmányozására fordított hatalmas erőfeszítések ellenére (10 év alatt körülbelül 50 ezer publikáció jelent meg ebben a témában). De itt a legfontosabb dolog természetesen a CTSC létrehozásának lehetősége. Nem mond ellent semminek, de nem lehet biztos a sikerben.

Fémes hidrogén (probléma 3 ) még körülbelül hárommillió atmoszféra nyomás alatt sem jött létre (alacsony hőmérsékletről beszélünk). Azonban a tanulmány molekuláris hidrogén nagy nyomás alatt számos váratlan és érdekes vonást tárt fel benne. Amikor lökéshullámok és körülbelül 3000 K hőmérséklet összenyomják, a hidrogén láthatóan erősen vezető folyadékfázissá alakul át.

Nagy nyomáson a vízben és számos más anyagban is különös vonásokat fedeztek fel. A fullerének az „egzotikus” anyagok közé sorolhatók. Újabban a „hétköznapi” fullerén C 60 mellett elkezdték tanulmányozni a C 36-ot is, aminek nagyon magas hőmérsékletű szupravezető átmenet adalékolás során - egy másik elem atomjainak „beépülése” kristályrácsba vagy molekulába.

Fizikai Nobel-díjat 1998-ban a törtszám felfedezéséért és magyarázatáért ítélték oda kvantumhatás Holla probléma 4 (lásd "Tudomány és élet" sz.). A Nobel-díjat egyébként az egész kvantum Hall-effektus felfedezéséért is odaítélték (1985-ben). A tört kvantum Hall-effektust 1982-ben fedezték fel (az egész számot 1980-ban); akkor figyelhető meg, amikor egy kétdimenziós elektron „gázban” (vagy inkább folyadékban) folyik az áram, mert ott jelentős az elektronok közötti kölcsönhatás, különösen a töredékhatás szempontjából. Váratlan és nagyon érdekes tulajdonság törtkvantum Hall-effektus - töltésekkel rendelkező kvázirészecskék létezése e* = (1/3)e, Ahol e- elektrontöltés és egyéb mennyiségek. Megjegyzendő, hogy a kétdimenziós elektrongáz (vagy általánosságban véve folyadék) más esetekben is érdekes.

Probléma 5 (a szilárdtestfizika néhány kérdése) ma már szó szerint határtalan. csak vázoltam lehetséges témákatés ha előadást tartok, akkor a heterostruktúrákra koncentrálnék (beleértve a " kvantumpontok") és mezoszkópikusan. A szilárd anyagokat régóta egységesnek és egésznek tekintették. Viszonylag nemrég azonban világossá vált, hogy a szilárd testben különböző kémiai összetételű és fizikai tulajdonságú régiók vannak, amelyeket élesen meghatározott határok választanak el egymástól. Az ilyen rendszereket heterogénnek nevezik. Ez azt eredményezi, hogy mondjuk egy adott minta keménysége vagy elektromos ellenállása élesen eltér a halmazukra mért átlagos értékektől, a kristály felülete a belsejétől eltérő tulajdonságokkal rendelkezik, stb. hasonló jelenségek mezoszkóposnak nevezzük. A mezoszkópikus jelenségek vizsgálata rendkívül fontos a vékonyréteg-félvezető anyagok, a magas hőmérsékletű szupravezetők stb.

A problémával kapcsolatban 6 (fázisátmenetek stb.) a következőket mondhatjuk. A He-3 alacsony hőmérsékletű szuperfolyékony fázisainak felfedezését 1996-ban fizikai Nobel-díjjal jutalmazták (lásd: "Tudomány és élet", 1997. 1. szám). Speciális figyelem Az elmúlt három évben a gázokban előforduló Bose-Einstein kondenzáció (BEC) felkeltette a figyelmet. Ez kétségtelenül nagyon érdekes művek, de az általuk okozott "konjunktúra" véleményem szerint nagyrészt a történelem tudatlanságára vezethető vissza. Még 1925-ben Einstein felhívta a figyelmet a BEC-re, de hosszú idő elhanyagolták, sőt néha kételkedtek a valóságában. De ezek az idők rég elmúltak, különösen 1938 után, amikor F. London összekapcsolta a BEC-et a He-4 szuperfolyékonyságával. Természetesen a hélium II folyadék, és a BEC úgyszólván tiszta formájában nem jelenik meg benne. Az a vágy, hogy egy ritka gázban megfigyeljük, teljesen érthető és indokolt, de nem komoly, ha valami váratlan és alapvetően új felfedezését látjuk benne. Egy másik dolog, hogy a BEC megvalósítása Rb, Na, Li és végül H gázokban 1995-ben és később a kísérleti fizika nagyon nagy teljesítménye. Ez csak a gázok ultraalacsony hőmérsékletre hűtésére és csapdákban tartására szolgáló módszerek kifejlesztésének eredményeként vált lehetségessé (erre egyébként 1997-re ítélték oda a fizikai Nobel-díjat, lásd a „Tudomány és élet” sz. 1, 1998). A BEC gázokban való megvalósítása elméleti munka és cikkek sorát vonja maga után. Egy Bose-Einstein kondenzátumban az atomok koherens állapotban vannak, és interferencia jelenségek figyelhetők meg, ami az „atomi lézer” fogalmának megjelenéséhez vezetett (lásd: Tudomány és Élet, 1997. 10. szám).

Témák 7 És 8 nagyon szélesek, ezért nehéz valami újat és fontosat kiemelni. Szeretném megjegyezni a megnövekedett és teljesen indokolt érdeklődést a különféle atomokból és molekulákból álló klaszterek iránt (kis számú részecskét tartalmazó képződményekről beszélünk). Nagyon érdekesek a folyadékkristályok és a ferroelektrikumok (vagy angol terminológiával ferroelektromos anyagok) kutatása. A vékony ferroelektromos filmek tanulmányozása is felkelti a figyelmet.

A fullerénekről (probléma 9 ) mellékesen már említettük, és együtt szén nanocsövek ez a terület virágzik (lásd: "Tudomány és Élet" 1993. 11. szám).

A szupererős mágneses mezők anyagáról (konkrétan a kéregben neutroncsillagok), valamint a megfelelő hatások félvezetőkben történő modellezéséről (probléma 10 ) nincs újdonság. Egy ilyen megjegyzés nem csüggedhet, és nem vetheti fel a kérdést: akkor miért kell ezeket a problémákat feltenni a „listára”? Először is, véleményem szerint, van egy bizonyos varázsuk egy fizikus számára; másodszor pedig a kérdés fontosságának megértése nem feltétlenül jár együtt a mai állapot kellő ismeretével. Hiszen a „programnak” éppen az a célja, hogy felkeltse az érdeklődést, és arra ösztönözze a szakembereket, hogy hozzáférhető cikkekben, előadásokban rávilágítsanak a probléma helyzetére.

A nemlineáris fizikával kapcsolatban (problémák 11 a „listában”) más a helyzet. Rengeteg anyag áll rendelkezésre, és összesen az összes tudományos publikáció 10-20%-át a nemlineáris fizikának szentelik.

Nem hiába nevezték olykor nemcsak atomkornak, hanem lézerkornak is a 20. századot. Javában zajlik a lézerek fejlesztése, alkalmazási területük bővítése. De a probléma 12 - ezek nem általában lézerek, hanem elsősorban szupererős lézerek. Tehát az intenzitást (teljesítménysűrűséget) már elértük lézersugárzás 10 20 - 10 21 W cm -2. Ennél az intenzitásnál az elektromos térerősség eléri a 10 12 V cm -1 értéket, ami két nagyságrenddel erősebb, mint a hidrogénatom talajszintjén lévő protontér. A mágneses tér eléri a 10 9 - 10 10 oersted értéket. A nagyon rövid, akár 10-15 s (azaz egy femtoszekundumig terjedő) impulzusok használata számos lehetőséget nyit meg, különösen attoszekundum (10-18 s) időtartamú röntgenimpulzusok előállítására. . Kapcsolódó probléma- borotvák és legeltetők létrehozása és használata - lézerek analógjai röntgen- és gamma-tartományban.

Probléma 13 - a régióból magfizika. Nagyon nagy, ezért csak két kérdést emeltem ki. Egyrészt távoli transzurán elemekről van szó, annak reményében, hogy egyedi izotópjaik sokáig élnek (ilyen izotópként egy protonszámú atommagot jelöltek meg Z= 114 és neutronok N= 184, azaz s tömegszám A = Z + N= 298). Ismert transzurán elemek Z < 114 живут лишь секунды или доли секунды. Существование в космических лучах долгоживущих (речь идет о миллионах лет) трансурановых ядер пока подтверждено не было. В начале 1999 г. появилось сообщение, что в Дубне синтезирован 114-й элемент с массовым числом 289, живущий около 30 секунд. Поэтому возникла надежда, что элемент действительно окажется очень долгоживущим. Во-вторых, под "экзотическими" ядрами подразумеваются также гипотетические ядра из нуклонов и антинуклонов повышенной плотности, не говоря уже о ядрах несферической формы и с некоторыми другими особенностями. Сюда же примыкает проблема кварковой материи и кварк-глюонной плазмы, получение которой планируется в начале XXI века.

Mikrofizika

Problémák a 14 Által 20 egy olyan területhez tartoznak, amelyet úgy tűnik, a leghelyesebben részecskefizikának neveznek. Egy időben azonban ez a név valahogy ritkábban használt, mert elavult volt. Egy bizonyos szakaszban a nukleonokat és a mezonokat eleminek tekintették. Ma már ismert, hogy ezek (bár némileg feltételes értelemben) kvarkokból és antikvarkokból állnak, amelyek talán szintén valamilyen részecskékből – preonokból stb. – „állnak”. Ilyen hipotéziseknek azonban még nincs alapja, és a „matrjoskának” – az anyag egyre kisebb részekre osztásának – egyszer ki kell merülnie. Így vagy úgy, ma a kvarkokat oszthatatlannak és ebben az értelemben eleminek tekintjük - 6 típusuk van, nem számítva az antikvarkokat, amelyeket „ízeknek” (virágoknak) neveznek: u(fel), d(le), c(báj), s(furcsaság), t(felső) és b(alul), valamint elektron, pozitron és számos más részecske. Az elemi részecskefizika egyik legégetőbb problémája a Higgs – a Higgs-bozon – felkutatása és – ahogy azt mindenki reméli – felfedezése (Science and Life No. 1, 1996). Tömegét 1000 GeV-nál kisebbre, de nagy valószínűséggel még 200 GeV-nál is kisebbre becsülik. A keresést a CERN és a Fermilab gyorsítóiban végzik és fogják végezni. A nagyenergiájú fizika fő reménysége az LHC (Large Hadron Colleider) gyorsító, amely a CERN-ben készül. 14 TeV (10 12 eV) energiát fog elérni, de nyilván csak 2005-ben.

Egy másik fontos feladat a szuperszimmetrikus részecskék keresése. 1956-ban felfedezték a térbeli paritás meg nem őrzését ( P) gyenge kölcsönhatásokkal - a világ aszimmetrikusnak bizonyult, a „jobb” nem egyenlő a „baloldallal”. A kísérletek azonban azt mutatták, hogy minden kölcsönhatás invariáns a C.P.-konjugáció, vagyis amikor a jobb oldalt balra cseréljük, a részecske egyidejű antirészecskés cseréjével. 1964-ben fedezték fel a bomlást NAK NEK-mezon, ami azt jelezte C.P.-a változatlanság sérül (1980-ban ezt a felfedezést Nobel-díjjal jutalmazták). Nem mentési folyamatok C.P.- az invarianciák nagyon ritkák. Eddig csak egy másik ilyen reakciót fedeztek fel, a másik pedig kérdéses. A protonbomlási reakciót, amelyhez némi reményt fűztek, nem regisztrálták, ami azonban nem meglepő: a protonok átlagos élettartama 1,6 10 33 év. Felmerül a kérdés: megmarad-e a változatlanság az idő lecserélésekor? t tovább - t? Ez az alapvető kérdés fontos hogy megmagyarázzuk a fizikai folyamatok visszafordíthatatlanságát. A folyamatok természete C.P.-nem megőrzése tisztázatlan, kutatásaik folytatódnak.

A probléma egyéb „szakaszai” között említett neutrínótömegről 16 , az alábbiakban a probléma megvitatása során hangzik el 30 (neutrínófizika és csillagászat). Maradjunk a problémán 17 és pontosabban az alapvető hosszban.

Az elméleti számítások azt mutatják, hogy a távolságokig l f= 10 -17 cm (gyakrabban azonban 10 -16 cm-t jelölnek) és időpontokat t f = l f /c ~ 10 -27 s A meglévő téridő fogalmak érvényesek. Mi történik kisebb léptékben? Ez a kérdés az elmélet meglévő nehézségeivel kombinálva egy bizonyos alapvető hosszúság és idő létezésének hipotéziséhez vezetett, amelynél az „új fizika” és néhány szokatlan téridő-fogalom („szemcsés téridő” stb.) ) kerüljön szóba. Másrészt a fizikában ez ismert és játszik fontos szerep egy másik alapvető hossz - az úgynevezett Planck- vagy gravitációs hossz l g= 10 -33 cm.

Fizikai jelentése abban rejlik, hogy kisebb léptékben már nem lehet használni, különösen az általános relativitáselméletet (GTR). Itt kell használni kvantum elmélet gravitáció, még nem jött létre semmilyen teljes formában. Így, l g- egyértelműen valamilyen alapvető hosszúság, amely korlátozza a téridőről alkotott klasszikus elképzeléseket. De vajon lehet-e mondani, hogy ezek az ötletek nem „buknak meg” még korábban, egyeseknél l f , ami teljes 16 nagyságrenddel kisebb l g?

A "hosszúság elleni támadást" két oldalról hajtják végre. Viszonylag alacsony energiaoldalon ez az ütköző gerendákra (ütközők) új gyorsítók építése, és elsősorban a már említett LHC, 14 TeV energiával, ami megfelel a hossznak. l = ћc/E c = =1,4 . 10-18 cm B kozmikus sugarak maximális energiájú részecskék E = 3 . 10 20 eV. Azonban nagyon kevés ilyen részecske van, és lehetetlen közvetlenül felhasználni őket a nagyenergiájú fizikában. A hossza hasonló l g, csak a kozmológiában (és elvileg a fekete lyukak belsejében) jelennek meg.

A részecskefizikában az energiákat meglehetősen széles körben használják E o= 10 16 eV, a „nagy egyesülés” – az elektrogyenge és erős kölcsönhatások egyesítése – még be nem fejezett elméletében. Hossz l o = =ћc/E o= 10 -30 cm, és mégis három nagyságrenddel nagyobb l g. Mi történik a közötti területen l o és l gÚgy tűnik, nagyon nehéz megmondani. Talán valami alapvető hosszúság lappang itt l f , olyan, hogy l g < l f< l o?

Ami a problémahalmazt illeti 19 (vákuum és szuper erős mágneses mezők) vitatható, hogy nagyon relevánsak. Még 1920-ban Einstein megjegyezte: „...az általános relativitáselmélet a teret fizikai tulajdonságokkal ruházza fel, tehát ebben az értelemben az éter létezik...” A kvantumelmélet „felruházta a teret” virtuális párokkal, különféle fermionokkal és nulla- az elektromágneses és egyéb mezők pontoszcillációi.

Probléma 20 - húrok és M- elmélet („Tudomány és Élet” 1996. 8., 9. sz.). Ezt mondhatnánk, elülső irány V elméleti fizika randizni. Egyébként a „string” kifejezés helyett gyakran a „szupersztringek” elnevezést használják, először is azért, hogy ne legyen összetéveszthető a kozmikus húrokkal (a probléma 25 ), másodszor pedig kiemelni a szuperszimmetria fogalmának használatát. A szuperszimmetrikus elméletben minden részecske más-más statisztikával rendelkező partnerhez kapcsolódik, például egy fotonhoz (spin 1-es bozon) egy fotonhoz (fermionhoz 1/2 spin) stb. partnereket (részecskéket) még nem fedeztek fel. Tömegük láthatóan nem kevesebb, mint 100-1000 GeV. Ezeknek a részecskéknek a felkutatása a kísérleti nagyenergiájú fizika egyik fő feladata.

Az elméleti fizika még nem tud válaszolni számos kérdésre, például: hogyan kell felépíteni a gravitáció kvantumelméletét és kombinálni azt más kölcsönhatások elméletével; miért úgy tűnik, hogy csak hatféle kvark és hatféle lepton létezik; miért nagyon kicsi a neutrínó tömege; hogyan lehet elméletből meghatározni az 1/137 finomszerkezeti állandót és számos más állandót stb. Más szóval, bármilyen grandiózusak és lenyűgözőek is a fizika vívmányai, rengeteg megoldatlan alapvető probléma van. A szuperhúrelmélet még nem adott választ hasonló kérdéseket, de jó irányba sikert ígér.

BAN BEN kvantummechanika a kvantumtérelméletben pedig az elemi részecskéket pontszerűnek tekintik. A szuperhúrelméletben az elemi részecskék egydimenziós objektumok (húrok) rezgései, amelyek jellemző mérete 10-33 cm. A húrok lehetnek véges hosszúságúak vagy gyűrű alakúak. Nem négydimenziós ("közönséges") térben, hanem mondjuk 10 vagy 11 dimenziós terekben tekintik őket.

A szuperhúrok elmélete még nem vezetett fizikai eredményre, velük kapcsolatban elsősorban „fizikai reményeket” lehet említeni, ahogy L. D. Landau szerette mondani, és nem az eredményekről. De mit nevezzünk eredménynek? Végül matematikai konstrukciókés a különféle szimmetriatulajdonságok felfedezése is eredmény. Ez nem akadályozta meg a húrokat kutató fizikusokat abban, hogy a „minden elmélete” nem túl szerény terminológiáját alkalmazzák a húrelméletre.

Szembenézve elméleti fizika a szóban forgó feladatok és kérdések rendkívül összetettek és mélyek, és nem tudni, hogy mennyi időbe telik a válaszok megtalálása. Az ember úgy érzi, hogy a szuperhúrelmélet valami mély és fejlődő. A szerzők maguk azt állítják, hogy csak néhányat értenek meg korlátozó esetekés csak néhány általánosabb elmélet utalásáról beszélünk, amelyet az ún M-elmélet, vagyis mágikus vagy misztikus.

(A vége következik.)

Az Orosz Tudományos Akadémia Elnökségének beszéde

A tudományellenes és írástudatlan cikkek dominanciája az újságokban és folyóiratokban, a televízió- és rádióműsorokban mindenkit komoly aggodalomra ad az ország tudósai. A nemzet jövőjéről beszélünk: lesz-e az új, felnevelt nemzedék asztrológiai előrejelzésekés az okkult tudományokba vetett hit, tudományos világnézet fenntartása, méltó az emberekhez 21. század, vagy hazánk visszatér a középkori misztikához. A folyóirat mindig csak a tudomány vívmányait népszerűsítette, és más álláspontok tévedéseit magyarázta (lásd pl. „Tudomány és Élet” 1992. 5., 6. sz.). Az Orosz Tudományos Akadémia Elnöksége 1999. március 16-i 58-A számú határozattal elfogadott felhívásának közzétételével folytatjuk ezt a munkát, és hasonló gondolkodású embereket látunk olvasóinkban.

NE HAGYJ EL MELLETT!

Orosz tudósoknak, professzoroknak és egyetemi tanároknak, iskolai és műszaki főiskolai tanároknak, valamint az orosz értelmiségi közösség minden tagjának.

Jelenleg hazánkban az áltudományok és a paranormális hiedelmek széles körben és akadálytalanul elterjedtek: asztrológia, sámánizmus, okkultizmus stb. Folyamatosan próbálkoznak különféle értelmetlen projektek megvalósításával állami pénzek terhére, például torziós generátorok létrehozásával. Oroszország lakosságát televízió- és rádióműsorok, nyíltan tudományellenes tartalmú cikkek és könyvek bolondítják meg. A hazai köz- és magánmédiában nem áll meg a varázslók, mágusok, jósok és próféták szombatja. Az áltudomány arra törekszik, hogy behatoljon a társadalom minden rétegébe, minden intézményébe, beleértve az Orosz Tudományos Akadémiát is.

Ezek az irracionális és alapvetően erkölcstelen tendenciák kétségtelenül komoly veszélyt jelentenek a nemzet normális szellemi fejlődésére.

Az Orosz Tudományos Akadémia nem nézhet, és nem is szabad közömbösen néznie az obskurantizmus példátlan megjelenését, és köteles megfelelő visszautasítást adni neki. Ebből a célból az Orosz Tudományos Akadémia Elnöksége létrehozta a Bizottságot az áltudományok és a tudományos kutatások meghamisítása elleni küzdelemre.

Az áltudományok és a tudományos kutatások meghamisítása elleni küzdelemmel foglalkozó RAS Bizottság már megkezdte működését. Nyilvánvaló azonban, hogy jelentős sikereket csak akkor lehet elérni, ha figyelmet fordítanak az áltudományok elleni küzdelemre széles körök orosz tudósok és tanárok.

Az Orosz Tudományos Akadémia Elnöksége felszólítja Önt, hogy aktívan reagáljon az áltudományos és tudatlan publikációk megjelenésére mind a médiában, mind a speciális kiadványokban, hogy ellensúlyozza a sarlatán projektek megvalósítását, fedje fel mindenféle paranormális és antiellenes tevékenységét. - tudományos „akadémiák” a tudományos tudás erényeinek globális előmozdítására, racionális hozzáállás a valósághoz.

Felszólítjuk a rádió- és televíziótársaságok, újságok és folyóiratok vezetőit, a műsorok és kiadványok szerzőit és szerkesztőit, hogy ne hozzanak létre és ne terjesszenek áltudományos és tudatlan műsorokat és kiadványokat, és ne feledjék a média felelősségét a nemzet szellemi és erkölcsi neveléséért. .

A jelenlegi és a jövő nemzedékeinek lelki egészsége minden mai tudós álláspontjától és tetteitől függ!

Az Orosz Tudományos Akadémia Elnöksége.

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” adja meg a kulcsot az elemi részecskék természetének megértéséhez, a megoldatlan problémák lenyűgöző listája garancia arra, hogy hasonló elmélet 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 bizonyítékokat keresnek a létezésére gravitációs hullámok. 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 esetleg vissza kell tolni alsó határ felezési ideje.

Lehetséges-e szupravezető magas hőmérsékleten?

A szupravezetés akkor jelenik meg, amikor a fém leesik elektromos ellenállás nullára. 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 forrásponton szupravezető anyagokat készíteniük folyékony nitrogén(-196 °C), amely már lehetővé tette ipari termékek létrehozását. Ennek a jelenségnek a mechanizmusa még nem teljesen ismert, de a kutatók megpróbálják elérni a szupravezetést szobahőmérsékleten, ami csökkenti az elektromos veszteségeket.