Нерешенные задачи физики: 11 величайших нерешенных проблем современной физики

11 величайших нерешенных проблем современной физики

Наука Физика Квантовая физика Черные дыры

11 величайших нерешенных проблем современной физики

Егор Морозов — 10 июня 2019, 15:20

В 1900 году британский физик лорд Кельвин объявил: «в физике больше нет ничего нового, все, что можно было открыть, уже открыто. То, что остается — это все более и более точное измерение старого». В течение трех десятилетий физика показала, что он серьезно ошибался: были открыты квантовая механика и теория относительности Эйнштейна, которые произвели революции в науке. Сегодня ни один физик не посмел бы утверждать, что мы знаем все о вселенной. Напротив, каждое новое открытие, кажется, открывает ящик Пандоры с еще более глубокими вопросами физики.

В этой статье мы поговорим про те вопросы в физике, которые до сих пор остаются без ответа.

Темная материя и энергия

Как бы ученые не пытались объяснить нашу вселенную текущими законами физики, у них ничего не получается. Если учитывать только видимое вещество, то его гравитации не хватит, чтобы удерживать галактики от распада на части. И, дабы объяснить стабильность галактик во вселенной, была введена темная материя — гипотетическое вещество, которое не испускает электромагнитного излучения и взаимодействует с привычной материей только с помощью гравитации. Увы, хотя термину «темная материя» уже 90 лет, ее до сих пор не обнаружили, хотя и нашли потенциального претендента, возможно, полностью состоящего из нее.

Как это обычно бывает, темной материи не хватило, чтобы объяснить все несостыковки текущей физики и наблюдаемых явлений. Поэтому, чтобы объяснить расширение Вселенной с ускорением, была введена еще и темная энергия, являющейся космологической константой — иными словами, неизменной энергетической плотностью, равномерно распределенной по Вселенной. Причем, что самое любопытное, привычное нам вещество занимает по массе всего 4% Вселенной, когда темная материя — 22%, а темная энергия вообще 74%. Казалось бы, при таком распространении мы должны найти ее следы, но, увы, пока что этого не произошло.

Почему время идет только вперед?

Пожалуй, этот вопрос задавали себе многие — ведь так хотелось бы вернуться в прошлое и что-то исправить. Физики пытались объяснить эту «стрелу времени», направленную только вперед, энтропией: грубо говоря, мерой хаоса во вселенной. Все, что мы не делали, приводит к увеличению энтропии: это гласит второй закон термодинамики. Яйцо, будучи целым, имеет низкую энтропию. Разбив его на сковородку, вы ее увеличите. Но, казалось бы, в чем проблема собрать обратно желток и белок в скорлупу и склеить ее? Ведь тем самым можно будет уменьшить энтропию и как бы сделать для яйца «машину времени».

Увы, это не так — в итоге на «сборку» яйца снова вы потратите некоторое количество энергии, а, значит, снова увеличите общую энтропию Вселенной.

Казалось бы, вот и ответ на вопрос: раз энтропия и время связаны, и энтропия может только увеличиваться, то время может идти только вперед. Но и тут хватает загвоздок: так, в будущем Вселенная достигнет равновесия и максимума энтропии — она будет полностью однородной и темной, без всяких звезд и галактик. Энтропия в ней навечно станет константой — значит, и время тоже? Ведь в таком мире без разницы, куда оно течет, в итоге все равно ничего не меняется! 

С другой стороны, вспомним начало Вселенной из Большого Взрыва, когда энтропия была минимальной, и с тех пор постоянно растет. Возникает вопрос — почему это происходит именно так, а не наоборот? Увы — мы не знаем ответа на этот вопрос. Так что связь времени и энтропии, конечно, интересная, но все равно не отвечает нам на вопрос, почему время идет вперед и только вперед.

Есть ли параллельные вселенные?

Астрофизики предполагают, что на больших масштабах пространство-время плоское, а не искривленное, то есть оно бесконечно. 122 степени), но все же конечным числом. А раз пространство-время бесконечно, то на нем будет бесконечной множество различных вселенных, и раз наша Вселенная конечна, то она будет иметь… бесконечное число своих копий. И бесконечное число копий, где вы позавтракали не йогуртом, а бутербродом с сыром. Но, конечно, это чисто математические выкладки, которые мы никак не можем проверить, так что этот вопрос так и остается вопросом.

Почему материи больше, чем антиматерии?

След первого обнаруженного позитрона в пузырьковой камере.

В привычном нам мире электрон заряжен отрицательно, а протон — положительно. А может ли быть наоборот? Вполне: последние 50 лет ученые создают антипротоны и позитроны (антиэлектроны), которые отличаются от своих «нормальных» братьев только зарядом и барионным числом (то есть позитрон заряжен положительно). При столкновении частицы с античастицей они аннигилируют, производят огромное количество энергии.

Но отсюда возникает вполне логичный вопрос: если материя и антиматерия максимально схожи, то после Большого Взрыва их должно было оказаться поровну. Разумеется, они бы аннигилировали полностью, и вселенная была бы пуста (ну, почти пуста — остались бы одни фотоны). А раз мы существуем, значит, материи в итоге было образовано больше, чем антиматерии. Почему? Никто не знает.

Как измерения разрушают квантовые волновые функции?

Микромир работает совсем не так, как привычная нам реальность. Частицы ведут себя не как шарики, а как волны. Каждая из частиц описывается так называемой волновой функцией — распределением вероятностей, которые говорят нам лишь о том, какими могут быть ее местоположение, скорость и другие свойства.

Фактически, частица имеет диапазон значений для каждого из свойств — но только до того момента, пока вы это свойство не станете измерять. Например, если вы захотите узнать местоположение частицы, то волновая функция коллапсирует, и вместо набора различных мест вы получите только одно, которое и образует привычную нам реальность. Этот парадокс, названный проблемой измерения, так и остается без решения.

Что происходит внутри черной дыры?

Куда исчезает информация внутри черной дыры? Если вы бросите в нее зонд, то вы не получите от него никаких данных, так как скорость убегания от черной дыры больше скорости света. Но черные дыры не вечны — существует излучение Хокинга, благодаря которому они медленно испаряются, и в итоге полностью исчезают. При этом само излучение зависит лишь от характеристик черной дыры (ее массы, скорости вращения и так далее), то есть, получается, данные о нашем зонде полностью теряются — без разницы, что вы кинете в черную дыру, зонд или камень с той же массой, на выходе излучение будет абсолютно одинаковое.

Но тут мы приходим к противоречию с квантовой физикой: она гласит, что квантовая информация не теряется и не копируется, и, если знать полную информацию о начальном состоянии любого объекта (например, зонда), то можно рассчитать и любое последующее. А «пережеванное» черной дырой вещество, получается, теряет всю свою информацию — парадокс, решение которого играет ключевую роль для построения законов квантовой гравитации, и пока что эта проблема остается без решения.

Что такое гравитация? 

Почти все силы во вселенной определены различными частицами. Так, за электромагнетизм отвечают фотоны, за слабую ядерную силу — W- и Z-бозоны, за сильную ядерную силу — глюоны. Остается гравитация, и с ней есть одна проблема: гипотетическая частица, переносчик гравитации — гравитон — так и не была обнаружена. Теоретически, она не имеет массы и почти не взаимодействует с веществом, но на практике мы лишь получили ограничение сверху на ее массу благодаря гравитационным волнам от столкновения черных дыр, и это не ноль, хотя и очень близкая к нему цифра.

Пока мы не нашли гравитон, мы не можем работать с гравитацией так, как с другими фундаментальными взаимодействиями, которые по сути являются обменом частиц. Более того, некоторые физики даже предполагают, что гравитоны работают в дополнительных измерениях за пределами пространства-времени. В любом случае, ответа на вопрос у нас пока нет.

Мы живем в ложном вакууме?

Что мы подразумеваем под вакуумом? Отсутствие чего-либо в данной точке пространства. Ну хорошо, мы можем освободить от частиц небольшой объем (хотя сделать это в случае с нейтрино, которые практически не взаимодействуют с веществом, будет, мягко говоря, трудновато). Остаются еще различные излучения и поля — ладно, попробуем избавиться и от них. А вот это уже не получится — есть и темная энергия, и поле Хиггса, и различные квантовые флуктуации. То есть, получается, вакуум, который мы можем создать, все-таки имеет какую-то отличную от нуля энергию, поэтому он и называется ложным.

Отсюда возникает вполне логичный вопрос — раз наш вакуум ложный, то может где-то есть истинный, с нулевой энергией? Или хотя ты чуть менее ложный, где энергия вакуума чуть ниже? Вполне может быть, и отсюда приходит «белый пушной зверек».

Частицы имеют одно интересное свойство — возможность туннелировать сквозь вещество, не обращая на него внимание, в значение с другой энергией. Что произойдет, когда хотя бы одна частица переместится в значение с меньшей энергией вакуума, чем в окружающей нас вселенной? Правильно, она потянет за собой все другие, и, в конечном счете, всю вселенную. Чем это грозит нам? Да тем, что мы просто перестанем существовать: ведь все, что мы видим, и все, из чего мы состоим, подчиняется определенным законам физики с определенными константами. «Перескок» в область, где энергия ложного вакуума ниже, чем у нас, изменит и законы, и константы. Да, вселенная от этого существовать не перестанет, она просто изменится. Но вот не факт, что мы останемся жить.

Конечно, все написанное выше выглядит страшилкой на ночь — да, собственно, ей и является. По расчетам Хокинга, дабы хотя бы одна частица туннелировала в состояние с другим ложным вакуумом, требуется энергия порядка 100 миллионов ТэВ — это в 10 миллионов раз больше, чем может дать Большой Адронный Коллайдер. Такие значения энергий не встречаются даже в сверхмассивных звездах, так что можете быть спокойны — с крайне высокой вероятностью наша вселенная никуда не денется. Но все же может, если теория ложного вакуума верна.

Что лежит за пределами Стандартной модели?



Стандартная модель — одна из самых успешных физических теорий, которая проходит все проверки на протяжении вот уже больше 40 лет. Эта модель описывает поведение частиц вокруг нас и, например, объясняет, почему они имеют массу. К слову, открытие бозона Хиггса — частицы, которая дает материи массу — как раз является одним из тех экспериментов, в очередной раз подтвердивших Стандартную модель.

Но уже понятно, что вселенная устроена сложнее — взять, например, потерю квантовой информации в черной дыре. Поэтому становится очевидным, что нужно придумывать новые модели: например, существует Теория струн, которая говорит о том, что фундаментальные взаимодействия возникают в результате колебаний ультрамикроскопических струн с масштабами порядка 10^-35 метра. Это на пару десятков порядков меньше диаметра атомного ядра, и у нас нет абсолютно никаких инструментов для работы на таких масштабах, поэтому мы не можем проверить Теорию струн. Так что ответ на вопрос, что же лежит за пределами Стандартной модели, остается открытым.

Как звуковые волны излучают свет?


Синяя точка — не лазер и не ошибка камеры, это вспышка в пузырьке внутри воды.

Один из тех редких примеров загадок, которые можно наблюдать в лаборатории, но не получается объяснить. Сам эксперимент максимально прост: возьмите немного воды и направьте на нее звуковые волны — внутри нее образуются пузырьки, которые образуются из-за перепада давления от звуковых волн. Разумеется, эти пузырьки быстро схлопываются, однако в этот момент… они излучают свет в виде вспышек, длящихся триллионные доли секунды — явление, называемое сонолюминесценция.

Проблема тут в том, что неизвестен источник этого света. Ученые обнаружили, что внутри пузырьков на долю секунды температура достигает десятков тысяч градусов, откуда строятся абсолютно фантастические теории, начиная от крошечных реакций ядерного синтеза вплоть до электрического разряда. И хотя существует множество снимков этого процесса, до сих пор нет хорошего объяснения происходящего.

Есть ли порядок в водовороте хаоса?


Школьный пример — зная состояние воды в левой трубке, его можно вычислить для правой.

Отличным примером того, что даже в школьном курсе физики есть задачи тысячелетия, за решения которых предлагают миллион долларов, являются уравнения Навье-Стокса. По сути это система дифференциальных уравнений, которая описывает движение вязкой ньютоновской жидкости. Проблема в том, что нахождение общего решения в случае пространственного потока усложняется тем, что оно нелинейно и сильно зависит от начальных и граничных условий. И хотя в частных случаях решения есть (думаю, все в школе решали задачки по нахождению скорости потока воды в трубах разного диаметра), мы даже не знаем, есть ли оно в общем случае — а ведь это важно даже для таких, казалось бы, банальных вещей, как правильный прогноз погоды.

И это далеко не все проблемы, с которыми сталкивается современная физика, и чем больше мы в них углубляемся, тем больше понимаем, что все наши знания, накопленные за столетия и даже тысячелетия, или не верны, или крайне поверхностны. Но это не повод опускать руки — наоборот, это шанс узнать больше об окружающем нас мире и пустить эти знания нам же на благо.

Купить рекламу

Рекомендации

• Apple ограничит крутейшую функцию iPhone с релизом iOS 16.2
• США официально разрешили банкам работать с картами «МИР». Что это значит для россиян?
• ⚡️Вышла iOS 16.2 — нововведений очень много
• В России запустится новый маркетплейс — только топ-бренды, без фейков

Рекомендации

Apple ограничит крутейшую функцию iPhone с релизом iOS 16. 2

США официально разрешили банкам работать с картами «МИР». Что это значит для россиян?

⚡️Вышла iOS 16.2 — нововведений очень много

В России запустится новый маркетплейс — только топ-бренды, без фейков

Купить рекламу

Читайте также

HIPER

Корпус iPhone 15 показали на живых фотографиях

Apple iPhone 15

Представлены iPhone 14 и ‌iPhone 14‌ Plus в жёлтом цвете

Apple iPhone 14

Нерешенные проблемы физики: теоретической, ядерной, элементарной

Знакомимся с несколькими актуальными проблемами современной физики.

Нерешенные проблемы современной физики

Несмотря на то что человечество достигло немыслимых научных достижений, ученые до сих пор ломают голову над многими проблемами. Мы запускаем людей в открытый космос, исследуем дно океана, сталкиваем частицы в адронном коллайдере. Однако чем больше ответов мы получаем, тем больше вопросов рождается.

Сегодня мы познакомимся с несколькими нерешенными задачами в области физики, которые не дают спать ученым. Некоторые из них несут теоретический характер и не могут объяснить те или иные явления или экспериментальные результаты. У других трудности возникают на самом этапе эксперимента. 

Общая физика

Стрела времени

Почему у времени есть направление? В чем отличие времени от пространства? Возможно только одно прошлое?

Этот принцип означает одностороннее направление или асимметрию по времени. Был вынесен британским астрономом Артуром Эддингтоном в 1927 году.

Физические процессы на микроскопическом уровне полностью или почти всегда симметричны во времени. Если вдруг направление времени изменится, то теоретические утверждения, которые описывают эти процессы, останутся верными. Но на макроскопическом уровне это не всегда так: существует определенное направление времени.

Таким образом, если бы время было совершенно симметричным, то видео, воспроизведенное задом-наперед, в любом случае казалось бы реалистичным.

Теоретические проблемы

Квантовая гравитация

Пространство-время непрерывно или дискретно? Существуют ли отклонения от предсказаний теории относительности для малых или больших масштабов или в других обстоятельствах, которые вытекают из теории квантовой гравитации?

Основная трудность этой теории заключается в том, что она пытается объединить воедино квантовую механику и общую теорию относительности, которые изначально опираются на совершенно разные наборы принципов. Квантовая механика описывает временную эволюцию физических систем на фоне внешнего пространства-времени. В теории относительности нет внешнего пространства-времени, так как оно и есть динамическая переменная теории.

Так как гравитационная постоянная — это размерная величина, квантовая гравитация оказывается неперенормируемой теорией.

Черные дыры

Источник: mk.ru

Есть ли способ исследовать внутреннюю структуру черной дыры, если она существует? Производят ли она тепловое излучение?

Черная дыра — это область пространства-времени. В ней настолько большое гравитационное притяжение, что покинуть ее не могут даже те объекты, которые движутся со скоростью света. Даже сам свет.

Вопрос о существовании и образовании черных дыр связан с теорией гравитации. Утверждение об их существовании может быть плотно связано и с другими астрономическими объектами. Они по своей плотности и массе схожи с черными дырами, но могут обладать и другими свойствами. Однако их все равно можно интерпретировать как черные дыры в общей теории относительности.

Размерность пространства-времени

Существуют ли в природе другие измерения пространства-времени, кроме известных нам четырех? Если да, то сколько их? Может ли мы наблюдать их экспериментально?

Пространство-время — это физическая модель, которая дополняет пространство временным измерением. Таким образом, создается теоретико-физическая конструкция — пространственно-временной континуум.

Классические физические теории описывают лишь трехмерные физические измерения.

Мультивселенная

Источник: s.hi-news.ru

Существуют ли параллельные миры? Есть ли другие вселенные с иными физическими законами? Могли ли другие вселенные влиять на нашу, вызвав, например, аномалии в распределении температуры теплового излучения во Вселенной?

Идея о существовании других параллельных вселенных активно используется в теории струн, а также в многометровой интерпретации квантовой механики и в теории вечной инфляции мультивселенной. Многие ученые считают эту идею антинаучной, поскольку ее нельзя опровергнуть с помощью эксперимента.

Проблемы элементарной физики

Проблемы в этой категории делятся на два вида:

• из чего состоит все вокруг, и почему оно построено именно так, сюда также относится поиск новых частиц и форм их взаимодействий;
• как из известных нам частиц образуются известные явления.

Механизм Хиггса

Сколько бозонов Хиггса существует? Можно ли их описать в рамках Стандартной модели?

Механизм Хиггса — это теория, которая описывает приобретение массы частиц-переносчиков слабого взаимодействия.

Введение этой теории и самого бозона Хиггса было необходимо по некоторым причинам. Эксперименты показывали наличие массы у частиц, через обмен которыми характеризуются фундаментальные взаимодействия. Поэтому нужно было ввести выражение для массы в уравнение движения этих частиц. Но оно нарушало бы законы природы.

Проблемы ядерной физики

Квантовая хромодинамика

Каковы фазовые состояния сильно взаимодействующей материи, какую роль они играют в космосе? Каково внутреннее устройство нуклонов? Что определяет ключевые особенности квантовой хромодинамики, и каково их отношение к природе гравитации и пространства-времени?

Квантовая хромодинамика — это калибровочная теория квантовых полей, которая описывает сильное взаимодействие элементарных частиц.

Ядерная астрофизика

Источник: ykl-res.azureedge.net

Почему простые частицы соединяются в сложные ядра? Откуда произошли элементы в космосе? Что такое ядерные реакции, которые приводят к взрывам звезды?

Атомное ядро — это центральная часть атома. Именно в ядре сосредоточена основная его масса. Оно состоит из нуклонов — положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов. Они связаны между собой с помощью сильного взаимодействия.

Сверхтекучесть

Эта проблема является нерешенной по нескольким признакам:

• не создана последовательная квантовая гидродинамическая теория сверхтекучей жидкости — она могла бы объединить двухжидкостную теорию Ландау и теорию градиентов макроскопической волновой функции;
• теория сверхтекучести на макроскопическом уровне не унывает взаимодействие между наблюдателем и квантовой системой;
• формулировка квантовой механики не позволяет получить описание сверхтекучей системы;
• неизвестно, как взаимодействуют частицы при квантовом подходе.

Другие проблемы

Квантовая механика и принцип соответствия

Существуют ли предпочтительные интерпретации квантовой механики?

В КМ принципом соответствия называется утверждение о поведении квантомеханической системы, которое стремится к классической физике в пределе квантовых чисел.

Принцип соответствия — это один из инструментов физиков, помогающий им выбрать соответствующую действительности квантовую теорию.

Теория всего

Есть ли теория, которая объединяет значения всех фундаментальных и неизменных физических величин?

Эта теория описывает все известные фундаментальные взаимодействия. В течение всего прошлого века было предложено множество «теорий всего». Но построить их с точки зрения научного подхода сложно, так как квантовая механика и общая теория относительности имеют разные области применения. Если квантовая механика — для описания микромира, то ОТО — для макромира.

Мы стоим на пороге возникновения нового мира. Перед нами появляется все больше и больше задач, которые требуют решения. Мы осваиваем космос, изучаем новые миры на макро и микро уровнях, открываем новые химические элементы… Но ради чего? Любопытство? Или ради другой, более высокой цели?

Сложно и непонятно? На носу контрольная, курсовая или диплом? Специалисты из ФениксХелп помогут решить даже нерешаемые задачи. Пиши, справимся вместе!

Современная физика и ее пять необъяснимых загадок

Существует легенда, что в 1900 году английский физик лорд Кельвин сказал: «Сейчас в физике нет ничего нового. Остается только производить все более точные замеры». Три десятилетия спустя квантовая механика и теория относительности Эйнштейна произвели революцию в физике. Сегодня ни один физик не посмеет утверждать, что человечество нашло ответы на все вопросы о Вселенной и окружающем нас мире. Это как раз наоборот. Кажется, что каждое новое открытие открывает ящик Пандоры и порождает все новые и новые загадки, над которыми физики-теоретики бьются десятилетиями.

Краткий обзор наиболее нерешенных проблем современной физики. Фото: Unsplash

Специально к Международному дню физики мы составили краткий обзор самых больших нерешенных проблем в физике. Стоит отметить, что в список не вошли такие необъяснимые и странные явления, как темная материя, темная энергия и черные дыры, потому что о них мы писали в статье о самых больших тайнах Вселенной. Но ниже вас ждут другие, не менее интригующие загадки.

Необратимость времени и энтропии

Почему время и энтропия необратимы? Фото: Unsplash

Одним из важнейших свойств Вселенной является течение времени. При этом она движется только «вперед» и этот процесс необратим. Ее еще называют «энтропией», знакомой нам по законам термодинамики. Энтропия означает, что уровень хаоса со временем только увеличивается, и нет никакого способа обратить его вспять. Тот факт, что энтропия увеличивается, является нерешенным вопросом физики: по мере того, как вещи меняются, они имеют тенденцию приходить в беспорядок. Кстати, уборка вашей комнаты — это своеобразная «борьба с энтропией». Но главный вопрос здесь в том, почему в прошлом энтропия была такой низкой? Другими словами, почему Вселенная была такой упорядоченной в начале своего существования, когда огромное количество энергии было сосредоточено в малом пространстве?

Мультивселенная

Мультивселенная и ее тайна. Фото: Unsplash

Астрофизические данные предполагают, что пространство-время может быть «плоским», а не искривленным. Таким образом, он может быть бесконечным. Если это так, то область нашей видимой Вселенной диаметром 93 миллиарда световых лет — всего лишь одно пятно в бесконечно большой мультивселенной. В то же время законы квантовой механики диктуют, что существует конечное число возможных конфигураций частиц в каждой космической области (10 000 000 000 ¹²² различные варианты). В случае бесконечного числа космических пятен расположение частиц внутри них должно повторяться бесконечно много раз. Это означает, что существует бесконечно много параллельных вселенных: космические области в точности такие же, как наша, а также области, отличающиеся положением всего одной частицы, а также области, отличающиеся положением двух частиц, и так далее вплоть до самых странных Вселенных. в котором даже законы физики другие.

Неравномерность материи и антиматерии

Почему обычной материи было намного больше, чем антиматерии? Фото: Unsplash

Обыкновенной материи гораздо больше, чем ее противоположно заряженного и вращающегося в противоположные стороны «близнеца» антиматерии. Но почему? Ответ на этот вопрос поможет объяснить, почему вообще что-то существует во Вселенной. Теоретически во время Большого взрыва должно было образоваться равное количество материи и антиматерии. Но если бы это произошло, то произошла бы полная аннигиляция и того, и другого: протоны сошлись бы с антипротонами, электроны с позитронами, нейтроны с антинейтронами и т. д. Во Вселенной почему-то осталась лишняя материя, которая не аннигилировала. Из него образовались звезды, галактики, планеты и даже мы. Как и почему это произошло, общепринятого объяснения нет и по сей день.

Какова судьба Вселенной?

Как умрет наша Вселенная? Фото: Unsplash

Судьба Вселенной сильно зависит от фактора неизвестного значения: Ω, или меры плотности материи и энергии во всем космосе. Если бы Ω больше 1, то пространство-время было бы «замкнутым», как поверхность огромной сферы. Если бы не было темной энергии, такая Вселенная в конечном итоге перестала бы расширяться и вместо этого начала бы сжиматься, в конечном итоге коллапсируя сама по себе в событии, названном «Большой контракт». Если Вселенная замкнута, но есть темная энергия, то сферическая Вселенная будет расширяться вечно.

В качестве альтернативы, если Ω меньше 1, геометрия пространства будет «открытой». В этом случае его окончательная судьба — «Большая заморозка», за которой следует «Большой контракт». Во-первых, внешнее ускорение Вселенной в конце концов разорвет галактики и звезды на части через триллионы лет, оставив всю материю холодной и одинокой. Тогда ускорение станет настолько сильным, что пересилит действие сил, удерживающих атомы вместе, и все развалится.

Если бы Ω было равно 1, Вселенная была бы плоской, простирающейся во всех направлениях подобно бесконечной плоскости. Если бы не было темной энергии, такая плоская Вселенная расширялась бы вечно, но с постоянно замедляющейся скоростью, приближаясь к полной остановке. Если бы темная энергия существовала, плоская Вселенная в конечном итоге претерпела бы безудержное расширение, что привело бы к Большому Контракту. Истинное значение Ω — неразрешимая загадка современной физики.

Что такое гравитация?

Что такое гравитация? Фото: Unsplash

Что такое гравитация на самом деле? Другие силы опосредованы частицами. Электромагнетизм, например, представляет собой обмен фотонами. Слабое ядерное взаимодействие переносится бозонами W и Z, а глюоны переносят сильное ядерное взаимодействие, удерживающее атомные ядра вместе. Но гравитация отличается от них. Большинство физических теорий говорят, что гравитация должна переноситься гипотетической безмассовой частицей, называемой гравитоном.

Проблема в том, что гипотетические гравитоны до сих пор не обнаружены. Ученые вообще сомневаются, что какой-либо детектор частиц сможет их обнаружить. Это потому, что если гравитоны существуют, они редко взаимодействуют с материей. Неясно даже, являются ли гравитоны безмассовыми, хотя если они вообще имеют массу, то очень и очень малую — меньше нейтрино, которые входят в число самых легких известных частиц во Вселенной. Поиски гравитонов продолжаются, но пока безуспешно. Поэтому тайна гравитации остается необъясненной.

Подпишитесь на нас в Твиттере, чтобы своевременно получать самые интересные космические новости
https://twitter. com/ust_magazine

Нерешенные задачи по физике — Academic Kids

From Academic Kids

Ниже приведены некоторые из нерешенных задач по физике . Это неполный список нерешенных проблем физики. Некоторые из этих проблем являются теоретическими, а это означает, что существующие теории кажутся неспособными объяснить какое-либо наблюдаемое явление или экспериментальный результат. Другие являются экспериментальными, а это означает, что сложно провести эксперимент для проверки предложенной теории или более подробного исследования явления.

• Струи аккреционных дисков: Почему аккреционные диски, окружающие определенные астрономические объекты, такие как ядра активных галактик, испускают радиационные струи вдоль своих полярных осей?
• Ускорение Вселенной: Почему расширение Вселенной ускоряется, как мы наблюдаем? Полно ли наше понимание красного смещения? Если да, то какова природа темной энергии, вызывающей это ускорение? Если это связано с космологической постоянной, то почему эта постоянная такая маленькая, но не равная нулю? Почему оно не велико, как предсказывает большинство квантовых теорий поля, и не равно нулю, как предсказывает суперсимметрия? Какова окончательная судьба Вселенной?
• Аморфные твердые тела: какова природа перехода между жидкой или обычной твердой фазой и стеклообразной фазой? Какие физические процессы обуславливают общие свойства стекол?
• Стрела времени: Почему в прошлом у Вселенной была такая низкая энтропия, что привело к различию между прошлым и будущим и второму закону термодинамики?
• Барионная асимметрия: почему во Вселенной гораздо больше материи, чем антиматерии?
• Космическая инфляция: Верна ли теория космической инфляции, и если да, то каковы подробности этой эпохи? Какое гипотетическое поле инфлатона вызывает инфляцию?
• Темная материя: Какова природа вещества, наблюдаемого только благодаря его гравитационным эффектам (например, в задаче о вращении Галактики)?
• Термоядерная энергия: возможно ли построить практичный ядерный реактор, работающий на термоядерном синтезе, а не на делении ядер?
• Гамма-всплески: какова природа этих необычайно энергичных астрономических объектов?
• Гравитационные волны: Можно ли сконструировать устройство для обнаружения гравитационных волн, излучаемых, например, парой закручивающихся нейтронных звезд? Такое устройство было бы бесценно для наблюдательной астрономии.
• Парадокс ГЗК: Почему некоторые космические лучи кажутся обладающими невероятно высокими энергиями, учитывая, что вблизи Земли нет достаточно энергичных источников космических лучей, а космические лучи, испускаемые удаленными источниками, должны были поглощаться космическим микроволновым излучением радиационный фон?
• Высокотемпературные сверхпроводники: почему некоторые материалы проявляют сверхпроводимость при температурах намного выше 50 кельвинов?
• Магнитные монополи: существуют ли частицы, несущие «магнитный заряд», и если да, то почему их так трудно обнаружить?
• Аномалия “Пионер”: что вызывает очевидное остаточное ускорение космического корабля “Пионер” по направлению к Солнцу?
• Распад протона: распадаются ли протоны? Если да, то каков их период полураспада?
• Квантовая хромодинамика (КХД) в непертурбативном режиме. Уравнения КХД остаются нерешенными в масштабах энергий, важных для описания атомных ядер. Как КХД порождает физику ядер и ядерных составляющих?
• Квантовые компьютеры: возможно ли создать практичный компьютер, выполняющий вычисления с кубитами (квантовыми битами)?
• Квантовая гравитация: как можно объединить теорию квантовой механики с общей теорией относительности, чтобы создать так называемую «теорию всего»? Остается ли наше нынешнее понимание гравитационной силы правильным на микроскопических масштабах? Какие поддающиеся проверке предсказания делает любая теория квантовой гравитации?
• Квантовая механика в пределе соответствия: есть ли предпочтительная интерпретация квантовой механики? Как квантовое описание реальности, включающее такие элементы, как суперпозиция состояний и коллапс волновой функции, порождает реальность, которую мы воспринимаем?
• Спинтроника: возможно ли сконструировать практичное электронное устройство, работающее на вращении электрона, а не на его заряде?
• Параметры Стандартной модели: Что порождает Стандартную модель физики элементарных частиц? Почему массы его частиц и константы связи имеют измеренные нами значения? Действительно ли бозон Хиггса, предсказанный моделью, существует? Почему в Стандартной модели существует 3 класса частиц? Является ли Стандартная модель реальностью, хорошим приближением к реальности или фатально ошибочной?
• Теория струн: Является ли теория струн, или теория суперструн, или М-теория, или какой-либо другой вариант этой темы окончательной «теорией всего», шагом на пути или тупиком?
• Суперсимметрия: Является ли суперсимметрия симметрией Природы? Если да, то как нарушается суперсимметрия и почему? Можно ли обнаружить новые частицы, предсказанные суперсимметрией?
• Турбулентность: возможно ли создать теоретическую модель для описания поведения турбулентной жидкости (в частности, ее внутренних структур)?

См.

также

• Список нерешенных проблем

Внешние ссылки

• APS ( http://publish.aps.org/ )
• Обновление новостей физики ( http://www.aip.org/pnu/ ) Еженедельный бюллетень новостей физики, публикуемый Американским институтом физики.
• Открытые вопросы по физике ( http://math.ucr.edu/home/baez/physics/General/open_questions.html )
• New Scientist: 13 вещей, которые не имеют смысла. ( http://www.newscientist.com/channel/space/mg18524911.600 )da:Fysikkens ulste gder

de: Ungelste Probleme der Physik pt:Problemas no solucionados da Fsica сл:нерешены проблемы в физике zh:未解決的物理學問題

Навигация

Академическое детское меню

• Искусство и культура
  • Искусство ( http://www.academickids.com/encyclopedia/index.php/Art )
  • Архитектура ( http://www.academickids.com/encyclopedia/index.php/Architecture )
  • Культуры ( http://www. academickids.com/encyclopedia/index.php/Cultures )
  • Музыка ( http://www.academickids.com/encyclopedia/index.php/Music )
  • Музыкальные инструменты ( http://academickids.com/encyclopedia/index.php/List_of_musical_instruments )

• Биографии ( http://www.academickids.com/encyclopedia/index.php/Biographies )
• Клипарт ( http://www.academickids.com/encyclopedia/index.php/Clipart )
• География ( http://www.academickids.com/encyclopedia/index.php/Geography )
  • Страны мира ( http://www.academickids.com/encyclopedia/index.php/Countries )
  • Карты ( http://www.academickids.com/encyclopedia/index.php/Maps )
  • Флаги ( http://www.academickids.com/encyclopedia/index.php/Flags )
  • Континенты ( http://www.academickids.com/encyclopedia/index.php/Continents )
• История ( http://www. academickids.com/encyclopedia/index.php/History )
  • Древние цивилизации ( http://www.academickids.com/encyclopedia/index.php/Ancient_Civilizations )
  • Промышленная революция ( http://www.academickids.com/encyclopedia/index.php/Industrial_Revolution )
  • Средние века ( http://www.academickids.com/encyclopedia/index.php/Middle_Ages )
  • Предыстория ( http://www.academickids.com/encyclopedia/index.php/Prehistory )
  • Ренессанс ( http://www.academickids.com/encyclopedia/index.php/Renaissance )
  • Хронология ( http://www.academickids.com/encyclopedia/index.php/Timelines )
  • США ( http://www.academickids.com/encyclopedia/index.php/United_States )
  • Войны ( http://www.academickids.com/encyclopedia/index.php/Wars )
  • Всемирная история ( http://www.academickids.com/encyclopedia/index.php/History_of_the_world )

• Тело человека ( http://www. academickids.com/encyclopedia/index.php/Human_Body )
• Математика ( http://www.academickids.com/encyclopedia/index.php/Mathematics )
• Ссылка ( http://www.academickids.com/encyclopedia/index.php/Reference )
• Наука ( http://www.academickids.com/encyclopedia/index.php/Science )
  • Животные ( http://www.academickids.com/encyclopedia/index.php/Animals )
  • Авиация ( http://www.academickids.com/encyclopedia/index.php/Aviation )
  • Динозавры ( http://www.academickids.com/encyclopedia/index.php/Dinosaurs )
  • Земля ( http://www.academickids.com/encyclopedia/index.php/Earth )
  • Изобретения ( http://www.academickids.com/encyclopedia/index.php/Inventions )
  • Физические науки ( http://www.academickids.com/encyclopedia/index.php/Physical_Science )
  • Растения ( http://www.academickids.com/encyclopedia/index.php/Plants )
  • Ученые ( http://www. academickids.com/encyclopedia/index.php/Scientists )
• Социальные науки ( http://www.academickids.com/encyclopedia/index.php/Social_Studies )
  • Антропология ( http://www.academickids.com/encyclopedia/index.php/Anthropology )
  • Экономика ( http://www.academickids.com/encyclopedia/index.php/Economics )
  • Правительство ( http://www.academickids.com/encyclopedia/index.php/Government )
  • Религия ( http://www.academickids.com/encyclopedia/index.php/Religion )
  • Праздники ( http://www.academickids.com/encyclopedia/index.php/Holidays )
• Космос и астрономия
  • Солнечная система ( http://www.academickids.com/encyclopedia/index.php/Solar_System )
  • планет ( http://www.academickids.com/encyclopedia/index.php/Planets )
• Спорт ( http://www.academickids.com/encyclopedia/index.php/Sports )
• Хронология ( http://www.