Na internetu často naleznete informace o takových údajně nevyřešených a nevyřešených záhadách našeho vesmíru a moderní vědy.
Z nějakého důvodu se mi zdá, že část z toho jsou velmi přitažlivé problémy, které neexistují, ale zčásti věda již našla vysvětlení.
Kterou z nich považujete za skutečně nezveřejněnou a dosud tajnou fyziku?
1. Odkud pocházejí kosmické paprsky s velmi vysokou energií?
Naše atmosféra je neustále bombardována vysokoenergetickými částicemi z vesmíru zvanými „kosmické paprsky“. Přestože tyto paprsky nepředstavují pro člověka mnoho újmy, jsou pro fyziky velmi zajímavé.
V roce 1962 viděli John Linsley a Livio Scarsi během experimentu na sopečném ranči něco neuvěřitelného: kosmický paprsek s energií více než 16 joulů. Abych vám dal nějaký nápad, řekněme, že jedna joule je zhruba stejná jako energie potřebná k zvednutí jablka z podlahy a na stůl. A veškerá tato energie je soustředěna v částici, která je miliardykrát menší než jablko. To znamená, že se pohybuje rychlostí blízkou rychlosti světla!
Propagační video:
Fyzici dosud nevědí, odkud tyto částice získaly tolik energie. Podle některých teorií může být zdroj těchto částic tvořen supernov po výbuchu hvězd na konci jejich života. Tyto částice by mohly být také urychleny na discích zborcující hmoty, které se tvoří kolem černých děr.
2. Byl moderní vesmír výsledkem inflace?
Vesmír je překvapivě plochý, to znamená, že celý vesmír má stejné množství hmoty. Avšak podle teorie velkého třesku se ve velmi raných fázích vývoje vesmíru mohla hustota hmoty na různých místech lišit.
Podle teorie inflace vznikl moderní vesmír z raného vesmíru malého objemu, který se náhle a nečekaně rychle rozšířil. Stejně jako u nafouknutí balónu, inflace vyhladila všechny boule v časném vesmíru.
I když to vysvětluje mnoho toho, co vidíme, fyzikové dosud nevědí, co způsobilo inflaci. Informace o tom, co se stalo během této inflace, jsou také útržkovité.
3. Je možné najít temnou energii a temnou hmotu?
Úžasná skutečnost: pouze asi 5% vesmíru sestává z hmoty, která je pro nás viditelná. Před několika desítkami let si fyzici všimli, že hvězdy na vnějších okrajích galaxií se točí kolem středů těchto galaxií rychleji, než se očekávalo. Aby to vysvětlili, vědci navrhli, že tyto galaxie mohou obsahovat nějaký druh neviditelné „temné“hmoty, která způsobuje, že hvězdy rotují rychleji.
Spolu s tím víme, že expanze vesmíru se nyní zrychluje. Zdá se to divné, protože by se dalo očekávat, že přitažlivost hmoty - „světlá“i „tmavá“- zpomalí expanzi vesmíru. Vysvětlení tohoto jevu by mohla být „temná energie“. Fyzici věří, že nejméně 70% energie ve vesmíru je ve formě „temné“energie, což přispívá k současnému zrychlení expanze vesmíru.
Až dosud nebyly částice, které tvoří „temnou“hmotu a pole, které tvoří „temnou“energii, dosud v laboratorních podmínkách přímo studovány. Fyzici ale doufají, že částice „temné“hmoty mohou být získány a studovány na velkém hadronském srážce. Tyto částice však mohou být těžší než částice, které může srážka vytvořit, a jejich tajemství zůstane dlouho nevyřešeno.
4. Co je ve středu černé díry?
Černé díry jsou nejznámějšími objekty v astrofyzice. Můžeme je popsat jako regiony časoprostoru s gravitačními poli tak silnými, že je nedokáže překonat ani světlo.
Byly pozorovány četné černé díry, včetně obrovské černé díry ve středu naší galaxie. Tajemství toho, co se děje ve středu černé díry, však dosud nebylo odhaleno. Někteří fyzici si myslí, že může existovat „singularita“- bod nekonečné hustoty, při kterém je nějaká hmota soustředěna v nekonečně malém prostoru. Je těžké si to představit. Ještě horší je, že jakákoli singularita vede k černé díře v této teorii, protože neexistuje žádný způsob, jak přímo sledovat singularitu.
Stále existuje diskuse o tom, zda jsou informace ztraceny v černých dírách. Absorbují částice a emitují Hawkingovo záření, ale zdá se, že toto záření neobsahuje žádné další informace o tom, co se děje v černé díře.
Skutečnost, že se zdálo nemožné, alespoň v tuto chvíli, zjistit, co je v černých dírách, autorům sci-fi na dlouhou dobu umožňovala vytvářet předpoklady o možnosti existence jiných vesmírů v nich nebo o použití černých děr pro teleportaci nebo cestování v čase.
5. Existuje ve vesmíru inteligentní život?
Lidé snili o cizincích od té doby, co se poprvé podívali na noční oblohu a přemýšleli, co by tam mohlo být. V posledních desetiletích jsme se však dozvěděli mnoho zajímavých faktů.
Nejprve jsme se dozvěděli, že planety jsou mnohem běžnější, než se dříve myslelo. Také jsme se dozvěděli, že interval mezi dobou, kdy se naše planeta stala obyvatelnou, a vznikem života na ní je poměrně malý. Znamená to, že život je možný? Pokud ano, dostaneme slavný Fermiho paradox: proč jsme tedy ještě nekomunikovali s mimozemšťany?
Astronom Frank Drake sestavil rovnici, která nese jeho jméno, jako způsob pohledu na všechny strany problému. Každá z jeho složek představuje důvod nedostatečné komunikace s inteligentním životem.
Život může být běžný, ale inteligentní život je vzácný. Možná po chvíli se všechny civilizace rozhodnou nekomunikovat s jinými životními formami. Existují, ale nechtějí s námi komunikovat. Nebo to možná naznačuje, že mnoho mimozemských civilizací se ničí brzy poté, co získají technologickou schopnost komunikace. Byly dokonce naznačeny, že nedostatečná komunikace s mimozemšťany je důkazem umělého původu našeho světa, kterým může být stvoření Boha nebo počítačový model.
Je však možné, že jsme jednoduše nehledali dostatečně dlouho a dostatečně daleko, protože prostor je neuvěřitelně velký. Signály se mohou snadno ztratit a mimozemská civilizace musí vyslat silnější signál. A možná zítra objevíme mimozemskou civilizaci a naše chápání vesmíru se změní.
6. Může se něco pohybovat rychleji než světlo?
Od té doby, co Einstein změnil fyziku pomocí své speciální teorie relativity, byli fyzici přesvědčeni, že neexistuje nic, co by mohlo cestovat rychleji než světlo. Podle této teorie je pro něco, co se má pohybovat alespoň rychlostí světla, zapotřebí nekonečná energie.
Na druhé straně, jak ukazují výše uvedené kosmické paprsky, ani přítomnost velkého množství energie neznamená možnost pohybu s rychlostí světla. Rychlost světla jako pevný rychlostní limit může být také dalším vysvětlením nedostatečné komunikace s mimozemskými civilizacemi. Pokud jsou také omezeny rychlostí světla, mohou signály trvat tisíce let.
Lidé však neustále hledají způsoby, jak obejít tento rychlostní limit vesmíru. Podle předběžných výsledků experimentu OPERA provedeného v roce 2011 se neutrina pohybovala rychleji než světlo. Vědci si však všimli chyb v organizaci experimentu a zjistili nesprávnost těchto výsledků.
Navíc, pokud by bylo možné přenášet hmotu nebo informace rychlostí převyšující rychlost světla, nepochybně by to změnilo svět. Pohyb rychlostí převyšující rychlost světla by mohl narušit kauzalitu, vztah mezi příčinami a následky událostí.
Vzhledem ke způsobu, jakým čas a prostor souvisejí ve speciální relativitě, by pohyb informací rychlostí převyšující rychlost světla umožnil člověku přijímat informace o události dříve, než k této události dojde, což je forma cestování času. To by mohlo vytvořit všechny druhy paradoxů, které bychom nevěděli, jak vyřešit.
7. Lze popsat turbulenci?
Když se vracíme na Zemi, můžeme říci, že v našem každodenním životě stále existuje mnoho obtížných věcí, kterým je třeba porozumět. Zkuste například hrát s vodovodními kohoutky. Pokud necháte proud vody klidně, pozorujete známý jev ve fyzice, typ toku, který je nám dobře známý, nazývaný „laminární tok“. Ale pokud úplně vypnete kohoutek a sledujete chování vody, budete mít příklad turbulence. V mnoha ohledech je turbulence ve fyzice stále nevyřešeným problémem.
Navier-Stokesova rovnice definuje, jak by se měly tekutiny, jako je voda a vzduch, pohybovat. Představujeme si, že se tekutina rozbije na malé kousky hmoty. Tato rovnice pak bere v úvahu všechny síly, které na tyto kusy působí - gravitace, tření, tlak - a snaží se zjistit, jak to ovlivní jejich rychlost.
V případě jednoduchých nebo stabilních toků můžeme najít řešení Navier-Stokesovy rovnice, které daný tok zcela popisují. Fyzici pak mohou skládat rovnice pro výpočet průtoku v kterémkoli bodě. Ale v případě složitých turbulentních toků nemusí být tato řešení přesná. Můžeme udělat spoustu turbulentní manipulace s toky pomocí numerického řešení rovnic na velkých počítačích. To nám dává hrubou odpověď bez vzorce, který plně vysvětluje chování tekutiny.
Mimochodem, Clay Mathematical Institute nabídl odměnu za vyřešení tohoto problému. Takže pokud to dokážete, můžete získat milion dolarů.
8. Je možné vytvořit supravodič, který pracuje při pokojové teplotě
Supravodiče patří mezi nejdůležitější zařízení a technologie vynalezené lidmi. Jsou to speciální druhy materiálu. Když teplota klesne dostatečně nízko, elektrický odpor materiálu klesne na nulu.
Naše moderní napájecí kabely plýtvají hodně elektřiny. Nejedná se o supravodiče a mají elektrický odpor, který způsobuje jejich zahřívání, když jimi prochází elektrický proud.
Možnosti supravodičů však nejsou omezeny na toto. Magnetické pole vytvořené drátem má sílu, která závisí na proudu, který jím prochází. Pokud najdete levný způsob, jak projít velmi vysokými proudy supravodiči, můžete získat velmi silná magnetická pole. Tato pole jsou v současné době používána u velkého hadronového kříže k vychylování nabitých částic pohybujících se rychle kolem jeho prstence. Používají se také v experimentálních jaderných reaktorech, které se v budoucnu mohou stát našim zdrojem elektřiny.
Problém je v tom, že všechny známé supravodiče mohou pracovat pouze při velmi nízkých teplotách (ne vyšších než -140 stupňů Celsia). Chlazení na takové nízké teploty obvykle vyžaduje kapalný dusík nebo jeho ekvivalent, což je velmi drahé. Proto mnoho fyziků a specialistů na materiály na celém světě pracuje na získání svatého grálu - supravodiče, který by mohl pracovat při pokojové teplotě. Dosud se to však nikomu nepodařilo.
9. Proč je více hmoty než antihmota?
Pro každou částici existuje stejná a protilehlá částice zvaná antičástice. Pro elektrony existují pozitrony. Pro protony existují antiprotony. Atd.
Pokud se částice dotkne antičástice, zničí se a změní se na záření. Někdy se promění v kosmické paprsky. Antihmota může být také vytvořena v urychlovačích částic za cenu několika bilionů dolarů za gram. Ale celkově se to zdá v našem vesmíru velmi vzácné. To je skutečné tajemství. Všechny známé procesy, které přeměňují energii (záření) na hmotu, produkují stejné množství hmoty a antihmoty. Pokud tedy ve vesmíru dominuje energie, proč nevytváří stejná množství hmoty a antihmoty?
To vysvětluje několik teorií. Vědci, kteří studují interakce částic u velkého hadronového kříže, hledají příklady „porušení CP“. Pokud by k tomu došlo, mohly by tyto interakce ukázat, že fyzikální zákony jsou odlišné pro částice hmoty a antihmotu. Pak bychom mohli předpokládat, že mohou existovat procesy, které spíše produkují hmotu než antihmota, a proto je ve vesmíru více hmoty.
Jiné, méně pravděpodobné teorie mohou mít celé oblasti vesmíru ovládané antihmotou. Tyto teorie však budou muset vysvětlit, jak došlo k oddělení hmoty a antihmoty a proč nevidíme velké množství záření uvolněné při srážce hmoty i antihmoty. Takže pokud nenajdeme důkazy o antihmotových galaxiích, je porušení CP v raném vesmíru jako nejlepší řešení. Ale stále nevíme, jak to funguje.
10. Můžeme mít sjednocenou teorii?
Ve 20. století byly vyvinuty dvě velké teorie, které vysvětlují mnoho jevů ve fyzice. Jednou z nich byla teorie kvantové mechaniky, která podrobně popisovala chování a interakce malých subatomických částic. Kvantová mechanika a standardní model fyziky částic vysvětlily tři ze čtyř fyzikálních jevů v přírodě: elektromagnetismus a silné a slabé jaderné síly.
Další velkou teorií byla Einsteinova obecná teorie relativity, která vysvětluje gravitaci. V této teorii gravitace nastává, když přítomnost hmoty ohýbá prostor a čas, což způsobuje pohyb částic v zakřivených drahách v důsledku zakřiveného tvaru prostoročasu. Může vysvětlit věci, které se dějí v největším měřítku, jako je formování galaxií.
Existuje pouze jeden problém. Tyto dvě teorie jsou nekompatibilní. Pokud víme, obě teorie jsou správné. Nezdá se však, že by spolupracovali. A protože si to fyzici uvědomili, hledali řešení, které by je spojilo. Toto rozhodnutí se nazývalo Velká sjednocená teorie nebo Teorie všeho.
Vědci jsou zvyklí na teorie, které fungují pouze v určitých mezích. Fyzici doufají, že překonají svá omezení a uvidí, že teorie kvantové mechaniky a obecné relativity jsou součástí větší teorie, jako spleť přikrývky. Teorie strun je pokus znovu vytvořit rysy obecné relativity a teorie kvantové mechaniky. Experimenty je však obtížné ověřit jeho předpovědi, takže ji nelze potvrdit.
Hledání základní teorie - teorie, která dokáže vše vysvětlit - pokračuje. Možná ji nikdy nenajdeme. Pokud nás však fyzika něco naučila, je to tak, že vesmír je skutečně úžasný a že v něm vždy existuje prostor pro nové objevy.
Podle článku z webu listverse.com - přeložil Sergey Maltsev