10 problemer relateret til fysik. Diskussion: Uløste problemer i moderne fysik

Enhver fysisk teori, der modsiger

menneskelig eksistens er åbenlyst falsk.

P. Davis

Det, vi har brug for, er et darwinistisk syn på fysik, et evolutionært syn på fysik, et biologisk syn på fysik.

I. Prigogine

Indtil 1984 troede de fleste videnskabsmænd på teorien supersymmetri (supertyngdekraft, superkræfter) . Dens essens er, at alle partikler (stofpartikler, gravitoner, fotoner, bosoner og gluoner) - forskellige typerén "superpartikel".

Denne "superpartikel" eller "superkraft", med aftagende energi, fremstår for os i forskellige afskygninger, som stærke og svage vekselvirkninger, som elektromagnetiske og tyngdekræfter. Men i dag har eksperimentet endnu ikke nået energierne til at teste denne teori (en cyklotron på størrelse med solsystemet er nødvendig), men at teste på en computer ville tage mere end 4 år. S. Weinberg mener, at fysikken er på vej ind i en æra, hvor eksperimenter ikke længere er i stand til at kaste lys over fundamentale problemer (Davis 1989; Hawking 1990: 134; Nalimov 1993: 16).

I 80'erne bliver populær strengteori . En bog med en karakteristisk titel blev udgivet i 1989, redigeret af P. Davis og J. Brown Superstrenge: Theory of Everything ? Ifølge teorien er mikropartikler ikke punktobjekter, men tynde stykker snor, bestemt af deres længde og åbenhed. Partikler er bølger, der løber langs strenge, som bølger på et reb. Emissionen af ​​en partikel er en forbindelse, absorptionen af ​​en bærerpartikel er adskillelse. Solen virker på Jorden gennem en graviton, der løber langs en streng (Hawking 1990: 134-137).

Kvantefeltteori placerede vores tanker om materiens natur i en ny kontekst og løste problemet med tomhed. Hun tvang os til at flytte vores blik fra det, der "kan ses", det vil sige partikler, til det, der er usynligt, det vil sige feltet. Tilstedeværelsen af ​​stof er blot en ophidset tilstand af feltet på et givet punkt. Efter at være kommet til begrebet et kvantefelt, fandt fysikken svaret på det gamle spørgsmål om, hvad stof består af - atomer eller det kontinuum, der ligger til grund for alt. Feltet er et kontinuum, der gennemsyrer hele Pr, som ikke desto mindre har en udvidet, som om "granulær", struktur i en af ​​sine manifestationer, det vil sige i form af partikler. Kvantefeltteori moderne fysikændrede ideer om kræfter, hjælper med at løse problemer med singularitet og tomhed:

i subatomær fysik er der ingen kræfter, der virker på afstand, de erstattes af vekselvirkninger mellem partikler, der opstår gennem felter, det vil sige andre partikler, ikke kraft, men vekselvirkning;

det er nødvendigt at opgive modsætningen mellem "materielle" partikler og tomhed; partikler er forbundet med Pr og kan ikke betragtes isoleret fra det; partikler påvirker strukturen af ​​Pr, de er ikke uafhængige partikler, men derimod koagler i et uendeligt felt, der gennemsyrer hele Pr;

vores univers er født af singularitet, vakuum ustabilitet;

feltet eksisterer altid og overalt: det kan ikke forsvinde. Feltet er en leder for alle materielle fænomener. Dette er den "tomhed", hvorfra protonen skaber π-mesoner. Fremkomsten og forsvinden af ​​partikler er blot former for feltbevægelse. Felteorien siger det fødslen af ​​partikler fra vakuum og omdannelsen af ​​partikler til vakuum sker konstant. De fleste fysikere anser opdagelsen af ​​vakuumets dynamiske essens og selvorganisering for at være en af ​​de vigtigste resultater af moderne fysik (Capra 1994: 191-201).

Men der er også uløste problemer: ultrapræcis selvkonsistens af vakuumstrukturer er blevet opdaget, hvorigennem parametrene for mikropartikler udtrykkes. Vakuumstrukturer skal matches med 55. decimal. Bag denne selvorganisering af vakuumet er der love af en ny type, som vi ikke kender. Det antropiske princip 35 er en konsekvens af denne selvorganisering, supermagt.

S-matrix teori beskriver hadroner, blev teoriens nøglebegreb foreslået af W. Heisenberg, på dette grundlag byggede videnskabsmænd en matematisk model til at beskrive stærke interaktioner. S-matricen har fået sit navn, fordi hele sættet af hadroniske reaktioner var repræsenteret i form af en uendelig række af celler, som i matematik kaldes en matrix. Bogstavet "S" er bevaret fra det fulde navn på denne matrix - spredningsmatrixen (Capra 1994: 232-233).

En vigtig nyskabelse i denne teori er, at den flytter vægten fra objekter til begivenheder; det er ikke partikler, der studeres, men partiklernes reaktioner. Ifølge Heisenberg er verden ikke opdelt i forskellige grupper af objekter, men i forskellige grupper af gensidige transformationer. Alle partikler forstås som mellemtrin i et netværk af reaktioner. For eksempel viser en neutron sig at være et led i et enormt netværk af interaktioner, et netværk af "sammenflettede begivenheder." Interaktioner i et sådant netværk kan ikke bestemmes med 100 % nøjagtighed. De kan kun tildeles probabilistiske egenskaber.

I en dynamisk sammenhæng kan neutronen betragtes som den "bundne tilstand" af protonen (p) og pion (), hvorfra den blev dannet, samt den bundne tilstand af partiklerne  og , der er dannet som følge af dets forfald. Hadroniske reaktioner er en strøm af energi, hvor partikler opstår og "forsvinder" (Capra 1994: 233-249).

Yderligere udvikling af S-matrix teorien førte til skabelsen bootstrap hypotese , som blev fremsat af J. Chu. Ifølge bootstrap-hypotesen er ingen af ​​egenskaberne i nogen del af universet fundamentale; alle af dem er bestemt af egenskaberne for andre dele af netværket, hvis generelle struktur er bestemt af den universelle konsistens af alle relationer.

Denne teori benægter fundamentale entiteter ("byggesten" af stof, konstanter, love, ligninger); Universet forstås som et dynamisk netværk af indbyrdes forbundne begivenheder.

I modsætning til de fleste fysikere drømmer Chu ikke om en eneste afgørende opdagelse; han ser sin opgave som langsomt og gradvist at skabe et netværk af indbyrdes forbundne begreber, hvoraf ingen er mere grundlæggende end de andre. I bootstrap partikelteori er der ingen kontinuert Pr-Vr. Fysisk virkelighed beskrevet i form af isolerede hændelser, kausalt relaterede, men ikke inkluderet i den kontinuerlige Pr-Vr. Bootstrap-hypotesen er så fremmed for traditionel tænkning, at den accepteres af et mindretal af fysikere. De fleste leder efter materiens grundlæggende bestanddele (Capra 1994: 258-277, 1996: 55-57).

Teorier om atom- og subatomisk fysik afslørede den grundlæggende indbyrdes sammenhæng mellem forskellige aspekter af eksistensen af ​​stof, og opdagede, at energi kan omdannes til masse, og antydede, at partikler er processer snarere end objekter.

Selvom søgen efter stoffets elementære komponenter fortsætter den dag i dag, præsenteres en anden retning i fysikken, baseret på det faktum, at universets struktur ikke kan reduceres til nogen fundamentale, elementære, endelige enheder (fundamentale felter, "elementære" partikler ). Naturen skal forstås i selvkonsistens. Denne idé opstod i tråd med S-matrix-teorien og dannede senere grundlaget for bootstrap-hypotesen (Nalimov 1993: 41-42; Capra 1994: 258-259).

Chu håbede at opnå en syntese af principper kvanteteori, relativitetsteorien (begrebet makroskopisk Pr-Vr), karakteristika for observation og måling baseret på den logiske sammenhæng i hans teori. Et lignende program blev udviklet af D. Bohm og skabt teori om implicit bestille . Han introducerede udtrykket kold bevægelse , som bruges til at betegne grundlaget for materielle enheder og tager hensyn til både enhed og bevægelse. Bohms udgangspunkt er begrebet "udelelig helhed." Det kosmiske stof har en implicit, foldet orden, der kan beskrives ved hjælp af analogien af ​​et hologram, hvor hver del indeholder helheden. Hvis du belyser hver del af hologrammet, vil hele billedet blive gendannet. En vis antydning af implikativ orden er fælles for både bevidsthed og materie, så det kan lette kommunikationen mellem dem. I bevidstheden er måske hele den materielle verden kollapset(Bohm 1993: 11; Capra 1996: 56)!

Chu og Bohms begreber involverer inklusion af bevidsthed i fælles forbindelse af alt, hvad der findes. Taget til deres logiske konklusion angiver de, at eksistensen af ​​bevidsthed sammen med eksistensen af ​​alle andre aspekter af naturen er nødvendig for helhedens selvkonsistens (Capra 1994: 259, 275).

Så filosofisk sind-materie problem (observatørens problem, problemet med forbindelsen mellem den semantiske og fysiske verden) bliver et alvorligt problem i fysikken, "undviger" filosoffer, dette kan bedømmes ud fra:

genoplivning af ideerne om panpsykisme i et forsøg på at forklare mikropartiklers adfærd, R. Feynman skriver 36, at partiklen "beslutter", "genovervejer", "snuser", "sanser", "går den rigtige vej" (Feynman et al. 1966: 109);

umuligheden af ​​at adskille subjekt og objekt i kvantemekanikken (W. Heisenberg);

det stærke antropiske princip i kosmologien, som forudsætter den bevidste skabelse af liv og menneske (D. Carter);

hypoteser om svage former bevidsthed, kosmisk bevidsthed (Nalimov 1993: 36-37, 61-64).

Fysikere forsøger at inkludere bevidsthed i billedet af den fysiske verden. I bogen af ​​P. Davis, J. Brown Ånd i et atom fortæller om måleprocessens rolle i kvantemekanikken. Observation ændrer øjeblikkeligt tilstanden af ​​et kvantesystem. En ændring i forsøgslederens mentale tilstand indtræder i feedback med laboratorieudstyr og,  , med et kvantesystem, der ændrer sin tilstand. Ifølge J. Jeans arbejder naturen og vores matematisk tænkende sind efter de samme love. V.V. Nalimov finder paralleller i beskrivelsen af ​​to verdener, fysisk og semantisk:

udpakket fysisk vakuum - muligheden for spontan partikelskabelse;

udpakket semantisk vakuum - muligheden for spontan fødsel af tekster;

udpakningen af ​​vakuumet er fødslen af ​​partikler og skabelsen af ​​tekster (Nalimov1993:54-61).

V.V. Nalimov skrev om problemet med fragmentering af videnskab. Det vil være nødvendigt at frigøre os fra stedet for beskrivelsen af ​​universet, hvor videnskabsmanden kun bliver optaget af at studere et bestemt fænomen inden for rammerne af sit snævre speciale. Der er processer, der forekommer på en lignende måde på forskellige niveauer af universet og kræver en enkelt, ende-til-ende beskrivelse (Nalimov 1993: 30).

Men indtil videre er det moderne fysiske billede af verden grundlæggende ufuldstændigt: det sværeste problem i fysik er problemet med at kombinere bestemte teorier, fx omfatter relativitetsteorien ikke usikkerhedsprincippet, gravitationsteorien indgår ikke i teorien om 3 vekselvirkninger, og i kemi tages der ikke højde for atomkernens opbygning.

Problemet med at kombinere 4 typer af interaktioner inden for én teori er heller ikke løst. Indtil 30'erne. mente, at der var 2 typer kræfter på makroniveau - gravitationelle og elektromagnetiske, men de opdagede svage og stærke nukleare interaktioner. Verden inde i protonen og neutronen blev opdaget (energitærsklen er højere end i midten af ​​stjerner). Vil andre "elementære" partikler blive opdaget?

Problemet med at forene fysiske teorier er relateret til problemet med at opnå høje energier . Ved hjælp af acceleratorer er det usandsynligt, at det vil være muligt at bygge en bro over kløften mellem Planck-energien (højere end 10 18 giga elektronvolt) og det, der opnås i dag i laboratoriet inden for en overskuelig fremtid.

I matematiske modeller af supergravitationsteori opstår der uendelighedens problem . Ligningerne, der beskriver mikropartiklernes opførsel, giver uendelige tal. Der er et andet aspekt af dette problem - gamle filosofiske spørgsmål: er verden i Pr-Vr endelig eller uendelig? Hvis universet udvider sig fra en singularitet af Planck-dimensioner, hvor udvider det sig så - ind i tomrummet eller strækker matrixen sig? Hvad omgav singulariteten - dette uendeligt lille punkt før inflationens begyndelse, eller "delte" vores verden sig fra Megaverset?

I strengteorier er uendeligheder også bevaret, men opstår problem med multidimensionalitet Pr-Vr, for eksempel er en elektron en lille vibrerende streng af Planck-længde i en 6-dimensionel og endda 27-dimensional Pr. Der er andre teorier om, at vores Pr faktisk ikke er 3-dimensionel, men for eksempel 10-dimensionel. Det antages, at Pr i alle retninger undtagen 3 (x, y, z) så at sige er rullet sammen til et meget tyndt rør, "komprimeret". Derfor kan vi kun bevæge os i 3 forskellige, uafhængige retninger, og Pr forekommer os at være 3-dimensionel. Men hvorfor, hvis der er andre foranstaltninger, blev der kun implementeret 3 PR- og 1 VR-tiltag? S. Hawking illustrerer rejser i forskellige dimensioner med eksemplet med en doughnut: den 2-dimensionelle vej langs overfladen af ​​doughnuten er længere end vejen gennem den tredje, volumetriske dimension (Linde 1987: 5; Hawking 1990: 138).

Et andet aspekt af problemet med multidimensionalitet er andres problem, ikke endimensionel verdener for os. Er der parallelle universer 37, som ikke er endimensionelle for os, og endelig kan der være andre former for liv og intelligens, som ikke er endimensionelle for os? Strengteori tillader eksistensen af ​​andre verdener i universet, eksistensen af ​​10- eller 26-dimensionelle Pr-Vr. Men hvis der er andre foranstaltninger, hvorfor bemærker vi dem så ikke?

I fysik og i hele videnskaben opstår der problemet med at skabe et universelt sprog : Vores almindelige begreber kan ikke anvendes på atomets struktur. I fysikkens abstrakte kunstige sprog, matematik, processer, mønstre i moderne fysik Ikke er beskrevet. Hvad betyder sådanne partikelegenskaber som "charmerede" eller "mærkelige" kvarksmag eller "skizoide" partikler? Dette er en af ​​bogens konklusioner Tao af fysik F. Capra. Hvad er vejen ud: at vende tilbage til agnosticisme, østlig mystisk filosofi?

Heisenberg mente: matematiske skemaer afspejler eksperimenter mere tilstrækkeligt end kunstigt sprog; almindelige begreber kan ikke anvendes på atomets struktur; Born skrev om problemet med symboler til at afspejle virkelige processer (Heisenberg 1989: 104-117).

Prøv måske at beregne basismatricen naturligt sprog(ting - forbindelse - egenskab og egenskab), noget, der vil være uforanderligt for enhver artikulation og uden at kritisere mangfoldigheden af ​​kunstige sprog, forsøge at "tvinge" til at tale ét fælles naturligt sprog? Synergetikkens og filosofiens strategiske rolle i løsningen af ​​problemet med at skabe et universelt videnskabssprog diskuteres i artiklen Dialektisk filosofi og synergetik (Fedorovitj 2001: 180-211).

Skabelsen af ​​en samlet fysisk teori og teori om menneskelig energi, et forenet E af mennesket og naturen er en ekstremt vanskelig opgave for videnskaben. Et af de vigtigste spørgsmål i moderne videnskabsfilosofi er: er vores fremtid forudbestemt, og hvad er vores rolle? Hvis vi er en del af naturen, kan vi så spille en rolle i at forme den verden, der er under opbygning?

Hvis universet er ét, kan der så være en samlet teori om virkeligheden? S. Hawking overvejer 3 svarmuligheder.

Der eksisterer en samlet teori, og vi vil skabe den en dag. I. Newton mente det; M. Født i 1928, efter P. Diracs opdagelse af ligningen for elektronen, skrev: fysikken slutter om seks måneder.

Teorier bliver konstant forfinet og forbedret. Fra evolutionær epistemologis synspunkt, videnskabelige fremskridt– forbedring af artens kognitive kompetence Homo sapiens(K. Halweg). Alle videnskabelige begreber og teorier er kun tilnærmelser til virkelighedens sande natur, kun betydningsfulde for en vis række af fænomener. Videnskabelig viden er en successiv ændring af modeller, men ikke en enkelt model er endelig.

Paradokset i det evolutionære billede af verden er endnu ikke blevet løst: den nedadgående retning af E i fysik og den opadgående tendens af kompleksitet i biologi. Inkompatibiliteten mellem fysik og biologi blev opdaget i det 19. århundrede; i dag er der mulighed for at løse fysik-biologi-kollisionen: en evolutionær betragtning af universet som helhed, oversættelse af den evolutionære tilgang til fysik (Stopin, Kuznetsova 1994: 197) -198; Khazen 2000).

I. Prigogine, som E. Toffler i bogens forord Orden ud af kaos kaldet Newton fra det tyvende århundrede, talte i et af sine interviews om behovet for at introducere ideerne om irreversibilitet og historie i fysikken. Klassisk videnskab beskriver stabilitet, balance, men der er en anden verden – ustabil, evolutionær, vi har brug for andre ord, anden terminologi, som ikke fandtes på Newtons tid. Men selv efter Newton og Einstein har vi ikke en klar formel for verdens essens. Naturen er meget komplekst fænomen og vi er en integreret del af naturen, en del af Universet, som er i konstant selvudvikling (Horgan 2001: 351).

Mulige udsigter for fysikkens udvikling følgende: færdiggørelse af konstruktionen af ​​en samlet fysisk teori, der beskriver det 3-dimensionelle fysiske verden og indtrængning i andre Pr-Vr-dimensioner; undersøgelse af nye egenskaber ved stof, strålingstyper, energi og hastigheder, der overstiger lysets hastighed (torsionsstråling) og opdagelsen af ​​muligheden for øjeblikkelig bevægelse i Metagalaxy (en række teoretiske værker har vist muligheden for eksistensen af ​​topologiske tunneler, der forbinder alle områder af Metagalaxy, MV); etablere en forbindelse mellem den fysiske verden og den semantiske verden, hvilket V.V. forsøgte at gøre. Nalimov (Gindilis 2001: 143-145).

Men det vigtigste, som fysikere skal gøre, er at inkludere den evolutionære idé i deres teorier. I fysik i anden halvdel af det tyvende århundrede. forståelse for kompleksiteten af ​​mikro- og megaverdener er etableret. Ideen om det E fysiske univers ændrer sig også: der eksisterer ikke uden at opstå . D. Horgan citerer følgende ord fra I. Prigozhin: vi er ikke tidens fædre. Vi er børn af tiden. Vi dukkede op som et resultat af evolution. Det, vi skal gøre, er at inkorporere evolutionære modeller i vores beskrivelser. Det, vi har brug for, er et darwinistisk syn på fysik, et evolutionært syn på fysik, et biologisk syn på fysik (Prigogine 1985; Horgan 2001: 353).

Fysik

• Oversættelse

Vores standardmodel af elementære partikler og interaktioner er for nylig blevet så komplet, som det kunne ønskes. Hver enkelt elementarpartikel - i alle dens mulige former - blev skabt i laboratoriet, målt og deres egenskaber bestemt. De længstvarende, topkvarken, antikvarken, tau-neutrinoen og antineutrinoen og til sidst Higgs-bosonen, blev ofre for vores evner.

Og sidstnævnte - Higgs-bosonen - løste også et gammelt problem i fysik: Endelig kan vi demonstrere, hvor elementarpartikler får deres masse fra!

Det hele er fedt, men videnskaben slutter ikke, når du er færdig med at løse denne gåde. Tværtimod rejser det vigtige spørgsmål, og et af dem er "hvad nu?" Med hensyn til standardmodellen kan vi sige, at vi ikke ved alt endnu. Og for de fleste fysikere er ét spørgsmål særligt vigtigt - for at beskrive det, lad os først overveje følgende egenskab ved standardmodellen.

På den ene side svage, elektromagnetiske og stærk interaktion kan være meget vigtige, afhængigt af deres energier og de afstande, hvor interaktionen finder sted. Men det er ikke tilfældet med tyngdekraften.

Vi kan tage hvilke som helst to elementarpartikler - af enhver masse og underlagt enhver interaktion - og finde ud af, at tyngdekraften er 40 størrelsesordener svagere end nogen anden kraft i universet. Det betyder, at tyngdekraften er 10 40 gange svagere end de tre tilbageværende kræfter. For eksempel, selvom de ikke er fundamentale, hvis du tager to protoner og adskiller dem med en meter, vil den elektromagnetiske frastødning mellem dem være 10 40 gange stærkere end tyngdekraftens tiltrækning. Eller med andre ord, vi skal øge tyngdekraften med en faktor på 10.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 for at være lig med enhver anden kraft.

I dette tilfælde kan du ikke blot øge massen af ​​en proton med 10 20 gange, så tyngdekraften trækker dem sammen og overvinder den elektromagnetiske kraft.

I stedet, for at reaktioner som den, der er illustreret ovenfor, kan opstå spontant, når protoner overvinder deres elektromagnetiske frastødning, skal du samle 10 56 protoner. Kun ved at komme sammen og bukke under for tyngdekraften kan de overvinde elektromagnetismen. Det viser sig, at 10 56 protoner udgør den mindst mulige masse af en stjerne.

Dette er en beskrivelse af, hvordan universet fungerer – men vi ved ikke, hvorfor det fungerer, som det gør. Hvorfor er tyngdekraften så meget svagere end andre interaktioner? Hvorfor er "tyngdeladning" (dvs. masse) så meget svagere end elektrisk eller farve, eller endda svag?

Dette er hierarkiets problem, og det er af mange grunde det største uløste problem i fysikken. Vi kender ikke svaret, men vi kan ikke sige, at vi er fuldstændig uvidende. I teorien har vi nogle gode ideer til at finde en løsning, og et værktøj til at finde beviser for deres rigtighed.

Hidtil har Large Hadron Collider, den højeste energikolliderer, nået hidtil usete niveauer energi under laboratorieforhold, indsamlede en masse data og genskabte, hvad der skete ved kollisionspunkterne. Dette omfatter skabelsen af ​​nye, hidtil usete partikler (såsom Higgs-bosonen) og fremkomsten af ​​gamle, velkendte partikler af standardmodellen (kvarker, leptoner, gauge-bosoner). Det er også i stand til, hvis de findes, at producere andre partikler, der ikke er inkluderet i standardmodellen.

Der er fire mulige måder, kendt for mig - altså fire gode ideer– løsninger på hierarkiproblemet. Gode ​​nyheder er, at hvis naturen har valgt en af ​​dem, så vil LHC finde den! (Og hvis ikke, vil søgningen fortsætte).

Bortset fra Higgs-bosonen, fundet for flere år siden, er der ikke fundet nye fundamentale partikler ved LHC. (Desuden observeres ingen spændende nye partikelkandidater overhovedet). Og dog svarede den fundne partikel fuldt ud til beskrivelsen af ​​standardmodellen; ingen statistisk signifikante antydninger af ny fysik blev set. Ikke til sammensatte Higgs-bosoner, ikke til flere Higgs-partikler, ikke til ikke-standardhenfald, intet lignende.

Men nu er vi begyndt at få data fra endnu højere energier, to gange de tidligere, op til 13-14 TeV, for at finde noget andet. Og hvad er de mulige og rimelige løsninger på problemet med hierarki i denne ånd?

1) Supersymmetri eller SUSY. Supersymmetri er en speciel symmetri, der kan lave normale vægte alle partikler, der er store nok til, at tyngdekraften kan sammenlignes med andre påvirkninger, vil gensidigt udslette med i høj grad nøjagtighed. Denne symmetri tyder også på, at hver partikel i standardmodellen har en superpartikelpartner, og at der er fem Higgs-partikler og deres fem superpartnere. Hvis en sådan symmetri eksisterer, skal den brydes, ellers ville superpartnerne have samme masse som almindelige partikler og ville være blevet fundet for længe siden.

Hvis SUSY eksisterer i en skala, der er egnet til at løse hierarkiproblemet, så bør LHC, der når energier på 14 TeV, finde mindst én superpartner samt en anden Higgs-partikel. Ellers vil eksistensen af ​​meget tunge superpartnere i sig selv føre til et andet hierarkiproblem, som ikke vil have god beslutning. (Interessant nok ville fraværet af SUSY-partikler ved alle energier modbevise strengteori, da supersymmetri er nødvendig betingelse for strengteorier, der indeholder standardmodellen for elementarpartikler).

Her er din første Mulig løsning hierarkiproblemer, som der i øjeblikket ikke er beviser for.

Det er muligt at skabe små superkølede beslag fyldt med piezoelektriske krystaller (som producerer elektricitet, når de deformeres), med afstande imellem dem. Denne teknologi giver os mulighed for at pålægge 5-10 mikron grænser for "store" målinger. Med andre ord virker tyngdekraften i henhold til forudsigelserne fra den generelle relativitetsteori på skalaer meget mindre end en millimeter. Så hvis der er store ekstra dimensioner, er de på energiniveauer utilgængelige for LHC og, endnu vigtigere, løser de ikke hierarkiproblemet.

For hierarkiproblemet kan der naturligvis være en helt anden løsning, som ikke kan findes på moderne kollidere, eller der er slet ingen løsning; det kan bare være en egenskab ved naturen uden nogen forklaring på det. Men videnskaben kommer ikke videre uden at prøve, og det er, hvad disse ideer og quests forsøger at gøre: skubbe vores viden om universet fremad. Og som altid, med starten på anden omgang af LHC, ser jeg frem til at se, hvad der kan dukke op der, udover den allerede opdagede Higgs-boson!

Tags:

• tyngdekraft
• grundlæggende interaktioner
• tank

Tilføj tags

Send dit gode arbejde i videnbasen er enkel. Brug formularen nedenfor

Godt arbejde til webstedet">

Studerende, kandidatstuderende, unge forskere, der bruger videnbasen i deres studier og arbejde, vil være dig meget taknemmelig.

opslået på http://www.allbest.ru/

Introduktion

Opdagelser af moderne fysik

Fremragende år

Konklusion

Introduktion

Nogle gange, hvis du kaster dig ud i studiet af moderne fysik, tror du måske, at du er i en ubeskrivelig fantasi. Faktisk kan fysik i dag bringe næsten enhver idé, tanke eller hypotese ud i livet. Dette arbejde gør dig opmærksom på næsten de mest fremragende menneskelige præstationer inden for fysisk videnskab. Hvoraf opstår et meget stort antal uløste spørgsmål, hvis løsning forskerne formentlig allerede arbejder på. Studiet af moderne fysik vil altid være det relevant. Siden viden seneste opdagelser giver stor acceleration til fremme af enhver anden forskning. Og selv fejlagtige teorier vil hjælpe forskeren til ikke at snuble over denne fejl, og vil ikke bremse forskningen. Formål Dette projekt er studiet af det 21. århundredes fysik. Opgaven står også for at studere listen over opdagelser inden for alle områder af de fysiske videnskaber. Identifikation af presserende problemer stillet af forskere i moderne fysik. Objekt Undersøgelsen omfatter alle væsentlige begivenheder i fysik fra 2000 til 2016. Emne der er mere betydningsfulde opdagelser anerkendt af World College of scientists. Alt arbejde er udført metode analyse af tekniske tidsskrifter og bøger om fysiske videnskaber.

Opdagelser af moderne fysik

På trods af alle opdagelserne i det 20. århundrede ser menneskeheden selv nu, hvad angår teknologisk udvikling og fremskridt, kun toppen af ​​isbjerget. Dette køler dog på ingen måde ildsjælen hos videnskabsmænd og forskere af forskellige striber, men tværtimod vækker det kun deres interesse. I dag vil vi tale om vores tid, som vi alle husker og kender. Vi vil tale om opdagelser, der på den ene eller anden måde blev et reelt gennembrud inden for videnskaben og vil begynde, måske med det mest betydningsfulde. Det er her værd at nævne, at de fleste væsentlig opdagelse ikke altid signifikant for den gennemsnitlige person, men primært vigtig for den videnskabelige verden.

Førstposition er en meget ny opdagelse, men dens betydning for moderne fysik er kolossal, denne opdagelse af videnskabsmænd " gud partikel"eller, som det normalt kaldes, Higgs-bosonen. Faktisk forklarer opdagelsen af ​​denne partikel årsagen til forekomsten af ​​masse i andre elementære partikler. Det er værd at bemærke, at de har forsøgt at bevise eksistensen af ​​Higgs-bosonen i 45 år, men det var først for nylig muligt at gøre dette. Tilbage i 1964 forudsagde Peter Higgs, som partiklen er opkaldt efter, dens eksistens, men der var ingen måde at bevise det i praksis. Men den 26. april 2011 spredte nyheden sig over internettet, at det med hjælp fra Large Hadron Collider, der ligger nær Genève, endelig var lykkedes for forskere at opdage den eftertragtede partikel, som var blevet nærmest legendarisk. Forskere bekræftede dog ikke umiddelbart dette, og først i juni 2012 annoncerede eksperter deres opdagelse. Den endelige konklusion blev dog først nået i marts 2013, da CERN-forskere afgav en erklæring om, at den opdagede partikel faktisk var en Higgs-boson. På trods af det faktum, at opdagelsen af ​​denne partikel er blevet et vartegn for den videnskabelige verden, er dens praktiske anvendelse på dette udviklingstrin stadig tvivlsom. Peter Higgs selv, der kommenterede muligheden for at bruge bosonen, sagde følgende: "Eksistensen af ​​en boson varer kun noget i retning af en kvintilliontedel af et sekund, og det er svært for mig at forestille mig, hvordan en kortlivet partikel kan bruges i så lang tid. Partikler, der lever i en milliontedel af et sekund, bliver dog nu brugt i medicin." Så på et tidspunkt sagde en berømt engelsk eksperimentel fysiker, da han blev spurgt om fordelene og den praktiske anvendelse af magnetisk induktion opdaget af ham, "Hvilken fordel kan et nyfødt barn have?" og hermed lukkede jeg måske dette emne.

Andenposition blandt de mest interessante, lovende og ambitiøse projekter menneskeheden i det 21. århundrede er ved at dechifrere det menneskelige genom. Det er ikke for ingenting, at Human Genome Project har ry for at være det vigtigste projekt inden for biologisk forskning, og arbejdet med det begyndte i 1990, selvom det er værd at nævne, at dette spørgsmål også blev overvejet i 80'erne af 20. århundrede. Målet med projektet var klart - oprindeligt var det planlagt at bestemme sekvensen af ​​mere end tre milliarder nukleotider (nukleotider udgør DNA), samt at bestemme mere end 20 tusinde gener i det menneskelige genom. Men senere lidt forskningsgrupper udvidet opgaven. Det er også værd at bemærke, at undersøgelsen, der blev afsluttet i 2006, brugte 3 mia.

Faserne af projektet kan opdeles i flere dele:

1990år. Den amerikanske kongres afsætter midler til at studere det menneskelige genom.

1995år. Den første komplette DNA-sekvens af en levende organisme er offentliggjort. Bakterien Haemophilus influenzae blev overvejet

1998år. Første DNA-sekvens offentliggjort flercellet organisme. Fladormen Caenorhabditiselegans blev overvejet.

1999år. På dette stadium er mere end to dusin genomer blevet dechiffreret.

2000år. Den "første menneskelige genomsamling" blev annonceret - den første rekonstruktion af det menneskelige genom.

2001år. Første udkast til det menneskelige genom.

2003år. Fuldstændig afkodning af DNA, det er tilbage at dechifrere det første menneskelige kromosom.

2006år. Den sidste fase af arbejdet med at dechifrere det komplette menneskelige genom.

På trods af det faktum, at videnskabsmænd over hele verden lavede storslåede planer for projektets afslutning, blev deres forventninger ikke indfriet. På dette øjeblik Det videnskabelige samfund anerkendte projektet som en fiasko i sin essens, men det er på ingen måde umuligt at sige, at det var absolut nytteløst. Nye data har gjort det muligt at sætte gang i udviklingen af ​​både medicin og bioteknologi.

Siden begyndelsen af ​​det tredje årtusinde er der sket mange opdagelser, der har påvirket moderne videnskab og almindelige mennesker. Men mange videnskabsmænd børster dem til side i sammenligning med de ovennævnte opdagelser. Disse præstationer omfatter følgende.

1. Over 500 planeter er blevet identificeret uden for solsystemet, og dette er tilsyneladende ikke grænsen. Det er de såkaldte exoplaneter – planeter placeret uden for solsystemet. Astronomer forudsagde deres eksistens i meget lang tid, men det første pålidelige bevis blev først opnået i 1992. Siden da har videnskabsmænd fundet mere end tre hundrede exoplaneter, men de har ikke været i stand til at observere nogen af ​​dem direkte. Forskere konkluderede, at en planet kredser om en bestemt stjerne baseret på indirekte tegn. I 2008 offentliggjorde to grupper af astronomer artikler, der indeholdt fotografier af exoplaneter. De tilhører alle klassen af ​​"varme Jupitere", men selve det faktum, at planeten kan ses, giver håb om, at videnskabsmænd en dag vil være i stand til at observere planeter, hvis størrelse kan sammenlignes med Jorden.

2. Men i øjeblikket er metoden til direkte detektion af exoplaneter ikke den vigtigste. Det nye Kepler-teleskop, der er specielt designet til at søge efter planeter omkring fjerne stjerner, bruger en af ​​de indirekte teknikker. Men Pluto har tværtimod mistet sin status som planet. Det skyldes opdagelsen af ​​et nyt objekt i solsystemet, hvis størrelse er en tredjedel større end Plutos størrelse. Objektet fik navnet Eris og i første omgang ønskede de at registrere det som den tiende planet i solsystemet. Men i 2006 anerkendte Den Internationale Astronomiske Union Eris som blot en dværgplanet. I 2008 blev det introduceret ny kategori himmellegemer- plutoider, som omfattede Eris, og samtidig Pluto. Astronomer genkender nu kun otte planeter i solsystemet.

3. "Sort huller" Over det hele. Forskere har også fundet ud af, at næsten en fjerdedel af universet består af mørkt stof, mens almindeligt stof kun udgør omkring 4 %. Det menes, at dette mystiske stof, som deltager i gravitationsinteraktioner, men ikke deltager i elektromagnetiske interaktioner, tegner sig for op til 20 procent af universets samlede masse. I 2006, mens han studerede galaksehob Kuglerne gav overbevisende bevis for eksistensen af ​​mørkt stof. Det er for tidligt at overveje, at disse resultater, senere bekræftet af observationen af ​​superklyngen MACSJ0025, endelig satte en stopper for diskussionen om mørkt stof. Dog ifølge den ældre forskningsstipendiat SAI MSU Sergei Popov, "denne opdagelse giver seriøse argumenter til fordel for dens eksistens og udgør problemer for alternative modeller, som vil være svære for dem at løse."

4. Vand på Mars Og Måne. Det er bevist, at der var vand på Mars i tilstrækkelige mængder til, at der kunne opstå liv. Marsvand blev tildelt tredjepladsen på listen. Forskere har længe haft mistanke om, at klimaet på Mars var meget vådere, end det er nu. Fotografier af planetens overflade afslørede mange strukturer, der kunne være efterladt af vandstrømme. Det første virkelig seriøse bevis på, at der stadig findes vand på Mars, blev opnået i 2002. Mars Odyssey-kredsløbet har fundet aflejringer af vandis under planetens overflade. Seks år senere var Phoenix-sonden, som landede nær Mars nordpol den 26. maj 2008, i stand til at få vand fra Mars-jorden ved at opvarme det i sin ovn.

Vand er en af ​​de såkaldte biomarkører - stoffer, der er potentielle indikatorer for planetens beboelighed. Tre andre biomarkører er oxygen, kuldioxid og metan. Sidstnævnte findes i store mængder på Mars, men det både øger og mindsker den røde planets chancer for at huse liv. For nylig blev der fundet vand på en anden af ​​vores naboer i solsystemet. Adskillige enheder bekræftede straks, at vandmolekyler eller deres "rester" - hydroxylioner - er spredt ud over hele Månens overflade. Den gradvise forsvinden af ​​det hvide stof (is) i skyttegraven gravet af Phoenix var endnu et indirekte bevis på tilstedeværelsen af ​​frosset vand på Mars.

5. Embryoner redde verden. Retten til at tage en femteplads i ranglisten blev givet til ny teknik opnåelse af embryonale stamceller (ESC), hvilket ikke rejser spørgsmål fra adskillige etiske komiteer (eller rettere, det rejser færre spørgsmål). ESC'er har potentialet til at transformere sig til enhver celle i kroppen. De har et enormt potentiale til at behandle mange sygdomme forbundet med celledød (for eksempel Parkinsons sygdom). Derudover er det teoretisk muligt at dyrke nye organer fra ESC'er. Men indtil videre er videnskabsmænd ikke særlig gode til at "styre" udviklingen af ​​ESC'er. Meget forskning er nødvendig for at mestre denne praksis. Indtil nu var den største hindring for deres implementering manglen på en kilde, der var i stand til at levere påkrævet beløb ESC. Embryonale stamceller er kun til stede i embryoner i de tidlige udviklingsstadier. Senere mister ESC'erne evnen til at blive hvad som helst, de ønsker. Eksperimenter med embryoner er forbudt i de fleste lande. I 2006 lykkedes det japanske videnskabsmænd ledet af Shinya Yamanaka at forvandle bindevævsceller til ESC'er. Som en magisk eliksir brugte forskerne fire gener, der blev introduceret i fibroblastgenomet. I 2009 gennemførte biologer et eksperiment, der beviste, at sådanne "konverterede" stamceller minder om deres egenskaber som rigtige.

6. Biorobotter allerede virkelighed. På sjettepladsen var nye teknologier, der tillader folk at kontrollere proteser bogstaveligt talt med tankens kraft. Arbejdet med at skabe sådanne metoder har stået på i lang tid, men betydelige resultater begyndte først at dukke op i de sidste år. For eksempel var en abe i 2008 i stand til at styre en mekanisk robotarm ved hjælp af elektroder implanteret i hjernen. Fire år tidligere lærte amerikanske eksperter frivillige at styre karakterers handlinger computerspil uden joystick og tastatur. I modsætning til eksperimenter med aber læser forskerne her hjernesignaler uden at åbne kraniet. I 2009 dukkede medierapporter op om en mand, der mestrede styringen af ​​en protese forbundet med nerverne i skulderen (han mistede sin underarm og hånd i en bilulykke).

7. Oprettet robot Med biologiske hjerne. I midten af ​​august 2010 annoncerede forskere fra University of Reading skabelsen af ​​en robotstyret biologisk hjerne. Hans hjerne er dannet af kunstigt dyrkede neuroner, der er placeret på et multielektrode-array. Dette array er en laboratoriekuvette med cirka 60 elektroder, der modtager de elektriske signaler, der genereres af cellerne. Disse bruges så til at starte robottens bevægelse. I dag ser forskere på, hvordan hjernen lærer, lagrer og får adgang til minder, hvilket vil føre til en bedre forståelse af mekanismerne for Alzheimers, Parkinsons og tilstande, der opstår ved slagtilfælde og hjerneskader. Dette projekt virkelig unik mulighed observere et objekt, der kan være i stand til at udvise kompleks adfærd og alligevel forbliver tæt forbundet med aktiviteten af ​​individuelle neuroner. Forskere arbejder nu på at få robotten til at lære ved at bruge forskellige signaler, når den bevæger sig til forudbestemte positioner. Håbet er, at efterhånden som robotten lærer, vil det være muligt at vise, hvordan minder dukker op i hjernen, når robotten bevæger sig gennem kendt territorium. Som forskerne understreger, styres robotten udelukkende af hjerneceller. Ingen yderligere kontrol det gør hverken en person eller en computer. Måske om ganske få år kan denne teknologi allerede bruges til at flytte lammede mennesker i eksoskeletoner knyttet til deres kroppe, siger den førende forsker på projektet, professor i neurobiologi ved universitetet. Dukas Miguel Nicolelis. Lignende eksperimenter fandt sted ved University of Arizona. Der annoncerede Charles Higgins skabelsen af ​​en robot styret af en sommerfugls hjerne og øjne. Han var i stand til at forbinde elektroder til de visuelle neuroner i høgemuttens hjerne, forbinde dem med robotten, og den reagerede på, hvad sommerfuglen så. Da noget nærmede sig den, bevægede robotten sig væk. Baseret opnået succeser Higgins foreslog, at om 10-15 år vil "hybride" computere, der bruger en kombination af teknologi og levende organisk stof, blive en realitet, og selvfølgelig er dette en af ​​de mulige veje til intellektuel udødelighed.

8. Usynlighed. Et andet højprofileret fremskridt er opdagelsen af ​​materialer, der gør genstande usynlige ved at tvinge lys til at bøje sig omkring materielle genstande. Optiske fysikere har udviklet konceptet med en kappe, der bryder lysstråler så meget, at personen, der bærer den, praktisk talt bliver usynlig. Det unikke ved dette projekt er, at bøjningen af ​​lys i materialet kan styres ved hjælp af en ekstra laseremitter. En person, der bærer sådan en regnfrakke, vil ikke blive bemærket af standard overvågningskameraer, siger udviklerne. Samtidig sker der faktisk i selve den unikke enhed processer, som burde være karakteristiske for en tidsmaskine – en ændring i forholdet mellem rum og tid på grund af lysets kontrollerede hastighed. I øjeblikket har specialister allerede formået at lave en prototype; længden af ​​materialefragmentet er omkring 30 centimeter. Og sådan en mini-kappe giver dig mulighed for at skjule begivenheder, der fandt sted inden for 5 nanosekunder.

9. Global opvarmning. Mere præcist, beviser, der bekræfter virkeligheden af ​​denne proces. I de senere år er der kommet alarmerende nyheder fra næsten alle verdenshjørner. Området med arktiske og antarktiske gletsjere krymper med en hastighed, der er hurtigere end "milde" klimaforandringer. Pessimistiske økologer forudser, at Nordpolen vil være fuldstændig ryddet for isdække om sommeren inden 2020. Grønland er særligt bekymrende for klimaforskere. Ifølge nogle data, hvis det fortsætter med at smelte i samme hastighed som nu, vil dets bidrag til stigningen i verdens havniveau ved udgangen af ​​århundredet være 40 centimeter. På grund af reduktionen i arealet af gletschere og ændringer i deres konfiguration er Italien og Schweiz allerede blevet tvunget til at omtegne deres grænse, der er lagt i Alperne. En af de italienske perler - smukke Venedig - blev forudsagt at blive oversvømmet i slutningen af ​​dette århundrede. Australien kan gå under vand samtidig med Venedig.

10. Kvante computer. Dette er en hypotetisk computerenhed, der gør betydelig brug af kvantemekaniske effekter såsom kvantesammenfiltring og kvanteparallelisme. Ideen med kvanteberegning, først udtrykt af Yu. I. Manin og R. Feynman, er, at et kvantesystem af L to-niveau kvanteelementer(qubits) har 2 L lineært uafhængige stater, og derfor, på grund af princippet om kvantesuperposition, 2 L-dimensionelle Hilbert-tilstandsrum. En operation i kvanteberegning svarer til en rotation i dette rum. Altså en kvantecomputerenhed af størrelse L en qubit kan udføre 2 parallelt L operationer.

11. Nanoteknologi. Et område inden for anvendt videnskab og teknologi, der beskæftiger sig med genstande mindre end 100 nanometer (1 nanometer er lig med 10?9 meter). Nanoteknologi er kvalitativt forskellig fra traditionel ingeniørfaglige discipliner, da de sædvanlige, makroskopiske teknologier til håndtering af stof ofte er uanvendelige på sådanne skalaer, og mikroskopiske fænomener, ubetydeligt svage på de sædvanlige skalaer, bliver meget mere betydningsfulde: egenskaberne og vekselvirkningerne mellem individuelle atomer og molekyler, kvanteeffekter. Rent praktisk er disse teknologier til fremstilling af anordninger og deres komponenter, der er nødvendige til fremstilling, bearbejdning og manipulation af partikler, hvis størrelse spænder fra 1 til 100 nanometer. Imidlertid er nanoteknologi i øjeblikket i sin vorden, da de store opdagelser, der er forudsagt på dette område, endnu ikke er blevet gjort. Men igangværende forskning giver allerede praktiske resultater. Brug af avanceret nanoteknologi videnskabelige resultater giver os mulighed for at klassificere det som højteknologi.

Fremragende år

I løbet af de seneste 16 års studier i de fysiske videnskaber skiller 2012 sig særligt ud. Dette år kan virkelig kaldes året, hvor mange af forudsigelserne fra fysikerne tidligere gik i opfyldelse. Det vil sige, at den ganske kan gøre krav på titlen på det år, hvor fortidens videnskabsmænds drømme gik i opfyldelse.2012 var præget af en række gennembrud inden for teoretisk og eksperimentel fysik. Nogle videnskabsmænd mener, at det generelt var et vendepunkt - hans opdagelser bragte verdensvidenskab til et nyt niveau. Men hvilken af ​​dem viste sig at være den mest betydningsfulde? Det autoritative videnskabelige tidsskrift PhysicsWorld tilbyder sin version af top 10 inden for fysik. partikelgenom higgs boson

På førstplacere Publikationen krediterede naturligvis opdagelsen af ​​en partikel, der ligner Higgs-bosonen, til ATLAS- og CMS-samarbejdet ved Large Hadron Collider (LHC). Som vi husker, skulle opdagelsen af ​​en partikel forudsagt for næsten et halvt århundrede siden være fuldført eksperimentel bekræftelse Standard model. Det er derfor, mange videnskabsmænd betragtede opdagelsen af ​​det undvigende boson som det vigtigste gennembrud i det 21. århundredes fysik.

Higgs-bosonen var så vigtig for videnskabsmænd, fordi dens felt hjælper med at forklare, hvordan den elektrosvage symmetri umiddelbart efter Big Bang blev brudt, hvorefter elementarpartikler pludselig fik masse. Paradoksalt nok forblev et af de vigtigste mysterier for eksperimentatorer i lang tid ikke andet end massen af ​​denne boson, da standardmodellen ikke kan forudsige det. Det var nødvendigt at fortsætte ved at prøve og fejle, men i sidste ende opdagede to eksperimenter ved LHC uafhængigt en partikel med en masse på omkring 125 GeV/cI. Desuden pålideligheden af denne begivenhed stor nok. Det skal bemærkes, at en lille flue i salven har sneget sig ind i salven - det er stadig ikke alle, der er sikre på, at bosonen fundet af fysikere er Higgs-bosonen. Det er således stadig uklart, hvad spindet af dette ny partikel. Ifølge standardmodellen skal den være nul, men der er mulighed for, at den kan være lig med 2 (muligheden med en er allerede udelukket). Begge samarbejder mener, at dette problem kan løses ved at analysere eksisterende data. Joe Incandela, der repræsenterer CMS, forudsiger, at spin-målinger med et konfidensniveau på 3-4 år kan præsenteres allerede i midten af ​​2013. Derudover er der nogen tvivl om en række partikelhenfaldskanaler - i nogle tilfælde henfaldt denne boson ikke som forudsagt af den samme standardmodel. Samarbejdsmedarbejdere mener dog, at også dette kan afklares ved at lave en mere præcis analyse af resultaterne. Ved en novemberkonference i Japan præsenterede LHC-medarbejdere i øvrigt analysedata for nye kollisioner med en energi på 8 TeV, som blev udført efter meddelelsen i juli. Og det, der skete som følge heraf, talte til fordel for, at Higgs-bosonen blev fundet om sommeren, og ikke en anden partikel. Men selvom det ikke er samme boson, mener PhysicsWorld stadig, at ATLAS- og CMS-samarbejdet fortjener en pris. For i fysikkens historie har der aldrig været så storstilede eksperimenter, hvor tusindvis af mennesker var involveret, og som varede to årtier. Men måske vil en sådan belønning være en velfortjent lang hvile. Nu er protonkollisioner stoppet, og i ret lang tid - som du kan se, selvom den berygtede "verdens ende" var en realitet, så ville kollideren bestemt ikke være skyld i det, da det på det tidspunkt var slukket I januar-februar 2013 vil det Med samme energi vil der blive udført flere eksperimenter på kollisionen af ​​protoner med blyioner, og derefter stoppes acceleratoren i to år for modernisering og derefter genstartes, hvilket bringer energien af eksperimenterne til 13 TeV.

Andenplacere Tidsskriftet blev givet til et team af forskere fra Delft og Eindhoven Universities of Technology (Holland), ledet af Leo Kouwenhoven, som i år var de første til at bemærke tegn på hidtil undvigende Majorana-fermioner i faste stoffer. Disse sjove partikler, hvis eksistens blev forudsagt tilbage i 1937 af fysikeren Ettore Majorana, er interessante, fordi de samtidig kan fungere som deres egne antipartikler. Det antages også, at Majorana-fermioner kan være en del af det mystiske mørke stof. Det er ikke overraskende, at videnskabsmænd ventede ikke mindre på deres eksperimentelle opdagelse end på opdagelsen af ​​Higgs-bosonen.

På tredjeplacere Magasinet omtalte arbejdet fra fysikere fra BaBar-samarbejdet ved PEP-II-kollideren ved SLAC National Accelerator Laboratory (USA). Og det mest interessante er, at disse videnskabsmænd igen eksperimentelt bekræftede forudsigelsen for 50 år siden - de beviste, at når B-mesons henfalder, bliver T-symmetrien krænket (dette er navnet på forholdet mellem de direkte og omvendte processer i reversible fænomener) . Som et resultat fandt forskerne ud af, at under overgange mellem kvantetilstande af B0-mesonen varierer deres hastighed.

På fjerdeplacere igen tjekker en langvarig forudsigelse. Selv for 40 år siden beregnede de sovjetiske fysikere Rashid Sunyaev og Yakov Zeldovich, at bevægelsen af ​​hobe af fjerne galakser kunne observeres ved at måle et lille skift i temperaturen af ​​den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling. Og først i år lykkedes det Nick Hand fra University of California i Berkeley (USA), hans kollega og det seks meter lange ACT-teleskop (Atacama Cosmology Telescope) at omsætte dette i praksis som en del af projektet Spectroscopic Study of Baryon Oscillations.

Femteplacere tog en undersøgelse af Allard Mosks gruppe fra MESA+ Institute of Nanotechnology og University of Twente (Holland). Forskere har foreslået en ny måde at studere de processer, der forekommer i levende væseners kroppe, som er mindre skadelig og mere nøjagtig end radiografi, som er kendt af alle. Forskere lykkedes med at bruge laserflekseffekten (det såkaldte tilfældige interferensmønster dannet under gensidig interferens sammenhængende bølger med tilfældige faseskift og et tilfældigt sæt af intensiteter), for at skelne mikroskopiske fluorescerende genstande gennem nogle få millimeter uigennemsigtigt materiale. Det er overflødigt at sige, at lignende teknologi også blev forudsagt flere årtier tidligere.

På sjetteplacere forskerne Mark Oxborrow fra National Physical Laboratory, Jonathan Brizu og Neil Alford fra Imperial College London (UK) slog sig selvsikkert fast. De formåede at bygge det, de også drømte om lange år-- maser (kvantegenerator, der udsender sammenhængende elektromagnetiske bølger centimeter rækkevidde), i stand til at fungere ved stuetemperatur. Indtil nu skulle disse enheder køles til ekstremt lave temperaturer ved hjælp af flydende helium, hvilket gjorde dem urentable til kommerciel brug. Og nu kan masere bruges i telekommunikation og systemer til at skabe ultrapræcise billeder.

Syvendeplacere fortjent tildelt en gruppe fysikere fra Tyskland og Frankrig, der var i stand til at etablere en sammenhæng mellem termodynamik og informationsteori. Tilbage i 1961 argumenterede Rolf Landauer for, at sletning af information er ledsaget af varmeafledning. Og i år blev denne antagelse eksperimentelt bekræftet af forskerne Antoine Beru, Artak Arakelyan, Artem Petrosyan, Sergio Siliberto, Raoul Dellinschneider og Eric Lutz.

Østrigske fysikere Anton Zeilinger, Robert Fickler og deres kolleger fra Universitetet i Wien(Østrig), som var i stand til at vikle fotoner ind med orbital kvantetal op til 300, hvilket er mere end ti gange mere end den tidligere rekord, ramte ottendeplacere. Denne opdagelse har ikke kun et teoretisk, men også et praktisk resultat - sådanne "sammenfiltrede" fotoner kan blive bærere af information i kvantecomputere og i optisk kommunikationskodningssystem, såvel som i fjernmåling.

På niendeplacere kom til en gruppe fysikere ledet af Daniel Stancil fra University of North Carolina (USA). Forskerne arbejdede med NuMI neutrinostrålen fra National Accelerator Laboratory. Fermi og MINERvA-detektoren. Som et resultat lykkedes det dem at transmittere information ved hjælp af neutrinoer over en afstand på mere end en kilometer. Selvom transmissionshastigheden var lav (0,1 bps), blev beskeden modtaget næsten uden fejl, hvilket bekræfter den grundlæggende mulighed for neutrino-baseret kommunikation, som kan bruges, når man kommunikerer med astronauter ikke kun på en naboplanet, men endda i en anden galakse . Derudover åbner dette store perspektiver for neutrinoscanning af Jorden - en ny teknologi til at søge efter mineraler, samt til at detektere jordskælv og vulkansk aktivitet i de tidlige stadier.

Top 10 af magasinet PhysicsWorld fuldendes af en opdagelse gjort af fysikere fra USA - Zhong Lin Wang og hans kolleger fra teknologisk Institut staten Georgia. De har udviklet et apparat, der udvinder energi fra gang og andre bevægelser og selvfølgelig lagrer det. Og selvom denne metode var kendt før, men tiendeplacere Denne gruppe forskere blev anerkendt for at være den første til at lære at omdanne mekanisk energi direkte til kemisk potentiel energi, uden om det elektriske stadium.

Uløste problemer i moderne fysik

Nedenfor er en liste uafklaret problemer moderne fiZiki. Nogle af disse problemer er teoretiske. Det betyder, at eksisterende teorier ikke er i stand til at forklare visse observerede fænomener eller eksperimentelle resultater. Andre problemer er eksperimentelle, hvilket betyder, at der er vanskeligheder ved at lave et eksperiment for at teste en foreslået teori eller for at studere et fænomen mere detaljeret. Følgende problemer er enten grundlæggende teoretiske problemer eller teoretiske ideer, som der ikke er eksperimentelt bevis for. Nogle af disse problemer er tæt forbundne. For eksempel kan ekstra dimensioner eller supersymmetri løse hierarkiproblemet. Det menes, at den komplette teori om kvantetyngdekraften er i stand til at besvare de fleste af de anførte spørgsmål (bortset fra problemet med stabilitetsøen).

1. Kvante tyngdekraft. Er det muligt for kvantemekanik og generel teori relativitet, der skal kombineres til en enkelt selvkonsistent teori (måske kvantefeltteori)? Er rumtiden kontinuerlig eller er den diskret? Vil den selvkonsistente teori bruge en hypotetisk graviton eller vil den udelukkende være et produkt af rumtidens diskrete struktur (som i sløjfekvantetyngdekraften)? Er der afvigelser fra forudsigelserne om generel relativitet for meget små eller meget store skalaer eller andre ekstreme omstændigheder, der opstår fra teorien om kvantetyngdekraften?

2. Sort huller, forsvinden Information V sort hul, stråling Hawking. Frembringer sorte huller termisk stråling, som teorien forudsiger? Indeholder denne stråling information om deres indre struktur, som antydet af tyngdekraft-måle-invarians dualitet, eller ej, som antydet af Hawkings oprindelige beregning? Hvis ikke, og sorte huller kan kontinuerligt fordampe, hvad sker der så med informationen, der er lagret i dem (kvantemekanikken sørger ikke for ødelæggelse af information)? Eller vil strålingen stoppe på et tidspunkt, når der er lidt tilbage af det sorte hul? Er der nogen anden måde at studere deres indre struktur på, hvis en sådan struktur overhovedet eksisterer? Er loven om bevarelse af baryonladning sand inde i et sort hul? Beviset for princippet om kosmisk censur såvel som den nøjagtige formulering af de betingelser, hvorunder det er opfyldt, er ukendt. Der er ingen fuldstændig og fuldstændig teori om magnetosfæren af ​​sorte huller. Den nøjagtige formel for beregning af tallet er ukendt forskellige forhold system, hvis sammenbrud fører til fremkomsten af ​​et sort hul med en given masse, vinkelmoment og ladning. Ukendt bevis i almindelig sag"no-hair teoremer" for et sort hul.

3. Dimension rumtid. Er der yderligere dimensioner af rum-tid i naturen udover de fire vi kender? Hvis ja, hvad er deres nummer? Er "3+1" (eller højere) dimensionen en a priori egenskab ved universet, eller er den resultatet af andre fysiske processer, som foreslået, for eksempel af teorien om kausal dynamisk triangulering? Kan vi eksperimentelt "observere" højere rumlige dimensioner? Er det holografiske princip sandt, ifølge hvilket fysikken i vores "3+1"-dimensionelle rumtid svarer til fysikken på en hyperflade med en "2+1" dimension?

4. Inflatorisk model Univers. Er teorien om kosmisk inflation sand, og hvis ja, hvad er detaljerne i denne fase? Hvad er det hypotetiske inflatonfelt, der er ansvarligt for stigende inflation? Hvis inflationen fandt sted på et tidspunkt, er dette begyndelsen på en selvopretholdende proces på grund af inflationen af ​​kvantemekaniske svingninger, som vil fortsætte et helt andet sted, fjernt fra dette punkt?

5. Multivers. Er der fysiske årsager til eksistensen af ​​andre universer, som grundlæggende ikke er observerbare? For eksempel: er der kvantemekaniske "alternative historier" eller "mange verdener"? Er der "andre" universer med fysiske love, som er resultatet alternative måder krænkelser af den tilsyneladende symmetri af fysiske kræfter ved høje energier, placeret måske utroligt langt væk på grund af kosmisk inflation? Kunne andre universer påvirke vores, hvilket for eksempel forårsager anomalier i temperaturfordelingen af ​​den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling? Er det berettiget at bruge det antropiske princip til at løse globale kosmologiske dilemmaer?

6. Princip plads censur Og hypotese beskyttelse kronologi. Kan singulariteter, der ikke er skjult bag begivenhedshorisonten, kendt som "nøgne singulariteter", opstå fra realistiske begyndelsesbetingelser, eller er det muligt at bevise en version af Roger Penroses "kosmiske censurhypotese", der antyder, at dette er umuligt? I På det sidste kendsgerninger har vist sig til fordel for inkonsistensen af ​​den kosmiske censurhypotese, hvilket betyder, at nøgne singulariteter bør forekomme meget oftere end blot som ekstreme løsninger af Kerr-Newman-ligningerne, dog er der endnu ikke fremlagt afgørende beviser for dette. Ligeledes vil der være lukkede tidslignende kurver, der opstår i nogle løsninger af den generelle relativitetsteori (og som indebærer muligheden for tidsrejser i omvendt retning) er udelukket af teorien om kvantetyngdekraften, som kombinerer generel relativitetsteori med kvantemekanik, som Stephen Hawkings "kronologiforsvarshypotese" antyder?

7. Akse tid. Hvad kan fænomener, der adskiller sig fra hinanden ved at bevæge sig frem og tilbage i tiden, fortælle os om tidens natur? Hvordan adskiller tiden sig fra rummet? Hvorfor observeres CP-overtrædelser kun i nogle svage interaktioner og ingen andre steder? Er overtrædelser af CP-invarians en konsekvens af termodynamikkens anden lov, eller er de en separat tidsakse? Er der undtagelser fra princippet om årsagssammenhæng? Er fortiden den eneste mulige? Er det nuværende øjeblik fysisk anderledes end fortiden og fremtiden, eller er det blot et resultat af bevidsthedens karakteristika? Hvordan lærte mennesker at forhandle, hvad der er nuet? (Se også nedenfor Entropi (tidsakse)).

8. Lokalitet. Er der ikke-lokale fænomener i kvantefysikken? Hvis de eksisterer, har de begrænsninger i overførsel af information, eller: kan energi og stof også bevæge sig ad en ikke-lokal vej? Under hvilke forhold observeres ikke-lokale fænomener? Hvad indebærer tilstedeværelsen eller fraværet af ikke-lokale fænomener for den grundlæggende struktur af rum-tid? Hvordan hænger dette sammen med kvantesammenfiltring? Hvordan kan dette fortolkes ud fra en korrekt fortolkning af kvantefysikkens grundlæggende natur?

9. Fremtid Univers. Er universet på vej mod en Big Freeze, en Big Rip, en Big Crunch eller en Big Bounce? Er vores univers en del af et uendeligt gentaget cyklisk mønster?

10. Problem hierarki. Hvorfor er tyngdekraften sådan? svag kraft? Det bliver kun stort på Planck-skalaen, for partikler med energier i størrelsesordenen 10 19 GeV, hvilket er meget højere end den elektrosvage skala (i lavenergifysik er den dominerende energi 100 GeV). Hvorfor er disse skalaer så forskellige fra hinanden? Hvad forhindrer elektrosvage skalastørrelser, såsom massen af ​​Higgs-bosonen, i at modtage kvantekorrektioner på skalaer i størrelsesordenen Plancks? Er supersymmetri, ekstra dimensioner eller blot antropisk finjustering løsningen på dette problem?

11. Magnetisk monopol. Har partikler eksisteret som bærere af "magnetisk ladning" i tidligere tider med mere høje energier? Hvis ja, er der nogle tilgængelige i dag? (Paul Dirac viste, at tilstedeværelsen af ​​visse typer magnetiske monopoler kunne forklare ladningskvantisering.)

12. Henfald proton Og Store Union. Hvordan kan vi forene de tre forskellige kvantemekaniske fundamentale interaktioner af kvantefeltteori? Hvorfor er den letteste baryon, som er en proton, absolut stabil? Hvis protonen er ustabil, hvad er dens halveringstid?

13. Supersymmetri. Er rummets supersymmetri realiseret i naturen? Hvis ja, hvad er mekanismen for supersymmetribrud? Stabiliserer supersymmetri den elektrosvage skala, hvilket forhindrer høje kvantekorrektioner? Består det mørkt stof fra lette supersymmetriske partikler?

14. Generationer stof. Er der mere end tre generationer af kvarker og leptoner? Er antallet af generationer relateret til rummets dimension? Hvorfor eksisterer generationer overhovedet? Er der en teori, der kan forklare tilstedeværelsen af ​​masse i nogle kvarker og leptoner i individuelle generationer baseret på de første principper (Yukawa interaktionsteori)?

15. Grundlæggende symmetri Og neutrino. Hvad er neutrinoers natur, hvad er deres masse, og hvordan formede de universets udvikling? Hvorfor opdages der nu mere stof i universet end antistof? Hvilke usynlige kræfter var til stede ved universets daggry, men forsvandt af syne, efterhånden som universet udviklede sig?

16. Kvante teori felter. Er principperne for relativistisk lokal kvantefeltteori forenelige med eksistensen af ​​en ikke-triviel spredningsmatrix?

17. Masseløs partikler. Hvorfor findes masseløse partikler uden spin ikke i naturen?

18. Kvante kromodynamik. Hvad er fasetilstandene for stærkt interagerende stof, og hvilken rolle spiller de i rummet? Hvad er den indre struktur af nukleoner? Hvilke egenskaber ved stærkt interagerende stof forudsiger QCD? Hvad styrer overgangen af ​​kvarker og gluoner til pi-mesoner og nukleoner? Hvilken rolle spiller gluoner og gluoninteraktion i nukleoner og kerner? Hvad bestemmer nøglefunktioner QCD og hvad er deres forhold til tyngdekraftens og rumtidens natur?

19. Atomar kerne Og atomisk astrofysik. Hvad er karakteren af ​​kernekræfter, der binder protoner og neutroner til stabile kerner og sjældne isotoper? Hvad er grunden til, at simple partikler kombineres til komplekse kerner? Hvad er arten af ​​neutronstjerner og tæt nukleart stof? Hvad er oprindelsen af ​​elementer i rummet? Hvad er der sket nukleare reaktioner, som flytter stjerner og fører til deres eksplosioner?

20. Ø stabilitet. Hvad er den tungeste stabile eller metastabile kerne, der kan eksistere?

21. Kvante Mekanik Og princip overholdelse (Sommetider hedder kvante kaos) . Er der foretrukne fortolkninger? kvantemekanik? Som en kvantebeskrivelse af virkeligheden, som omfatter elementer som f.eks kvantesuperposition tilstande og bølgefunktion kollaps eller kvantedekohærens fører til den virkelighed, vi ser? Det samme kan formuleres ved hjælp af måleproblemet: hvad er "målingen", der får bølgefunktionen til at kollapse til en bestemt tilstand?

22. Fysisk Information. Er der fysiske fænomener, såsom sorte huller eller kollaps af bølgefunktioner, der permanent ødelægger information om deres tidligere tilstande?

23. Teori Total (« Teorier Store foreninger») . Er der en teori, der forklarer værdierne af alle grundlæggende fysiske konstanter? Er der en teori, der forklarer, hvorfor måleinvariansen af ​​standardmodellen er, som den er, hvorfor observerbar rumtid har 3+1 dimensioner, og hvorfor fysikkens love er, som de er? Ændrer "fundamentale fysiske konstanter" sig over tid? Består nogen af ​​partiklerne i standardmodellen for partikelfysik faktisk af andre partikler bundet så tæt sammen, at de ikke kan observeres ved nuværende eksperimentelle energier? Er der fundamentale partikler, som endnu ikke er blevet observeret, og hvis ja, hvad er de og hvad er deres egenskaber? Er der uobserverbare fundamentale kræfter, som teorien foreslår, som forklarer andre uløste problemer i fysikken?

24. Kalibrering invarians. Findes der virkelig ikke-abelske gauge-teorier med et hul i massespektret?

25. CP symmetri. Hvorfor bevares CP-symmetri ikke? Hvorfor bevares det i de fleste observerede processer?

26. Fysik halvledere. Kvanteteori for halvledere kan ikke nøjagtigt beregne en enkelt konstant af en halvleder.

27. Kvante fysik. Den nøjagtige løsning af Schrödinger-ligningen for multielektronatomer er ukendt.

28. Når man løser problemet med at sprede to stråler på en forhindring, viser spredningstværsnittet sig at være uendeligt stort.

29. Feynmanium: Hvad vil der ske med kemisk element, hvis atomnummer vil være højere end 137, hvorved 1s 1-elektronen skal bevæge sig med en hastighed, der overstiger lysets hastighed (ifølge Bohr-atommodellen)? Er Feynmanium det sidste kemiske grundstof, der fysisk kan eksistere? Problemet kan opstå omkring element 137, hvor udvidelsen af ​​nuklear ladningsfordeling når sit sidste punkt. Se artiklen Avanceret periodiske system elementer og afsnittet Relativistiske effekter.

30. Statistisk fysik. Der er ingen systematisk teori om irreversible processer, der gør det muligt at udføre kvantitative beregninger for en given fysisk proces.

31. Kvante elektrodynamik. Er der gravitationseffekter forårsaget af nulpunktssvingninger? elektromagnetisk felt? Det vides ikke, hvordan man samtidig opfylder betingelserne for endelighed af resultatet, relativistisk invarians og summen af ​​alle alternative sandsynligheder svarende til enhed ved beregning af kvanteelektrodynamik i højfrekvensområdet.

32. Biofysik. Der er ingen kvantitativ teori for kinetikken for konformationel afslapning af proteinmakromolekyler og deres komplekser. Der er ingen fuldstændig teori om elektronoverførsel i biologiske strukturer.

33. Superledningsevne. Det er umuligt teoretisk at forudsige, ved at kende strukturen og sammensætningen af ​​et stof, om det vil gå i en superledende tilstand med faldende temperatur.

Konklusion

Så vor tids fysik udvikler sig hurtigt. I moderne verden En masse forskelligt udstyr er dukket op, ved hjælp af hvilket det er muligt at udføre næsten ethvert eksperiment. På bare 16 år har videnskaben simpelthen taget et grundlæggende spring fremad. Med hver ny opdagelse eller bekræftelse af en gammel hypotese opstår der et stort antal spørgsmål. Det er netop det, der holder videnskabsfolks glød til forskning i gang. Alt dette er fantastisk, men det er lidt skuffende, at listen over de mest fremragende opdagelser ikke inkluderer en enkelt præstation fra kasakhstanske forskere.

Liste over brugt litteratur

1. Feynman R. F. Kvantemekanik og stiintegraler. M.: Mir, 1968. 380 s.

2. Zharkov V. N. Jordens og planeternes indre struktur. M.: Nauka, 1978. 192 s.

3. Mendelssohn K. Fysik lave temperaturer. M.: IL, 1963. 230 s.

4. Blumenfeld L.A. Problemer med biologisk fysik. M.: Nauka, 1974. 335 s.

5. Kresin V.Z. Superledningsevne og superfluiditet. M.: Nauka, 1978. 192 s.

6. Smorodinsky Ya.A. Temperatur. M.: Nauka, 1981. 160 s.

7. Tyablikov S.V. Metoder til kvanteteorien om magnetisme. M.: Nauka, 1965. 334 s.

8. Bogolyubov N.N., Logunov A.A., Todorov I.T. Grundlæggende om den aksiomatiske tilgang i kvantefeltteori. M.: Nauka, 1969. 424 s.

9. Kane G. Moderne fysik af elementarpartikler. M.: Mir, 1990. 360 s. ISBN 5-03-001591-4.

10. Smorodinsky Ya. A. Temperatur. M.: TERRA-Bogklub, 2008. 224 s. ISBN 978-5-275-01737-3.

11. Shirokov Yu. M., Yudin N. P. Kernefysik. M.: Nauka, 1972. 670 s.

12. Sadovsky M. V. Forelæsninger om kvantefeltteori. M.: IKI, 2003. 480 s.

13. Rumer Yu. B., Fet A. I. Gruppeteori og kvantificerede felter. M.: Librocom, 2010. 248 s. ISBN 978-5-397-01392-5.

14. Novikov I.D., Frolov V.P. Fysik af sorte huller. M.: Nauka, 1986. 328 s.

15. http://dic.academic.ru/.

16. http://www.sciencedebate2008.com/.

17. http://www.pravda.ru/.

18. http://felbert.livejournal.com/.

19. http://antirelativity.workfromhome.com.ua/.

Udgivet på Allbest.ru

...

Lignende dokumenter

Grundlæggende fysiske interaktioner. Tyngdekraft. Elektromagnetisme. Svag interaktion. Problemet med fysikkens enhed. Klassificering af elementarpartikler. Egenskaber subatomære partikler. Leptoner. Hadroner. Partikler er bærere af interaktioner.

afhandling, tilføjet 02/05/2003


Grundlæggende begreber, mekanismer for elementarpartikler, deres typer fysiske interaktioner(gravitationel, svag, elektromagnetisk, nuklear). Partikler og antipartikler. Klassificering af elementarpartikler: fotoner, leptoner, hadroner (mesoner og baryoner). Quark teori.

kursusarbejde, tilføjet 21/03/2014


Grundlæggende egenskaber og klassificering af elementarpartikler. Typer af interaktioner mellem dem: stærk, elektromagnetisk, svag og gravitationel. Forbindelse atomkerner og ejendomme. Quarks og leptoner. Metoder, registrering og forskning af elementarpartikler.

kursusarbejde, tilføjet 12/08/2010


De vigtigste tilgange til klassificering af elementære partikler, som i henhold til typerne af interaktioner er opdelt i: sammensatte, fundamentale (strukturløse) partikler. Funktioner af mikropartikler med halvt heltal og hele spin. Betinget sande og sande elementarpartikler.

abstract, tilføjet 08/09/2010


Karakteristika for metoder til observation af elementarpartikler. Begrebet elementarpartikler, typer af deres interaktioner. Sammensætningen af ​​atomkerner og samspillet mellem nukleoner i dem. Definition, opdagelseshistorie og typer af radioaktivitet. De enkleste og kædekernereaktioner.

abstract, tilføjet 12/12/2009


En elementær partikel er en partikel uden en indre struktur, det vil sige, der ikke indeholder andre partikler. Klassificering af elementarpartikler, deres symboler og masse. Farveladning og Pauli-princippet. Fermioner som de grundlæggende bestanddele af alt stof, deres typer.

præsentation, tilføjet 27/05/2012


Strukturer og egenskaber af stof af den første type. Strukturer og egenskaber af stof af den anden type (elementarpartikler). Mekanismer for henfald, interaktion og fødsel af elementarpartikler. Udslettelse og implementering af afgiftsforbud.

abstract, tilføjet 20/10/2006


Forbrændingsområdet for en brændstofpartikel i ovnen i en kedelenhed ved en given temperatur. Beregning af brændstofpartikeludbrændingstid. Betingelser for at brænde en kokspartikel ud i den sidste del af en direktestrømsbrænder. Beregning af reaktionsligevægtskonstanten, Vladimirovs metode.

kursusarbejde, tilføjet 26.12.2012


Bestemmelse af den oprindelige energi af en fosforpartikel, sidelængden af ​​en firkantet plade, ladningen af ​​pladen og energien af ​​det elektriske felt i en kondensator. Plotning af partikelkoordinatens afhængighed af dens position, partikelenergien på flyvetiden i kondensatoren.

opgave, tilføjet 10/10/2015


Studie af træk ved bevægelsen af ​​en ladet partikel i et ensartet magnetfelt. Etablering funktionel afhængighed baneradius på egenskaberne af partiklen og feltet. Bestemmelse af vinkelhastigheden af ​​en ladet partikel, der bevæger sig langs en cirkulær bane.

Aktuelle problemer betyder vigtige for en given tid. Engang var relevansen af ​​fysikproblemer en helt anden. Spørgsmål som "hvorfor bliver det mørkt om natten", "hvorfor blæser vinden" eller "hvorfor er vandet vådt" blev løst. Lad os se, hvad videnskabsmænd klør sig i hovedet over i disse dage.

På trods af at vi kan forklare mere og mere udførligt verdenen, spørgsmålene bliver flere og flere med tiden. Forskere leder deres tanker og instrumenter ind i dybet af universet og junglen af ​​atomer og finder der ting, der endnu ikke kan forklares.

Uløste problemer i fysik

Nogle af de aktuelle og uløste spørgsmål i moderne fysik er rent teoretiske. Nogle problemer i teoretisk fysik kan simpelthen ikke testes eksperimentelt. En anden del er spørgsmål relateret til eksperimenter.

For eksempel stemmer et eksperiment ikke overens med en tidligere udviklet teori. Der er også anvendte problemer. Eksempel: økologiske problemer fysikere relateret til søgen efter nye energikilder. Endelig er den fjerde gruppe rent filosofiske problemer moderne videnskab leder efter svar på " hovedspørgsmål meningen med livet, universet og alt det der.”

Mørk energi og universets fremtid

Ifølge nutidens ideer udvider universet sig. Desuden udvides den ifølge analysen af ​​kosmisk mikrobølgebaggrundsstråling og supernovastråling med acceleration. Udvidelsen sker på grund af mørk energi. Mørk energi er en udefineret form for energi, der blev introduceret i universets model for at forklare accelereret ekspansion. Mørk energi interagerer ikke med stoffet på måder, vi kender, og det er dens natur stort mysterium. Der er to ideer om mørk energi:

• Ifølge den første fylder den universet jævnt, det vil sige, at den er en kosmologisk konstant og har en konstant energitæthed.
• Ifølge den anden varierer den dynamiske tæthed af mørk energi i rum og tid.

Afhængigt af hvilken af ​​ideerne om mørk energi der er korrekt, kan vi antage fremtidige skæbne Univers. Hvis tætheden af ​​mørk energi stiger, så vil vi stå over for Stort hul, hvor alt stof falder fra hinanden.

En anden mulighed - Stort klem, når gravitationskræfterne vinder, vil ekspansion stoppe og blive erstattet af kompression. I et sådant scenarie ville alt, hvad der var i universet, først kollapse i individuelle sorte huller og derefter kollapse til én fælles singularitet.

Mange uløste problemer er forbundet med sorte huller og deres stråling. Læs en separat artikel om disse mystiske genstande.

Materie og antistof

Alt, hvad vi ser omkring os er stof, bestående af partikler. Antistof er et stof bestående af antipartikler. En antipartikel er en tvilling af en partikel. Den eneste forskel mellem en partikel og en antipartikel er ladning. For eksempel er ladningen af ​​en elektron negativ, mens dens modstykke fra antipartiklernes verden - positronen - har samme værdi positiv ladning. Antipartikler kan fås i partikelacceleratorer, men ingen har stødt på dem i naturen.

Når de interagerer (kolliserer), udslettes stof og antistof, hvilket resulterer i dannelsen af ​​fotoner. Hvorfor stof dominerer i universet er et stort spørgsmål i moderne fysik. Det antages, at denne asymmetri opstod i de første brøkdele af et sekund efter Big Bang.

Når alt kommer til alt, hvis der var lige store mængder stof og antistof, ville alle partikler tilintetgøres og kun efterlade fotoner som et resultat. Der er forslag om, at fjerne og fuldstændig uudforskede områder af universet er fyldt med antistof. Men om det er sådan, må man vise efter en del hjernearbejde.

I øvrigt! Til vores læsere er der nu 10% rabat på

Teori om alt

Er der en teori, der kan forklare absolut alt? fysiske fænomener på det elementære niveau? Måske er der. Et andet spørgsmål er, om vi kan finde ud af det. Teori om alt, eller Grand Unified Theory, er en teori, der forklarer værdierne af alle kendte fysiske konstanter og forener 5 grundlæggende interaktioner:

• stærk interaktion;
• svag interaktion;
• elektromagnetisk interaktion;
• gravitationsinteraktion;
• Higgs felt.

Du kan i øvrigt læse om, hvad det er, og hvorfor det er så vigtigt på vores blog.

Blandt de mange foreslåede teorier har ikke en eneste bestået eksperimentel test. En af de mest lovende retninger i denne sag er foreningen af ​​kvantemekanik og generel relativitetsteori i teori om kvantetyngdekraften. Disse teorier har dog forskellige anvendelsesområder, og indtil videre fører alle forsøg på at kombinere dem til divergenser, som ikke kan fjernes.

Hvor mange dimensioner er der?

Vi er vant til en tredimensionel verden. Vi kan bevæge os i de tre dimensioner, vi kender, frem og tilbage, op og ned, og føle os godt tilpas. Det er der dog M-teori, ifølge hvilken der allerede er 11 kun målinger 3 hvoraf er tilgængelige for os.

Det er ret svært, hvis ikke umuligt, at forestille sig dette. Sandt nok, for sådanne tilfælde er der matematiske apparater, som hjælper med at håndtere problemet. For ikke at blæse vores sind og dit, vil vi ikke præsentere matematiske beregninger fra M-teori. Et bedre citat fra fysikeren Stephen Hawking:

Vi er bare de udviklede efterkommere af aber på en lille planet med en umærkelig stjerne. Men vi har en chance for at forstå universet. Det er det, der gør os specielle.

Hvad kan vi sige om det fjerne rum, når vi ikke ved alt om vores hjem? For eksempel er der stadig ingen klar forklaring på oprindelsen og den periodiske inversion af dens poler.

Der er mange mysterier og opgaver. Der er lignende uløste problemer inden for kemi, astronomi, biologi, matematik og filosofi. Ved at løse et mysterium får vi to til gengæld. Dette er glæden ved viden. Lad os minde dig om, at vi hjælper dig med at klare enhver opgave, uanset hvor svær den måtte være. Problemer med at undervise i fysik, som enhver anden videnskab, er meget lettere at løse end grundlæggende videnskabelige spørgsmål.

Fysiske problemer

Hvad er lysets natur?

Lys opfører sig som en bølge i nogle tilfælde og som en partikel i mange andre. Spørgsmålet er: hvad er han? Hverken det ene eller det andet. Partikel og bølge er blot en forenklet repræsentation af lysets adfærd. I virkeligheden er lys hverken en partikel eller en bølge. Lyset slukker sværere end det de billeder, som disse forenklede ideer maler.

Hvad er forholdene inde i sorte huller?

Sorte huller omtalt i Kap. 1 og 6, er sædvanligvis sammenklappelige kerner store stjerner overlevende fra en supernovaeksplosion. De har så stor en tæthed, at selv lys ikke er i stand til at forlade deres dybder. På grund af den enorme interne kompression af sorte huller gælder almindelige fysiklove ikke for dem. Og da intet kan efterlade sorte huller, er det også umuligt at udføre eksperimenter for at teste bestemte teorier.

Hvor mange dimensioner er iboende i universet, og er det muligt at skabe en "teori om alt, der eksisterer"?

Som anført i Kap. 2, som forsøger at fortrænge standardmodelteorien, kan i sidste ende afklare antallet af dimensioner, samt præsentere os for en "teori om alting." Men lad ikke navnet narre dig. Hvis "teorien om alt, der eksisterer" giver nøglen til at forstå arten af ​​elementarpartikler, er en imponerende liste uløste problemer- en garanti for, at en sådan teori vil efterlade mange flere ubesvarede vigtige spørgsmål. Ligesom rygterne om Mark Twains død er rygterne om videnskabens undergang med fremkomsten af ​​"teorien om alting" stærkt overdrevet.

Er tidsrejser mulige?

I teorien tillader Einsteins generelle relativitetsteori sådanne rejser. Den påkrævede indvirkning på sorte huller og deres teoretiske fætre, "ormehuller", vil dog kræve enorme mængder energi, der væsentligt overstiger vores nuværende tekniske formåen. En forklarende beskrivelse af tidsrejser er givet i Michio Kakus bøger Hyperspace (1994) og Images (1997) og på hjemmesiden http://mkaku. org

Vil gravitationsbølger blive opdaget?

Nogle observatorier leder efter beviser for eksistensen af ​​gravitationsbølger. Hvis sådanne bølger kan findes, vil disse fluktuationer i selve rum-tidsstrukturen indikere katastrofer, der forekommer i universet, såsom supernovaeksplosioner, kollisioner af sorte huller og muligvis stadig ukendte begivenheder. For detaljer, se W. Waite Gibbs' artikel "Spacetime Ripple."

Hvad er levetiden for en proton?

Nogle teorier, der ikke passer til standardmodellen (se kapitel 2), forudsiger protonhenfald, og flere detektorer er blevet bygget til at detektere et sådant henfald. Selvom selve henfaldet endnu ikke er observeret, er den nedre grænse for protonens halveringstid estimeret til 10 32 år (væsentligt over universets alder). Med fremkomsten af ​​mere følsomme sensorer kan det være muligt at detektere protonhenfald, eller det skal muligvis skubbes tilbage nedre grænse dens halveringstid.

Er superledere mulige ved høje temperaturer?

Superledning opstår, når den elektriske modstand af et metal falder til nul. Under sådanne forhold flyder den elektriske strøm, der er etableret i lederen, uden tab, som er karakteristiske for almindelig strøm, når den passerer gennem ledere såsom kobbertråd. Fænomenet superledning blev først observeret ved ekstremt lave temperaturer (lige over det absolutte nulpunkt, -273 °C). I 1986 lykkedes det forskerne at fremstille materialer, der superledende ved kogepunktet for flydende nitrogen (-196 °C), hvilket allerede gjorde det muligt at skabe industrielle produkter. Mekanisme dette fænomen er endnu ikke fuldt ud forstået, men forskere forsøger at opnå superledning ved stuetemperatur, hvilket vil reducere energitab.

Fra bogen Interessant om astronomi forfatter Tomilin Anatoly Nikolaevich

5. Problemer med relativistisk himmelnavigation En af de mest modbydelige tests, som en pilot, og nu en astronaut, bliver udsat for, som vist i filmene, er karrusellen. Vi, piloter fra den seneste fortid, kaldte det engang en "pladespiller" eller "separator". Dem der ikke gør

Fra bogen Five Unsolved Problems of Science af Wiggins Arthur

Uløste problemer Nu hvor vi forstår, hvordan videnskaben passer ind mental aktivitet person og hvordan den fungerer, kan man se, at dens åbenhed tillader det på forskellige måder at bevæge sig mod en mere fuldstændig forståelse af universet. Nye fænomener opstår om hvilke

Fra bogen The World in a Nutshell [ill. bog-magasin] forfatter Hawking Stephen William

Kemiproblemer Hvordan bestemmer sammensætningen af ​​et molekyle dets udseende Kendskab til atomernes orbitale struktur i simple molekyler gør det ret nemt at bestemme udseendet af et molekyle. Men teoretiske undersøgelser af fremkomsten af ​​komplekse molekyler, især biologisk vigtige, er endnu ikke blevet

Fra bogen History of the Laser forfatter Bertolotti Mario

Biologiske problemer Hvordan udvikler en hel organisme sig fra et befrugtet æg?Dette spørgsmål, ser det ud til, kan besvares så snart som hovedproblemet fra kapitel. 4: hvad er strukturen og formålet med proteomet? Selvfølgelig har hver organisme sin egen

Fra bogen Atomproblemet af Ran Philip

Geologiske problemer Hvad forårsager store ændringer i Jordens klima, såsom udbredt opvarmning og istider Istider, som har karakteriseret Jorden i de sidste 35 millioner år, fandt sted cirka hvert 100. tusinde år. Gletschere rykker frem og trækker sig tilbage hele vejen igennem

Fra bogen Asteroid-Comet Hazard: Yesterday, Today, Tomorrow forfatter Shustov Boris Mikhailovich

Astronomiproblemer Er vi alene i universet? På trods af manglen på eksperimentelle beviser for eksistensen af ​​udenjordisk liv, er der masser af teorier om dette emne, såvel som forsøg på at opdage nyheder fra fjerne civilisationer. Hvordan udvikler de sig

Fra bogen The King's New Mind [Om computere, tænkning og fysikkens love] af Penrose Roger

Uløste problemer i moderne fysik

Fra bogen Gravity [Fra krystalkugler til ormehuller] forfatter Petrov Alexander Nikolaevich

Teoretiske problemer Indsæt fra Wikipedia.Psychedelic - august 2013 Nedenfor er en liste over uløste problemer i moderne fysik. Nogle af disse problemer er af teoretisk karakter, hvilket betyder, at eksisterende teorier ikke er i stand til at forklare visse

Fra bogen Perpetual Motion. Historien om en besættelse af Ord-Hume Arthur

KAPITEL 14 LØSNING PÅ SØG EFTER ET PROBLEM ELLER MANGE PROBLEMER MED SAMME LØSNING? ANVENDELSE AF LASERE I 1898 forestillede hr. Wells sig i sin bog The War of the Worlds, at marsboerne overtog jorden, som brugte dødsstråler, der let kunne passere gennem mursten, brænde skove og

Fra bogen Ideal Theory [Kampen om generel relativitet] af Ferreira Pedro

II. Social side problemer Denne side af problemet er uden tvivl den vigtigste og mest interessante. I lyset af dens store kompleksitet vil vi her begrænse os til kun de mest generelle betragtninger.1. Ændringer i verdens økonomiske geografi. Som vi så ovenfor, omkostningerne

Fra forfatterens bog

1.2. Astronomisk aspekt af ACO-problemet Spørgsmålet om at vurdere betydningen af ​​asteroide-kometfaren er først og fremmest forbundet med vores viden om befolkningen i Solsystemet med små kroppe, især dem, der kan kollidere med Jorden. Astronomi giver sådan viden.

Fra forfatterens bog

Fra forfatterens bog

Fra forfatterens bog

Nye kosmologiske problemer Lad os vende tilbage til paradokserne i den ikke-relativistiske kosmologi. Lad os huske, at grunden til gravitationsparadokset er, at for utvetydigt at bestemme gravitationspåvirkningen, enten er der ikke nok ligninger, eller der er ingen måde at indstille korrekt

Fra forfatterens bog

Fra forfatterens bog

Kapitel 9. Foreningsproblemer I 1947, nyuddannet fra kandidatskolen, mødte Brice DeWitt Wolfgang Pauli og fortalte ham, at han arbejdede på kvantisering. gravitationsfelt. Devitt forstod ikke, hvorfor de to store begreber i det 20. århundrede - kvantefysik og generel teori