Сегодня - век науки, когда открытия совершаются каждый день, а изобретения как никогда быстро входят в нашу жизнь. Вот уже и многоразовую ракету изобрели, чтобы в космос летать, и рак практически побеждён, и даже девятую планету в Солнечной Системе нашли (планету X, а не Плутон)!
Но до сих пор в науке существует масса вопросов, ответы на которые не были найдены до сих пор. И никто не знает, будут ли они найдены вообще.
Итак, что же интересует учёных?
Что такое тёмная материя и тёмная энергия?
В прошлом веке астрономы озадачились, открыв, что Вселенная расширяется со огромной скоростью. Но когда они подставили в уравнения её наблюдаемую массу (звёзды, планеты и другие тела), то увидели, что реальная скорость расширения Вселенной во много раз больше той, которая должна быть!
Это означало, что в ней присутствует некая материя, которая не взаимодействует с электромагнитным излучением и которую мы не можем обнаружить. Тем не менее, каждую секунду через нас пролетают тысячи частиц тёмной материи, которую мы попросту не замечаем. Мы не знаем, как она выглядит и какими свойствами обладает. Мы научились ловить её частички, но они почти сразу исчезают! Почему? Неизвестно.
Но тёмная материя тоже не до конца объясняет ускоряющееся расширение Вселенной. Это означало, что есть ещё более таинственная вещь под названием тёмная энергия - субстанция, про которую нам вообще ничего неизвестно. Она настолько гипотетическая, что существует лишь в теориях и расчётах.
Вы можете спросить: "А зачем вообще изучать их?" По оценкам астрономов, вся существующая материя занимает лишь 5% от общей массы Вселенной. Остальные 95% - тёмная материя (27%) и тёмная энергия (68%). Поэтому чтобы понять, почему Вселенная расширяется и как она вообще образовалась, необходимо каким-то образом изучить их.
Куда делось антивещество?
Вселенная появилась в результате Большого Взрыва, это все знают. Но что не знает никто, так это то, куда делась антиматерия - такое же вещество вокруг нас, но разное на фундаментальном уровне.
Вещество состоит из атомов, а атомы - из протонов, нейтронов и электронов. Антивещество же состоит из противоположных им частиц - отрицательных антипротонов, нейтральных антинейтронов и положительных позитронов (т.е. антиэлектронов). Когда вещество и антивещество сталкиваются вместе, то они самоуничтожаются с выделением огромного количества энергии.
В момент Большого взрыва выделилось одинаковое количество материи и антиматерии. И знаете, что? Что-то я не вижу вокруг антивещества или кучи энергии, а вижу только материю!
Не то что я не рад этому, но как так получилось, что в результате поединка между веществом и антивеществом победило первое? Ответа на этот вопрос нет, и есть лишь теории. Возможно, их разбросало по разные стороны Вселенной. А может (недавно Ян Топлес сделал про это видео, ссылку прикрепляю), всё дело в случайности - почти всё вещество самоуничтожилось с антивеществом, и остатки образовались случайно. Тем не менее, никто не знает правду.
Можно ли достичь абсолютного нуля?
Абсолютный ноль - это температура в -273.15 °C или 0 К (Кельвинов). При этой температуре останавливается любое движение молекул, атомов и вообще любых частиц, а их энергия становится нулевой. По идее, материя попросту "умирает". Но это неизвестно, ведь мы так и не смогли приблизиться к абсолютному нулю.
Самый близкий результат - 0.0000001 К. Это уже ну прямо почти абсолютный ноль, но всё ещё чуть теплее! При такой температуре вещество переходит в пятое агрегатное состояние, конденсат Бозе-Эйнштейна, и начинает проявлять квантовые свойства на макроуровне - к примеру, частицы начинают себя вести как одна огромная волна. Некоторые вещества становятся сверхтекучими или сверхпроводящими электрический ток и тепло. Но мы так и не знаем, можно ли достичь абсолютного нуля в принципе.
Что дальше 118 элемента в таблице Менделеева?
Периодическая таблица химических элементов (известная у нас как таблица Менделеева) - удивительное открытие. Она помогла учёным предсказывать свойства элементов ещё до их открытия и изучения и делает это до сих пор! Она также говорит о том, что среди химических элементов есть периодичность - некоторые элементы похожи друг на друга по своим свойствам.
И до XX века проблем с её заполнением не было - открывай новые элементы и выделяй их из природных веществ, делов то. Но с открытием ядерных реакций учёные быстро научились синтезировать элементы искусственно. И элементы примерно с 89 (Актиний) не встречаются в природе, то есть получены искусственно. Таким образом были получены элементы вплоть до оганессона, 118 химического элемента. И все они радиоактивны, то есть спустя какое-то время превращаются в другой химический элемент - все нестабильны.
Но что дальше? Попытки получить 119 и другие химические элементы не увенчиваются успехом. Было предсказано, что элементы с 119 до 130 являются стабильными, в отличие от предыдущих, но тем не менее, ни один не был получен.
Открытие этих элементов несёт также и фундаментальный смысл. Если очень упрощённо, то электроны вращаются вокруг ядра и образуют электронное облако - область вращения. С увеличением порядкового номера для новых электронов это облако усложняется - сначала это s- (шар), потом p- (гантеля), d- (крест), f (октаэдр) и g-орбитали. Так вот, на 119 элементе появляется последняя, g-орбиталь, и никто не знает, как именно она выглядит. По расчётам квантовой химии, это должен быть сложный тороид, но это лишь теоретическое представление.
Ну и последнее: зачем нужны эти новые элементы? Может так оказаться, что один из них обладает поразительными свойствами (бесконечный источник энергии, сверхпроводник при комнатной температуре и т.д.), но пока мы не откроем эти элементы, мы этого не узнаем.
Как связать квантовый мир и космические законы?
Хотя было предложено множество теорий и законов, описывающих наш мир, всё ещё есть вопросы к связи квантовой механики и релятивисткой физики. Дело в том, что при огромных скоростях или массах проявляются разные эффекты - от гравитации до замедления времени. И если это хоть как-то ещё объясняется, то что делать с квантовым миром? Там частицы проявляют свойства волн и наоборот, где они могут находиться в нескольких состояниях одновременно, где есть квантовая запутанность и нет эффектов, присущих космическим объектам...
Как это связать ещё и с обычным миром (классической механикой), никому не известно. Формально, три физические системы существуют отдельно друг от друга. Как их объединить?
Единый закон мироздания до сих пор не найден, и на его роль подходят сразу несколько кандидатов. Один из них - теория струн (подробнее про неё почитать можно здесь), описывающая взаимодействие мельчайших волн, которые могут перемещаться по 12 измерениям и из которых состоит абсолютно всё во Вселенной.
Есть ещё теория симуляции, говорящая о том, что наш мир - не более, чем Матрица, спрограммируемая другой цивилизацией. Этой теорией можно объяснить и квантовый мир, и космос, но кому хочется верить, что он живёт в игре Sims?
via
Journal information