В самом начале XX века британский физик Лорд Келвин сообщил научному сообществу, что в физике больше не будет новых открытий: все, что осталось науке, это приходить к более точным выводам и измерениям. Но менее чем через полвека квантовая механика и теория относительности с грохотом опровергли этот постулат. Сегодня ни один ученый-физик не решится повторить подобные слова. Скорее, наоборот, каждый новый ответ заставляет ученых задавать целый ряд вопросов, которые уводят дальше и глубже в неразгаданные тайны физики. Возможны ли параллельные вселенные, почему время движется только в одном направлении и из чего в самом деле состоит вселенная – это только немногие из вопросов, на которые физики пытаются сегодня найти ответы.

Чем является темная энергия?

разгадка

На протяжении многих лет астрофизики пытались «измерить» Вселенную, но она оказывается неизмеряемой и, кроме того, работает наперекор законам физики. Гравитация должна притягивать материю, а Вселенная, наоборот, расширяется, заставляя галактики не сближаться, а отдаляться друг от друга. Чтобы объяснить такое поведение, ученые предположили существование невидимой энергии, противостоящей гравитации. Эту энергию называют темной, и она составляет около 70% всей Вселенной. Способствуя все большему расширению пространственно-временного континуума Вселенной, темная энергия приумножается, однако с ней не связано никаких наблюдаемых физических характеристик, поэтому ее изучение на данный момент совершенно невозможно.

Что представляет собой темная материя?

физика

Еще одно темное вещество, которого достаточно много во Вселенной. Согласно наблюдениям, 84% космической материи не отражает и не поглощает свет. Именно эту материю и называют темной. В отличии от темной энергии, темная материя взаимодействует с видимой материей, создавая гравитационные поля. Пока наблюдать темную материю можно только косвенно, путем изучения ее воздействия на видимые физические объекты. Ученые не представляют себе, чем на самом деле является эта темная материя и что нужно, чтобы можно было наблюдать за ней непосредственно.

Зачем нужна временная ось?

тайна

Время движется вперед таким образом, что для двух различных точек на этой прямой одна всегда будет для другой будущим. Такое движение времени обусловлено энтропией Вселенной - величиной, характеризующей меру ее неупорядоченности. Чем больше времени проходит, тем больше расширяется Вселенная, тем выше ее энтропия – это необратимый процесс. Поскольку Вселенная движется не к своей первоначальной точке образования с нулевой энтропией, а от нее, – время движется вперед по оси. Главным вопросом в этой ситуации является тот самый момент нулевой энтропии в самом начале пространственно-временного континуума. Был ли идеальный порядок, который и дал начало движению?

Существуют ли параллельные вселенные?

мультивселенная

Теория Мультивселенной предполагает наличие параллельных миров в существующем пространственно-временном континууме. Астрофизики предполагают, что космическое пространство-время может быть бесконечным, однако, согласно квантовой механике, существует ограниченное количество конфигураций частиц материи. Если космический континуум бесконечен, а конфигурационное пространство ограничено, значит, на протяжении этого континуума будут повторяться возможные конфигурации частиц. Соответственно, появляется возможность существования параллельной Вселенной, где частицы материи собрались так, что получилась точная копия нашей реальности, а есть Вселенная, где различие составляет разница в одну или две частицы. Согласно этой теории, Мультивселенная содержит в себе неограниченное количество различных и повторяющихся миров.

Почему частиц больше, чем античастиц?

антивещество

Античастицы – точные зеркальные копии частиц. Тогда почему так намного больше, чем антивещества? Ответом на этот вопрос станет решение извечной проблемы: почему мы существуем? Казалось бы, во время Большого Взрыва должно было образоваться столько же античастиц, сколько и частиц. Однако, если бы это в самом деле произошло, то в пространственно-временном континууме не осталось бы ничего, кроме фотонов. Так что же стало причиной того, что частиц значительно больше, чем античастиц?

Что ждет Вселенную?

космос

Судьба Вселенной является предметом изучения ученых уже давно, однако никаких доказательств возможного будущего не существует. Есть несколько теорий, предсказывающих возможную судьбу Вселенной, начнем с теории сферы. Согласно некоторым предположениям, пространственно-временной континуум не является плоскостью, а, скорее, представляет собой сомкнутую сферу. В этом случае, если темная энергия действительно существует, то Вселенная может расширяться бесконечно. Если темной энергии нет, то, в конце концов, расширение остановится, и Вселенная станет уменьшаться под влиянием гравитации. Этот сценарий заканчивается Большим Сжатием.

Если пространство-время является плоскостью, то Вселенную ждет Большой Разрыв, поскольку постепенное расширение приведет к разрыву галактических кластеров и самих галактик. Последующее расширение станет причиной разрыва материи.

Коллапс волновой функции элементарных частиц

коллапс

В мире протонов, нейтронов, электронов и других элементарных частиц квантовая механика является абсолютным законом. Частицы ведут себя не как маленькие шарики, за которыми легко наблюдать и измерять их, а как волны. Каждая частица описывается с помощью волновой функции, представляющей собой комплекс значений, характеризующих эту частицу (расположение, скорость движения, заряд, масса и т.д). Дело в том, что во время измерения одной из характеристик частицы, например ее расположения, происходит полный коллапс волновой функции и частица остается с единственной характеристикой – расположением. Ученые не совсем понимают этот процесс, потому что он нелокален и происходит со скоростью света. Многие из них предполагают, что это даже не физический процесс, а математическое описание.

Существует ли подтверждение теории струн?

теория струн

Теория струн рассматривает взаимодействие элементарных частиц не по отдельности (квантовая механика), а в своего рода «струнных» соединениях, характеризующихся разночастотными вибрациями. Если рассматривать теорию струн, как уже доказанную, она делает физику гораздо проще и объединяет полярные противоположности – квантовую механику и общую теорию относительности. На основе теории струн может быть сформирована «теория всего», которую так долго искал Эйнштейн. Однако теория струн работает в настолько микроскопических масштабах, что доказать или опровергнуть ее не представляется возможным. Пока тайна этой перспективной теории остается нераскрытой.

Возможно ли изучить хаос?

хаос

Физика до сих пор не может решить ряд уравнений, которые описывают поведение жидкостей. Ученым неизвестно, есть ли у этих уравнений решение вообще, и если оно есть, описывает ли оно поведение всех жидкостей или только определенной жидкости в определенных условиях, есть ли в этих уравнениях абсолютные неизвестные.

Как результат проблемы гидродинамики, природа хаоса и энтропии не совсем понятна для физиков. Можно ли измерить хаос, предсказать его поведение или он по своей природе является непредсказуемым и неизмеряемым физическим феноменом? Возможно, хаос действует вне математических правил и формул, а возможно, ученые просто не пришли к правильному решению. Разгадка теории хаоса пока ученому сообществу не дается.

Источник