Современные теории в физике. Нерешенные проблемы физики. Возможно ли путешествие во времени
Ниже мы приведем список нерешенных проблем современной физики.
Некоторые из этих проблем носят теоретический характер. Это означает, что существующие теории оказываются неспособными объяснить определённые наблюдаемые явления или экспериментальные результаты.
Другие проблемы являются экспериментальными, а это означает, что имеются трудности в создании эксперимента по проверке предлагаемой теории или по более подробному исследованию какого-либо явления.
Некоторые из этих проблем тесно взаимосвязаны. Например, дополнительные измерения или суперсимметрия могут решить проблему иерархии. Считается, что полная теория квантовой гравитации способна ответить на бо́льшую часть из перечисленных вопросов.
Каким будет конец Вселенной?
Разгадка во многом зависит от тёмной энергии, которая остаётся неизвестным членом уравнения.
Тёмная энергия ответственна за ускоряющееся расширение Вселенной, но ее происхождение - тайна, покрытая мраком. Если тёмная энергия постоянна в течение долгого времени, нас, вероятно, ждёт «большое замораживание»: Вселенная продолжит расширяться всё быстрее, и в конечном счёте галактики настолько удалятся друг от друга, что нынешняя пустота космоса покажется детской забавой.
Если тёмная энергия возрастает, расширение станет настолько быстрым, что увеличится пространство не только между галактиками, но и между звёздами, то есть сами галактики будут разорваны; этот вариант называется «большим разрывом».
Ещё один сценарий состоит в том, что тёмная энергия уменьшится и уже не сможет противодействовать силе тяжести, что заставит Вселенную свернуться («большое сжатие»).
Ну а суть в том, что, как бы ни разворачивались события, мы обречены. До этого ещё, впрочем, миллиарды или даже триллионы лет - достаточно, чтобы разобраться в том, как же всё-таки погибнет Вселенная.
Квантовая гравитация
Несмотря на активные исследования, теория квантовой гравитации пока не построена. Основная трудность в её построении заключается в том, что две физические теории, которые она пытается связать воедино, - квантовая механика и общая теория относительности (ОТО) - опираются на разные наборы принципов.
Так, квантовая механика формулируется как теория, описывающая временну́ю эволюцию физических систем (например атомов или элементарных частиц) на фоне внешнего пространства-времени .
В ОТО внешнего пространства-времени нет - оно само является динамической переменной теории, зависящей от характеристик находящихся в нём классических систем.
При переходе к квантовой гравитации, как минимум, нужно заменить системы на квантовые (то есть произвести квантование). Возникающая связь требует какого-то квантования геометрии самого пространства-времени, причём физический смысл такого квантования абсолютно неясен и сколь-либо успешная непротиворечивая попытка его проведения отсутствует.
Даже попытка провести квантование линеаризованной классической теории гравитации (ОТО) наталкивается на многочисленные технические трудности - квантовая гравитация оказывается неперенормируемой теорией вследствие того, что гравитационная постоянная является размерной величиной.
Ситуация усугубляется тем, что прямые эксперименты в области квантовой гравитации, из-за слабости самих гравитационных взаимодействий, недоступны современным технологиям. В связи с этим в поиске правильной формулировки квантовой гравитации приходится пока опираться только на теоретические выкладки.
Бозон Хиггса не имеет абсолютно никакого смысла. Почему же он существует?
Бозон Хиггса объясняет, как все остальные частицы приобретают массу, но в то же время поднимает множество новых вопросов. Например, почему бозон Хиггса взаимодействует со всеми частицами по-разному? Так, t-кварк взаимодействует с ним сильнее, чем электрон, из-за чего масса первого намного выше, чем у второго.
Кроме того, бозон Хиггса - первая элементарная частица с нулевым спином.
«Перед нами совершенно новая область физики элементарных частиц, - говорит учёный Ричард Руис - Мы понятия не имеем, какова её природа».
Излучение Хокинга
Производят ли чёрные дыры тепловое излучение, как это предсказывает теория? Содержит ли это излучение информацию об их внутренней структуре или нет, как следует из оригинального расчета Хокинга?
Почему случилось так, что Вселенная состоит из материи, а не антиматерии?
Антиматерия - та же материя: она обладает точно такими же свойствами, как вещество, из которого состоят планеты, звёзды, галактики.
Отличие только одно - заряд. Согласно современным представлениям, в новорождённой Вселенной того и другого было поровну. Вскоре после Большого взрыва материя и антиматерия аннигилировали (прореагировали с взаимным уничтожением и возникновением других частиц друг друга).
Спрашивается, как так вышло, что некоторое количество материи всё-таки осталось? Почему именно материя добилась успеха, а антивещество проиграло «перетягивание каната»?
Чтобы объяснить это неравенство, учёные усердно ищут примеры нарушения CP-инвариантности, то есть процессов, при которых частицы предпочитают распадаться с образованием материи, но не антиматерии.
«Прежде всего хотелось бы понять, различаются ли нейтринные осцилляции (превращение нейтрино в антинейтрино) между нейтрино и антинейтрино, - говорит поделившаяся вопросом Алисия Мэрино из Колорадского университета. - Ничего подобного до сих пор не наблюдалось, но мы надеемся на следующее поколение экспериментов».
Теория всего
Существует ли теория, которая объясняет значения всех фундаментальных физических констант? Существует ли теория, которая объясняет, почему законы физики таковы, как они есть?
Для обозначения теории, которая бы объединила все четыре фундаментальные взаимодействия в природе.
В течение двадцатого века было предложено множество «теорий всего», но ни одна из них не смогла пройти экспериментальную проверку, или существуют значительные затруднения в организации экспериментальной проверки для некоторых из кандидатов.
Бонус: Шаровая молния
Какова природа этого явления? Является ли шаровая молния самостоятельным объектом или подпитывается энергией извне? Все ли шаровые молнии имеют одну и ту же природу или существуют разные их типы?
Шаровая молния - светящийся плавающий в воздухе огненный шар, уникально редкое природное явление.
Единой физической теории возникновения и протекания этого явления к настоящему времени не представлено, также существуют научные теории, которые сводят феномен к галлюцинациям.
Существуют около 400 теорий, объясняющих явление, но ни одна из них не получила абсолютного признания в академической среде. В лабораторных условиях похожие, но кратковременные явления удалось получить несколькими разными способами, так что вопрос о природе шаровой молнии остаётся открытым. По состоянию на конец XX века не было создано ни одного опытного стенда, на котором это природное явление искусственно воспроизводилось бы в соответствии с описаниями очевидцев шаровой молнии.
Широко распространено мнение, что шаровая молния - явление электрического происхождения, естественной природы, то есть представляет собой особого вида молнию, существующую продолжительное время и имеющую форму шара, способного перемещаться по непредсказуемой, иногда удивительной для очевидцев траектории.
Традиционно достоверность многих свидетельств очевидцев шаровой молнии остаётся под сомнением, в том числе:
- сам факт наблюдения хоть какого-то явления;
- факт наблюдения именно шаровой молнии, а не какого-то другого явления;
- отдельные подробности явления, приводимые в свидетельстве очевидца.
Сомнения в достоверности многих свидетельств осложняют изучение явления, а также создают почву для появления разных спекулятивно-сенсационных материалов, якобы связанных с этим явлением.
По материалам: несколько десятков статей из
Где сможете, помимо прочего, присоединиться к проекту и принять участие в его обсуждении .
Высокая
| 27-30 марта 2011 года сведения из статьи «Нерешённые проблемы современной физики
» появлялись на заглавной странице в колонке «Знаете ли вы
». В колонке был представлен текст: «Есть мнение, что количество нерешённых проблем современной физики
за последние десятилетия сократилось на четыре пункта»
. С полным выпуском колонки можно ознакомиться в архиве рубрики «Знаете ли вы» . |
Статья является переводом соответствующей английской версии. Лев Дубовой 09:51, 10 марта 2011 (UTC)
Эффект «Пионера» [ править код ]
Нашли объяснение эффекту Пионера . Стоит убрать теперь его из списка? Русские идут! 20:55, 28 августа 2012 (UTC)
Объяснений эффекту есть много, ни одно из них не является на данный момент общепризнанным. Имхо пусть повисит пока:) Evatutin 19:35, 13 сентября 2012 (UTC) Да, но, как я понял, это первое объяснение, которое согласуется с наблюдаемым отклонением в скорости. Хотя я согласен, что надо подождать. Русские идут! 05:26, 14 сентября 2012 (UTC)
физика элементарных частиц [ править код ]
Поколения материи:
Зачем нужны три поколения частиц, до конца всё-таки неясно. Не ясна иерархия констант связей и масс этих частиц. Не ясно, есть ли еще другие поколения, кроме этих трёх. Неизвестно, существуют ли другие частицы, о которых мы не знаем. Не ясно, почему бозон Хиггса, только что открытый на Большом Адроном Коллайдере, такой легкий. Есть и другие важные вопросы, на которые Стандартная Модель не дает ответа.
Частица Хиггса [ править код ]
Частицу Хиггса тоже уже нашли. --195.248.94.136 10:51, 6 сентября 2012 (UTC)
Пока физики осторожничают с выводами, возможно он не один там, исследуются разные каналы распада - имхо пусть пока повисит... Evatutin 19:33, 13 сентября 2012 (UTC) Только решённые проблемы, бывшие в списке, перемещаются в раздел Нерешённые проблемы современной физики#Проблемы, решённые за последние десятилетия .--Arbnos 10:26, 1 декабря 2012 (UTC)
Масса нейтрино [ править код ]
Известно давно. Но ведь раздел и называется Проблемы, решённые за последние десятилетия - кажется, что была проблема решена не так давно, после находящихся в списке порталов.--Arbnos 14:15, 2 июля 2013 (UTC)
Проблема горизонта [ править код ]
Это ты называешь "одинаковая температура": http://img818.imageshack.us/img818/1583/img606x341spaceplanck21.jpg ??? Это тоже самое что сказать "Проблема 2+2=5". Это вовсе не проблема, так как это неверное утверждение в корне.
- Думаю будет полезен новый ролик "Space" : http://video.euronews.com/flv/mag/130311_SESU_121A0_R.flv
Законы аэрогидродинамики [ править код ]
Предлагаю добавить ещё одну нерешённую проблему в список - причём даже относящуюся к классической механике, которая обычно считается совершенно изученной и простой. Проблема резкого несоответствия теоретических законов аэрогидродинамики экспериментальным данным. Результаты моделирования, выполняемого по уравнениям Эйлера, не соответствует результатам, получаемым в аэродинамических трубах. В итоге в аэрогидродинамике сейчас вообще нет рабочих систем уравнений, по которым можно было бы делать аэродинамические расчёты. Есть ряд эмпирических уравнений, которые неплохо описывают эксперименты лишь в узких рамках ряда условий и нет возможности делать расчёты в общем случае.
Ситуация даже абсурдная - в XXI веке все разработки по аэродинамике ведутся через испытания в аэродинамических трубах, в то время как во всех остальных областях техники давно обходятся лишь точными расчётами, не перепроверяя их потом экспериментально. 62.165.40.146 10:28, 4 сентября 2013 (UTC) Валеев Рустам
Не надо, задач, для которых не хватает вычислительных мощностей, хватает и в других областях, в термодинамике, например. Принципиальных сложностей нет, просто модели чрезвычайно сложны. --Renju player 15:28, 1 ноября 2013 (UTC)
Несуразицы [ править код ]
ПЕРВАЯЯвляется ли пространство-время принципиально непрерывным или дискретным?
Очень плохо сформулирован вопрос. Пространство-время либо непрерывное, либо дискретное. Пока ответить на этот вопрос современная физика не может. В этом и состоит проблема. Но в данной формулировке спрашивается совершенно другое: тут оба варианта берутся как единое целое «непрерывным или дискретным » и спрашивается: «Является ли пространство-время принципиально непрерывным или дискретным ?». Ответ - да, пространство-время является непрерывным или дискретным. И у меня возникает вопрос, а зачем было такое спрашивать? Нельзя так формулировать вопрос. Видимо, автор плохо пересказал Гинзбурга. И что имеется ввиду под «принципиально »? >> Kron7 10:16, 10 сентября 2013 (UTC)
Можно переформулировать как "Является ли пространство непрерывным или оно дискретно?". Такая формулировка вроде бы исключает приведённый Вами смысл вопроса. Dair T"arg 15:45, 10 сентября 2013 (UTC) Да, это совсем другое дело. Поправил. >> Kron7 07:18, 11 сентября 2013 (UTC)
Да, пространство-время является дискретным, так как непрерывным может быть только абсолютно пустое пространство, а пространство-время далеко не является пустым
;ВТОРАЯОтношение инерциальная масса/гравитационная масса для элементарных частиц В соответствии с принципом эквивалентности общей теории относительности, отношение инертной массы к гравитационной для всех элементарных частиц равно единице. Однако, экспериментального подтверждения этого закона для многих частиц не существует.В частности, мы не знаем, каков будет вес макроскопического куска антивещества известной массы .
Как понимать это предложение? >> Kron7 14:19, 10 сентября 2013 (UTC)
Вес, как известно, это сила, с которой тело действует на опору или подвес. Масса измеряется в килограммах, вес в ньютонах. В невесомости тело массой в один килограмм будет иметь нулевой вес. Вопрос о том, каков будет вес куска антивещества заданной массы, таким образом, не является тавтологией. --Renju player 11:42, 21 ноября 2013 (UTC)
Ну что там непонятного? И надо снять вопрос: чем отличается пространство от времени? Яков176.49.146.171 19:59, 23 ноября 2013 (UTC)И надо убрать вопрос о машине времени: это антинаучная ахинея. Яков176.49.75.100 21:47, 24 ноября 2013 (UTC)
Гидродинамика [ править код ]
Гидродинамика - один из разделов современной физики, наряду с механикой, теорией поля, квантовой механикой и др. Кстати, методы гидродинамики активно используются и в космологии, при изучении проблем мироздания, (Ryabina 14:43, 2 ноября 2013 (UTC))
Вы, возможно, путаете сложность вычислительных задач с принципиально нерешенными проблемами. Так, задача N тел до сих пор не решена аналитически, в ряде случаев представляет существенные сложности при приближённом численном решении, но никаких принципиальных загадок и тайн мироздания не содержит. В гидродинамике нет сложностей принципиальных, есть только вычислительные и модельные, зато в изобилии. В общем, давайте аккуратнее разделять тёплое и мягкое. --Renju player 07:19, 5 ноября 2013 (UTC)
Вычислительные проблемы относятся к нерешённым вопросам математики, а не физики. Яков176.49.185.224 07:08, 9 ноября 2013 (UTC)
Минус-вещесво [ править код ]
К теоретическим вопросам физики я бы добавил гипотезу о минус-веществе. Гипотеза эта чисто математическая : масса может иметь отрицательное значение. Как всякая чисто математическая гипотеза она логически непротиворечива. Но, если взять философию физики, то в этой гипотезе содержиться замаскированный отказ от детерминированности. Хотя, возможно, есть ещё неоткрытые законы физики, описывающие минус-вещество. --Яков 176.49.185.224 07:08, 9 ноября 2013 (UTC)
Шо цэ такэ? (откуда взяли?) --Tpyvvikky ..у математиков и время может быть отрицательным.. и шо теперь
Сверхпроводимость [ править код ]
Какие проблемы с БКШ , что в статье написано про отсутствие «полностью удовлетворительной микроскопической теории сверхпроводимости»? Ссылка при этом на учебник 1963 года издания, чуть-чуть устаревший источник для статьи о современных проблемах физики. Я пока этот пассаж убираю. --Renju player 08:06, 21 августа 2014 (UTC)
Холодный ядерный синтез [ править код ]
"Каково объяснение спорных докладов об избыточном тепле, излучении и трансмутациях?" Объяснение в том, они недостоверны/неверны/ошибочны. Во всяком случае, по стандартам современной науки. Ссылки мёртвые. Удалено. 95.106.188.102 09:59, 30 октября 2014 (UTC)
Копия [ править код ]
Копия статьи http://ensiklopedia.ru/wiki/%D0%9D%D0%B5%D1%80%D0%B5%D1%88%D1%91%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B1%D0%BB%D0%B5%D0%BC%D1%8B_%D1%81%D0%BE%D0%B2%D1%80%D0%B5%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D0%B9_%D1%84%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D0%BA%D0%B8 .--Arbnos 00:06, 8 ноября 2015 (UTC)
Абсолютное время [ править код ]
Согласно СТО нет никакого абсолютного времени, поэтому вопрос о возрасте Вселенной (да и о будущем Вселенной) не имеет смысла. 37.215.42.23 00:24, 19 марта 2016 (UTC)
Боюсь, вы не в теме. Soshenkov (обс.) 23:45, 16 марта 2017 (UTC)
Гамильтонов формализм и дифференциальная парадигма Ньютона [ править код ]
1. Является ли самой фундаментальной проблемой физики тот удивительный факт, что (до сих пор) все фундаментальные теории выражаются через гамильтонов формализм?
2. Является ли ещё более удивительным и совершенно необъяснимым фактом зашифрованная во второй анаграмме гипотеза Ньютона о том, что законы природы выражаются через дифференцитальные уравнения ? Является ли эта гипотеза исчерпывающей или она допускает иные математические обобщения?
3. Проблема биологической эволюции - следствие фундаментальных физических законов, или это самостоятельный феномен? Не является ли феномен биологической эволюции прямым следствием дифференциальной гипотезы Ньютона? Soshenkov (обс.) 23:43, 16 марта 2017 (UTC)
Пространство, время и масса [ править код ]
Что такое "пространство" и "время"? Каким образом массивные тела "искривляют" пространство и влияют на время? Каким образом "искривлённое" пространство взимодействует с телами, вызывая всемирное тяготение, и фотонами, изменяя их траекторию? И при чём тут энтропия? (Пояснение. ОТО даёт формулы, по которым можно, например, рассчитать релятивистские поправки для часов глобальной навигационной спутниковой системы, но она даже не ставит перечисленные вопросы. Если рассматривать аналогию с термодинамикой газа, то ОТО соответствует уровню термодинамики газа на уровне макроскопических параметров (давление, плотность, температура), а тут нужен аналог на уровне молекулярно-кинетической теории газа. Может, гипотетические теории квантовой гравитации объяснят искомое...) P36M AKrigel /обс 17:36, 31 декабря 2018 (UTC) Интересно узнать причины и увидеть ссылку на дискуссию. Я поэтому здесь и спросил, известная нерешённая проблема, в обществе более известная, чем большинство из статьи (по моему субъективному мнению). Даже детям о ней рассказывают в образовательных целях: в Москве в «Экспериментариуме» отдельный стенд с этим эффектом. Несогласные, отзовитесь, пожалуйста. Jukier (обс.) 06:33, 1 января 2019 (UTC)
- Тут всё просто. "Серьёзные" научные журналы опасаются публиковать материалы по спорным и неясным вопросам, чтобы не потерять свою репутацию. Статьи в прочих изданиях никто не читает и опубликованные в них результаты ни на что не влияют. Полемика публикуется вообще в исключительных случаях. Авторы учебников стараются избегать писать о том, чего они не понимают. Энциклопедия - не место для дискуссий. Правила ВП требуют, чтобы материал статей был основан на АИ, а в спорах между участниками был достигнут консенсус. Ни то ни другое требование в случае публикации статьи по нерешенным вопросам физики достигнуть невозможно. Трубка Ранка лишь частный пример большой проблемы. В теоретической метеорологии дело обстоит более серьёзно. Вопрос о термическом равновесии в атмосфере - базовый, его замять невозможно, а теории то нет. Без этого все прочие рассуждения лишены научного основания. Студентам об этой проблеме, как нерешенной, профессора не рассказывают, а учебники врут по разному. Речь идёт в первую очередь о равновесном градиенте температуры
]
Синодический период и вращение вокруг оси планет земной группы. Земля и Венера повёрнуты одной стороной к друг другу во время нахождения на одной оси с солнцем. Так же как и Земля с Меркурием. Т.е. период вращения Меркурия синхронизирован с Землёй, а не Солнцем (хотя очень долго считалось что он будет синхронизирован с солнцем как Земля синхронизировалась с Луной). speakus (обс.) 18:11, 9 марта 2019 (UTC)
- Если найдете источник, в котором об этом говориться как о нерешённой проблеме, то это можете это добавить. - Алексей Копылов 21:00, 15 марта 2019 (UTC)
10 нерешённых проблем современной физики
Ниже мы приведем список нерешенных проблем современной физики.Некоторые из этих проблем носят теоретический характер. Это означает, что существующие теории оказываются неспособными объяснить определённые наблюдаемые явления или экспериментальные результаты.
Другие проблемы являются экспериментальными, а это означает, что имеются трудности в создании эксперимента по проверке предлагаемой теории или по более подробному исследованию какого-либо явления.
Некоторые из этих проблем тесно взаимосвязаны. Например, дополнительные измерения или суперсимметрия могут решить проблему иерархии. Считается, что полная теорияквантовой гравитации способна ответить на бо́льшую часть из перечисленных вопросов.
Каким будет конец Вселенной?
Разгадка во многом зависит от тёмной энергии, которая остаётся неизвестным членом уравнения.
Тёмная энергия ответственна за ускоряющееся расширение Вселенной, но ее происхождение — тайна, покрытая мраком. Если тёмная энергия постоянна в течение долгого времени, нас, вероятно, ждёт «большое замораживание»: Вселенная продолжит расширяться всё быстрее, и в конечном счёте галактики настолько удалятся друг от друга, что нынешняя пустота космоса покажется детской забавой.
Если тёмная энергия возрастает, расширение станет настолько быстрым, что увеличится пространство не только между галактиками, но и между звёздами, то есть сами галактики будут разорваны; этот вариант называется «большим разрывом».
Ещё один сценарий состоит в том, что тёмная энергия уменьшится и уже не сможет противодействовать силе тяжести, что заставит Вселенную свернуться («большое сжатие»).
Ну а суть в том, что, как бы ни разворачивались события, мы обречены. До этого ещё, впрочем, миллиарды или даже триллионы лет — достаточно, чтобы разобраться в том, как же всё-таки погибнет Вселенная.
Квантовая гравитация
Несмотря на активные исследования, теория квантовой гравитации пока не построена. Основная трудность в её построении заключается в том, что две физические теории, которые она пытается связать воедино, — квантовая механика и общая теория относительности (ОТО) — опираются на разные наборы принципов.
Так, квантовая механика формулируется как теория, описывающая временну́ю эволюцию физических систем (например атомов или элементарных частиц) на фоне внешнегопространства-времени .
В ОТО внешнего пространства-времени нет — оно само является динамической переменной теории, зависящей от характеристик находящихся в нём классических систем.
При переходе к квантовой гравитации, как минимум, нужно заменить системы на квантовые (то есть произвести квантование). Возникающая связь требует какого-то квантования геометрии самого пространства-времени, причём физический смысл такого квантования абсолютно неясен и сколь-либо успешная непротиворечивая попытка его проведения отсутствует.
Даже попытка провести квантование линеаризованной классической теории гравитации (ОТО) наталкивается на многочисленные технические трудности — квантовая гравитация оказывается неперенормируемой теорией вследствие того, что гравитационная постоянная является размерной величиной.
Ситуация усугубляется тем, что прямые эксперименты в области квантовой гравитации, из-за слабости самих гравитационных взаимодействий, недоступны современным технологиям. В связи с этим в поиске правильной формулировки квантовой гравитации приходится пока опираться только на теоретические выкладки.
Бозон Хиггса не имеет абсолютно никакого смысла. Почему же он существует?
Бозон Хиггса объясняет, как все остальные частицы приобретают массу, но в то же время поднимает множество новых вопросов. Например, почему бозон Хиггса взаимодействует со всеми частицами по-разному? Так, t-кварк взаимодействует с ним сильнее, чем электрон, из-за чего масса первого намного выше, чем у второго.
Кроме того, бозон Хиггса — первая элементарная частица с нулевым спином.
«Перед нами совершенно новая область физики элементарных частиц, — говорит учёный Ричард Руис — Мы понятия не имеем, какова её природа».
Излучение Хокинга
Производят ли чёрные дыры тепловое излучение, как это предсказывает теория? Содержит ли это излучение информацию об их внутренней структуре или нет, как следует из оригинального расчета Хокинга?
Почему случилось так, что Вселенная состоит из материи, а не антиматерии?
Антиматерия — та же материя: она обладает точно такими же свойствами, как вещество, из которого состоят планеты, звёзды, галактики.
Отличие только одно — заряд. Согласно современным представлениям, в новорождённой Вселенной того и другого было поровну. Вскоре после Большого взрыва материя и антиматерия аннигилировали (прореагировали с взаимным уничтожением и возникновением других частиц друг друга).
Спрашивается, как так вышло, что некоторое количество материи всё-таки осталось? Почему именно материя добилась успеха, а антивещество проиграло «перетягивание каната»?
Чтобы объяснить это неравенство, учёные усердно ищут примеры нарушения CP-инвариантности, то есть процессов, при которых частицы предпочитают распадаться с образованием материи, но не антиматерии.
«Прежде всего хотелось бы понять, различаются ли нейтринные осцилляции (превращение нейтрино в антинейтрино) между нейтрино и антинейтрино, — говорит поделившаяся вопросом Алисия Мэрино из Колорадского университета. — Ничего подобного до сих пор не наблюдалось, но мы надеемся на следующее поколение экспериментов».
Теория всего
Существует ли теория, которая объясняет значения всех фундаментальных физических констант? Существует ли теория, которая объясняет, почему законы физики таковы, как они есть?
Теория всего — гипотетическая объединённая физико-математическая теория, описывающая все известные фундаментальные взаимодействия.
Первоначально данный термин использовался в ироническом ключе для обозначения разнообразных обобщённых теорий. Со временем термин закрепился в популяризацияхквантовой физики для обозначения теории, которая бы объединила все четыре фундаментальные взаимодействия в природе.
В течение двадцатого века было предложено множество «теорий всего», но ни одна из них не смогла пройти экспериментальную проверку, или существуют значительные затруднения в организации экспериментальной проверки для некоторых из кандидатов.
Бонус: Шаровая молния
Какова природа этого явления? Является ли шаровая молния самостоятельным объектом или подпитывается энергией извне? Все ли шаровые молнии имеют одну и ту же природу или существуют разные их типы?
Шаровая молния — светящийся плавающий в воздухе огненный шар, уникально редкое природное явление.
Единой физической теории возникновения и протекания этого явления к настоящему времени не представлено, также существуют научные теории, которые сводят феномен к галлюцинациям.
Существуют около 400 теорий, объясняющих явление, но ни одна из них не получила абсолютного признания в академической среде. В лабораторных условиях похожие, но кратковременные явления удалось получить несколькими разными способами, так что вопрос о природе шаровой молнии остаётся открытым. По состоянию на конец XX века не было создано ни одного опытного стенда, на котором это природное явление искусственно воспроизводилось бы в соответствии с описаниями очевидцев шаровой молнии.
Широко распространено мнение, что шаровая молния — явление электрического происхождения, естественной природы, то есть представляет собой особого вида молнию, существующую продолжительное время и имеющую форму шара, способного перемещаться по непредсказуемой, иногда удивительной для очевидцев траектории.
Традиционно достоверность многих свидетельств очевидцев шаровой молнии остаётся под сомнением, в том числе:
- сам факт наблюдения хоть какого-то явления;
- факт наблюдения именно шаровой молнии, а не какого-то другого явления;
- отдельные подробности явления, приводимые в свидетельстве очевидца.
Сомнения в достоверности многих свидетельств осложняют изучение явления, а также создают почву для появления разных спекулятивно-сенсационных материалов, якобы связанных с этим явлением.
По материалам: несколько десятков статей из
Экология жизни. Помимо стандартных логических задач вроде «если дерево падает в лесу и никто не слышит, издает ли оно звук?», бесчисленные загадки
Помимо стандартных логических задач вроде «если дерево падает в лесу и никто не слышит, издает ли оно звук?», бесчисленные загадки продолжают волновать умы людей, занятых во всех дисциплинах современной науки и гуманитарных науках.
Вопросы вроде «существует ли универсальное определение «слова»?», «существует ли цвет физически или проявляется только у нас в умах?» и «какова вероятность, что солнце встанет завтра?» не дают людям спать. Мы собрали эти вопросы во всех сферах: медицине, физике, биологии, философии и математике, и решили задать их вам. Сможете ответить?
Почему клетки совершают самоубийство?
Биохимическое событие, известное как апоптоз, иногда называют «запрограммированной смертью клетки» или «клеточным суицидом». По причинам, которые наука в полной мере не осознает, клетки обладают возможностью «решить умереть» весьма организованным и ожидаемым образом, который полностью отличается от некроза (клеточной смерти, вызванной болезнью или травмой). Порядка 50-80 миллиардов клеток умирают в результате запрограммированной смерти клеток в человеческом организме каждый день, но механизм, который за ними стоит, и даже само это намерение непонятны в полной мере.
С одной стороны, слишком много запрограммированных смертей клеток приводит к атрофии мышц и к мышечной слабости, с другой же - отсутствие должного апоптоза позволяет клеткам пролиферировать, что может привести к раку. Общая концепция апоптоза была впервые описана немецким ученым Карлом Фогтом в 1842 году. С тех пор в понимании этого процесса был достигнут нехилый прогресс, но полноценного объяснения ему так и нет.
Вычислительная теория сознания
Некоторые ученые приравнивают деятельность ума к способу, которым компьютер обрабатывает информацию. Таким образом, в середине 60-х годов была разработана вычислительная теория сознания, и человек начал бороться с машиной всерьез. Проще говоря, представьте, что ваш мозг - это компьютер, а сознание - операционная система, которая им управляет.
Если погрузиться в контекст информатики, аналогия будет простой: в теории, программы выдают данные, основанные на серии входной информации (внешние раздражители, взгляд, звук и т. д.) и памяти (которую можно одновременно посчитать физическим жестким диском и нашей психологической памятью). Программы управляются алгоритмами, которые имеют конечное число шагов, повторяющихся в соответствии с различными вводными. Как и мозг, компьютер должен делать репрезентации того, что не может физически рассчитать - и это один из сильнейших аргументов в пользу этой теории.
Тем не менее вычислительная теория отличается от репрезентативной теории сознания тем, что не все состояния являются репрезентативными (вроде депрессии), а значит, и не смогут отвечать на воздействие компьютерного характера. Но эта проблема философская: вычислительная теория сознания работает отлично, пока речь не заходит о «перепрограммировании» мозгов, которые в депрессии. Мы не можем сбросить себя до заводских настроек.
Сложная проблема сознания
В философских диалогах «сознание» определяется как «квалиа» и проблема квалиа будет преследовать человечество, наверное, всегда. Квалиа описывает отдельные проявления субъективного сознательного опыта - например, головную боль. Мы все испытывали эту боль, но нет никакого способа измерить, испытывали ли мы одинаковую головную боль, и вообще, был ли этот опыт единым, ведь опыт боли основан на нашем восприятии ее.
Хотя было проделано множество научных попыток определить сознание, никто так и не разработал общепринятую теорию. Некоторые философы подвергали сомнению саму возможность этого.
Проблема Гетье
Проблема Гетье звучит так: «Является ли обоснованное истинное убеждение знанием?». Эта логическая головоломка входит в число самых неприятных, потому что требует от нас задуматься о том, является ли истина универсальной константой. Также она поднимает массу мысленных экспериментов и философских аргументов, в том числе и «обоснованное истинное убеждение»:
Субъект А знает, что предложение Б истинно тогда и только тогда, если:
Б является истиной,
и А считает, что Б является истиной,
и А убежден, что вера в истинность Б обоснована.
Критики проблем вроде Гетье считают, что невозможно обосновать что-то, что не является истиной (поскольку «истина» считается понятием, которое возводит аргумент в незыблемый статус). Сложно определить не только что для кого-то значит истинность, но и что значит вера в то, что это так. И это серьезно повлияло на все, от криминалистики до медицины.
Все цвета - у нас в голове?
Одним из самых сложных в человеческом опыте остается восприятие цвета: действительно ли физические объекты в нашем мире обладают цветом, который мы распознаем и обрабатываем, или же процесс наделения цветом происходит исключительно у нас в головах?
Мы знаем, что существование цветов обязано разным длинам волн, но когда дело доходит до нашего восприятия цвета, нашей общей номенклатуры и простого факта, что наши головы, вероятно, взорвутся, если мы вдруг встретимся с никогда не виданным доселе цветом в нашей универсальной палитре, эта идея продолжает удивлять ученых, философов и всех остальных.
Что такое темная материя?
Астрофизики знают, чем темная материя не является, но это определение их совсем не устраивает: хотя мы не можем видеть ее даже с помощью самых мощных телескопов, мы знаем, что во Вселенной ее больше, чем обычной материи. Она не поглощает и не излучает свет, но разница в гравитационных эффектах крупных тел (планет и т. п.) навела ученых на мысль, что что-то невидимое играет роль в их движении.
Теория, впервые предложенная в 1932 году, сводилась по большей части к проблеме «недостающей массы». Существование черной материи остается недоказанным, но научное сообщество вынуждено принимать ее существование как факт, чем бы она ни была.
Проблема восхода солнца
Какова вероятность того, что завтра взойдет солнце? Философы и статистики задаются этим вопросом тысячелетия, пытаясь вывести неопровержимую формулу для этого ежедневного события. Этот вопрос предназначен для демонстрации ограничений теории вероятности. Трудность возникает, когда мы начинаем задумываться о том, что есть много различий между предварительным знанием одного человека, предварительным знанием человечества и предварительным знанием Вселенной того, встанет ли солнце.
Если p - это долгосрочная частота восходов солнца, и к p применяется равномерное распределение вероятностей, тогда величина p увеличивается с каждым днем, когда солнце на самом деле встает и мы видим (личность, человечество, Вселенная), что это происходит.
137 элемент
Названный в честь Ричарда Фейнмана, предлагаемый окончательный элемент периодической таблицы Менделеева «фейнманиум» представляет собой теоретический элемент, который может стать последним возможным элементом; чтобы выйти за пределы №137, элементам придется двигаться быстрее скорости света. Выдвигались предположения, что элементам выше №124 не будет хватать стабильности на существование в течение более нескольких наносекунд, а значит такой элемент, как фейнманиум, будет уничтожаться в процессе спонтанного деления, прежде чем его можно будет изучить.
Что еще более интересно, так это то, что номер 137 был не просто так выбран в честь Фейнмана; он считал, что этот номер обладает глубоким смыслом, так как «1/137 = почти точно значению так называемой константы тонкой структуры, безразмерной величины, которая определяет силу электромагнитного взаимодействия».
Большим вопросом остается, сможет ли такой элемент существовать за пределами сугубо теоретического и произойдет ли это на нашем веку?
Существует ли универсальное определение слова «слово»?
В лингвистике слово - это небольшое высказывание, которое может обладать каким-либо смыслом: в практическом или буквальном смысле. Морфема, которая чуть меньше, но с помощью которой все еще можно сообщать смысл, в отличие от слова, не может оставаться особняком. Вы можете сказать «-ство» и понять, что это значит, но едва ли разговор из таких обрезков будет иметь смысл.
Каждый язык в мире имеет свой собственный лексикон, который делится на лексемы, являющиеся формами отдельных слов. Лексемы чрезвычайно важны для языка. Но опять же, в более общем смысле, мельчайшей единицей речи остается слово, которое может стоять особняком и будет иметь смысл; правда, остаются проблемы с определением, к примеру, частиц, предлогов и союзов, поскольку они особым смыслом вне контекста не обладают, хотя и остаются словами в общем смысле.
Паранормальные способности за миллион долларов
С момента начала в 1964 году порядка 1000 человек приняли участие в «Паранормальном испытании» (Paranormal Challenge), но никто так и не взял приз. Образовательный фонд Джеймса Рэнди предлагает миллион долларов любому, кто сможет научно подтвердить сверхъестественные или паранормальные способности. На протяжении многих лет масса медиумов пытались проявить себя, но им категорически отказывали. Чтобы все удалось, претендент должен получить одобрение от учебного института или другой организации соответствующего уровня.
Хотя ни один из 1000 претендентов не смог доказать наличие наблюдаемых психических паранормальных способностей, которые можно было засвидетельствовать научно, Рэнди сказал, что «очень немногие» из конкурсантов посчитали, что их провал был обусловлен отсутствием талантов. По большей части все сводили неудачи к нервозности.
Проблема в том, что этот конкурс едва ли кто-нибудь когда-нибудь выиграет. Если кто-то будет обладать сверхъестественными способностями, это значит, что их нельзя объяснить естественным научным подходом. Улавливаете?опубликовано
Нерешенные проблемы
Теперь, уяснив, как наука вписывается в умственную деятельность человека и как она функционирует, можно видеть, что ее открытость позволяет различными путями идти к более полному постижению Вселенной. Возникают новые явления, по поводу которых гипотезы хранят молчание, и, чтобы нарушить его, выдвигаются новые гипотезы, полные свежих идей. На их основе уточняются предсказания. Создается новое экспериментальное оборудование. Вся эта деятельность приводит к появлению гипотез, более точно отражающих поведение Вселенной. И все это ради одной цели - понять Вселенную во всем ее многообразии.
Научные гипотезы можно рассматривать как ответы на вопросы об устройстве Вселенной. Наша же задача состоит в исследовании пяти крупнейших проблем, не решенных до настоящего времени. Под словом «крупнейшие» подразумеваются проблемы, имеющие далеко идущие последствия, самые важные для нашего дальнейшего понимания, или обладающие наиболее весомым прикладным значением. Мы ограничимся одной крупнейшей нерешенной проблемой, взятой из кажсдой пяти отраслей естествознания, и попытаемся описать, каким образом можно ускорить их решение. Конечно, науки о человеке и обществе, гуманитарные и прикладные, имеют свои нерешенные проблемы (например, природа сознания), но данный вопрос выходит за рамки этой книги.
Вот отобранные нами в каждой из пяти отраслей естествознания крупнейшие нерешенные проблемы и то, чем мы руководствовались в своем выборе.
Физика. Связанные с движением свойства массы тела (скорость, ускорение и момент наряду с кинетической и потенциальной энергией) нам хорошо известны. А природа самой массы, присущей многим, но не всем элементарным частицам Вселенной, нам не понятна. Крупнейшая нерешенная задача физики такова: почему одни частицы обладают массой [покоя], а другие - нет?
Химия. Изучение химических реакций живых и неживых тел ведется широко и весьма успешно. Крупнейшая нерешенная задача химии такова: какого рода химические реакции подтолкнули атомы к образованию первых живых существ?
Биология. Недавно удалось получить геном, или молекулярный чертеж, многих живых организмов. Геномы несут информацию об общих белках, или протеоме, живых организмов. Крупнейшая нерешенная задача биологии такова: каково строение и предназначение протеома?
Геология. Модель тектоники плит удовлетворительно описывает последствия взаимодействия верхних оболочек Земли. Но атмосферные явления, особенно тип погоды, похоже, не поддаются попыткам создать модели, ведущие к получению надежных прогнозов. Крупнейшая нерешенная задача геологии такова: возможен ли точный долговременный прогноз погоды?
Астрономия. Хотя многие стороны общего устройства Вселенной хорошо известны, в ее развитии еще много неясного. Недавнее открытие, что скорость расширения Вселенной возрастает, приводит к мысли, что она будет расширяться бесконечно. Крупнейшая нерешенная задача астрономии такова: почему Вселенная расширяется со все большей скоростью?
Многие иные занимательные вопросы, связанные с этими задачами, будут возникать попутно, и некоторые из них сами могут в будущем стать крупнейшими. Об этом идет речь в заключительном разделе книги: «Список идей».
Уильям Гарвей, английский врач XVII века, определивший природу кровообращения, сказал: «Все, что мы знаем, бесконечно мало по сравнению с тем, что нам пока неведомо» [ «Анатомическое исследование о движении сердца и крови у животных», 1628]. И это верно, поскольку вопросы множатся быстрее, чем на них успевают ответить. По мере расширения освещаемого наукой пространства увеличивается и обступающий его мрак.
Из книги Занимательно об астрономии автора Томилин Анатолий Николаевич5. Проблемы релятивистской астронавигации Одним из самых противных испытаний, которым подвергается летчик, а сейчас космонавт, как это показывают в кино, является карусель. Мы, летчики недавнего прошлого, в свое время называли ее «вертушкой» или «сепаратором». Тех, кто не
Из книги Пять нерешенных проблем науки автора Уиггинс АртурПроблемы физики Какова природа света?Свет в некоторых случаях ведет себя подобно волне, а во многих других - сродни частице. Спрашивается: что же он такое? Ни то, ни другое. Частица и волна - лишь упрощенное представление о поведении света. На самом же деле свет не частица
Из книги Самосознающая вселенная. Как сознание создает материальный мир автора Госвами АмитПроблемы химии Как состав молекулы определяет ее облик?Знание орбитального строения атомов в простых молекулах позволяет довольно легко определить внешний вид молекулы. Однако теоретические исследования облика сложных молекул, особенно биологически важных, пока не
Из книги Мир в ореховой скорлупке [илл. книга-журнал] автора Хокинг Стивен УильямПроблемы биологии Как развивается целый организм из одной оплодотворенной яйцеклетки?На данный вопрос, похоже, удастся ответить, как только будет решена главная задача из гл. 4: каково устроение и предназначение протеома? Конечно, каждому организму свойственны свои
Из книги История лазера автора Бертолотти МариоПроблемы геологии Что вызывает большие перемены в климате Земли наподобие повсеместного потепления и ледниковых периодов?Ледниковые периоды, свойственные Земле последние 35 млн. лет, наступали примерно каждые 100 тыс. лет. Ледники надвигаются и отступают по всему
Из книги Атомная проблема автора Рэн ФилиппПроблемы астрономии Одиноки ли мы во Вселенной?Несмотря на отсутствие каких-либо экспериментальных свидетельств существования внеземной жизни, теорий на этот счет хватает с избытком, как и попыток обнаружить весточки от далеких цивилизаций.Как эволюционируют
Из книги Астероидно-кометная опасность: вчера, сегодня, завтра автора Шустов Борис Михайлович Из книги Новый ум короля [О компьютерах, мышлении и законах физики] автора Пенроуз РоджерНерешённые проблемы современной физики
Из книги Гравитация [От хрустальных сфер до кротовых нор] автора Петров Александр НиколаевичТеоретические проблемы Вставка из Википедии.Psychedelic - август 2013Ниже приведён список нерешённых проблем современной физики. Некоторые из этих проблем носят теоретический характер, что означает, что существующие теории оказываются неспособными объяснить определённые
Из книги Идеальная теория [Битва за общую теорию относительности] автора Феррейра ПедроГЛАВА 14 РЕШЕНИЕ В ПОИСКЕ ПРОБЛЕМЫ ИЛИ МНОГИЕ ПРОБЛЕМЫ С ОДНИМ И ТЕМ ЖЕ РЕШЕНИЕМ? ПРИМЕНЕНИЯ ЛАЗЕРОВ В 1898 г. г. Уэллс вообразил в своей книге «Война миров» захват Земли марсианами, которые использовали лучи смерти, способные без труда проходить через кирпичи, сжигать леса, и
Из книги автораII. Социальная сторона проблемы Эта сторона проблемы является, без сомнения, самой важной и самой интересной. Ввиду ее большой сложности мы ограничимся здесь лишь самыми общими соображениями.1. Изменения в мировой экономической географии.Как мы видели выше, стоимость
Из книги автора1.2. Астрономический аспект проблемы АКО Вопрос об оценках значимости астероидно-кометной опасности связан, в первую очередь, с нашим знанием о населенности Солнечной системы малыми телами, особенно теми, что могут столкнуться с Землей. Такие знания дает астрономия.
Из книги автора Из книги автора Из книги автораНовые проблемы космологии Вернемся к парадоксам нерелятивистской космологии. Вспомним, что причина гравитационного парадокса в том, что для однозначного определения гравитационного воздействия либо недостаточно уравнений, либо нет возможности корректно задать
Из книги автораГлава 9. Проблемы унификации В 1947 году только что окончивший аспирантуру Брайс Девитт встретился с Вольфгангом Паули и рассказал, что работает над квантованием гравитационного поля. Девитт не понимал, почему две великие концепции XX века - квантовая физика и общая теория
- Тут всё просто. "Серьёзные" научные журналы опасаются публиковать материалы по спорным и неясным вопросам, чтобы не потерять свою репутацию. Статьи в прочих изданиях никто не читает и опубликованные в них результаты ни на что не влияют. Полемика публикуется вообще в исключительных случаях. Авторы учебников стараются избегать писать о том, чего они не понимают. Энциклопедия - не место для дискуссий. Правила ВП требуют, чтобы материал статей был основан на АИ, а в спорах между участниками был достигнут консенсус. Ни то ни другое требование в случае публикации статьи по нерешенным вопросам физики достигнуть невозможно. Трубка Ранка лишь частный пример большой проблемы. В теоретической метеорологии дело обстоит более серьёзно. Вопрос о термическом равновесии в атмосфере - базовый, его замять невозможно, а теории то нет. Без этого все прочие рассуждения лишены научного основания. Студентам об этой проблеме, как нерешенной, профессора не рассказывают, а учебники врут по разному. Речь идёт в первую очередь о равновесном градиенте температуры
]
