Pod koniec XIX wieku wydawało się, że w sumie wszystko było już jasne ze strukturą przyrody i jej prawami. Pozostało zająć się drobnymi szczegółami i irytującymi problemami, takimi jak otwarty elektron z jakiegoś powodu i małe rozbieżności między rzeczywistymi i obliczonymi orbitami Merkurego. Nikt nie wyobrażał sobie, że nadchodzi rewolucja naukowa i że pojawią się teoria względności, mechanika kwantowa i fizyka atomowa. Wydaje się, że na początku XXI wieku historia się powtarza.
W ciągu ostatnich 10 lat nauka zgromadziła już wystarczającą liczbę zagadek, których rozwiązanie może doprowadzić do kolejnej rewolucji naukowej. Zjawiska odkrywane przez astronomię, fizykę i nauki o Ziemi, a także takie, które nie zostały jeszcze odkryte (np. Monopol), więc nie pasują do współczesnych wyobrażeń o przyrodzie, które jeśli nie znajdą akceptowalnego wyjaśnienia w ramach istniejących teorii, będą wymagały zmiany w tych teoriach.
„Chaskor” zdecydował się zacząć od wybrania siedmiu zjawisk, których wyjaśnienie może okazać się fatalne dla nauk Wszechświata - astrofizyki i kosmologii.
1. Oś zła
W połowie ubiegłego wieku kosmolodzy (jednym z pierwszych, którzy wpadli na ten pomysł, był Georgy Gamow) zasugerowali, że po Wielkim Wybuchu, który dał początek naszemu Wszechświatowi, powinno pozostać słabe promieniowanie szczątkowe. To on został odkryty w 1965 roku przez amerykańskich naukowców Penziasa i Wilsona (w 1978 roku otrzymali za to Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki). Ogólnie rzecz biorąc, z tym promieniowaniem reliktowym nie było żadnych szczególnych problemów, dopóki dokładność instrumentów nie osiągnęła pewnego progu, po przekroczeniu którego w 2005 roku brytyjscy astrofizycy odkryli niesamowite zjawisko. Wzorzec rozkładu KMPT, zamiast oczekiwanego losowego rozkładu nieco mniej lub bardziej „gorących” regionów rozsianych w dowolnej kolejności we Wszechświecie, okazał się być uporządkowany w określonym kierunku. To zdjęcie zyskało głośny przydomek „oś zła”, chociaż oczywiściejeśli powodowało to jakieś kłopoty, była to tylko podstawowa zasada izotropii przestrzeni lub, prościej, idea, że Wszechświat jest w istocie taki sam, niezależnie od kierunku, w jakim na niego spojrzysz. Jeśli promieniowanie kosmiczne ma jakąś orientację, to wraz z tą zasadą konieczne będzie pozbycie się wyobrażeń o historii Wszechświata, które ma współczesna kosmologia.
Być może nie jest tak źle. Możliwe, że jakaś gromada galaktyk, niedaleko nas, zaburza jednorodność promieniowania. W końcu Wszechświat do tej pory możemy obserwować wyłącznie z okolic Układu Słonecznego, czyli z wnętrza naszej własnej Galaktyki. Być może dane, które astrofizycy otrzymają do końca 2012 roku z instrumentów satelity Planck wystrzelonych przez NASA, przyniosą klarowność obrazowi promieniowania tła.
Film promocyjny:
2. Galaktyczne bańki
Nawet w naszej Galaktyce jest o wiele więcej interesujących i niezrozumiałych rzeczy. Najnowsze dane z innego satelity NASA, Fermi, całkowicie zdziwiły astronomów. Teleskop rentgenowski odkrył dwie gigantyczne (nie tak - GIGANT) formacje sferyczne przylegające do centrum naszej Galaktyki. Ich średnica wynosi około 25 tysięcy lat świetlnych, to znaczy ich dwie średnice są w przybliżeniu równe połowie lub jednej trzeciej średnicy Drogi Mlecznej. Oba te „bąbelki” aktywnie emitują w zakresie twardego promieniowania gamma. Gdybyśmy mogli widzieć w tym zakresie, „bąbelki” zajmowałyby połowę nieba. Energia promieniowania każdego z „bąbelków” jest w przybliżeniu równa jednorazowej eksplozji 100 tysięcy supernowych.
Skąd pochodzą te „bąbelki”, astrofizycy nie mogą powiedzieć, ostrożnie zakładając, że powstały w wyniku supersilnych emisji z ogromnej czarnej dziury znajdującej się w centrum Galaktyki. To prawda, astronomowie nigdy wcześniej nie widzieli czegoś takiego. I nie potrafią sobie wyobrazić, jaki rodzaj kataklizmu może pozostawić po sobie tak żywe konsekwencje.
3. Ciemny strumień
Gdybyśmy byli w stanie znaleźć jakieś dziwne bąbelki w naszej własnej Galaktyce, to czego możemy się spodziewać po tych miejscach we Wszechświecie, których wciąż nie widzimy i których nie zobaczymy w ciągu najbliższych kilku miliardów lat - po prostu dlatego, że znajdują się zbyt daleko od nas. Jeśli opieramy się na tej samej zasadzie izotropii, nie można oczekiwać niczego zbyt zaskakującego. Ale musisz.
W 2008 roku grupa naukowców pod kierownictwem Aleksandra Kashlinsky'ego pracująca w Centrum Badawczym NASA. Goddard odkrył, że kilka gromad galaktyk porusza się z niezwykle dużą (około 1000 km / s) prędkością w kierunku małego obszaru gwiaździstego nieba między konstelacjami Centaura i Parusa. Ten galaktyczny strumień Kashlinsky nazwał „ciemną” na cześć tajemniczej ciemnej materii i ciemnej energii.
Niezwykłe w tym ruchu jest to, że we wskazanym obszarze przestrzeni nie ma niczego, co mogłoby przyciągnąć te gigantyczne gromady gwiazd. Albo niewidoczne. Możliwe, że to, co ich przyciąga, znajduje się poza horyzontem widzialnego wszechświata. Ale co? Oczywiście coś bardzo dużego. Jedynym problemem jest to, że to „coś bardzo dużego” musi być BARDZO DUŻE. Tak duży, że powinien przewyższać rozmiarami wszystko, co do tej pory potrafiła dostrzec współczesna astronomia w kosmosie.
Ale nawet jeśli nadal nie wiadomo, co to jest, kosmologia już ma problem. Jeśli taki kosmiczny Lewiatan istnieje gdzieś tam, to tacy Lewiatani muszą znaleźć się gdzie indziej. Ale ja ich nie widzę.
Pojawiły się nawet podejrzenia, że może to niesamowite coś w ogóle nie pochodzi z naszego wszechświata. Może to potwierdzenie jednej z alternatywnych teorii kosmologicznych, według której nasz Wszechświat wcale nie jest sam, ale obok niego (choć nie jest do końca jasne, w jakim sensie - obok) są inne, a jakiś sąsiad przyciąga tysiące metagalaxy?
4. Zmienna stała
Najwyraźniej naprawdę nie wiemy czegoś o naturze. Pośrednim potwierdzeniem, że wszechświat nie jest jednolicie uporządkowany, są najnowsze dane uzyskane przez australijskich astrofizyków, którzy wpadli na pomysł porównania danych analizy widmowej uzyskanych przez teleskopy obserwujące różne regiony przestrzeni. Jeśli ich obliczenia są poprawne (a przez 10 lat, które minęły od pierwszej publikacji, nikt nie był w stanie obalić ich wniosków), to jedna z fundamentalnych stałych fizycznych - stała struktury subtelnej odpowiedzialna za jeden z trzech głównych typów oddziaływań materii (elektrosłabe) - wcale nie jest jest stała, a stosunek ładunku elektrycznego do prędkości światła zmienia się w zależności od miejsca we Wszechświecie. Ponadto mapa lokalizacji „osi” zmian stałej wskazuje mniej więcej ten sam kierunek, co metagalaktyki w „ciemnym strumieniu” Kaszlińskiego.
Astrofizycy już żądają wyjaśnienia obliczeń Australijczyków, a fizycy są oburzeni, ponieważ zgadzanie się ze zmiennością stałych jest jak wymuszanie na nowo nowoczesnej fizyki. A jednocześnie przyznać, że ludzkość naprawdę pojawiła się w jakimś dziwnym miejscu we Wszechświecie (lub w jakimś dziwnym Wszechświecie), gdzie były do tego najbardziej odpowiednie warunki.
5. Asymetryczna grawitacja
Jednak ze względu na anomalie stałych nie jest również konieczne podróżowanie na koniec świata (jednak nie wszystko jest jasne w świetle, ale o tym poniżej). Kilka lat temu pracownicy tej samej amerykańskiej NASA zwrócili uwagę na fakt, że ich statek kosmiczny nie latał po Układzie Słonecznym dokładnie tak, jak planowano.
Inżynierowie, którzy planują wystrzelić statki kosmiczne na odległe planety, od dawna zdali sobie sprawę, że można wspomóc pracę ich silników, jeśli wykorzystają atrakcyjność pobliskich planet lub Słońca: przelot nad nimi po prawidłowej trajektorii może nadać statkowi dodatkowe przyspieszenie i znacznie skrócić czas trwania wypraw kosmicznych i zaoszczędzić paliwo.
Dokładne porównanie obliczonych i rzeczywistych trajektorii pokazało jednak, że pojazdy mogą otrzymać nieplanowane przyspieszenie. W grudniu 1990 roku sonda Galileo wykorzystała samą Ziemię do przyspieszenia przed skierowaniem się do Jowisza. W efekcie otrzymał dodatkowe, nieprzewidziane w harmonogramie przyspieszenie, które wyniosło 3,9 mm / s. Kolejne urządzenie, wysłane w 1998 roku do komety Shoemaker, uzyskało jeszcze większe przyspieszenie - 13,5 mm / s.
Odchylenia te są niewielkie i na szczęście nie wpłynęły na wyniki wypraw, ale naukowcy nadal nie potrafią ich wyjaśnić, przynajmniej z punktu widzenia zwykłej fizyki. Wystarczą jednak alternatywne wyjaśnienia - od ewentualnej asymetrii pola grawitacyjnego i wpływu ciemnej materii po konieczność poprawienia teorii względności czy wręcz zmiany punktu widzenia na niezmienność prędkości światła.
6. Powolne światło
W 2005 roku astronomowie pracujący z teleskopem rentgenowskim MAGIC w Obserwatorium na Wyspach Kanaryjskich i obserwujący rozbłysk promieni X z centrum galaktyki Markarian 501, znajdującej się 500 milionów lat świetlnych od nas, zwrócili uwagę na niezrozumiałą anomalię. Wysokoenergetyczne kwanty gamma zostały wykryte przez teleskop 4 minuty później niż kwanty niższych energii. W tym przypadku te fotony pojawiły się jednocześnie.
Jeśli postępujemy zgodnie ze specjalną teorią względności, to nie może tak być. Ponieważ promieniowanie elektromagnetyczne musi rozchodzić się w próżni z tą samą prędkością - prędkością światła. Niezależnie od energii tego promieniowania. Jeśli wierzyć wynikom obserwacji, to prędkość światła wcale nie jest stała i zależy od energii fotonów światła.
Obserwacje z Ziemi potwierdziły również dane z teleskopu rentgenowskiego Fermi, który zarejestrował 20-minutowe opóźnienie twardych promieni gamma, które zostały wyemitowane jednocześnie z fotonami o niższej energii w wyniku jakiegoś kosmicznego kataklizmu, który nastąpił w odległości 12 miliardów lat świetlnych.
Przede wszystkim twórcy teorii grawitacji kwantowej byli zachwyceni tymi wynikami, które w przeciwieństwie do ogólnej teorii względności Einsteina przewidują takie przesunięcia. Jednak może znowu nie obyło się bez ciemnej energii. Lub bez holografii.
7. Hałas grawitacyjny
Jedną z konsekwencji ogólnej teorii względności (jest to również współczesna teoria grawitacji) jest obecność fal grawitacyjnych, które powinny zakrzywić kontinuum czasoprzestrzenne np. W wyniku zderzenia niektórych dużych (ok, BARDZO DUŻYCH) obiektów kosmicznych, np. Masywnej czerni dziury.
Jak dotąd jednak nikt nie zarejestrował tych fal. Może po prostu się nie udało: w końcu detektory tych fal muszą być po prostu bardzo duże. Jeden z tych detektorów - GEO600 - został zbudowany kilka lat temu do wspólnych eksperymentów naukowców z Wielkiej Brytanii i Niemiec pod Hanowerem. Ten detektor również nie wykrył jeszcze fal grawitacyjnych. Ale jest możliwe, że przypadkowo otrzymał dowód innej teorii grawitacji.
W 2008 roku fizyk Craig Hogan z National Laboratory. Fermi (USA) sformułował koncepcję, że nasza fizyczna rzeczywistość jest wynikiem projekcji granic wszechświata. Nazwał to zasadą holograficzną. Informacje, które koncentrują się na granicach Wszechświata, nie są w nim stale rozprowadzane, lecz składają się z „bitów”, których rozmiary odpowiadają tzw. Kwantom przestrzeni. Hogan nie poprzestał na teoretycznych opracowaniach, ale próbował przewidzieć, w jaki sposób jego teoria może zostać potwierdzona eksperymentalnie: detektory fal grawitacyjnych powinny rejestrować „szum” czasoprzestrzeni. I wysłał te obliczenia do zespołu GEO600.
Przez przypadek (lub nie tak bardzo) zespół naukowców z Hanoweru po prostu próbował poradzić sobie z szumem, który wykrywacz nieustannie rejestrował. Co zaskakujące, parametry tego szumu odpowiadały przewidywaniom Hogana. Będzie można sprawdzić, czy rzeczywiście szum w detektorze jest spowodowany samą czasoprzestrzenią, czy też jego przyczyna jest bardziej prozaiczna, będzie to możliwe dopiero po zakończeniu dostrajania sprzętu, który powinien zakończyć się w 2011 roku. W międzyczasie hałas nigdzie nie poszedł, a naukowcy nie mają żadnego zrozumiałego wyjaśnienia - poza zasadą holograficzną.
PS Jeśli zwróciłeś uwagę, zagadki dużych łusek często kojarzą się ze zjawiskami najmniejszych łusek - poziomem cząstek elementarnych. O tym, czego próbuje się dowiedzieć współczesna fizyka cząstek elementarnych w następnym artykule.
Autor: Vladimir Kharitonov