Selalunya di Internet anda dapat mengetahui mengenai misteri alam semesta dan sains moden yang dikatakan tidak dapat diselesaikan dan tidak dapat diselesaikan.
Oleh sebab tertentu, menurut saya sebahagian daripada masalah ini adalah masalah yang tidak wujud, tetapi sebahagian sains telah menemui penjelasan.
Manakah di antara ini yang anda anggap sebagai fizik rahsia yang belum didedahkan?
1. Dari mana datangnya sinar kosmik tenaga ultra tinggi?
Suasana kita sentiasa dihujani oleh zarah-zarah bertenaga tinggi dari angkasa yang disebut "sinar kosmik." Walaupun sinar ini tidak banyak mendatangkan bahaya kepada manusia, namun sinar ini sangat menarik bagi ahli fizik.
Pada tahun 1962, semasa eksperimen di Volcano Ranch, John Linsley dan Livio Scarsi melihat sesuatu yang luar biasa: sinar kosmik dengan tenaga lebih dari 16 joule. Untuk memberi anda idea, katakan satu joule kira-kira sama dengan tenaga yang diperlukan untuk mengangkat sebiji epal dari lantai dan ke atas meja. Dan semua tenaga ini tertumpu pada zarah yang berbilion kali lebih kecil daripada sebiji epal. Ini bermaksud bahawa ia bergerak pada kelajuan yang hampir dengan kelajuan cahaya!
Video promosi:
Ahli fizik belum mengetahui dari mana zarah-zarah ini mendapat banyak tenaga. Menurut beberapa teori, sumber zarah-zarah ini mungkin adalah supernova yang terbentuk selepas letupan bintang pada akhir hayatnya. Zarah-zarah ini juga dapat dipercepat pada cakera bahan runtuh yang terbentuk di sekitar lubang hitam.
2. Adakah alam semesta moden adalah hasil inflasi?
Alam semesta sangat rata, iaitu, seluruh alam semesta mempunyai jumlah jirim yang sama. Namun, menurut teori big bang, pada tahap awal pengembangan alam semesta, ketumpatan jirim mungkin berbeza di tempat yang berbeza.
Menurut teori inflasi, alam semesta moden berasal dari alam semesta awal dengan jumlah kecil, yang secara tiba-tiba dan tidak dijangka berkembang dengan cepat. Seperti mengembang balon, inflasi telah melancarkan semua lebam di alam semesta awal.
Walaupun ini menjelaskan banyak perkara yang kita lihat, ahli fizik belum mengetahui apa yang menyebabkan inflasi. Maklumat mengenai apa yang berlaku semasa inflasi ini juga tidak jelas.
3. Adakah mungkin untuk mencari tenaga gelap dan bahan gelap?
Fakta yang menakjubkan: hanya sekitar 5% alam semesta yang terdiri daripada bahan yang dapat dilihat oleh kita. Beberapa dekad yang lalu, ahli fizik melihat bahawa bintang-bintang di pinggir luar galaksi berputar di sekitar pusat galaksi ini lebih cepat daripada yang dijangkakan. Untuk menjelaskannya, para saintis mencadangkan bahawa galaksi ini mungkin mengandungi sejenis benda "gelap" yang tidak kelihatan yang menyebabkan bintang berputar lebih cepat.
Seiring dengan ini, kita tahu bahawa pengembangan alam semesta kini semakin cepat. Ini kelihatan aneh, kerana seseorang akan menjangkakan bahawa tarikan materi - baik "terang" dan "gelap" - akan melambatkan pengembangan alam semesta. "Tenaga gelap" boleh menjadi penjelasan mengenai fenomena ini. Ahli fizik percaya bahawa sekurang-kurangnya 70% tenaga di alam semesta adalah dalam bentuk tenaga "gelap", yang menyumbang kepada percepatan pengembangan alam semesta semasa.
Sehingga kini, zarah-zarah yang membentuk bahan "gelap" dan medan yang membentuk tenaga "gelap" belum dikaji secara langsung dalam keadaan makmal. Tetapi ahli fizik berharap bahawa zarah-zarah bahan "gelap" dapat diperoleh dan dikaji di Large Hadron Collider. Walau bagaimanapun, zarah-zarah ini mungkin lebih berat daripada zarah yang dapat dibuat oleh collider, dan kemudian rahsia mereka akan tetap tidak dapat dipecahkan untuk masa yang lama.
4. Apa yang ada di tengah lubang hitam?
Lubang hitam adalah objek paling terkenal dalam astrofizik. Kita dapat menggambarkannya sebagai kawasan ruang-waktu dengan medan graviti sangat kuat sehingga cahaya bahkan tidak dapat mengatasinya.
Pemerhatian telah dibuat terhadap banyak lubang hitam, termasuk lubang hitam besar di pusat galaksi kita. Tetapi misteri apa yang berlaku di tengah lubang hitam belum terbongkar. Sebilangan ahli fizik berpendapat bahawa mungkin ada "singularitas" - titik ketumpatan tak terhingga di mana sebilangan jisim tertumpu di ruang yang sangat kecil. Ia sukar dibayangkan. Lebih parah lagi, singulariti apa pun membawa kepada lubang hitam dalam teori ini, kerana tidak ada cara untuk melihat secara langsung singulariti tersebut.
Masih ada kontroversi mengenai sama ada maklumat hilang dalam lubang hitam. Mereka menyerap zarah dan mengeluarkan radiasi Hawking, tetapi nampaknya tidak mengandungi maklumat tambahan mengenai apa yang berlaku di lubang hitam.
Fakta kemustahilan yang kelihatan, sekurang-kurangnya pada masa ini, untuk mengetahui apa yang ada di dalam lubang hitam, sejak sekian lama membolehkan penulis fiksyen sains membuat andaian mengenai kemungkinan adanya alam semesta lain di sana atau penggunaan lubang hitam untuk teleportasi atau perjalanan waktu.
5. Adakah kehidupan pintar di alam semesta?
Manusia telah mengimpikan makhluk asing sejak pertama kali melihat langit malam dan bertanya-tanya apa yang mungkin ada di sana. Tetapi dalam beberapa dekad kebelakangan ini, kami telah mempelajari banyak fakta menarik.
Pertama, kita mengetahui bahawa planet jauh lebih biasa daripada yang difikirkan sebelumnya. Kami juga mengetahui bahawa selang waktu ketika planet kita dapat dihuni dan kemunculan hidup di atasnya cukup kecil. Adakah ini bermaksud bahawa hidup mungkin? Sekiranya demikian, kita mendapat paradoks Fermi yang terkenal: mengapa kita belum berkomunikasi dengan orang asing?
Ahli astronomi Frank Drake menyusun persamaan yang menamakan namanya sebagai cara untuk melihat semua sisi masalah. Setiap komponennya menunjukkan sebab kurangnya komunikasi dengan kehidupan yang cerdas.
Kehidupan mungkin biasa, tetapi kehidupan pintar jarang berlaku. Mungkin selepas beberapa ketika semua peradaban memutuskan untuk tidak berkomunikasi dengan bentuk kehidupan yang lain. Mereka wujud, tetapi mereka tidak mahu berkomunikasi dengan kami. Atau, mungkin ini menunjukkan bahawa banyak tamadun asing menghancurkan diri mereka segera setelah mereka memperoleh kemampuan teknologi untuk berkomunikasi. Bahkan ada cadangan bahawa kurangnya komunikasi dengan makhluk asing adalah bukti asal-usul buatan dunia kita, yang mungkin merupakan ciptaan Tuhan atau model komputer.
Namun, ada kemungkinan kita tidak cukup lama mencari dan cukup jauh, kerana ruangnya sangat besar. Isyarat dapat hilang dengan mudah, dan peradaban asing hanya perlu menghantar isyarat yang lebih kuat. Dan mungkin esok kita akan menemui tamadun asing, dan pemahaman kita tentang alam semesta akan berubah.
6. Bolehkah sesuatu bergerak lebih pantas daripada cahaya?
Sejak Einstein mengubah fizik dengan teori relativiti khasnya, ahli fizik yakin bahawa tidak ada yang dapat bergerak lebih cepat daripada cahaya. Menurut teori ini, untuk sesuatu bergerak sekurang-kurangnya pada kelajuan cahaya, diperlukan tenaga yang tidak terbatas.
Sebaliknya, seperti yang ditunjukkan oleh sinar kosmik di atas, bahkan kehadiran sejumlah besar tenaga tidak bermaksud kemungkinan pergerakan dengan kelajuan cahaya. Kelajuan cahaya, sebagai had kelajuan keras, juga dapat menjadi penjelasan lain untuk kurangnya komunikasi dengan peradaban asing. Sekiranya mereka juga dibatasi oleh kelajuan cahaya, isyarat memerlukan ribuan tahun perjalanan.
Tetapi orang selalu mencari jalan untuk mengelakkan had kelajuan alam semesta ini. Menurut hasil awal eksperimen OPERA, yang dilakukan pada tahun 2011, neutrino bergerak lebih cepat daripada cahaya. Tetapi kemudian para saintis menyedari kesilapan dalam organisasi eksperimen dan menyedari kesilapan hasil ini.
Di samping itu, jika mungkin untuk menghantar jirim atau maklumat pada kecepatan melebihi kecepatan cahaya, pasti akan mengubah dunia. Pergerakan dengan kecepatan melebihi kecepatan cahaya dapat mengganggu kausalitas, hubungan antara sebab dan akibat kejadian.
Kerana cara di mana waktu dan ruang terkait dalam relativiti khas, pergerakan maklumat lebih cepat daripada kelajuan cahaya akan membolehkan seseorang menerima maklumat mengenai suatu peristiwa sebelum peristiwa itu terjadi, yang merupakan bentuk perjalanan waktu. Ini boleh mewujudkan semua jenis paradoks yang tidak akan kita ketahui bagaimana menyelesaikannya.
7. Bolehkah pergolakan digambarkan?
Kembali ke Bumi, kita dapat mengatakan bahawa dalam kehidupan seharian kita masih banyak perkara sukar untuk difahami. Contohnya, cuba bermain dengan paip air. Sekiranya anda membiarkan air mengalir dengan tenang, anda memerhatikan fenomena yang diketahui dalam fizik, sejenis aliran yang terkenal dengan kami yang disebut "aliran laminar." Tetapi jika anda mematikan keran sepenuhnya dan memerhatikan tingkah laku air, anda akan mempunyai contoh pergolakan. Dalam banyak cara, pergolakan masih merupakan masalah yang tidak dapat diselesaikan dalam fizik.
Persamaan Navier-Stokes menentukan bagaimana cecair seperti air dan udara harus bergerak. Kami membayangkan bahawa cecair itu dipecah menjadi kepingan kecil. Persamaan ini kemudian mengambil kira semua daya yang bertindak pada kepingan ini - graviti, geseran, tekanan - dan cuba menentukan bagaimana ini akan mempengaruhi kelajuan mereka.
Sekiranya aliran sederhana atau stabil, kita dapat mencari penyelesaian untuk persamaan Navier-Stokes yang menggambarkan sepenuhnya aliran yang diberikan. Ahli fizik kemudian dapat menyusun persamaan untuk mengira kadar aliran pada bila-bila masa. Tetapi dalam kes aliran bergelora yang kompleks, penyelesaian ini mungkin tidak tepat. Kita boleh melakukan banyak manipulasi aliran bergelora dengan menyelesaikan persamaan secara berangka pada komputer besar. Ini memberi kita jawapan kasar tanpa formula yang menjelaskan sepenuhnya kelakuan cecair.
By the way, Clay Mathematical Institute menawarkan ganjaran untuk menyelesaikan masalah ini. Oleh itu, jika anda dapat melakukannya, anda boleh mendapat satu juta dolar.
8. Adakah mungkin untuk membuat superkonduktor yang berfungsi pada suhu bilik
Superkonduktor adalah antara alat dan teknologi terpenting yang diciptakan oleh manusia. Mereka adalah jenis bahan khas. Apabila suhu turun cukup rendah, rintangan elektrik bahan turun menjadi sifar.
Kabel kuasa moden kami banyak membuang elektrik. Mereka bukan superkonduktor dan mempunyai rintangan elektrik, yang menyebabkan mereka menjadi panas apabila arus elektrik dilaluinya.
Tetapi kemungkinan superkonduktor tidak terhad kepada ini. Medan magnet yang dibuat oleh wayar mempunyai kekuatan yang bergantung pada arus yang melaluinya. Sekiranya anda dapat mencari cara yang murah untuk melewati arus yang sangat tinggi melalui superkonduktor, anda boleh mendapatkan medan magnet yang sangat kuat. Medan ini kini digunakan di Large Hadron Collider untuk memesongkan zarah-zarah bermuatan yang bergerak pantas di sekitar gelanggangnya. Mereka juga digunakan dalam reaktor nuklear eksperimen, yang pada masa akan datang dapat menjadi sumber elektrik kita.
Masalahnya adalah bahawa semua superkonduktor yang diketahui hanya dapat berfungsi pada suhu yang sangat rendah (tidak lebih tinggi daripada -140 darjah Celsius). Menyejukkannya ke suhu yang rendah biasanya memerlukan nitrogen cair atau yang setara, dan ini sangat mahal. Oleh itu, banyak pakar fizik dan bahan di seluruh dunia berusaha untuk mendapatkan grail suci - superkonduktor yang dapat berfungsi pada suhu bilik. Tetapi setakat ini tidak ada yang berjaya melakukan ini.
9. Mengapa terdapat lebih banyak bahan daripada antimateri?
Untuk setiap zarah, terdapat zarah yang sama dan bertentangan yang disebut antipartikel. Untuk elektron, terdapat positron. Terdapat antiproton untuk proton. Dan lain-lain.
Sekiranya zarah menyentuh antipartikel, ia memusnahkan dan berubah menjadi radiasi. Kadang-kadang ia berubah menjadi sinar kosmik. Antimateri juga dapat dibuat dalam pemecut zarah dengan biaya beberapa trilion dolar per gram. Tetapi secara keseluruhan, nampaknya sangat jarang berlaku di alam semesta kita. Ini adalah rahsia sebenar. Semua proses yang diketahui yang mengubah tenaga (sinaran) menjadi bahan menghasilkan jumlah jirim dan antimateri yang sama. Oleh itu, jika alam semesta dikuasai oleh tenaga, mengapa tidak menghasilkan jirim dan antimateri dalam jumlah yang sama?
Terdapat beberapa teori untuk menjelaskan perkara ini. Para saintis yang mengkaji interaksi zarah di Large Hadron Collider mencari contoh "pelanggaran CP." Sekiranya ia berlaku, interaksi ini dapat menunjukkan bahawa hukum fizik berbeza untuk zarah jirim dan antimateri. Maka kita mungkin menganggap bahawa mungkin ada proses yang lebih cenderung menghasilkan materi daripada antimateri, itulah sebabnya ada lebih banyak bahan di alam semesta.
Teori lain, kemungkinan besar mungkin mempunyai seluruh wilayah alam semesta yang dikuasai oleh antimateri. Tetapi teori-teori ini harus menjelaskan bagaimana pemisahan jirim dan antimateri berlaku dan mengapa kita tidak melihat sebilangan besar radiasi dilepaskan dalam perlanggaran jirim dan antimateri. Oleh itu, melainkan jika kita menemui bukti galaksi antimateri, pelanggaran CP di alam semesta awal adalah penyelesaian terbaik. Tetapi kita masih tidak tahu bagaimana ia berfungsi.
10. Bolehkah kita mempunyai teori bersatu?
Pada abad ke-20, dua teori hebat dikembangkan untuk menjelaskan banyak fenomena dalam fizik. Salah satunya adalah teori mekanik kuantum, yang memperincikan tingkah laku dan interaksi zarah subatomik kecil. Mekanika kuantum dan model standard fizik zarah telah menjelaskan tiga daripada empat fenomena fizikal di alam: elektromagnetisme dan kekuatan nuklear yang kuat dan lemah.
Teori hebat lain adalah teori relativiti umum Einstein, yang menjelaskan graviti. Dalam teori ini, graviti berlaku apabila kehadiran jisim membengkokkan ruang dan masa, menyebabkan zarah bergerak di jalan melengkung kerana bentuk ruang masa yang melengkung. Ia dapat menjelaskan perkara-perkara yang berlaku pada skala terbesar, seperti pembentukan galaksi.
Hanya ada satu masalah. Kedua-dua teori ini tidak sesuai. Setahu kita, kedua-dua teori itu betul. Tetapi mereka nampaknya tidak bekerjasama. Dan kerana ahli fizik menyedari hal ini, mereka mencari beberapa penyelesaian yang dapat menggabungkannya. Keputusan ini disebut Teori Bersatu yang Hebat, atau Teori Segala-galanya.
Para saintis biasa dengan teori yang hanya berfungsi dalam had tertentu. Ahli fizik berharap dapat mengatasi keterbatasan mereka dan melihat bahawa teori mekanik kuantum dan relativiti umum adalah sebahagian daripada teori yang lebih besar, seperti tampalan selimut. Teori tali adalah percubaan untuk mencipta ciri-ciri kerelatifan umum dan teori mekanik kuantum. Tetapi ramalannya sukar untuk disahkan oleh eksperimen, jadi tidak dapat disahkan.
Pencarian teori asas - teori yang dapat menjelaskan segalanya - berterusan. Mungkin kita tidak akan menjumpainya. Tetapi jika fizik telah mengajar kita apa-apa, semestinya alam semesta ini benar-benar indah dan selalu ada ruang untuk penemuan baru di dalamnya.
Menurut artikel dari laman web listverse.com - diterjemahkan oleh Sergey Maltsev
