I slutningen af 1800-tallet så det ud til, at alt i alt allerede var klart både med naturens struktur og med dens love. Det fortsatte med at håndtere små detaljer og irriterende problemer, såsom en åben elektron af en eller anden grund og små uoverensstemmelser mellem de virkelige og beregnede bane af Mercury. Ingen havde forestillet sig, at der skulle komme en videnskabelig revolution, og at relativitetsteorien, kvantemekanikken og atomfysikken ville dukke op. I begyndelsen af det 21. århundrede ser historien ud til at gentage sig.
I løbet af de sidste 10 år har videnskaben allerede akkumuleret et tilstrækkeligt antal gåder, hvis løsning kan føre til en anden videnskabelig revolution. Fænomenerne opdaget af astronomi, fysik og jordvidenskab såvel som nogle, der endnu ikke er fundet (f.eks. En monopol), så passer ikke ind i moderne ideer om natur, som, hvis de ikke finder nogen acceptabel forklaring inden for rammerne af eksisterende teorier, vil de kræve ændringer i disse teorier.
”Chaskor” besluttede at starte med at vælge syv fænomener, hvis søgning efter en forklaring kunne blive skæbnesvangert for universets videnskaber - astrofysik og kosmologi.
1. Ondskabs akse
I midten af det forrige århundrede foreslog kosmologer (en af de første, der kom med denne idé, Georgy Gamow), at efter Big Bang, der fødte vores univers, skulle der fortsat være svag reststråling. Det var han, der blev opdaget i 1965 af de amerikanske forskere Penzias og Wilson (og i 1978 modtog de Nobelprisen i fysik for dette). Og generelt var der ingen særlige problemer med denne relikviesstråling, indtil instrumenternes nøjagtighed nåede en bestemt tærskel, ud over hvilken i 2005 opdagede britiske astrofysikere et fantastisk fænomen. Mønsteret for CMB-distributionen, i stedet for den forventede tilfældige fordeling af lidt mere og lidt mindre "varme" regioner spredt i en vilkårlig rækkefølge over Universet, viste sig at være ordnet i en bestemt retning. Dette billede modtog det rungende kaldenavn "ondskabens akse", selvomhvis det forårsagede noget besvær, var det kun det grundlæggende princip for rummetets isotropi, eller mere enkelt, ideen om, at universet i det væsentlige er det samme, uanset hvilken retning du ser på det. Hvis den kosmiske stråling har en vis orientering, vil det sammen med dette princip være nødvendigt at slippe af med de ideer om universets historie, som moderne kosmologi har.
Måske er det ikke så dårligt. Det er muligt, at nogle klynger af galakser, ikke meget langt fra os, griber ind i strålingens homogenitet. I sidste ende kan vi observere universet indtil videre udelukkende fra nærområdet til solsystemet, dvs. inde fra vores egen galakse. Måske vil de data, som astrofysikere vil modtage ved udgangen af 2012 fra instrumenterne fra Planck-satellitten, der er lanceret af NASA, bringe billedet af baggrundstrålingen klarhed.
Salgsfremmende video:
2. Galaktiske bobler
Selv i vores Galaxy er der mange flere interessante og uforståelige ting. De nyeste data fra en anden NASA-satellit, Fermi, har grundigt forundret astronomer. Røntgen-teleskopet har opdaget to kæmpe (ingen, ikke, - GIANT) sfæriske formationer, der støder op til midten af vores Galaxy. Deres diameter er ca. 25 tusinde lysår, dvs. deres to diametre er omtrent lig med halvdelen eller en tredjedel af mælkevejens diameter. Begge disse "bobler" udsender aktivt i intervallet af hård gammastråling. Hvis vi kunne se i dette interval, ville "boblerne" besætte halvdelen af himlen. Strålingsenergien for hver af "boblerne" er omtrent lig med eksplosionen af 100 tusind supernovaer på en gang.
Hvor disse "bobler" kommer fra, kan astrofysikere ikke sige det med forsigtige antagelse så langt, at de blev dannet som et resultat af superkraftige emissioner fra et enormt sort hul beliggende i centrum af Galaxy. Sandt nok har astronomer aldrig set noget lignende før. Og at forestille sig, hvilken slags katastrofe der kan efterlade så livlige konsekvenser, det kan de stadig ikke.
3. Mørk strøm
Hvis vi var i stand til at registrere nogle mærkelige bobler i vores egen Galaxy, hvad kan vi så forvente af de steder i Universet, som vi stadig ikke ser, og i de næste flere milliarder år ikke vil se - simpelthen fordi de er placeret for langt fra os. Hvis vi er afhængige af det samme princip om isotropi, synes der ikke noget for overraskende at forventes. Men du skal.
I 2008 arbejdede en gruppe forskere under ledelse af Alexander Kashlinsky ved NASA Research Center. Goddard opdagede, at flere klynger af galakser bevæger sig i en usædvanlig høj (ca. 1000 km / s) hastighed mod et lille afsnit af stjernehimmelen mellem stjernebillederne Centaurus og Parus. Denne galaktiske strøm Kashlinsky kaldte "mørk" til ære for den mystiske mørke stof og mørke energi.
Det, der er usædvanligt med denne bevægelse, er, at der ikke er noget i det angivne område af rummet, der kan tiltrække disse kæmpe stjerner. Eller ikke synlig. Det er muligt, at det, der tiltrækker dem, er placeret uden for horisonten i det synlige univers. Men hvad? Naturligvis noget meget stort. Det eneste problem er, at dette "noget meget stort" skal være MEGET STORT. Så stor, at det skulle overstige alt, hvad moderne astronomi har kunnet skelne i rummet indtil nu.
Men selvom det stadig er ukendt, hvad det er, har kosmologi allerede et problem. Hvis der findes en sådan kosmisk Leviathan et sted derude, skal sådanne Leviathans komme over et andet sted. Men jeg kan ikke se dem.
Der var endda mistanker om, at dette utrolige måske overhovedet ikke er fra vores univers. Måske er dette en bekræftelse af en af de alternative kosmologiske teorier, hvorefter vores univers ikke overhovedet er alene, men ved siden af det (selvom det ikke er meget klart i hvilken forstand - ved siden af) der er andre, og en slags nabo tiltrækker tusinder metagalaxy?
4. Variabel konstant
Tilsyneladende ved vi virkelig ikke noget om naturen. En indirekte bekræftelse af, at universet ikke er ensartet beordret, er de seneste data, der er opnået af australske astrofysikere, der kom med ideen om at sammenligne spektralanalysedata opnået ved teleskoper, der observerer forskellige områder i rummet. Hvis deres beregninger er korrekte (og i de 10 år, der er gået siden den første publikation, har ingen været i stand til at tilbagevise deres konklusioner), er en af de grundlæggende fysiske konstanter - den fine struktur, der konstant er ansvarlig for en af de tre hovedtyper af interaktion mellem stof (electroweak) - slet ikke er konstant, og forholdet mellem elektrisk ladning og lysets hastighed ændres afhængigt af stedet i universet. Desuden indikerer kortet over placeringen af "aksen" med ændringer i konstanten omtrent den samme retning som metagalakserne i den "mørke strøm" i Kashlinsky.
Astrofysikere kræver allerede præcisering af australiernes beregninger, og fysikere er indignerede, da det at stemme med konstanternes variation er som at tvinge til at opfinde den moderne fysik på ny. Og på samme tid at indrømme, at menneskeheden virkelig optrådte et eller andet underligt sted i Universet (eller i et eller andet underligt univers), hvor der var de mest passende betingelser for dette.
5. Asymmetrisk tyngdekraft
For konstanterne er det imidlertid ikke nødvendigt at rejse til verdens ende (dog er ikke alt klart med lys, men mere om det nedenfor). For flere år siden henledte ansatte ved den samme amerikanske NASA opmærksomheden på det faktum, at deres rumfartøj ikke fløj i solsystemet nøjagtigt som planlagt.
Ingeniører, der planlægger at udsætte rumfartøjer til fjerne planeter, har længe indset, at det er muligt at hjælpe deres motorer med at arbejde, hvis de drager fordel af tiltrækningen af nærliggende planeter eller Solen: at flyve forbi dem langs den rigtige bane kan give rumfartøjet yderligere acceleration og reducere varigheden af pladsekspeditioner og spare brændstof.
En nøjagtig sammenligning af de beregnede og virkelige baner viste imidlertid, at køretøjerne kan modtage uplanlagt acceleration. I december 1990 brugte rumfartøjet Galileo jorden selv til at accelerere, før de gik til Jupiter. Og som et resultat modtog han en ekstra acceleration, ikke forudset i tidsplanen, som udgjorde 3,9 mm / s. En anden enhed, der blev sendt i 1998 til Shoemaker-kometen, modtog en endnu større acceleration - 13,5 mm / s.
Disse afvigelser er små og har heldigvis ikke påvirket resultaterne af ekspeditionerne, men forskerne kan stadig ikke forklare dem, i det mindste set ud fra almindelig fysik. Alternative forklaringer er imidlertid nok - fra den mulige asymmetri af tyngdefeltet og indflydelsen af mørkt stof til behovet for at ændre relativitetsteorien eller endda ændre synspunktet på lysets hastighed.
6. Langsomt lys
I 2005 gjorde astronomer, der arbejdede med MAGIC røntgendeleskop ved et observatorium på De Kanariske Øer og observerede et udbrud af røntgenstråler fra centrum af Markarian 501-galaksen, der ligger 500 millioner lysår væk, opmærksom på en uforståelig anomali. Gamma quanta med høj energi blev detekteret af teleskopet 4 minutter senere end lavere energikvanta. I dette tilfælde dukkede disse fotoner op samtidig.
Hvis vi følger den specielle relativitetsteori, kan dette ikke være. Fordi elektromagnetisk stråling skal forplantes i et vakuum med samme hastighed - lysets hastighed. Uanset energien fra denne stråling. Hvis du tror på resultaterne af observationer, er lysets hastighed overhovedet ikke en konstant og afhænger af energien fra lysets fotoner.
Observationer fra Jorden bekræftede også dataene fra Fermi røntgen-teleskop, der registrerede et 20-minutters forsinkelse af hårde gammastråler, som blev udsendt samtidigt med fotoner med lavere energi som et resultat af en slags kosmisk katastrofe, der opstod i en afstand af 12 milliarder lysår.
Mest af alt var udviklerne af teorien om kvantetyngdekraft glæde af disse resultater, som i modsætning til Einsteins generelle relativitetsteori giver sådanne skift. Men måske igen var det ikke uden mørk energi. Eller uden holografi.
7. Gravitationsstøj
En af konsekvenserne af den generelle relativitetsteori (som også er den moderne tyngdekraftteori) er tilstedeværelsen af gravitationsbølger, som skal bøje rumtidskontinuummet, for eksempel som et resultat af kollisionen mellem nogle store (ok, MEGET STORE) rumobjekter, for eksempel massiv sort huller.
Indtil videre har imidlertid ingen registreret disse bølger. Måske mislykkedes det bare: trods alt skal detektorerne for disse bølger simpelthen være meget store. En af disse detektorer - GEO600 - blev bygget for flere år siden til fælles eksperimenter af forskere fra Storbritannien og Tyskland nær Hannover. Også denne detektor har endnu ikke registreret gravitationsbølger. Men det er muligt, at han ved en fejltagelse modtog et bevis på en anden tyngdekraftteori.
I 2008 fysiker Craig Hogan fra National Laboratory. Fermi (USA) formulerede konceptet om, at vores fysiske virkelighed er resultatet af fremskrivningen af universets grænser. Han kaldte det det holografiske princip. Information, der er koncentreret om universets grænser, distribueres ikke kontinuerligt over det, men består af "bits", hvis størrelser svarer til den såkaldte kvanta af rummet. Hogan stoppede ikke ved den teoretiske udvikling, men prøvede at forudsige, hvordan hans teori kan bekræftes ved hjælp af eksperiment: detektorer af tyngdekraftsbølger skulle registrere "støj" fra rum-tid. Og han sendte disse beregninger til GEO600-teamet.
Ved en tilfældighed (eller ikke så meget) forsøgte et team af forskere i Hannover bare at tackle den støj, som detektoren konstant registrerede. Overraskende svarede parametrene for denne støj til dem, der blev forudsagt af Hogan. Det vil være muligt at kontrollere, om støjen i detektoren virkelig er forårsaget af selve rumtiden, eller om årsagen er noget mere prosaisk, det vil være muligt først efter færdigindstillingen af udstyret, som skulle være afsluttet i 2011. I mellemtiden er støjen ikke gået nogen steder, og forskere har ingen forståelig forklaring - bortset fra det holografiske princip.
PS Hvis du var opmærksom, er gåder i store skalaer ofte forbundet med fænomenerne i de mindste skalaer - niveauet for elementære partikler. Om, hvad moderne elementær partikelfysik forsøger at finde ud af i den næste artikel.
Forfatter: Vladimir Kharitonov