Теоретические 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

ГЛАВА 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

II. 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

1.2. 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.

Новые 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

Глава 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

Актуальные проблемы – значит важные для данного времени. Когда-то актуальность проблем физики была совсем иной. Решались вопросы типа «почему ночью становится темно», «почему дует ветер» или «почему вода мокрая». Давайте посмотрим, над чем ломают головы ученые в наши дни.

Несмотря на то, что мы можем все полнее и подробнее объяснить окружающий мир, вопросов со временем становится все больше. Ученые устремляют мысли и приборы в глубины Вселенной и дебри атомов, находя там такие вещи, которые пока не поддаются объяснению.

Нерешенные проблемы физики

Часть актуальных и нерешенных вопросов современной физики носит чисто теоретический характер. Некоторые проблемы теоретической физики просто невозможно проверить экспериментально. Еще одна часть – это вопросы, связанные с экспериментами.

Например, эксперимент не согласуется с ранее разработанной теорией. Существуют также прикладные задачи. Пример: экологические проблемы физики, связанные с поиском новых источников энергии. Наконец, четвертая группа – чисто философские проблемы современной науки, ищущие ответ на «главный вопрос смысла жизни, Вселенной и всего такого».

Темная энергия и будущее Вселенной

Согласно сегодняшним представлениям Вселенная расширяется. Причем по данным анализа реликтового излучения и излучения сверхновых, расширяется с ускорением. Расширения происходит за счет темной энергии. Темная энергия – это неопределенный вид энергии, который был введен в модель Вселенной для объяснения ускоренного расширения. Темная энергия не взаимодействует с материей известными нам способами, и ее природа – большая загадка. Есть два представления о темной энергии:

• Согласно первому она заполняет Вселенную равномерно, то есть является космологической константой и имеет постоянную энергетическую плотность.
• Согласно второму динамическая плотность темной энергии меняется в пространстве и времени.

В зависимости от того, какое из представлений о темной энергии верно, можно предположить дальнейшую судьбу Вселенной. Если плотность темной энергии растет, то нас ждет Большой разрыв , в котором вся материя развалится.

Еще один вариант – Большое сжатие , когда гравитационные силы победят, расширение остановится и сменится сжатием. При таком сценарии все, что было во Вселенной, сначала коллапсирует в отдельные черные дыры, а потом схлопнется в одну общую сингулярность.

Множество неразрешенных вопросов связано с черными дырами и их излучением. Читайте отдельную об этих загадочных объектах.

Материя и антиматерия

Все, что мы наблюдаем вокруг себя – материя , состоящая из частиц. Антиматерия – это вещество, состоящее из античастиц. Античастица – это двойник частицы. Единственное отличие частицы и античастицы – это заряд. Например, заряд электрона – отрицательный, тогда как его двойник из мира античастиц – позитрон – имеет такой же по величине положительный заряд. Получить античастицы можно в ускорителях частиц, однако никто не встречал их в природе.

При взаимодействии (столкновении) материя и антиматерия аннигилируют, в результате образуются фотоны. Почему во Вселенной преобладает именно вещество – большой вопрос современной физики. Предполагается, что эта асимметрия возникла в первые доли секунды после Большого взрыва.

Ведь если бы вещества и антивещества было поровну, все частицы бы аннигилировали, оставив в результате только фотоны. Есть предположения, что дальние и совсем неизученные области Вселенной заполнены антивеществом. Но так ли это, еще предстоит выяснить, проведя огромную мозговую работу.

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на

Теория всего

Есть ли теория, которая может объяснить абсолютно все физические явления на элементарном уровне? Наверное, есть. Другой вопрос - можем ли мы до нее додуматься. Теория всего , или Теория Великого объединения – это теория, которая объясняет значения всех известных физических констант и объединяет 5 фундаментальных взаимодействий:

• сильное взаимодействие;
• слабое взаимодействие;
• электромагнитное взаимодействие;
• гравитационное взаимодействие;
• поле Хиггса.

Кстати, о том, что такое и почему он так важен, вы можете почитать в нашем блоге.

Среди множества предложенных теорий всего ни одна не прошла экспериментальную проверку. Одним из самых перспективных направлений в этом вопросе является объединение квантовой механики и общей теории относительности в теорию квантовой гравитации . Однако данные теории имеют разные области применения, и пока что все попытки их объединения приводят к расходимости, которую не удается убрать.

Сколько существует измерений?

Мы привыкли к трехмерному миру. Можем двигаться в известных нам трех измерениях вперед-назад, вверх и вниз, чувствуя себя комфортно. Однако существует M-теория , согласно которой есть аж 11 измерений, лишь 3 из которых доступны нам.

Представить это достаточно сложно, если не невозможно. Правда, для таких случаев существует математический аппарат, который помогает справиться с проблемой. Чтобы не взорвать мозг себе и вам, мы не будем приводить математические выкладки из М-теории. Лучше приведем цитату физика Стивена Хокинга:

Мы всего лишь развитые потомки обезьян на маленькой планете с ничем не примечательной звездой. Но у нас есть шансы постичь Вселенную. Это и делает нас особенными.

Что говорить о далеком космосе, когда знаем далеко не все о нашем родном доме. Например, до сих пор нет четкого объяснения происхождению и периодической инверсии его полюсов.

Загадок и задач очень много. Такие же нерешенные задачи есть и в химии, астрономии, биологии, математике, философии. Разгадывая одну тайну, мы получаем две взамен. В этом и есть радость познания. Напомним, что с любой задачей, какой бы она не была сложной, вам помогут справиться . Проблемы обучения физике, как и любой другой науке, решаются гораздо легче, чем фундаментальные научные вопросы.

За последние 200 лет наука смогла ответить на огромное количество вопросов, касающихся природы и законов, которым подчиняется человечество. Сегодня люди исследуют галактики и атомы, создают машины, решающие проблемы, которые человек не может решить своими силами. Однако есть еще довольно много вопросов, на которые ученые пока не могут дать ответов. Эти нерешенные проблемы современной науки заставляют ученых озадаченно чесать головы и прикладывать еще более колоссальные усилия к тому, чтобы как можно скорее найти ответы на волнующие их вопросы.

Всем известно открытие Ньютона о гравитации. После этого открытия мир существенно изменился. Исследования Альберта Эйнштейна, великого ученого-физика , позволили заново и более глубоко взглянуть на это явление. Благодаря теории гравитации Эйнштейна человечеству удалось понять даже явления, связанные с искривлением света. Однако ученым до сих пор не удалось понять работу субатомных частиц, принцип действия которых основан на законах квантовой механики.

Сегодня существует несколько теорий о квантовой гравитации, но до сих пор ни одну из них не удалось доказать экспериментально. Конечно, разгадка этой задачи вряд ли окажет значительное влияние на повседневную жизнь человека, но, возможно, она поможет разгадать тайны, связанные с черными дырами и путешествием во времени.

Расширение Вселенной

Несмотря на то, что в настоящее время ученым уже известно довольно много об общем устройстве Вселенной, существует еще огромное количество вопросов, связанных с её развитием, например, из чего создана Вселенная .

Сравнительно недавно ученые обнаружили, что наша Вселенная постоянно расширяется, причем скорость её расширения возрастает. Это натолкнуло их на мысль, что, возможно, расширение Вселенной будет бесконечным. В связи с этим возникает вопрос: что вызывает расширение Вселенной и почему скорость её расширения увеличивается?

Видео об одной из нерешенных проблем науки - расширении Вселенной

Турбулентность в жидкой среде

Наверное, каждый человек знает, что турбулентность - это внезапная тряска во время полёта. Однако в механике жидкостей это слово имеет совсем другое значение. Возникновение летной турбулентности объясняется встречей двух воздушных тел, которые движутся на различных скоростях. Но физикам пока довольно сложно объяснить явление турбулентности в жидкой среде. Математики также весьма озадачены этой проблемой.

Турбулентность в жидкой среде окружает человека повсюду. В качестве классического примера такой турбулентности можно привести пример вытекающей из крана воды, полностью распадающейся на хаотичные жидкие частицы, которые отличаются от общего потока. В природе турбулентность является очень распространённым явлением, она встречается в разных океанических и геофизических потоках.

Несмотря на огромное количество проведённых экспериментов, в результате которых были получены некоторые эмпирические данные, убедительная теория о том, чем же именно вызывается турбулентность в жидкостях, как она контролируется и каким образом возможно упорядочить этот хаос, пока не создана.

Под процессом старения понимается постепенное нарушение и потеря организмом важных функций, в том числе, и способности к регенерации и размножению. Когда организм стареет, он уже не может так хорошо приспосабливаться к условиям окружающей среды, он значительно хуже противостоит травмам и болезням.

• Наука, изучающая вопросы, связанные со старением организма, называется геронтологией.
• Использование термина «старение» возможно при описании процесса разрушения какой-либо неживой системы, к примеру, металла, а также при описании процесса старения человеческого организма. Также учеными до сих пор не найдены ответы на вопросы, почему стареют растения и какие именно факторы инициируют программу старения.

Первая попытка научного объяснения такого процесса как старение была сделана во второй половине 19 века Вейсманом. Он предположил, что старение - это свойство, возникшее в результате эволюции. Вейсман считал, что организмы, которые не стареют, не только не полезны, но и вредны. Их отмирание необходимо для того, чтобы освободить место для молодых.

В настоящее время многими учеными было выдвинуто достаточно много гипотез о том, что же вызывает старение организмов, однако, все теории пока пользуются ограниченным успехом.

Как выживают тихоходки?

Тихоходки представляют собой микроорганизмы, довольно распространённые в природе. Они заселяют все климатические зоны и все континенты, могут жить на любой высоте и в любых условиях. Их чрезвычайные способности к выживанию не дают покоя многим ученым. Любопытно, что этим первым живым организмам удаётся выживать даже в опасном космическом вакууме. Так, несколько тихоходок были взяты на орбиту, где их подвергали воздействию различным видам космической радиации, однако к концу эксперимента практически все они остались невредимыми.

Этим организмам не страшна температура кипения воды, они выживают при температуре, несколько выше абсолютного ноля. Тихоходки нормально чувствуют себя на глубине 11 километров, в Марианской впадине, спокойно перенося её давление.

Тихоходки отличаются невероятными способностями к ангидробиозу, то есть, высушиванию. В этом состоянии наблюдается чрезвычайное замедление их метаболической активности. После высушивания это существо практически останавливает свою метаболическую активность, а после получения доступа к воде происходит восстановление его исходного состояния, и тихоходка продолжает жить, как ни в чем не бывало.

Изучение этого существа обещает получить интересные результаты. В случае воплощения крионики в жизнь, их применения станут невероятными. Так, ученые утверждают, что, разгадав тайну живучести тихоходки, они смогут создать скафандр, в котором можно будет осваивать другие планеты, а хранение лекарств и таблеток станет возможным при комнатной температуре.

Астрономия, физика, биология, геология - это те направления, в которых ведут работу многие ученые. Благодаря их открытиям появляются новые невероятные теории, которые еще несколько десятилетий назад казались фантастикой и, которые, возможно позволят очень скоро разгадать некоторые нерешенные до настоящего времени проблемы науки.

Какие из нерешенных проблем науки интересны Вам больше всего? Расскажите об этом в

Проблемы 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 и не волна. Свет оказывается сложнее того образа, что рисуют эти упрощенные представления.

Каковы условия внутри черных дыр?

Черные дыры, рассматриваемые в гл. 1 и 6, обычно представляют собой сжимающиеся ядра больших звезд, переживших взрыв в виде сверхновой. У них такая огромная плотность, что даже свет не в состоянии покинуть их недра. Ввиду огромного внутреннего сжатия черных дыр к ним неприменимы обычные законы физики. А поскольку ничто не может покинуть черных дыр, недоступно и проведение каких-либо опытов для проверки тех или иных теорий.

Сколько измерений присуще Вселенной и можно ли создать «теорию всего сущего»?

Как говорилось в гл. 2, пытающиеся потеснить стандартную модель теории, возможно, в итоге прояснят число измерений, а также преподнесут нам «теорию всего сущего». Но пусть вас не вводит в заблуждение название. Если «теория всего сущего» и даст ключ к пониманию природы элементарных частиц, внушительный список нерешенных проблем - залог того, что подобная теория оставит без ответа еще много важных вопросов. Подобно слухам о смерти Марка Твена, слухи о кончине науки с приходом «теории всего сущего» слишком преувеличены.

Возможно ли путешествие во времени?

Теоретически общая теория относительности Эйнштейна допускает такое путешествие. Однако нужное при этом воздействие на черные дыры и их теоретических собратьев, «кротовые норы», потребует огромных затрат энергии, значительно превосходящих наши нынешние технические возможности. Толковое описание путешествия во времени дается в книгах Митио Каку Гиперпространство (1994) и Образы (1997) и на сайтеhttp://mkaku. org

Удастся ли обнаружить гравитационные волны?

Некоторые обсерватории заняты поиском свидетельств существования гравитационных волн. Если такие волны удастся найти, данные колебания самой пространственно-временной структуры будут указывать на происходящие во Вселенной катаклизмы вроде взрыва сверхновых, столкновений черных дыр, а возможно, еще неведомых событий. За подробностями обращайтесь к статье У. Уэйта Гиббса «Пространственно-временная рябь».

Каково время жизни протона?

Некоторые теории, не укладывающиеся в рамки стандартной модели (см. гл. 2), предсказывают распад протона, и для обнаружения такого распада было сооружено несколько детекторов. Хотя самого распада пока не наблюдалось, нижняя граница периода полураспада у протона оценивается величиной 10 32 лет (значительно превышающей возраст Вселенной). С появлением более чувствительных датчиков, возможно, удастся обнаружить распад протона или же придется отодвинуть нижнюю границу периода его полураспада.

Возможны ли сверхпроводники при высокой температуре?

Сверхпроводимость появляется при падении у металла электрического сопротивления до нуля. В таких условиях установившийся в проводнике электрический ток течет без потерь, которые свойственны обычному току при прохождении в проводниках вроде медного провода. Явление сверхпроводимости впервые наблюдалось при крайне низкой температуре (чуть выше абсолютного нуля, - 273 °C). В 1986 году ученым удалось сделать сверхпроводящими материалы при температуре кипения жидкого азота (-196 °C), что уже допускало создание промышленных изделий. Механизм данного явления понят еще не до конца, но исследователи пытаются добиться сверхпроводимости при комнатной температуре, что позволит уменьшить потери электроэнергии.