19. sajandi lõpus tundus, et üldiselt oli looduse struktuuri ja seadustega kõik juba selge. Jäi tegeleda väikeste detailide ja tüütute probleemidega, näiteks mingil põhjusel avatud elektroniga ja väikeste lahknevustega Merkuuri tegelike ja arvutatud orbiitide vahel. Keegi ei kujutanud ette, et saabub teadusrevolutsioon ning ilmnevad relatiivsusteooria, kvantmehaanika ja aatomifüüsika. 21. sajandi alguses näib ajalugu korduvat.
Viimase 10 aasta jooksul on teadus juba kogunud piisava arvu mõistatusi, mille lahendus võib viia järjekordse teadusrevolutsioonini. Astronoomia, füüsika ja maateaduste avastatud nähtused, aga ka mõned, mida pole veel leitud (näiteks monopool), ei mahu looduse moodsatesse ideedesse, mis juhul, kui nad olemasolevate teooriate raames ei leia vastuvõetavat seletust, vajavad nad nende teooriate muutused.
“Chaskor” otsustas alustada seitsme nähtuse valimisega, mille seletuse otsimine võib universumi teadustele - astrofüüsika ja kosmoloogia - saatuslikuks saada.
1. Kurjuse telg
Möödunud sajandi keskel soovitasid kosmoloogid (üks esimesi, kes selle idee välja pakkus Georgy Gamow), et pärast meie Universumis sünnitanud Suurt Pauku peaks jääma nõrk jääkkiirgus. Just tema avastasid 1965. aastal Ameerika teadlased Penzias ja Wilson (ja selle eest said nad 1978. aastal Nobeli füüsikapreemia). Ja üldiselt polnud selle reliikvia kiirgusega mingeid erilisi probleeme, kuni instrumentide täpsus jõudis teatud künniseni, mille ületamise järel avastasid Briti astrofüüsikud 2005. aastal hämmastava nähtuse. CMB jaotuse muster, selle asemel, et eeldada juhuslikku jaotust pisut rohkem ja pisut vähem "kuumade" piirkondade vahel, mis on hajutatud suvalises järjekorras üle Universumi, osutus tellituks kindlas suunas. See pilt sai kõlava hüüdnime "kurjuse telg", kuigi muidugikui see tekitas midagi vaeva, oli see ainult ruumi isotroopia aluspõhimõte või lihtsamalt öeldes idee, et Universum on sisuliselt sama, ükskõik millises suunas te seda vaatate. Kui kosmilisel kiirgusel on teatav orientatsioon, siis tuleb selle põhimõtte kohaselt vabaneda ideedest universumi ajaloo kohta, mis kaasaegsel kosmoloogial on.
Võib-olla pole see kõik nii hull. Võimalik, et mõni galaktikate klaster, mis pole meist väga kaugel, segab kiirguse homogeensust. Lõpuks võime senist universumit jälgida ainult Päikesesüsteemi läheduses, see tähendab meie enda galaktika seest. Võib-olla annavad andmed, mida astrofüüsikud saavad 2012. aasta lõpuks NASA käivitatud satelliidi Plancki instrumentidelt, taustakiirguse pildi selgemaks.
Reklaamvideo:
2. Galaktilised mullid
Isegi meie galaktikas on palju huvitavat ja arusaamatut. NASA teise satelliidi Fermi viimased andmed on astronoome põhjalikult hämmingus olnud. Röntgenteleskoop on avastanud kaks hiiglaslikku (ei, mitte nii - GIANT) sfäärilist moodustist, mis asub meie galaktika keskpunkti lähedal. Nende läbimõõt on umbes 25 tuhat valgusaastat, see tähendab, et nende kaks läbimõõtu on umbes pooled või kolmandik Linnutee läbimõõdust. Mõlemad "mullid" kiirgavad aktiivselt kõva gammakiirgust. Kui me näeksime selles vahemikus, hõivaksid “mullid” poole taevast. Kõigi "mullide" kiirgusenergia on ligikaudu võrdne 100 tuhande supernoova plahvatusega korraga.
Kust need "mullid" pärinevad, ei saa astrofüüsikud öelda, eeldades seni ettevaatlikult, et need tekkisid galaktika keskel asuva tohutu musta augu ülivõimsate emissioonide tagajärjel. Tõsi, astronoomid pole kunagi varem midagi sellist näinud. Ja ette kujutada, milline kataklüsm võib nii erksad tagajärjed endast maha jätta, ei suuda nad seda ikkagi.
3. Tume oja
Kui me suudaksime omaenda galaktikas tuvastada mõnda imelikku mulli, siis mida võime oodata nendelt Universumi kohtadelt, mida me veel ei näe ja järgmise mitme miljardi aasta jooksul ka ei näe - lihtsalt sellepärast, et nad asuvad meist liiga kaugel. Kui tugineme samale isotroopia põhimõttele, siis ei paista oodata midagi liiga üllatavat. Kuid sa pead seda tegema.
2008. aastal töötas NASA teaduskeskuses töötav teadlaste rühm Alexander Kashlinsky juhtimisel. Goddard avastas, et mitmed galaktikaparved liiguvad ebatavaliselt suure kiirusega (umbes 1000 km / s) tähistaeva väikese ala suunas Centauruse ja Paruse tähtkujude vahel. See galaktiline voog Kashlinsky nimetas "tumedaks" salapärase tumeaine ja tumeda energia auks.
Selle liikumise juures on ebatavaline see, et märgitud kosmosepiirkonnas pole midagi, mis võiks neid hiiglaslikke tähtede rühmi meelitada. Või pole nähtav. Võimalik, et see, mis neid köidab, asub nähtava universumi silmapiirist kaugemal. Aga mis? Ilmselt midagi väga suurt. Ainus probleem on see, et see "midagi väga suurt" peab olema VÄGA SUUR. Nii suur, et see peaks mõõtmete järgi ületama kõike seda, mida kaasaegne astronoomia on seni kosmoses märganud.
Kuid isegi kui pole veel teada, mis see on, on kosmoloogial juba probleem. Kui selline kosmiline Leviathan eksisteerib kuskil seal, siis peavad sellised Leviathanid kusagil mujal kokku puutuma. Aga ma ei näe neid.
Isegi kahtlustati, et võib-olla pole see uskumatu asi meie universumist üldse pärit. Võib-olla on see kinnitus ühele alternatiivsele kosmoloogilisele teooriale, mille kohaselt pole meie Universum sugugi üksi, vaid selle kõrval (kuigi pole täpselt selge, mis mõttes - selle kõrval) on ka teisi ja mingi naaber meelitab tuhandeid metagalaksia?
4. Muutuv konstant
Ilmselt ei tea me tegelikult midagi looduse kohta. Kaudne kinnitus selle kohta, et universum ei ole ühtlaselt järjestatud, on Austraalia astrofüüsikute viimased andmed, kes tulid ideega võrrelda spektrianalüüsi andmeid, mis on saadud kosmose erinevaid piirkondi vaatlevate teleskoopide abil. Kui nende arvutused on õiged (ja esimesest avaldamisest möödunud 10 aasta jooksul pole keegi suutnud oma järeldusi ümber lükata), siis pole ühte fundamentaalsetest füüsikalistest konstantidest - peene struktuuriga konstanti, mis vastutab mateeria interaktsiooni kolme peamise tüübi vahel (elektrilöök) - üldse mitte on konstantne ja elektrilaengu suhe valguse kiirusesse muutub sõltuvalt kohast universumis. Veelgi enam, konstandi muutuste "telje" asukoha kaart näitab umbes sama suunda kui Kashlinsky "pimedas ojas" olevad metagalaksioonid.
Astrofüüsikud nõuavad juba austraallaste arvutuste täpsustamist ja füüsikud on nördinud, sest konstantide varieeruvusega nõustumine on nagu sundimine moodsat füüsikat uuesti leiutama. Ja samal ajal tunnistama, et inimkond ilmus tõesti universumi mingisse imelikku kohta (või mõnesse imelikku universumisse), kus olid selleks kõige sobivamad tingimused.
5. Asümmeetriline raskusaste
Konstantide anomaaliate jaoks pole siiski vaja ka maailma lõppu rännata (siiski pole kõik valgusega selge, aga lähemalt allpool). Mitu aastat tagasi juhtisid sama Ameerika NASA töötajad tähelepanu tõsiasjale, et nende kosmoselaev ei lennanud päikesesüsteemis täpselt plaanipäraselt.
Insenerid, kes plaanivad kosmoselaevade laskmist kaugetele planeetidele, on juba ammu mõistnud, et nende mootorite töötamisel on võimalik aidata, kui nad kasutavad ära läheduses asuvate planeetide või Päikese ligitõmbavust: lennates neist mööda õiget trajektoori, võib see anda kosmoselaevale täiendava kiirenduse ja vähendada oluliselt kosmoseekspeditsioonide kestust ning säästa kütust.
Kuid arvutatud ja tegelike trajektooride täpne võrdlus näitas, et sõidukid võivad vastu võtta planeerimata kiirenduse. 1990. aasta detsembris kasutas kosmoselaev Galileo enne Jupiterisse minekut Maa enda kiirendamiseks. Ja selle tulemusel sai ta graafikus ettenähtamatu lisakiirenduse, mis oli 3,9 mm / s. Teine seade, mis 1998. aastal saadeti kingsepa komeedile, sai veelgi suurema kiirenduse - 13,5 mm / s.
Need kõrvalekalded on väikesed ja õnneks ei mõjutanud ekspeditsioonide tulemusi, kuid teadlased ei suuda neid ikkagi vähemalt tavalise füüsika seisukohast selgitada. Alternatiivsetest selgitustest aga piisab - alates gravitatsioonivälja võimalikust asümmeetriast ja tumeaine mõjust kuni vajadusele muuta relatiivsusteooriat või isegi muuta vaatepunkti valguse kiiruse püsivuse osas.
6. Aeglane valgus
2005. aastal juhtisid astronoomid, kes töötasid röntgenteleskoobiga MAGIC Kanaari saarte observatooriumis ja vaatasid röntgenkiirte purunemist Markarian 501 galaktika keskusest, mis asub 500 miljoni valgusaasta kaugusel, tähelepanu arusaamatule anomaaliale. Suure energiaga gammakvandid tuvastasid teleskoop 4 minutit hiljem kui madalama energia kvandid. Sel juhul ilmusid need footonid samaaegselt.
Kui järgime relatiivsusteooria eriteooriat, siis see ei saa olla. Kuna elektromagnetiline kiirgus peab levima vaakumis sama kiirusega - valguse kiirusega. Sõltumata selle kiirguse energiast. Kui uskuda vaatluste tulemusi, pole valguse kiirus üldse konstant ja sõltub valguse footonite energiast.
Maalt tehtud vaatlused kinnitasid ka andmeid Fermi röntgenteleskoobist, mis registreeris 20-minutilise lagri kõva gammakiirguse, mis eraldus samaaegselt madalama energiaga footonitega mingi kosmilise kataklüsmi tagajärjel, mis toimus 12 miljardi valgusaasta kaugusel.
Kõige rohkem rõõmustasid neid tulemusi kvantgravitatsiooni teooria arendajad, mis erinevalt Einsteini üldisest relatiivsusteooriast näevad ette sellised nihked. Kuid võib-olla jällegi polnud see ilma tumeda energiata. Või ilma holograafiata.
7. Gravitatsiooniline müra
Relatiivsusteooria üldise teooria (see on ka tänapäevane gravitatsiooniteooria) üks tagajärgi on gravitatsioonilainete olemasolu, mis peaksid näiteks ruumi-aja kontinuumi painduma mõne suure (okei, VÄGA SUUR) kosmoseobjekti, näiteks massiivse musta, kokkupõrke tagajärjel. augud.
Seni pole aga keegi neid laineid registreerinud. Võib-olla see lihtsalt ebaõnnestus: lõppude lõpuks peavad nende lainete detektorid olema lihtsalt väga suured. Üks neist detektoritest - GEO600 - ehitati mitu aastat tagasi Hannoveri lähedal Suurbritannia ja Saksamaa teadlaste ühiskatseteks. Ka see detektor ei ole veel gravitatsioonilaineid tuvastanud. Kuid on võimalik, et ta sai kogemata tõendi teise gravitatsiooniteooria kohta.
Aastal 2008 füüsik Craig Hogan rahvuslikust laborist. Fermi (USA) sõnastas kontseptsiooni, et meie füüsiline reaalsus on universumi piiride projektsiooni tulemus. Ta nimetas seda holograafiliseks põhimõtteks. Universumi piiridele keskenduv teave ei jaotu pidevalt selle vahel, vaid koosneb "bittidest", mille suurused vastavad kosmose nn. Hogan ei peatunud teoreetiliste arengute kallal, vaid püüdis ennustada, kuidas tema teooriat saab eksperimendiga kinnitada: gravitatsiooniliste lainete detektorid peaksid registreerima kosmoseaja "müra". Ja ta saatis need arvutused GEO600 meeskonnale.
Juhuslikult (või mitte nii palju) püüdis Hannoveri teadlaste meeskond lihtsalt tegeleda müraga, mida detektor pidevalt salvestas. Üllataval kombel vastasid selle müra parameetrid Hogani ennustatud parameetritele. On võimalik kontrollida, kas detektori müra põhjustab tõesti aeg-aeg ise või on selle põhjus mõnevõrra proosalisem, see on võimalik alles pärast seadmete täpsustamist, mis peaks valmima 2011. aastal. Vahepeal pole müra kuskile jõudnud ja teadlastel pole arusaadavat seletust - peale holograafilise põhimõtte.
PS Kui pöörasite tähelepanu, seostatakse suurte skaalade mõistatusi sageli väikseimate skaalade nähtustega - elementaarosakeste tasemega. Selle kohta, mida tänapäevane elementaarosakeste füüsika proovib järgmises artiklis välja mõelda.
Autor: Vladimir Kharitonov
