Нерешенные проблемы физики есть ли бог. Проблемы физики

Физика

Перевод

Наша Стандартная модель элементарных частиц и взаимодействий не так давно стала настолько полной, насколько вообще можно было желать. Все до единой элементарные частицы – во всех их возможных видах – создали в лаборатории, измерили, и для всех определили свойства. Дольше всех державшиеся верхний кварк, антикварк, тау-нейтрино и антинейтрино, и, наконец, бозон Хиггса, пали жертвами наших возможностей.

А последняя – бозон Хиггса – ещё и решила старую задачу физики: наконец, мы можем продемонстрировать, откуда элементарные частицы берут свою массу!

Это всё круто, но наука-то не заканчивается в момент окончания решения этой загадки. Наоборот, она поднимает важные вопросы, и один из них, это «а что дальше?». Насчёт Стандартной модели можно сказать, что мы ещё не всё знаем. И для большинства физиков один из вопросов особенно важен – для его описания давайте сначала рассмотрим следующее свойство Стандартной модели.

С одной стороны, слабое, электромагнитное и сильное взаимодействие могут быть очень важны, в зависимости от их энергий и расстояний, на которых происходит взаимодействие. Но с гравитацией всё не так.

Мы можем взять две любых элементарных частицы – любой массы и подверженной любым взаимодействиям – и обнаружить, что гравитация на 40 порядков слабее, чем любая другая сила во Вселенной. Это значит, что сила гравитации в 10 40 раз слабее трёх оставшихся сил. К примеру, хотя они и не фундаментальные, но если вы возьмёте два протона и разнесёте их на метр, электромагнитное отталкивание между ними будет в 10 40 раз сильнее, чем гравитационное притяжение. Или, иными словами, нам нужно увеличить силу гравитации в 10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 раз, чтобы сравнять её с любой другой из сил.

При этом нельзя просто увеличить массу протона в 10 20 раз, чтобы гравитация стянула их вместе, преодолевая электромагнитную силу.

Вместо этого для того, чтобы реакции вроде той, что проиллюстрирована выше, происходили спонтанно, когда протоны преодолевают их электромагнитное отталкивание, вам нужно собрать вместе 10 56 протонов. Только собравшись вместе и поддавшись силе гравитации, они смогут преодолеть электромагнетизм. Оказывается, что 10 56 протонов как раз составят минимальную возможную массу звезды.

Это описание того, как работает Вселенная – но почему она такая, мы не знаем. Почему гравитация настолько слабее остальных взаимодействий? Почему «гравитационный заряд» (т.е. масса) настолько слабее электрического или цветового, или даже слабого?

Вот в этом и состоит проблема иерархии, и она, по многим причинам, служит величайшей нерешённой проблемой физики. Ответ нам неизвестен, но нельзя сказать, что мы находимся в полном неведении. Теоретически у нас есть несколько хороших идей по поводу поиска решения, и инструмент для поиска доказательств их правильности.

Пока что Большой адронный коллайдер – самый высокоэнергетический из коллайдеров – достигал беспрецедентных уровней энергии в лабораторных условиях, собирал кучу данных и воссоздавал происходящее в точках столкновения. Сюда входят и создание новых, доселе невиданных частиц (таких, как бозон Хиггса), и появление старых, всем известных частиц Стандартной модели (кварки, лептоны, калибровочные бозоны). Также он способен, в случае их существования, произвести любые другие частицы, не входящие в Стандартную модель.

Существует четыре возможных способа, известных мне – то есть, четыре хороших идеи – решения проблемы иерархии. Хорошие новости в том, что если природа выбрала какой-то один из них, то БАК его найдёт! (А если нет, поиски продолжатся).

Кроме бозона Хиггса, найденного несколько лет назад, никаких новых фундаментальных частиц на БАК не нашли. (Более того, вообще не наблюдается никаких интригующих новых кандидатов в частицы). И ещё, найденная частица полностью соответствовала описанию Стандартной модели; никаких статистически важных намёков на новую физику замечено не было. Ни на композитные бозоны Хиггса, ни на множественные хиггсовские частицы, ни на нестандартные распады, ничего такого.

Но теперь мы начали получать данные от ещё более высоких энергий, в два раза больше предыдущих, до 13-14 ТэВ, чтобы найти что-нибудь ещё. И какие же в данном ключе есть возможные и разумные решения проблемы иерархии?

1) Суперсимметрия, или SUSY. Суперсимметрия – особая симметрия, способная заставить нормальные массы любых частиц, достаточно крупных для того, чтобы гравитация была сравнима с другими воздействиями, взаимно уничтожиться с большой степенью точности. Эта симметрия также предполагает, что у каждой частицы в стандартной модели есть суперчастица-партнёр, и что существует пять частиц Хиггса и пять их суперпартнёров. Если такая симметрия существует, она, должно быть, нарушена, или у суперпартнёров были бы такие же массы, как у обычных частиц, и их бы уже давно нашли.

Если SUSY существует на подходящем для решения проблемы иерархии масштабе, то БАК, дойдя до энергий в 14 ТэВ, должен найти хотя бы одного суперпартнёра, а также вторую частицу Хиггса. Иначе существование очень тяжёлых суперпартнёров само по себе приведёт ещё к одной проблеме иерархии, у которой не будет хорошего решения. (Что интересно, отсутствие SUSY-частиц на всех энергиях опровергнет теорию струн, поскольку суперсимметрия – это необходимое условие для теорий струн, содержащих стандартную модель элементарных частиц).

Вот вам первое возможное решение проблемы иерархии, у которого в настоящий момент нет никаких доказательств.

Имеется возможность создать крохотные сверхохлаждённые кронштейны, наполненные пьезоэлектрическими кристаллами (вырабатывающими электроэнергию при деформации), с расстояниями между ними . Эта технология позволяет нам наложить на «большие» измерения ограничения в 5-10 микрон. Иначе говоря, гравитация работает согласно предсказаниям ОТО на масштабах гораздо меньших миллиметра. Так что если и существуют большие дополнительные измерения, они находятся на уровнях энергий, недоступных для БАК, и что более важно, не решают проблему иерархии.

Конечно, для проблемы иерархии может найтись совершенно другое решение , которое на современных коллайдерах не найти, или решения ей вообще нет; это просто может быть свойство природы безо всякого объяснения для него. Но наука не будет продвигаться без попыток, и именно это пытаются делать эти идеи и поиски: продвигать наши знания о Вселенной вперёд. И, как всегда, с началом второго запуска БАК я с нетерпением ожидаю того, что там может появиться, кроме уже открытого бозона Хиггса!

Теги:

гравитация
фундаментальные взаимодействия
бак

Добавить метки

Где сможете, помимо прочего, присоединиться к проекту и принять участие в его обсуждении .

Список Эта страница по шкале оценок статей Проекта:Физика имеет уровень «список» .

Высокая

Важность этой страницы для проекта Физика : высокая

27-30 марта 2011 года сведения из статьи «Нерешённые проблемы современной физики » появлялись на заглавной странице в колонке «Знаете ли вы ». В колонке был представлен текст: «Есть мнение, что количество нерешённых проблем современной физики за последние десятилетия сократилось на четыре пункта» .
С полным выпуском колонки можно ознакомиться в архиве рубрики «Знаете ли вы» .

Статья является переводом соответствующей английской версии. Лев Дубовой 09:51, 10 марта 2011 (UTC)

Эффект «Пионера» [ править код ]

Нашли объяснение эффекту Пионера . Стоит убрать теперь его из списка? Русские идут! 20:55, 28 августа 2012 (UTC)

Объяснений эффекту есть много, ни одно из них не является на данный момент общепризнанным. Имхо пусть повисит пока:) Evatutin 19:35, 13 сентября 2012 (UTC) Да, но, как я понял, это первое объяснение, которое согласуется с наблюдаемым отклонением в скорости. Хотя я согласен, что надо подождать. Русские идут! 05:26, 14 сентября 2012 (UTC)

физика элементарных частиц [ править код ]

Поколения материи:

Зачем нужны три поколения частиц, до конца всё-таки неясно. Не ясна иерархия констант связей и масс этих частиц. Не ясно, есть ли еще другие поколения, кроме этих трёх. Неизвестно, существуют ли другие частицы, о которых мы не знаем. Не ясно, почему бозон Хиггса, только что открытый на Большом Адроном Коллайдере, такой легкий. Есть и другие важные вопросы, на которые Стандартная Модель не дает ответа.

Частица Хиггса [ править код ]

Частицу Хиггса тоже уже нашли. --195.248.94.136 10:51, 6 сентября 2012 (UTC)

Пока физики осторожничают с выводами, возможно он не один там, исследуются разные каналы распада - имхо пусть пока повисит... Evatutin 19:33, 13 сентября 2012 (UTC) Только решённые проблемы, бывшие в списке, перемещаются в раздел Нерешённые проблемы современной физики#Проблемы, решённые за последние десятилетия .--Arbnos 10:26, 1 декабря 2012 (UTC)

Масса нейтрино [ править код ]

Известно давно. Но ведь раздел и называется Проблемы, решённые за последние десятилетия - кажется, что была проблема решена не так давно, после находящихся в списке порталов.--Arbnos 14:15, 2 июля 2013 (UTC)

Проблема горизонта [ править код ]

Это ты называешь "одинаковая температура": http://img818.imageshack.us/img818/1583/img606x341spaceplanck21.jpg ??? Это тоже самое что сказать "Проблема 2+2=5". Это вовсе не проблема, так как это неверное утверждение в корне.

Думаю будет полезен новый ролик "Space" : http://video.euronews.com/flv/mag/130311_SESU_121A0_R.flv

Что самое интересное, что WMAP показывал точно такой же снимок еще 10 лет назад. У кого дальтонизм, поднимите руку.

Законы аэрогидродинамики [ править код ]

Предлагаю добавить ещё одну нерешённую проблему в список - причём даже относящуюся к классической механике, которая обычно считается совершенно изученной и простой. Проблема резкого несоответствия теоретических законов аэрогидродинамики экспериментальным данным. Результаты моделирования, выполняемого по уравнениям Эйлера, не соответствует результатам, получаемым в аэродинамических трубах. В итоге в аэрогидродинамике сейчас вообще нет рабочих систем уравнений, по которым можно было бы делать аэродинамические расчёты. Есть ряд эмпирических уравнений, которые неплохо описывают эксперименты лишь в узких рамках ряда условий и нет возможности делать расчёты в общем случае.

Ситуация даже абсурдная - в XXI веке все разработки по аэродинамике ведутся через испытания в аэродинамических трубах, в то время как во всех остальных областях техники давно обходятся лишь точными расчётами, не перепроверяя их потом экспериментально. 62.165.40.146 10:28, 4 сентября 2013 (UTC) Валеев Рустам

Не надо, задач, для которых не хватает вычислительных мощностей, хватает и в других областях, в термодинамике, например. Принципиальных сложностей нет, просто модели чрезвычайно сложны. --Renju player 15:28, 1 ноября 2013 (UTC)

Несуразицы [ править код ]

ПЕРВАЯ

Является ли пространство-время принципиально непрерывным или дискретным?

Очень плохо сформулирован вопрос. Пространство-время либо непрерывное, либо дискретное. Пока ответить на этот вопрос современная физика не может. В этом и состоит проблема. Но в данной формулировке спрашивается совершенно другое: тут оба варианта берутся как единое целое «непрерывным или дискретным » и спрашивается: «Является ли пространство-время принципиально непрерывным или дискретным ?». Ответ - да, пространство-время является непрерывным или дискретным. И у меня возникает вопрос, а зачем было такое спрашивать? Нельзя так формулировать вопрос. Видимо, автор плохо пересказал Гинзбурга. И что имеется ввиду под «принципиально »? >> Kron7 10:16, 10 сентября 2013 (UTC)

Можно переформулировать как "Является ли пространство непрерывным или оно дискретно?". Такая формулировка вроде бы исключает приведённый Вами смысл вопроса. Dair T"arg 15:45, 10 сентября 2013 (UTC) Да, это совсем другое дело. Поправил. >> Kron7 07:18, 11 сентября 2013 (UTC)

Да, пространство-время является дискретным, так как непрерывным может быть только абсолютно пустое пространство, а пространство-время далеко не является пустым

;ВТОРАЯ

Отношение инерциальная масса/гравитационная масса для элементарных частиц В соответствии с принципом эквивалентности общей теории относительности, отношение инертной массы к гравитационной для всех элементарных частиц равно единице. Однако, экспериментального подтверждения этого закона для многих частиц не существует.
В частности, мы не знаем, каков будет вес макроскопического куска антивещества известной массы .

Как понимать это предложение? >> Kron7 14:19, 10 сентября 2013 (UTC)

Вес, как известно, это сила, с которой тело действует на опору или подвес. Масса измеряется в килограммах, вес в ньютонах. В невесомости тело массой в один килограмм будет иметь нулевой вес. Вопрос о том, каков будет вес куска антивещества заданной массы, таким образом, не является тавтологией. --Renju player 11:42, 21 ноября 2013 (UTC)

Ну что там непонятного? И надо снять вопрос: чем отличается пространство от времени? Яков176.49.146.171 19:59, 23 ноября 2013 (UTC)И надо убрать вопрос о машине времени: это антинаучная ахинея. Яков176.49.75.100 21:47, 24 ноября 2013 (UTC)

Гидродинамика [ править код ]

Гидродинамика - один из разделов современной физики, наряду с механикой, теорией поля, квантовой механикой и др. Кстати, методы гидродинамики активно используются и в космологии, при изучении проблем мироздания, (Ryabina 14:43, 2 ноября 2013 (UTC))

Вы, возможно, путаете сложность вычислительных задач с принципиально нерешенными проблемами. Так, задача N тел до сих пор не решена аналитически, в ряде случаев представляет существенные сложности при приближённом численном решении, но никаких принципиальных загадок и тайн мироздания не содержит. В гидродинамике нет сложностей принципиальных, есть только вычислительные и модельные, зато в изобилии. В общем, давайте аккуратнее разделять тёплое и мягкое. --Renju player 07:19, 5 ноября 2013 (UTC)

Вычислительные проблемы относятся к нерешённым вопросам математики, а не физики. Яков176.49.185.224 07:08, 9 ноября 2013 (UTC)

Минус-вещесво [ править код ]

К теоретическим вопросам физики я бы добавил гипотезу о минус-веществе. Гипотеза эта чисто математическая : масса может иметь отрицательное значение. Как всякая чисто математическая гипотеза она логически непротиворечива. Но, если взять философию физики, то в этой гипотезе содержиться замаскированный отказ от детерминированности. Хотя, возможно, есть ещё неоткрытые законы физики, описывающие минус-вещество. --Яков 176.49.185.224 07:08, 9 ноября 2013 (UTC)

Шо цэ такэ? (откуда взяли?) --Tpyvvikky ..у математиков и время может быть отрицательным.. и шо теперь

Сверхпроводимость [ править код ]

Какие проблемы с БКШ , что в статье написано про отсутствие «полностью удовлетворительной микроскопической теории сверхпроводимости»? Ссылка при этом на учебник 1963 года издания, чуть-чуть устаревший источник для статьи о современных проблемах физики. Я пока этот пассаж убираю. --Renju player 08:06, 21 августа 2014 (UTC)

Холодный ядерный синтез [ править код ]

"Каково объяснение спорных докладов об избыточном тепле, излучении и трансмутациях?" Объяснение в том, они недостоверны/неверны/ошибочны. Во всяком случае, по стандартам современной науки. Ссылки мёртвые. Удалено. 95.106.188.102 09:59, 30 октября 2014 (UTC)

Копия [ править код ]

Копия статьи http://ensiklopedia.ru/wiki/%D0%9D%D0%B5%D1%80%D0%B5%D1%88%D1%91%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B1%D0%BB%D0%B5%D0%BC%D1%8B_%D1%81%D0%BE%D0%B2%D1%80%D0%B5%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D0%B9_%D1%84%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D0%BA%D0%B8 .--Arbnos 00:06, 8 ноября 2015 (UTC)

Абсолютное время [ править код ]

Согласно СТО нет никакого абсолютного времени, поэтому вопрос о возрасте Вселенной (да и о будущем Вселенной) не имеет смысла. 37.215.42.23 00:24, 19 марта 2016 (UTC)

Боюсь, вы не в теме. Soshenkov (обс.) 23:45, 16 марта 2017 (UTC)

Гамильтонов формализм и дифференциальная парадигма Ньютона [ править код ]

1. Является ли самой фундаментальной проблемой физики тот удивительный факт, что (до сих пор) все фундаментальные теории выражаются через гамильтонов формализм?

2. Является ли ещё более удивительным и совершенно необъяснимым фактом зашифрованная во второй анаграмме гипотеза Ньютона о том, что законы природы выражаются через дифференцитальные уравнения ? Является ли эта гипотеза исчерпывающей или она допускает иные математические обобщения?

3. Проблема биологической эволюции - следствие фундаментальных физических законов, или это самостоятельный феномен? Не является ли феномен биологической эволюции прямым следствием дифференциальной гипотезы Ньютона? Soshenkov (обс.) 23:43, 16 марта 2017 (UTC)

Пространство, время и масса [ править код ]

Что такое "пространство" и "время"? Каким образом массивные тела "искривляют" пространство и влияют на время? Каким образом "искривлённое" пространство взимодействует с телами, вызывая всемирное тяготение, и фотонами, изменяя их траекторию? И при чём тут энтропия? (Пояснение. ОТО даёт формулы, по которым можно, например, рассчитать релятивистские поправки для часов глобальной навигационной спутниковой системы, но она даже не ставит перечисленные вопросы. Если рассматривать аналогию с термодинамикой газа, то ОТО соответствует уровню термодинамики газа на уровне макроскопических параметров (давление, плотность, температура), а тут нужен аналог на уровне молекулярно-кинетической теории газа. Может, гипотетические теории квантовой гравитации объяснят искомое...) P36M AKrigel /обс 17:36, 31 декабря 2018 (UTC) Интересно узнать причины и увидеть ссылку на дискуссию. Я поэтому здесь и спросил, известная нерешённая проблема, в обществе более известная, чем большинство из статьи (по моему субъективному мнению). Даже детям о ней рассказывают в образовательных целях: в Москве в «Экспериментариуме» отдельный стенд с этим эффектом. Несогласные, отзовитесь, пожалуйста. Jukier (обс.) 06:33, 1 января 2019 (UTC)

- Тут всё просто. "Серьёзные" научные журналы опасаются публиковать материалы по спорным и неясным вопросам, чтобы не потерять свою репутацию. Статьи в прочих изданиях никто не читает и опубликованные в них результаты ни на что не влияют. Полемика публикуется вообще в исключительных случаях. Авторы учебников стараются избегать писать о том, чего они не понимают. Энциклопедия - не место для дискуссий. Правила ВП требуют, чтобы материал статей был основан на АИ, а в спорах между участниками был достигнут консенсус. Ни то ни другое требование в случае публикации статьи по нерешенным вопросам физики достигнуть невозможно. Трубка Ранка лишь частный пример большой проблемы. В теоретической метеорологии дело обстоит более серьёзно. Вопрос о термическом равновесии в атмосфере - базовый, его замять невозможно, а теории то нет. Без этого все прочие рассуждения лишены научного основания. Студентам об этой проблеме, как нерешенной, профессора не рассказывают, а учебники врут по разному. Речь идёт в первую очередь о равновесном градиенте температуры ]
  Синодический период и вращение вокруг оси планет земной группы. Земля и Венера повёрнуты одной стороной к друг другу во время нахождения на одной оси с солнцем. Так же как и Земля с Меркурием. Т.е. период вращения Меркурия синхронизирован с Землёй, а не Солнцем (хотя очень долго считалось что он будет синхронизирован с солнцем как Земля синхронизировалась с Луной). speakus (обс.) 18:11, 9 марта 2019 (UTC)
  - Если найдете источник, в котором об этом говориться как о нерешённой проблеме, то это можете это добавить. - Алексей Копылов 21:00, 15 марта 2019 (UTC)
  Экология жизни. Помимо стандартных логических задач вроде «если дерево падает в лесу и никто не слышит, издает ли оно звук?», бесчисленные загадки
  
  Помимо стандартных логических задач вроде «если дерево падает в лесу и никто не слышит, издает ли оно звук?», бесчисленные загадки продолжают волновать умы людей, занятых во всех дисциплинах современной науки и гуманитарных науках.
  
  Вопросы вроде «существует ли универсальное определение «слова»?», «существует ли цвет физически или проявляется только у нас в умах?» и «какова вероятность, что солнце встанет завтра?» не дают людям спать. Мы собрали эти вопросы во всех сферах: медицине, физике, биологии, философии и математике, и решили задать их вам. Сможете ответить?
  
  Почему клетки совершают самоубийство?
  
  Биохимическое событие, известное как апоптоз, иногда называют «запрограммированной смертью клетки» или «клеточным суицидом». По причинам, которые наука в полной мере не осознает, клетки обладают возможностью «решить умереть» весьма организованным и ожидаемым образом, который полностью отличается от некроза (клеточной смерти, вызванной болезнью или травмой). Порядка 50-80 миллиардов клеток умирают в результате запрограммированной смерти клеток в человеческом организме каждый день, но механизм, который за ними стоит, и даже само это намерение непонятны в полной мере.
  
  С одной стороны, слишком много запрограммированных смертей клеток приводит к атрофии мышц и к мышечной слабости, с другой же - отсутствие должного апоптоза позволяет клеткам пролиферировать, что может привести к раку. Общая концепция апоптоза была впервые описана немецким ученым Карлом Фогтом в 1842 году. С тех пор в понимании этого процесса был достигнут нехилый прогресс, но полноценного объяснения ему так и нет.
  
  Вычислительная теория сознания
  
  Некоторые ученые приравнивают деятельность ума к способу, которым компьютер обрабатывает информацию. Таким образом, в середине 60-х годов была разработана вычислительная теория сознания, и человек начал бороться с машиной всерьез. Проще говоря, представьте, что ваш мозг - это компьютер, а сознание - операционная система, которая им управляет.
  
  Если погрузиться в контекст информатики, аналогия будет простой: в теории, программы выдают данные, основанные на серии входной информации (внешние раздражители, взгляд, звук и т. д.) и памяти (которую можно одновременно посчитать физическим жестким диском и нашей психологической памятью). Программы управляются алгоритмами, которые имеют конечное число шагов, повторяющихся в соответствии с различными вводными. Как и мозг, компьютер должен делать репрезентации того, что не может физически рассчитать - и это один из сильнейших аргументов в пользу этой теории.
  
  Тем не менее вычислительная теория отличается от репрезентативной теории сознания тем, что не все состояния являются репрезентативными (вроде депрессии), а значит, и не смогут отвечать на воздействие компьютерного характера. Но эта проблема философская: вычислительная теория сознания работает отлично, пока речь не заходит о «перепрограммировании» мозгов, которые в депрессии. Мы не можем сбросить себя до заводских настроек.
  
  Сложная проблема сознания
  
  В философских диалогах «сознание» определяется как «квалиа» и проблема квалиа будет преследовать человечество, наверное, всегда. Квалиа описывает отдельные проявления субъективного сознательного опыта - например, головную боль. Мы все испытывали эту боль, но нет никакого способа измерить, испытывали ли мы одинаковую головную боль, и вообще, был ли этот опыт единым, ведь опыт боли основан на нашем восприятии ее.
  
  Хотя было проделано множество научных попыток определить сознание, никто так и не разработал общепринятую теорию. Некоторые философы подвергали сомнению саму возможность этого.
  
  Проблема Гетье
  
  Проблема Гетье звучит так: «Является ли обоснованное истинное убеждение знанием?». Эта логическая головоломка входит в число самых неприятных, потому что требует от нас задуматься о том, является ли истина универсальной константой. Также она поднимает массу мысленных экспериментов и философских аргументов, в том числе и «обоснованное истинное убеждение»:
  
  Субъект А знает, что предложение Б истинно тогда и только тогда, если:
  
  Б является истиной,
  
  и А считает, что Б является истиной,
  
  и А убежден, что вера в истинность Б обоснована.
  
  Критики проблем вроде Гетье считают, что невозможно обосновать что-то, что не является истиной (поскольку «истина» считается понятием, которое возводит аргумент в незыблемый статус). Сложно определить не только что для кого-то значит истинность, но и что значит вера в то, что это так. И это серьезно повлияло на все, от криминалистики до медицины.
  
  Все цвета - у нас в голове?
  
  Одним из самых сложных в человеческом опыте остается восприятие цвета: действительно ли физические объекты в нашем мире обладают цветом, который мы распознаем и обрабатываем, или же процесс наделения цветом происходит исключительно у нас в головах?
  
  Мы знаем, что существование цветов обязано разным длинам волн, но когда дело доходит до нашего восприятия цвета, нашей общей номенклатуры и простого факта, что наши головы, вероятно, взорвутся, если мы вдруг встретимся с никогда не виданным доселе цветом в нашей универсальной палитре, эта идея продолжает удивлять ученых, философов и всех остальных.
  
  Что такое темная материя?
  
  Астрофизики знают, чем темная материя не является, но это определение их совсем не устраивает: хотя мы не можем видеть ее даже с помощью самых мощных телескопов, мы знаем, что во Вселенной ее больше, чем обычной материи. Она не поглощает и не излучает свет, но разница в гравитационных эффектах крупных тел (планет и т. п.) навела ученых на мысль, что что-то невидимое играет роль в их движении.
  
  Теория, впервые предложенная в 1932 году, сводилась по большей части к проблеме «недостающей массы». Существование черной материи остается недоказанным, но научное сообщество вынуждено принимать ее существование как факт, чем бы она ни была.
  
  Проблема восхода солнца
  
  Какова вероятность того, что завтра взойдет солнце? Философы и статистики задаются этим вопросом тысячелетия, пытаясь вывести неопровержимую формулу для этого ежедневного события. Этот вопрос предназначен для демонстрации ограничений теории вероятности. Трудность возникает, когда мы начинаем задумываться о том, что есть много различий между предварительным знанием одного человека, предварительным знанием человечества и предварительным знанием Вселенной того, встанет ли солнце.
  
  Если p - это долгосрочная частота восходов солнца, и к p применяется равномерное распределение вероятностей, тогда величина p увеличивается с каждым днем, когда солнце на самом деле встает и мы видим (личность, человечество, Вселенная), что это происходит.
  
  137 элемент
  
  Названный в честь Ричарда Фейнмана, предлагаемый окончательный элемент периодической таблицы Менделеева «фейнманиум» представляет собой теоретический элемент, который может стать последним возможным элементом; чтобы выйти за пределы №137, элементам придется двигаться быстрее скорости света. Выдвигались предположения, что элементам выше №124 не будет хватать стабильности на существование в течение более нескольких наносекунд, а значит такой элемент, как фейнманиум, будет уничтожаться в процессе спонтанного деления, прежде чем его можно будет изучить.
  
  Что еще более интересно, так это то, что номер 137 был не просто так выбран в честь Фейнмана; он считал, что этот номер обладает глубоким смыслом, так как «1/137 = почти точно значению так называемой константы тонкой структуры, безразмерной величины, которая определяет силу электромагнитного взаимодействия».
  
  Большим вопросом остается, сможет ли такой элемент существовать за пределами сугубо теоретического и произойдет ли это на нашем веку?
  
  Существует ли универсальное определение слова «слово»?
  
  В лингвистике слово - это небольшое высказывание, которое может обладать каким-либо смыслом: в практическом или буквальном смысле. Морфема, которая чуть меньше, но с помощью которой все еще можно сообщать смысл, в отличие от слова, не может оставаться особняком. Вы можете сказать «-ство» и понять, что это значит, но едва ли разговор из таких обрезков будет иметь смысл.
  
  Каждый язык в мире имеет свой собственный лексикон, который делится на лексемы, являющиеся формами отдельных слов. Лексемы чрезвычайно важны для языка. Но опять же, в более общем смысле, мельчайшей единицей речи остается слово, которое может стоять особняком и будет иметь смысл; правда, остаются проблемы с определением, к примеру, частиц, предлогов и союзов, поскольку они особым смыслом вне контекста не обладают, хотя и остаются словами в общем смысле.
  
  Паранормальные способности за миллион долларов
  
  С момента начала в 1964 году порядка 1000 человек приняли участие в «Паранормальном испытании» (Paranormal Challenge), но никто так и не взял приз. Образовательный фонд Джеймса Рэнди предлагает миллион долларов любому, кто сможет научно подтвердить сверхъестественные или паранормальные способности. На протяжении многих лет масса медиумов пытались проявить себя, но им категорически отказывали. Чтобы все удалось, претендент должен получить одобрение от учебного института или другой организации соответствующего уровня.
  
  Хотя ни один из 1000 претендентов не смог доказать наличие наблюдаемых психических паранормальных способностей, которые можно было засвидетельствовать научно, Рэнди сказал, что «очень немногие» из конкурсантов посчитали, что их провал был обусловлен отсутствием талантов. По большей части все сводили неудачи к нервозности.
  
  Проблема в том, что этот конкурс едва ли кто-нибудь когда-нибудь выиграет. Если кто-то будет обладать сверхъестественными способностями, это значит, что их нельзя объяснить естественным научным подходом. Улавливаете?опубликовано
  
  Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
  
  хорошую работу на сайт">
  
  Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
  
  Размещено на http://www.allbest.ru/
  
  Введение
  
  Открытия современной физики
  
  Выдающийся год
  
  Заключение
  
  Введение
  
  Порой, если окунуться в изучение современной физики, можно подумать что ты попадаешь в неописуемую фантастику. Ведь в настоящее время физика может воплотить в жизнь практически любую идею, мысль или гипотезу. В данной работе предоставлены вашему вниманию практически самые выдающиеся достижения человека в физической науке. Из которых вытекает еще очень большое количество нераскрытых вопросов, над решением которых наверняка уже работают ученные. Изучение современной физики всегда будет актуально . Так как знание последних открытий дает большое ускорение продвижению каких либо других исследований. И даже ошибочные теории помогут исследователю не наткнуться на эту ошибку, и не замедлит исследование. Целью данного проекта является изучение физики 21 века. Задачей же выступает изучения списка открытий во всех сферах физических наук. Выявление насущных проблем, задаваемые ученными, в современной физике. Объектом изучения выступают все значимые события в физике с 2000 по 2016 года. Предметом же являются более значимые открытия, признанные всемирной коллегией ученых. Вся работа была проведена методом анализа инженерно-технических журналов и книг физических наук.
  
  Открытия современной физики
  
  Не смотря на все открытия XX века, даже сейчас человечество в плане развития технологий и прогресса, видит лишь верхушку айсберга. Впрочем, это ничуть не остужает пыл ученых и исследователей различных мастей, а напротив - лишь подогревает их интерес. Сегодня речь пойдет о нашем времени, которое все мы помним и знаем. Мы поговорим об открытиях, которые так или иначе стали настоящим прорывом в области науки и начнем, пожалуй, с самого значимого. Тут стоит оговориться, что самое значимое открытие не всегда значимо для обывателя, а в первую очередь важно для научного мира.
  
  Первую позицию занимает совсем недавнее открытие, однако, его значимость для современной физики колоссальна, это открытие учеными «частицы-бога » или, как ее обычно называют - бозон Хиггса. По сути, открытие этой частицы объясняет причину возникновения массы у других элементарных частиц. Стоит отметить, что доказать существование бозона Хиггса пытались на протяжении 45 лет, однако удалось это сделать лишь недавно. Еще в 1964 году Питер Хиггс, в честь которого названа частица, предсказывал ее существование, однако практически доказать это не было возможности. Но 26 апреля 2011 года, по просторам интернета волной прошла новость о том, что с помощью Большого адронного коллайдера, находящегося рядом с Женевой, ученым, наконец, удалось обнаружить искомую и ставшую чуть ли не легендарной частицу. Однако учеными это не сразу подтвердилось и лишь в июне 2012 года специалисты заявили о своей находке. Впрочем, к окончательному выводу пришли лишь в марте 2013 года, когда ученые ЦЕРН сделали заявление о том, что обнаруженная частица действительно является бозоном Хиггса. Не смотря на то, что открытие этой частицы стало знаковым для научного мира, практическое ее использование на данном этапе развития остается под вопросом. Сам Питер Хиггс комментируя возможность использования бозона сказал следующее «Существование бозона длится лишь что-то около одной квинтиллионной доли секунды, и мне сложно представить, как столько короткоживущую частицу можно использовать. Частицы, которые живут миллионную долю секунды, сейчас, впрочем, находят применение в медицине». Так, в свое время, известный английский физик-экспериментатор, на вопрос о пользе и практическом применении открытой им магнитной индукции сказал «А какая польза может быть от новорожденного ребенка?» и этим, пожалуй, закрыл данную тему.
  
  Вторую позицию среди самых интересных, перспективных и амбициозных проектов человечества в XXI веке занимает расшифровка генома человека. Проект «Геном человека» не зря имеет славу самого важного проекта в сфере биологических исследований, а работа над ним началась еще в 1990 году, хотя стоит упомянуть о том, что данный вопрос рассматривался и в 80-ых годах XX века. Цель проекта была ясна - изначально планировалось определение последовательности более трех миллиардов нуклеотидов (нуклеотиды составляют ДНК), а так же определить более 20 тысяч генов в геноме человека. Впрочем, позже, несколько исследовательских групп расширили задачу. Стоит так же отметить, что исследование, завершившееся в 2006 году, израсходовало $3 млрд.
  
  Этапы проекта можно разбить на несколько частей:
  
  1990-ый год . Конгресс США выделяет средства на изучение генома человека.
  
  1995-ый год . Публикуется первая полная последовательность ДНК живого организма. Рассматривалась бактерия Haemophilusinfluenzae
  
  1998-ой год . Публикуется первая последовательность ДНК многоклеточного организма. Рассматривался плоский червь Caenorhabditiselegans.
  
  1999-ый год . На данном этапе расшифровано более двух десятков геномов.
  
  2000-ый год . Было объявлено о «первой сборке генома человека» -- первая реконструкция генома человека.
  
  2001-ый год . Первый набросок генома человека.
  
  2003-ий год . Полная расшифровка ДНК, остается расшифровать первую хромосому человека.
  
  2006-ой год . Последний этап работы по расшифровке полного генома человека.
  
  Несмотря на то, что ученые всего мира строили грандиозные планы на момент окончания проекта, ожидания не оправдались. На данный момент научная общественность признала проект провальным по своей сути, однако говорить, что он был абсолютно бесполезен ни в коем случае нельзя. Новые данные позволили ускорить темпы развития, как медицины, так и биотехнологии.
  
  От начала третьего тысячелетия произошло множество открытий, повлиявшие на современную науку и на обывателей. Но многие ученные отметают их на второй план в сравнении с вышеупомянутыми открытиями. К этим достижениям можно отнести следующие.
  
  1. За пределами Солнечной системы выявлено свыше 500 планет, и это, судя по всему, не предел. Это так называемые экзопланеты - планеты, находящиеся за пределами Солнечной системы. Астрономы предсказывали их существование очень давно, однако первые надежные доказательства были получены лишь в 1992 году. С тех пор ученые нашли более трех сотен экзопланет, но ни одну из них им не удавалось наблюдать непосредственно. Выводы о том, что вокруг той или иной звезды обращается планета, исследователи делали на основании косвенных признаков. В 2008 году сразу две группы астрономов опубликовали статьи, в которых были приведены фотографии экзопланет. Все они относятся к классу "горячих Юпитеров", однако сам факт того, что планету можно увидеть, позволяет надеяться, что когда-нибудь ученые смогут наблюдать планеты, размер которых сравним с Землей.
  
  2. Впрочем, на данный момент метод непосредственной детекции экзопланет не является основным. Новый телескоп "Кеплер", специально предназначенный для поиска планет у далеких звезд, использует одну из непрямых методик. А вот Плутон наоборот потерял статус планеты. Связано это с открытием в Солнечной системе нового объекта, размер которого на треть превышает размеры Плутона. Объекту дали имя Эрида и сначала хотели записать в качестве десятой планеты Солнечной системы. Однако в 2006 году Международный астрономический союз признал Эриду всего лишь карликовой планетой. В 2008 году была введена новая категория небесных тел - плутоиды, в которую была зачислена Эрида, а заодно и Плутон. Теперь астрономы признают в Солнечной системе всего восемь планет.
  
  3. "Черные дыры" кругом . Ученые также установили, что Вселенная почти на четверть состоит из темной материи, а на обычную материю приходится всего около 4%. Считается, что эта загадочная субстанция, участвующая в гравитационном, но не участвующая в электромагнитном взаимодействии, составляет до 20 процентов всей массы Вселенной. В 2006 году при изучении галактического скопления Пули были получены убедительные доказательства существования темной материи. Считать, что эти результаты, позже подтвержденные при наблюдении сверхскопления MACSJ0025, окончательно ставят точку в дискуссии о темной материи, пока рано. Однако, по мнению старшего научного сотрудника ГАИШ МГУ Сергея Попова, "это открытие дает серьезнейшие аргументы в пользу ее существования и ставит перед альтернативными моделями проблемы, которые им будет трудно решить".
  
  4. Вода на Марсе и Луне . Доказано, что на Марсе была вода в достаточном количестве для возникновения жизни. Третьего места в списке удостоилась марсианская вода. Подозрения, что когда-то на Марсе климат был намного более влажным, чем сейчас, у ученых появились давно. На фотографиях поверхности планеты было обнаружено множество структур, которые могли быть оставлены потоками воды. Первые по-настоящему серьезные свидетельства того, что вода на Марсе есть и сейчас, были получены в 2002 году. Орбитальный аппарат "Марс Одисси" (MarsOdyssey) нашел под поверхностью планеты залежи водяного льда. Через шесть лет зонд "Феникс", севший вблизи северного полюса Марса 26 мая 2008 года, смог получить воду из марсианского грунта, нагрев его в своей печи.
  
  Вода относится к числу так называемых биомаркеров - веществ, которые являются потенциальными указателями на обитаемость планеты. Еще три биомаркера - это кислород, углекислый газ и метан. Последний присутствует на Марсе в большом количестве, однако он одновременно увеличивает и уменьшает шансы Красной планеты на наличие жизни. Совсем недавно воду нашли еще на одном нашем соседе по Солнечной системе. Сразу несколько аппаратов подтвердили, что молекулы воды или их "остатки" - гидроксильные ионы - рассеяны по всей поверхности Луны. Постепенное исчезновение белой субстанции (льда) в вырытой "Фениксом" траншее было еще одним косвенным доказательством наличия на Марсе замерзшей воды.
  
  5. Эмбрионы спасают мир . Право занять пятое место в рейтинге было отдано новой методике получения эмбриональных стволовых клеток (ЭСК), которая не вызывает вопросов у многочисленных комитетов по этике (точнее будет сказать, вызывает меньше вопросов). ЭСК потенциально способны превращаться в любые клетки организма. Они обладают огромным потенциалом для лечения множества заболеваний, связанных с гибелью каких-либо клеток (например, болезнь Паркинсона). Кроме того, из ЭСК, теоретически, можно выращивать новые органы. Однако пока ученые не очень хорошо умеют "управлять" развитием ЭСК. Для того чтобы освоить эту практику, необходимы многочисленные исследования. Основным препятствием для их проведения до сих пор считалось отсутствие источника, способного давать необходимое количество ЭСК. Эмбриональные стволовые клетки присутствуют только у эмбрионов на ранних стадиях развития. Позже ЭСК теряют способность становиться всем чем угодно. Эксперименты с использованием эмбрионов запрещены в большинстве стран. В 2006 году японским ученым под руководством Синя Яманаки (ShinyaYamanaka) удалось превратить в ЭСК клетки соединительной ткани. В качестве волшебного эликсира исследователи использовали четыре гена, которые вводились в геном фибробластов. В 2009 году биологи провели эксперимент, доказывающий, что по своим свойствам такие "новообращенные" стволовые клетки аналогичны настоящим.
  
  6. Биороботы уже реальность . На шестом месте оказались новые технологии, позволяющие людям управлять протезами в буквальном смысле силой мысли. Работы над созданием таких методик ведутся давно, но значимые результаты стали появляться лишь в последние годы. Например, в 2008 году при помощи электродов, вживленных в мозг, обезьяна смогла управлять механической рукой-манипулятором. Четырьмя годами ранее американские специалисты научили добровольцев руководить действиями персонажей компьютерной игры без джойстиков и клавиатуры. В отличие от опытов с обезьянами, здесь ученые считывали сигналы мозга, не вскрывая черепную коробку. В 2009 году в СМИ появились сообщения о человеке, который освоил управление протезом, соединенным с нервами плеча (предплечье и кисть он потерял в автокатастрофе).
  
  7. Создан робот с биологическим мозгом . В середине августа 2010 ученые из университета Ридинга сообщили о создании робота, управляемого биологическим мозгом. Его мозг сформирован из искусственно выращенных нейронов, которые размещаются на мультиэлектродном массиве. Этот массив представляет собой лабораторную кювету приблизительно с 60 электродами, которые получают электрические сигналы, генерируемые клетками. Затем они используются для инициации движения робота. Сегодня уже исследователи наблюдают за обучением мозга, хранением воспоминаний и доступом к ним, что позволит лучше понять механизмы болезней Альцгеймера, Паркинсона, а также состояний, возникающих при инсультах и травмах мозга. Этот проект дает поистине уникальную возможность пронаблюдать за объектом, который, возможно, способен проявлять сложное поведение и вместе с тем остается тесно связанным с деятельностью отдельных нейронов. Сейчас ученые работают над тем, чтобы заставить робота учиться, используя различные сигналы при движении к заранее определенным позициям. Предполагается, что по мере обучения можно будет показать, как воспоминания проявляются в мозге, когда робот передвигается по знакомой территории. Как подчеркивают исследователи, роботом управляют исключительно мозговые клетки. Никакого дополнительного управления ни человек, ни компьютер не осуществляет. Возможно, всего через несколько лет эту технологию уже можно будет применять для передвижения парализованных людей в экзоскелетах, прикрепленных к их телу, считает ведущий сотрудник проекта, профессор нейробиологии Университета им. Дюка Мигуэль Николелис. Подобные опыты прошли и в Аризонском университете. Там Чарльз Хиггинс сообщил о создании робота, управляемого мозгом и глазами бабочки. Ему удалось подсоединить электроды к зрительным нейронам мозга бабочки-бражника, подключить их к роботу, и он реагировал на то, что видела бабочка. Когда к ней что-то приближалось, робот уходил в сторону. На основании достигнутых успехов Хиггинс предположил, что через 10-15 лет реальностью станут "гибридные" компьютеры, использующие сочетание технологии и живой органической материи и конечно это один из возможных путей к интеллектуальному бессмертию.
  
  8. Невидимость . Еще одним громким достижением является открытие материалов, которые делают предметы невидимыми, заставляя свет огибать материальные объекты. Оптические физики разработали концепцию плаща, настолько преломляющего световые лучи, что одетый в него человек становится практически невидимым. Уникальность данного проекта в том, что искривлением света в материале можно управлять при помощи дополнительного лазерного излучателя. Человек, одетый в такой плащ, не будет замечен стандартными камерами наблюдения, утверждают разработчики. При этом в самом уникальном устройстве фактически происходят процессы, которые должны быть характерны для машины времени - изменение соотношения пространства и времени за счет управляемой скорости света. В настоящее время специалистам уже удалось сделать опытный образец, длина фрагмента материала составляет около 30 сантиметров. И такой мини-плащ позволяет скрывать события, происходившие в течение 5 наносекунд.
  
  9. Глобальное потепление . Точнее, доказательствам, подтверждающим реальность этого процесса. В последние годы тревожные новости приходили практически со всех концов света. Площадь арктических и антарктических ледников сокращается со скоростью, опережающей "мягкие" сценарии изменения климата. Пессимистично настроенные экологи предсказывают, что Северный полюс будет летом полностью очищаться от ледяного покрова уже к 2020 году. Особую тревогу у климатологов вызывает Гренландия. По некоторым данным, если она продолжит таять с той же скоростью, что и сейчас, то к концу века ее вклад в поднятие уровня мирового океана составит 40 сантиметров. Из-за сокращения площади ледников и изменения их конфигурации Италия и Швейцария уже были вынуждены перерисовать свою границу, проложенную в Альпах. Одной из итальянских жемчужин - прекрасной Венеции - предсказали затопление к концу нынешнего столетия. Одновременно с Венецией под воду может уйти Австралия.
  
  10. Квантовый компьютер . Это гипотетическое вычислительное устройство, существенно использующее при работе квантово-механические эффекты, такие как квантовая запутанность и квантовый параллелизм. Идея квантовых вычислений, впервые высказанная Ю. И. Маниным и Р. Фейнманом состоит в том, что квантовая система из L двухуровневых квантовых элементов (кубитов) имеет 2 L линейно независимых состояний, а значит, вследствие принципа квантовой суперпозиции, 2 L -мерное гильбертово пространство состояний. Операция в квантовых вычислениях соответствует повороту в этом пространстве. Таким образом, квантовое вычислительное устройство размером L кубит может выполнять параллельно 2 L операций.
  
  11. Нанотехнология . Область прикладной науки и техники, имеющая дело с объектами размером менее100 нанометров (1 нанометр равен 10 ?9 метра). Нанотехнология качественно отличается от традиционных инженерных дисциплин, поскольку на таких масштабах привычные, макроскопические, технологии обращения с материей часто неприменимы, а микроскопические явления, пренебрежительно-слабые на привычных масштабах, становятся намного значительнее: свойства и взаимодействия отдельных атомов и молекул, квантовые эффекты. В практическом аспекте это технологии производства устройств и их компонентов, необходимых для создания, обработки и манипуляции частицами, размеры которых находятся в пределах от 1 до 100нанометров. Однако нанотехнология сейчас находится в начальной стадии развития, поскольку основные открытия, предсказываемые в этой области, пока не сделаны. Тем не менее, проводимые исследования уже дают практические результаты. Использование в нанотехнологии передовых научных достижений позволяет относить её к высоким технологиям.
  
  Выдающийся год
  
  За последние 16 лет изучения физических наук, особым образом ярко выделяется 2012 год. Этот год действительно можно назвать годом, когда сбылись многие предсказания, сделанные физиками ранее. То есть он может вполне претендовать на звание года, во время которого сбылись мечты ученых прошлого.2012год был отмечен серией прорывов в области теоретической и экспериментальной физики. Некоторые ученые считают, что он был вообще переломным -- его открытия вывели мировую науку на новый уровень. Но все-таки какие из них оказались наиболее значимыми? Свою версию топ-10 в области физики предлагает авторитетный научный журнал PhysicsWorld. частица геном бозон хиггс
  
  На первое место издание, конечно же, поставило обнаружение частицы, похожей на бозон Хиггса, коллаборациями ATLAS и CMS на Большом адронном коллайдере (БАК). Как мы помним, открытие частицы, предсказанной почти полвека назад, должно было завершить экспериментальное подтверждение Стандартной модели. Вот почему многие ученые сочли обнаружение неуловимого бозона важнейшим прорывом в физике XXI века.
  
  Бозон Хиггса был так важен ученым, потому что его поле позволяет объяснить, как сразу после Большого взрыва оказалась нарушена электрослабая симметрия, после чего элементарные частицы вдруг приобрели массу. Парадоксально, но одной из самых главных загадок для экспериментаторов долгое время оставалась ни что иное, как масса этого бозона, поскольку Стандартная модель не может ее предсказать. Приходилось действовать методом проб и ошибок, однако в итоге два эксперимента на БАК независимо друг от друга обнаружили частицу с массой около 125 ГэВ/сІ. Причем достоверность данного события достаточна велика. Следует заметить, что в бочку меда все-таки прокралась небольшая ложка дегтя -- до сих пор далеко не все уверены, что найденный физиками бозон является хиггсовским. Так, остается неясным, чему равен спин этой новой частицы. Согласно Стандартной модели, он должен быть нулевым, но есть вероятность, что он может быть равен 2 (вариант с единицей уже исключен). Обе коллаборации считают, что эту проблему можно решить путем анализа имеющихся данных. Джо Инкандела, представляющий CMS, прогнозирует, что результаты измерения спина с уровнем достоверности 3-4у могут быть представлены уже в середине 2013 года. Кроме того, есть некоторые сомнения относительно ряда каналов распада частицы -- в некоторых случаях этот бозон распадался не так, как было предсказано все той же Стандартной моделью. Однако сотрудники коллабораций считают, что и это удастся прояснить, сделав более точный анализ результатов. Кстати, на ноябрьской конференции в Японии сотрудники БАК предоставили данные анализа новых столкновений с энергией 8 ТэВ, которые были произведены после июльского объявления. И то, что получилось в результате, говорило в пользу того, что летом был найден все же бозон Хиггса, а не какая-то другая частица. Впрочем, даже если все же это не тот бозон, все равно, по мнению PhysicsWorld, коллаборации ATLAS и CMS заслуживают награды. Ибо в истории физики еще не было столь масштабных экспериментов, в которых были бы задействованы тысячи человек и которые продолжались бы два десятилетия. Впрочем, возможно, такой наградой будет заслуженный продолжительный отдых. Сейчас протонные столкновения прекращены, и достаточно надолго -- как видите, если бы даже пресловутый "конец света" был реальностью, то коллайдер точно был бы в нем не виноват, поскольку в это время он стоял выключенным В январе-феврале 2013 года на нем с той же энергией будут проведено несколько экспериментов по столкновению протонов с ионами свинца, а затем ускоритель остановят на два года для модернизации, чтобы после вновь запустить, доведя энергию экспериментов до 13 ТэВ.
  
  Второе место журнал отдал группе ученых из Делфтского и Эйндховенского технологического университетов (Нидерланды) под руководством Лео Коувенховена, которые в этом году первыми заметили признаки доселе неуловимых фермионов Майораны в твердом теле. Эти забавные частицы, существование которых предсказал еще в 1937 году физик Этторе Майорана, интересны тем, что они могут одновременно выступать в роли своих собственных античастиц. Предполагается также, что фермионы Майораны могут входить в состав загадочной темной материи. Неудивительно, что их экспериментального обнаружения ученые ждали не меньше, чем открытия бозона Хиггса.
  
  На третье место журнал поместил работу физиков из коллаборации BaBar на коллайдере PEP-II Национальной ускорительной лаборатории SLAC (США). И что самое интересное, эти ученые опять-таки экспериментально подтвердили предсказание, сделанное 50 лет тому назад -- они доказали, что при распаде B-мезонов происходит нарушение Т-симметрии (так называют соотношение между прямым и обратным процессом в обратимых явлениях). В итоге исследователи выяснили, что при переходах между квантовыми состояниями B0-мезона их скорость варьируется.
  
  На четвертом месте снова проверка давнего предсказания. Еще 40 лет назад советские физики Рашид Сюняев и Яков Зельдович рассчитали, что движение скоплений далеких галактик можно наблюдать путем измерения небольшого сдвига температуры реликтового излучения. И вот лишь в этом году это удалось осуществить на практике Нику Хэнду из Калифорнийского университета в Беркли (США), его коллеге и шестиметровому телескопу ACT (AtacamaCosmologyTelescope) в рамках проекта "Спектроскопическое исследование барионных колебаний".
  
  Пятое место заняло исследование группы Алларда Моска из Института нанотехнологий MESA+ и Университета Твенте (Нидерланды). Ученые предложили новый способ исследования процессов, происходящих в организмах живых существ, который менее вреден и более точен, чем известная всем рентгенография. Ученым удалось, используя эффект лазерного спекла (так называется случайная интерференционная картина, образующаяся при взаимной интерференции когерентных волн, имеющих случайные сдвиги фаз и случайный же набор интенсивностей), разглядеть микроскопические флюоресцирующие объекты сквозь несколько миллиметров непрозрачного материала. Нет нужды упоминать, что подобная технология тоже была предсказана несколькими десятилетиями раньше.
  
  На шестом месте уверенно обосновались исследователи Марк Оксборроу из Национальной физической лаборатории, Джонатан Бризу и Нил Алфорд из Имперского колледжа Лондона (Великобритания). Им удалось построить то, о чем также мечтали долгие годы -- мазер (квантовый генератор, излучающий когерентные электромагнитные волны сантиметрового диапазона), способный работать при комнатной температуре. До сих пор эти приборы приходилось охлаждать до чрезвычайно низкой температуры с помощью жидкого гелия, что делало нерентабельным их коммерческое использование. А теперь мазеры можно будет применять в телекоммуникациях и системах создания сверхточных изображений.
  
  Седьмое место заслуженно присудили группе физиков из Германии и Франции, которые смогли установить связь между термодинамикой и теорией информации. Еще в 1961 году Рольф Ландауэр доказывал, что стиранию информации сопутствует рассеяние тепла. И вот в этом году это предположение экспериментально подтвердили ученые Антуан Беру, Артак Аракелян, Артем Петросян, Серджио Силлиберто, Рауль Деллиншнайдер и Эрик Лутц.
  
  Австрийские физики Антон Цайлингер, Роберт Фиклер и их коллеги из Венского университета (Австрия), которые смогли запутать фотоны с орбитальным квантовым числом вплоть до 300, что в десять с лишним раз больше предыдущего рекорда, попали на восьмое место . Данное открытие имеет на только теоретический, но и практический выход -- подобные "запутанные" фотоны смогут стать носителями информации в квантовых компьютерах и в системе оптической кодировки связи, а также в дистанционном зондировании.
  
  На девятое место попала группе физиков под руководством Дэниэла Стэнсила из Университета Северной Каролины (США). Ученые работали с нейтринным лучом NuMI Национальной ускорительной лаборатории им. Ферми и детектором MINERvA. В итоге им удалось передать информацию при помощи нейтрино более чем на километр. Хотя скорость передачи была невелика (0,1 б/с), сообщение приняли почти без ошибок, что подтверждает принципиальную возможность связи на основе нейтрино, которую можно использовать при общении с космонавтами не только на соседней планете, но даже и в другой галактике. Кроме того, это открывает большие перспективы для нейтринного сканирования Земли -- новой технологии поиска полезных ископаемых, а также для выявления землетрясений и вулканической активности на ранних стадиях.
  
  Завершает же топ-10 журнала PhysicsWorld открытие, сделанное физиками из США -- Чжун Линь Ваном и его коллегами из Технологического института штата Джорджия. Они разработали устройство, которое добывает энергию из ходьбы и прочих движений и, конечно же, запасает ее. И хотя такой способ был известен и раньше, но на десятое место эта группа исследователей попала за то, что им впервые удалось научиться преобразовывать механическую энергию непосредственно в химическую потенциальную, минуя стадию электрической.
  
  Нерешённые проблемы современной физики
  
  Ниже приведён список нерешённых проблем современной фи зики . Некоторые из этих проблем носят теоретический характер. Это означает, что существующие теории оказываются неспособными объяснить определённые наблюдаемые явления или экспериментальные результаты. Другие проблемы являются экспериментальными, а это означает, что имеются трудности в создании эксперимента по проверке предлагаемой теории или по более подробному исследованию какого-либо явления. Следующие проблемы являются либо фундаментальными теоретическими проблемами, либо теоретическими идеями, для которых отсутствуют экспериментальные данные. Некоторые из этих проблем тесно взаимосвязаны. Например, дополнительные измерения или суперсимметрия могут решить проблему иерархии. Считается, что полная теория квантовой гравитации способна ответить на бомльшую часть из перечисленных вопросов (кроме проблемы острова стабильности).
  
  1. Квантовая гравитация . Можно ли квантовую механику и общую теорию относительности объединить в единую самосогласованную теорию (возможно, это квантовая теория поля)? Является ли пространство-время непрерывным или оно дискретно? Будет ли самосогласованная теория использовать гипотетический гравитон или она будет полностью продуктом дискретной структуры пространства-времени (как в петлевой квантовой гравитации)? Существуют ли отклонения от предсказаний ОТО для очень малых или очень больших масштабов или в других чрезвычайных обстоятельствах, которые вытекают из теории квантовой гравитации?
  
  2. Чёрные дыры , исчезновение информации в чёрной дыре , излучение Хокинга . Производят ли чёрные дыры тепловое излучение, как это предсказывает теория? Содержит ли это излучение информацию об их внутренней структуре, как это предполагает дуальность тяготение-калибровочная инвариантность, или нет, как следует из оригинального расчета Хокинга? Если нет и чёрные дыры могут непрерывно испаряться, то что происходит с информацией, хранящейся в них (квантовая механика не предусматривает уничтожение информации)? Или излучение в какой-то момент остановится, когда от чёрной дыры мало что останется? Есть ли какой-либо другой способ исследования их внутренней структуры, если такая структура вообще существует? Выполняется ли закон сохранения барионного заряда внутри чёрной дыры? Неизвестно доказательство принципа космической цензуры, а также точная формулировка условий, при которых он выполняется. Отсутствует полная и законченная теория магнитосферы черных дыр. Неизвестна точная формула для вычисления числа различных состояний системы, коллапс которой приводит к возникновению черной дыры с заданными массой, моментом количества движения и зарядом. Неизвестно доказательство в общем случае "теоремы об отсутствии волос" у чёрной дыры.
  
  3. Размерность пространства-времени . Существуют ли в природе дополнительные измерения пространства-времени, кроме известных нам четырёх? Если да, то каково их количество? Является ли размерность «3+1» (или более высокая) априорным свойством Вселенной или она является результатом других физических процессов, как предполагает, например, теория причинной динамической триангуляции? Можем ли мы экспериментально «наблюдать» высшие пространственные измерения? Справедлив ли голографический принцип, по которому физика нашего «3+1»-мерного пространства-времени эквивалентна физике на гиперповерхности с размерностью «2+1»?
  
  4. Инфляционная модель Вселенной . Верна ли теория космической инфляции, и если да, то каковы подробные детали этой стадии? Что представляет собой гипотетическое инфлатонное поле, ответственное за рост инфляции? Если инфляция произошла в одной точке, является ли это началом самоподдерживающегося процесса за счёт инфляции квантово-механических колебаний, который будет продолжаться в совершенно другом, удалённом от этой точки месте?
  
  5. Мультивселенная . Существуют ли физические причины существования других вселенных, которые принципиально ненаблюдаемы? Например: существуют ли квантово-механические «альтернативные истории» или «множество миров»? Существуют ли «другие» вселенные с физическими законами, являющимися результатом альтернативных способов нарушения очевидной симметрии физических сил при высоких энергиях, расположенные, возможно, невероятно далеко из-за космической инфляции? Могли ли другие вселенные влиять на нашу, вызвав, например, аномалии в распределении температуры реликтового излучения? Является ли оправданным использование антропного принципа для решения глобальных космологических дилемм?
  
  6. Принцип космической цензуры и гипотеза защиты хронологии . Могут ли сингулярности, не скрывающиеся за горизонтом событий и известные как «голые сингулярности», возникать из реалистичных начальных условий, или же можно доказать какую-то версию «гипотезы космической цензуры» Роджера Пенроуза, в которой предполагается, что это невозможно? В последнее время появились факты в пользу несостоятельности гипотезы космической цензуры, а значит голые сингулярности должны встречаться гораздо чаще, чем только лишь как экстремальные решения уравнений Керра -- Ньюмена, тем не менее неоспоримых доказательств этому представлено ещё не было. Аналогично, будут лизамкнутые времениподобные кривые, которые возникают в некоторых решениях уравнений общей теории относительности (и которые предполагают возможность путешествия во времени в обратном направлении) исключены теорией квантовой гравитации, которая объединяет общую теорию относительности с квантовой механикой, как предполагает «гипотеза защиты хронологии» Стивена Хокинга?
  
  7. Ось времени . Что могут сказать нам о природе времени явления, которые отличаются друг от друга хождением по времени вперёд и назад? Чем время отличается от пространства? Почему нарушения CP-инвариантности наблюдаются только в некоторых слабых взаимодействиях и более нигде? Являются ли нарушения CP-инвариантности следствием второго закона термодинамики или же они являются отдельной осью времени? Есть ли исключения из принципа причинности? Является ли прошлое единственно возможным? Является ли настоящий момент физически отличным от прошлого и будущего или это просто результат особенностей сознания? Как люди научились договариваться о том, что является настоящим моментом? (См. также ниже Энтропия (ось времени)).
  
  8. Локальность . Существуют ли нелокальные явления в квантовой физике? Если существуют, не имеют ли они ограничения в передаче информации, или: может ли энергия и материя также двигаться по нелокальному пути? При каких условиях наблюдаются нелокальные явления? Что влечёт наличие или отсутствие нелокальных явлений для фундаментальной структуры пространства-времени? Как это связано с квантовой сцепленностью? Как это истолковать с позиций правильной интерпретации фундаментальной природы квантовой физики?
  
  9. Будущее Вселенной . Движется ли Вселенная по направлению к Большому замерзанию, Большому разрыву, Большому сжатию или Большому отскоку? Является ли наша Вселенная частью бесконечно повторяющейся циклической модели?
  
  10. Проблема иерархии . Почему гравитация является такой слабой силой? Она становится большой только в планковском масштабе, для частиц с энергией порядка 10 19 ГэВ, что гораздо выше электрослабого масштаба (в физике низких энергий доминирующей является энергия в 100 ГэВ). Почему эти масштабы так сильно отличаются друг от друга? Что мешает величинам электрослабого масштаба, таким как масса бозона Хиггса, получать квантовые поправки на масштабах порядка планковских? Являются ли решением этой проблемы суперсимметрия, дополнительные измерения или просто антропная тонкая настройка?
  
  11. Магнитный монополь . Существовали ли частицы -- носители «магнитного заряда» в какие-либо прошлые эпохи с более высокими энергиями? Если да, то есть ли какие-либо на сегодняшний день? (Поль Дирак показал, что наличие некоторых типов магнитных монополей могло бы объяснить квантование заряда.)
  
  12. Распад протона и Великое объединение . Как можно объединить три различных квантово-механических фундаментальных взаимодействия квантовой теории поля? Почему легчайший барион, являющийся протоном, абсолютно стабилен? Если же протон нестабилен, то каков его период полураспада?
  
  13. Суперсимметрия . Реализована ли суперсимметрия пространства в природе? Если да, то каков механизм нарушения суперсимметрии? Стабилизирует ли суперсимметрия электрослабый масштаб, предотвращая высокие квантовые поправки? Состоит ли тёмная материя из лёгких суперсимметричных частиц?
  
  14. Поколения материи . Существует ли более трёх поколений кварков и лептонов? Связано ли число поколений с размерностью пространства? Почему вообще существуют поколения? Существует ли теория, которая могла бы объяснить наличие массы у некоторых кварков и лептонов в отдельных поколениях на основании первых принципов (теория взаимодействия Юкавы)?
  
  15. Фундаментальная симметрия и нейтрино . Какова природа нейтрино, какова их масса и как они формировали эволюцию Вселенной? Почему сейчас во Вселенной обнаруживается вещества больше, чем антивещества? Какие невидимые силы присутствовали на заре Вселенной, но исчезли из поля зрения в процессе развития Вселенной?
  
  16. Квантовая теория поля . Совместимы ли принципы релятивистской локальной квантовой теории поля с существованием нетривиальной матрицы рассеяния?
  
  17. Безмассовые частицы . Почему безмассовые частицы без спина не существуют в природе?
  
  18. Квантовая хромодинамика . Каковы фазовые состояния сильно взаимодействующей материи и какую роль они играют в космосе? Каково внутреннее устройство нуклонов? Какие свойства сильно взаимодействующей материи предсказывает КХД? Что управляет переходом кварков и глюонов в пи-мезоны и нуклоны? Какова роль глюонов и глюонного взаимодействия в нуклонах и ядрах? Что определяет ключевые особенности КХД и каково их отношение к природе гравитации и пространства-времени?
  
  19. Атомное ядро и ядерная астрофизика . Какова природа ядерных сил, которая связывает протоны и нейтроны в стабильные ядра и редкие изотопы? Какова причина соединения простых частиц в сложные ядра? Какова природа нейтронных звёзд и плотной ядерной материи? Каково происхождение элементов в космосе? Что такое ядерные реакции, которые движут звёзды и приводят к их взрывам?
  
  20. Остров стабильности . Какое самое тяжёлое из стабильных или метастабильных ядер может существовать?
  
  21. Квантовая механика и принцип соответствия (иногда называемый квантовым хаосом ) . Есть ли предпочтительные интерпретации квантовой механики? Как квантовое описание реальности, которое включает в себя такие элементы, как квантовая суперпозиция состояний и коллапс волновой функции или квантовая декогеренция, приводят к реальности, которую мы видим? Сформулировать то же самое можно с помощью проблемы измерения: что представляет собой «измерение», которое заставляет волновую функцию сваливаться в определённое состояние?
  
  22. Физическая информация . Существуют ли физические феномены, такие как чёрные дыры или коллапс волновой функции, которые безвозвратно уничтожают информацию о своих предшествующих состояниях?
  
  23. Теория всего (« Теории Великого объединения ») . Существует ли теория, которая объясняет значения всех фундаментальных физических констант? Существует ли теория, которая объясняет, почему калибровочная инвариантность стандартной модели такая, как она есть, почему наблюдаемое пространство-время имеет 3 + 1 измерения, и поэтому законы физики таковы, как они есть? Меняются ли с течением времени «фундаментальные физические константы»? Являются ли какие-нибудь частицы в стандартной модели физики элементарных частиц на самом деле состоящими из других частиц, связанных настолько сильно, что их невозможно наблюдать при современных экспериментальных энергиях? Существуют ли фундаментальные частицы, которые ещё не наблюдались, и если да, то какие они и каковы их свойства? Существуют ли ненаблюдаемые фундаментальные силы, которые предполагает теория, объясняющие другие нерешённые проблемы физики?
  
  24. Калибровочная инвариантность . Существуют ли реально неабелевы калибровочные теории со щелью в спектре масс?
  
  25. CP-симметрия . Почему не сохраняется CP-симметрия? Почему она сохраняется в большинстве наблюдаемых процессов?
  
  26. Физика полупроводников . Квантовая теория полупроводников не может точно вычислить ни одной постоянной полупроводника.
  
  27. Квантовая физика . Неизвестно точное решение уравнения Шредингера для многоэлектронных атомов.
  
  28. При решении задачи о рассеянии двух пучков на одном препятствии сечение рассеяния получается бесконечно большим.
  
  29. Фейнманиум: Что будет происходить с химическим элементом, атомный номер которого окажется выше 137, вследствие чего 1s 1 -электрону придётся двигаться со скоростью, превышающей скорость света (согласно модели атома Бора)? Является ли «Фейнманиум» последним химическим элементом, способным существовать физически? Проблема может проявиться приблизительно на 137 элементе, где расширение дистрибуции заряда ядра достигает финальной точки. Смотрите статью Расширенная периодическая таблица элементов и секцию Relativistic effects.
  
  30. Статистическая физика . Отсутствует систематическая теория необратимых процессов, дающая возможность проводить количественные расчёты для любого заданного физического процесса.
  
  31. Квантовая электродинамика . Существуют ли гравитационные эффекты, вызываемые нулевыми колебаниями электромагнитного поля? Неизвестно, как при вычислениях квантовой электродинамики в области высоких частот одновременно выполнить условия конечности результата, релятивистской инвариантности и суммы всех альтернативных вероятностей, равной единице.
  
  32. Биофизика . Отсутствует количественная теория для кинетики конформационной релаксации белковых макромолекул и их комплексов. Отсутствует законченная теория электронного переноса в биологических структурах.
  
  33. Сверхпроводимость . Невозможно теоретически предсказать, зная структуру и состав вещества, перейдёт ли оно в сверхпроводящее состояние с понижением температуры.
  
  Заключение
  
  Итак, физика нашего времени стремительно прогрессирует. В современном мире появилась уйма различных оборудований с помощью которых возможно провести практический любой эксперимент. За какие-то 16 лет наука совершила просто фундаментальный скачек вперед. С каждым новым открытием или подтверждением старой гипотезы, появляется огромное количество вытекающих вопросов. Именно это не дает погаснуть у ученных пыл исследований. Все это здорово, однако немножко обидно за то, что в списке самых выдающихся открытий нет ни одного достижения Казахстанских исследователей.
  
  Список использованной литературы
  
  1. Фейнман Р. Ф. Квантовая механика и интегралы по траекториям. М.: Мир, 1968. 380 с.
  
  2. Жарков В. Н. Внутреннее строение Земли и планет. М.: Наука, 1978. 192 с.
  
  3. Мендельсон К. Физика низких температур. М.: ИЛ, 1963. 230 с.
  
  4. Блюменфельд Л.А. Проблемы биологической физики. М.: Наука, 1974. 335 с.
  
  5. Кресин В.З. Сверхпроводимость и сверхтекучесть. М.: Наука, 1978. 192 с.
  
  6. Смородинский Я.А. Температура. М.: Наука, 1981. 160 с.
  
  7. Тябликов С.В. Методы квантовой теории магнетизма. М.: Наука, 1965. 334 с.
  
  8. Боголюбов Н.Н., Логунов А.А., Тодоров И. Т. Основы аксиоматического подхода в квантовой теории поля. М.: Наука, 1969. 424 с.
  
  9. Кейн Г. Современная физика элементарных частиц. М.: Мир, 1990. 360 с. ISBN 5-03-001591-4.
  
  10. Смородинский Я. А. Температура. М.: ТЕРРА-Книжный клуб, 2008. 224 с. ISBN 978-5-275-01737-3.
  
  11. Широков Ю. М., Юдин Н. П. Ядерная физика. М.: Наука, 1972. 670 с.
  
  12. Садовский М. В. Лекции по квантовой теории поля. М.: ИКИ, 2003. 480 с.
  
  13. Румер Ю. Б., Фет А. И. Теория групп и квантованные поля. М.: Либроком, 2010. 248 с. ISBN 978-5-397-01392-5.
  
  14. Новиков И.Д., Фролов В.П. Физика черных дыр. М.: Наука, 1986. 328 с.
  
  15. http://dic.academic.ru/.
  
  16. http://www.sciencedebate2008.com/.
  
  17. http://www.pravda.ru/.
  
  18. http://felbert.livejournal.com/.
  
  19. http://antirelativity.workfromhome.com.ua/.
  
  Размещено на Allbest.ru
  ...
  Подобные документы
  Поделитесь статьей с друзьями:
  
  Похожие статьи