Τα 7 άλυτα μυστήρια του σύμπαντος

Όταν ο Richard Feynman συνάντησε το εγχειρίδιο του Dirac για την κβαντική ηλεκτροδυναμική, αυτός δεν το καταλάβαινε πολύ καλά. Επιπλέον, το βιβλίο ήταν γεμάτο προβλήματα που κανείς δεν ήταν αρκετά ικανός να λύσει. Ωστόσο, ήταν η τελευταία παράγραφος στο τέλος του βιβλίου που τον ενθάρρυνε να τα ερευνήσει. Έγραφε «χρειάζονται κάποιες νέες ιδέες εδώ», ένα αίτημα που ο Φάινμαν ένιωθε υποχρεωμένος να το παρακολουθήσει και το έκανε ευσυνείδητα. Οι νέες ιδέες του άλλαξαν τον τρόπο που μελετάμε το QED και οδήγησαν στην ανάπτυξη του Καθιερωμένου Μοντέλου.

Τα άλυτα προβλήματα μου θυμίζουν επίσης βαρυτικά κύματα, έναν κυματισμό στον ιστό του χωροχρόνου που εξαπλώνεται από γιγάντιες μάζες. Ο Αϊνστάιν το προέβλεψε αυτό στη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας το 1916. Παρόλο που η θεωρία επιβεβαιώθηκε με επιτυχία από την κάμψη του φωτός λόγω της παρουσίας του Ήλιου ενώ ταξίδευε γύρω του, τα στοιχεία για την εμφάνιση βαρυτικών κυμάτων δεν πραγματοποιήθηκαν ποτέ.

Βαρυτικό κύμα. (Φωτογραφία:Charly W. Karl / Flickr)

Το φαινόμενο υποβιβάστηκε στο να είναι απλώς μια πρόβλεψη είτε λόγω τεχνολογικών περιορισμών είτε λόγω της απουσίας λίθων αρκετά ογκωδών ώστε να προκαλέσουν έναν τόσο σαρωτικό κυματισμό. Ήταν λίγο λιγότερο από 100 χρόνια πριν ολόκληρος ο κόσμος θαυμάσει τα ευρήματα του LIGO, που ένιωσε τους δονητές μιας κολοσσιαίας σύγκρουσης μεταξύ δύο υπερμεγέθων μαύρων τρυπών, μια πρόσκρουση τόσο καταστροφική που τα βαρυτικά κύματα ταξίδεψαν αστρονομικά μίλια για να εντοπιστούν από το αστεροσκοπείο. /P>

Έτσι, μπορούμε επίσης να το διαγράψουμε από τη λίστα μας με τα μυστήρια του Σύμπαντος. Ωστόσο, παραμένει ένας τόνος μυστηρίων για τα οποία είτε είμαστε ακόμα στη σκιά είτε δεν έχουμε καμία απολύτως ιδέα. Οι θεωρίες που εκτίθενται παρακάτω δεν είναι μόνο προβλήματα φυσικής, αλλά και προβλήματα που αφορούν τη βιολογία, τα μαθηματικά και οτιδήποτε βρίσκεται κάτω από την ομπρέλα του Σύμπαντος.

Σκοτεινή ύλη και σκοτεινή ενέργεια

Γύρω στη δεκαετία του 1990, οι κοσμολόγοι συνειδητοποίησαν ότι η μάζα των σμηνών, μια συλλογή πολλαπλών γαλαξιών, δεν είναι αρκετά μεγάλη για να κρατήσει αυτούς τους γαλαξίες. Υπέθεσαν ότι υπάρχει, μεταξύ αυτών των γαλαξιών, εκτός από την ορατή ύλη, ένας άλλος τύπος εξωτικής ύλης που ευθύνεται για τη μάζα που λείπει. Αυτή η μυστηριώδης ύλη αρνείται να αλληλεπιδράσει με το φως και την ορατή ύλη, αποφεύγοντας έτσι κάθε ανίχνευση. Ονομάστηκε σωστά, Σκοτεινή ύλη

Η σκοτεινή ενέργεια αναγκάζει τους γαλαξίες να απομακρύνονται από εμάς με εκπληκτικές ταχύτητες.

Αν αυτό δεν ήταν αρκετό, οι κοσμολόγοι ανακάλυψαν επίσης ότι η συνδυασμένη μάζα της ορατής και της σκοτεινής ύλης αντιπροσωπεύει μόνο περίπου το 30% της ενέργειας (μόνο το 4% είναι ορατή ύλη!) απαραίτητο για την παραγωγή της πυκνότητας που απαιτεί το επίπεδο σχήμα του Σύμπαντος μας. Πού είναι το υπόλοιπο 70%; Οι κοσμολόγοι υπέθεσαν ότι αυτό το μυστηριώδες πεδίο, όπως και η σκοτεινή ύλη, διαφεύγει της αναγνώρισης και το ονόμασαν Σκοτεινή ενέργεια . Πιστεύεται ότι η σκοτεινή ενέργεια είναι η απωστική δύναμη που είναι υπεύθυνη για την ταχεία διαστολή του Σύμπαντος μας που παρατήρησε το Hubble το 1929. Στη συνέχεια αναγνωρίστηκε ως η ενσάρκωση της κοσμολογικής σταθεράς του Αϊνστάιν.

Μέχρι σήμερα, κανείς δεν είναι σίγουρος από τι αποτελείται η σκοτεινή ύλη ή ενέργεια. Ωστόσο, ενώ η σκοτεινή ύλη υπονοεί ότι μπορεί να υπάρχει ένα νέο είδος σωματιδίων που δεν έχουμε ακόμη ανακαλύψει, δεν έχουμε καμία εκτίμηση σχετικά με τη σκοτεινή ενέργεια. Μας έχει μπερδέψει για σχεδόν 20 χρόνια τώρα και φαίνεται ότι θα συνεχίσει να το κάνει για τα επόμενα χρόνια.

Η προέλευση της ζωής και της συνείδησης

Από τη σημερινή σκοπιά, η εμφάνιση της ζωής φαίνεται σχεδόν αδύνατη. Η Μεγάλη Έκρηξη έκανε άφθονο εμετό ένα σωρό υποατομικά σωματίδια που σταδιακά συγχωνεύτηκαν για να σχηματίσουν άτομα, τα οποία ενώθηκαν για να σχηματίσουν ένα δισεκατομμύριο αστέρια, γύρω από ένα από τα οποία το υπόλοιπο αέριο συγχωνεύτηκε για να σχηματίσει το Ηλιακό Σύστημα, τον πλανήτη μας και στη συνέχεια τη ζωή.

Όλοι είμαστε κυριολεκτικά φτιαγμένοι από αστρόσκονη. Αυτή είναι μια εικόνα ενός δίσκου από νεαρά, μπλε αστέρια που περικυκλώνουν μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στον γαλαξία της Ανδρομέδας. (Φωτογραφία:NASA / Wikipedia.org)

Η επισφάλεια του πύργου που σχηματίζεται από τα τετράγωνα πολύ απίθανων πιθανοτήτων που στοιβάζονται το ένα πάνω στο άλλο απεικονίζεται τέλεια από μια σύντομη ιστορία που εμφανίζεται στο Cosmicomics, μια συλλογή από εκκεντρικές ιστορίες επιστημονικής φαντασίας που έγραψε ο Ιταλός συγγραφέας Italo Calvino. Το παραμύθι, που ονομάζεται Πόσα θα στοιχηματίσουμε, περιλαμβάνει δύο χαρακτήρες – τον ​​αφηγητή, το όνομα του οποίου είναι ένα απρόφωνο «Qfwfq» και ένας φίλος «Dean (k)uk».

Φαίνεται να ζουν με κάποιο τρόπο χωρισμένοι από το Σύμπαν και κάντε μια σειρά από στοιχήματα σχετικά με το τι μπορεί να εκτυλιχθεί μέσα σε αυτό. Ο αφηγητής πάντα ποντάρει για την πρόταση, ενώ ο Ντιν πάντα εναντίον της. Τα στοιχήματα είναι αρκετά γνωστά - το πρώτο ρωτά αν ο σχηματισμός ατόμων θα συμβεί μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, ενώ το δεύτερο ρωτά αν θα αντιδράσουν για να σχηματίσουν βασικά στοιχεία και ούτω καθεξής μέχρι την εμφάνιση του RNA και των αυτοαναπαραγόμενων κυττάρων - ή ζωή.

DNA (μπλε)" width="1024" height="768" srcset="https://www.scienceabc.com/wp-content/uploads/2017/10/Culture-of-rat-brain-cells-stained-with-antibody-to-MAP2-green-Neurofilament-red-and -DNA-blue.jpg 1024w, https://www.scienceabc.com/wp-content/uploads/2017/10/Culture-of-rat-brain-cells-stained-with-antibody-to-MAP2-green- Neurofilament-red-and-DNA-blue-300x225.jpg 300w, https://www.scienceabc.com/wp-content/uploads/2017/10/Culture-of-rat-brain-cells-stained-with-antibody -to-MAP2-green-Neurofilament-red-and-DNA-blue-768x576.jpg 768w" sizes="(max-width:1024px) 100vw, 1024px"> Αναπόσπαστα μπλεγμένο. (Φωτογραφία:Gerrymedia Commons /<) /P>

Το πιο απίθανο, ωστόσο, απεικονίζεται να είναι η εμφάνιση ευφυών ΖΩΗ. Η συνείδηση, υποτίθεται προϊόν της νοημοσύνης μας, έχει μπερδέψει εδώ και καιρό φιλοσόφους, ψυχολόγους και νευρολόγους. Η πιο πειστική εξήγηση φαίνεται να είναι η υπερ-συνδεσιμότητα και η πολυπλοκότητα των εγκεφαλικών κυττάρων μας. Ωστόσο, φαίνεται αδύνατο να διακρίνει κανείς σε ποιο σημείο ένα ηλεκτροχημικό σήμα που διασχίζει έναν νευρώνα μετατρέπεται, ας πούμε, στην υποκειμενική αίσθηση του κόκκινου χρώματος.

Η έννοια της ευφυούς ζωής μας αναγκάζει επίσης να εξερευνήσουμε ένα άλλο μυστήριο, ένα μυστήριο, ταυτόχρονα, που είναι ένα από τα πιο συναρπαστικά και τρομακτικά.

Το παράδοξο του Fermi

Είμαστε μόνοι μας στο Σύμπαν; Αν όχι, τότε πού είναι όλοι οι άλλοι; Φυσικά, η εμφάνιση ευφυούς ζωής είναι ένα εξαιρετικά σπάνιο φαινόμενο, αλλά λαμβάνοντας υπόψη την πληθώρα των πλανητικών συστημάτων εκεί έξω, πρέπει να περιμένουμε έναν χαιρετισμό που και που, εκτός από το ότι δεν λάβουμε ποτέ έναν.

Το ένα αστείο του Fermi το μεσημέρι με τους συντρόφους του μετατράπηκε σε ένα από τα πιο σημαντικά επιχειρήματα που εικάζουν το πού βρίσκεται η εξωγήινη ζωή. Ο Φέρμι προέβλεψε ότι 10 εκατομμύρια χρόνια θα ήταν αρκετά για οποιονδήποτε πολιτισμό να επιτύχει επαρκή τεχνολογική ικανότητα για να διαμορφώσει έναν ολόκληρο γαλαξία. Αν δέκα εκατομμύρια χρόνια είναι απλώς ένα τικ στο ρολόι του Σύμπαντος, τότε αυτές οι αποικίες πρέπει να συνωστίζονται γαλαξίες αρκετά πυκνά ώστε να ανιχνεύονται εύκολα.

Sagan’s Pale Blue Dot (Φωτογραφία:NASA)

Το παράδοξο του Fermi υπονοεί είτε την πανταχού παρουσία εξωγήινων στο Σύμπαν και την αποτυχία μας να τους εντοπίσουμε είτε ότι είμαστε οι μόνοι κάτοικοι της ασύλληπτα ευρύχωρης έπαυλης του Σύμπαντος, που κρύβεται σε ένα απομακρυσμένο συρτάρι με κάλτσες .

Gravitational Singularities

Κανείς δεν ξέρει τι υπάρχει μέσα σε μια μαύρη τρύπα. Οι κοσμολόγοι προβλέπουν ότι η έντονη έλξη μιας μαύρης τρύπας τροφοδοτείται από μια περιοχή μηδενικού όγκου και άπειρης πυκνότητας. Αυτό το σημείο είναι άπειρο Η βαρύτητα ονομάζεται ιδιομορφία. ακόμη και το φως δεν μπορεί να ξεφύγει από την έλξη του.

Οι μοναδικότητες είναι εξαιρετικά διαβόητα κοσμολογικά φαινόμενα. Επί του παρόντος, κανένας κλάδος της φυσικής δεν μπορεί να εξηγήσει τη συμπεριφορά τους. Όχι μόνο η Γενική Σχετικότητα του Αϊνστάιν καταρρέει σε τόσο απειροελάχιστη κλίμακα, αλλά η σωματιδιακή φυσική σε τέτοια πυκνότητα είναι επίσης πέρα ​​από την κατανόηση του Καθιερωμένου Μοντέλου της κβαντικής φυσικής. Είναι ένα σημείο όπου καταρρέουν όλοι οι νόμοι της φυσικής.

Η αναπαράσταση ενός καλλιτέχνη μιας μαύρης τρύπας. (Φωτογραφία :AstroStar/ Shutterstock)

Οι μαύρες τρύπες προβληματίζουν τους κοσμολόγους εδώ και 50 χρόνια. Η ανεξήγησή τους σηματοδοτεί ότι η κατανόησή μας για τη φυσική είναι ελλιπής, υπονοώντας έτσι μια νέα θεωρία που θα ενοποιούσε τα δύο άκρα της φυσικής. Ο Αϊνστάιν βρέθηκε να εργάζεται πάνω σε αυτή τη θεωρία μέχρι την τελευταία του πνοή. Τα σημειωματάρια δίπλα στο κρεβάτι του και οι μαυροπίνακες που ήταν κρεμασμένοι στους τοίχους ήταν γεμάτα με μουντζούρες, αλλά δεν μπορούσε να κάνει καμία σημαντική ανακάλυψη.

Θεωρία πολλαπλών συστοιχιών

Η θεωρία του πολυσύμπαντος είναι ένα από τα κύρια επιχειρήματα σχετικά με την προέλευση του Σύμπαντος. Σύμφωνα με αυτό, το Σύμπαν μας είναι μια από μια σειρά από σωριασμένες κοσμικές φυσαλίδες, καθεμία από τις οποίες αγνοεί την παρουσία του γείτονά της. Το πλέγμα των Συμπάντων είναι γνωστό ως Πολυσύμπαν, όπου κάθε φυσαλίδα, αφού εμφανίστηκε, επεκτάθηκε με ρυθμό μεγαλύτερο από την ταχύτητα του φωτός.

Σύμφωνα με τη Θεωρία του Πολυσύμπαντος, το Σύμπαν μας είναι ένα από μια σειρά από σωριασμένες κοσμικές φυσαλίδες, καθεμία από τις οποίες αγνοεί την παρουσία του γείτονά τους. (Φωτογραφία:Silver Spoon / Wikimedia Commons)

Αυτή η ιδιότροπη θεωρία επιβεβαιώνεται από το CMBR και τη θεωρία του πληθωρισμού, όπου η πρώτη είναι μια αδιαμφισβήτητη απόδειξη της Μεγάλης Έκρηξης και η δεύτερη είναι μια συναρπαστική εξήγηση για την ομοιογένεια του Σύμπαντος. Ωστόσο, δεν έχουν ακόμη έρθει στο φως οριστικά στοιχεία. Η θεωρία ουσιαστικά διερευνά τι θα μπορούσε να υπήρχε πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη, μια ερώτηση που δεν μπορεί να απαντηθεί αυτή τη στιγμή, καθώς απαιτεί γνώση των ιδιομορφιών, τις οποίες δεν κατέχουμε ακόμη πλήρως, όπως αναφέρθηκε προηγουμένως.

Υπόθεση Riemann

Οι πρώτοι αριθμοί πάντα ενέπνεαν στους μαθηματικούς ή στους θεωρητικούς αριθμών, τουλάχιστον, μια αίσθηση μυστηρίου ή μάλλον ιερότητας. Η υπόθεση Riemann είναι ένα μαθηματικό πρόβλημα που ασχολείται με την αδιάκριτη κατανομή των πρώτων αριθμών. Η υπόθεση, σε αντίθεση με τα φαινόμενα που αναφέρονται παραπάνω, είναι κατά κάποιο τρόπο διαχωρισμένη από τον πραγματικό κόσμο… είναι εξαιρετικά αφηρημένη και μη πρακτική.

(Φωτογραφία:Wallpoper / Wikimedia Commons)

Το πρόβλημα δεν μπορεί να επεξηγηθεί εδώ, καθώς θα χρειαζόταν ένα εντελώς διαφορετικό άρθρο, αλλά μπορεί απλά να συνοψιστεί ως "δεδομένου ενός ακέραιου αριθμού N, πόσοι πρώτοι αριθμοί υπάρχουν μικρότερο από το Ν;» Η περίληψη συσκοτίζει την πολυπλοκότητα που συνεπάγεται και την κάνει να φαίνεται σαν το πρόβλημα να μην είναι τόσο μεγάλο. Λοιπόν, αν νομίζετε ότι είναι τόσο ασήμαντο, ίσως θέλετε να δοκιμάσετε την τύχη σας και να κερδίσετε μια ανταμοιβή 1.000.000 $. Η υπόθεση Riemann είναι ένα από τα έξι απίστευτα δύσκολα μαθηματικά προβλήματα, μαζί γνωστά ως Προβλήματα του Βραβείου Χιλιετίας .

Ασυμμετρία βαρυονίου

Η ασυμμετρία βαρυώνων είναι ένα από τα πιο προκλητικά και διεγερτικά προβλήματα στη φυσική. Αυτή η ασυμμετρία αναφέρεται στην ασυμμετρία στην ποσότητα της ύλης και της αντιύλης στο Σύμπαν. Οι φυσικοί συχνά μιλούν για το πώς ένα Σύμπαν που αποτελείται εξ ολοκλήρου από αντιύλη θα λειτουργούσε μια χαρά, οπότε γιατί γινόμαστε μάρτυρες μόνο της ύλης;

Γνωρίζουμε ότι η συνένωση της ύλης και της αντιύλης έχει ως αποτέλεσμα τον καταστροφικό αφανισμό τους. Στην πραγματικότητα, ο εκρηκτικός συνδυασμός εικάζεται ότι είναι ένας πολλά υποσχόμενος διαγωνιζόμενος για τεχνολογία προωθητικών πυραύλων πολύ υψηλής ταχύτητας, εάν, φυσικά, είμαστε σε θέση να εξάγουμε άφθονη αντιύλη. Επειδή ίσες αναλογίες των δύο ειδών θα εκμηδενίζονταν εντελώς, το ένα από αυτά θα επιβίωνε μόνο εάν η ποσότητά του ήταν μεγαλύτερη από το άλλο.

Η ασυμμετρία Baryon είναι ένα από τα πιο προκλητικά και διεγερτικά προβλήματα στη φυσική.

Ωστόσο, γιατί η φύση ευνοούσε την ύλη και όχι την αντιύλη; Και γιατί η φύση πρέπει να είναι προκατειλημμένη; Πρέπει να επινοήσει ίσες ποσότητες και των δύο θεμάτων στην αρχή. Αν ναι, τι έπληξε την ισορροπία; Υπάρχει μια άγνωστη, υποκείμενη αιτία πέρα ​​από την κατανόησή μας… ή είναι απλώς καθαρή τύχη; Δεν γνωρίζουμε.

Άλλα ενδιαφέροντα άλυτα προβλήματα περιλαμβάνουν την κβαντική εμπλοκή ή αυτό που ο Αϊνστάιν ονόμασε "απόκοσμη δράση από απόσταση", η έλλειψη λιθίου στο Σύμπαν και η συζυγική σχέση μεταξύ της εντροπίας του Σύμπαντος και της ροής χρονικός. Ορισμένες νέες ιδέες θα εκτιμηθούν.