Интересные факты о физике

Интересные факты о физике помогут хоть немного(по крайней мере в теории) понять как устроена наша вселенная. Ведь, "воображение важнее знаний. Ибо знания ограничены, тогда как воображение охватывает весь мир, стимулируя прогресс и создавая эволюцию ». - Альберт Эйнштейн. Физика - это наука изучающая структуру материи и взаимодействия между фундаментальными составляющими наблюдаемой Вселенной. Значение слова "физика" происходит от греческого слова physis - природа, природный(по википедии), а латинское слово physica - наука о природе. Это одна из старейших областей науки, которая появилась ещё в далёком 650 году до нашей эры и была открыта греками.

Космические лучи

Бесчисленное количество частиц и лучей достигают Земли из космоса. Хотя это явление известно уже давно, существуют некоторые частицы, энергия которых не поддается никаким измерениям. В 1991 году в ходе эксперимента в штате Юта были обнаружены следы того, что позже стало известно как "частица OMG", от инициалов английского выражения "Oh my God!". Энергия частица оценивалась в 3⋅10²⁰ эксаэлектронвольт. К счастью, такие частицы встречаются очень редко, а когда они достигают нашей планеты, то замедляются атмосферой. Считается, что обычные космические лучи (с энергией в миллиарды раз меньшей) образуются в остатках сверхновых звезд, звездных взрывах и других опасных астрофизических явлениях. Но нам пока неизвестно, что может приводить более высокоэнергетические лучи, на подобии частицы OMG, к такому ускорению. Наверное какое-нибудь явление просто галактического масштаба. Несколько лет назад в ходе исследования было обнаружено, что эти сверхбыстрые частицы исходят из определенной области неба, где казалось, что не было никакого видимого для них источника. Сегодня тайна самых энергетически заряженных частиц в космосе остается открытой.

Высокотемпературные сверхпроводники

Высокотемпературные сверхпроводники волнуют физиков уже более 30 лет. Как и традиционные сверхпроводники, эти материалы проводят электричество без сопротивления. Но они делают это при таких температурах, при которых, в принципе, это не должно происходить. Когда электрический ток идёт по проводам, часть энергии всегда теряется. Это не относится к сверхпроводящим материалам, которые могут проводить электричество без сопротивления, если их охладить до температуры, близкой к абсолютному нулю. В этом случае основной принцип хорошо понятен: явление основано на образовании пар электронов, известных как "пары Купера", которые образуются при очень низких температурах и позволяют электричеству проходить без потерь. В высокотемпературных сверхпроводниках механизм, ответственный за это, остается неустановленным. В настоящее время применение этих материалов ограничено. Термин "высокая температура" является относительным, поскольку он относится к температурам гораздо более высоким, чем те, при которых обычно происходит данное явление, но которые в любом случае остаются очень низкими (порядка минус 140 градусов Цельсия). Тем не менее, понимание высокотемпературной сверхпроводимости может открыть двери для новых применений и, при определенных особых условиях, возможно, станет альтернативой традиционным проводникам.

Черных дыр не существует?

Черные дыры можно описать как "черные ямы", которые навсегда поглощают все, что в них попадает. Астрономы уже давно имеют четкие указания на их существование. Однако их окончательное описание в физических терминах остается загадкой. Они образуются, когда звезда, гораздо более массивная, чем Солнце, исчерпывает свою силу, которая ей движет и разрушается под собственным весом. Согласно общей теории относительности Эйнштейна, черные дыры искажают геометрию окружающего пространства до такой степени, что ничего из того, что в них входит, никогда не сможет выйти. Но это явление является источником серьезной проблемы. Согласно квантовой механике, информация в физической системе никогда не может быть потеряна. Это означает, что, по крайней мере в принципе, всегда должна быть возможность восстановить прошлую конфигурацию системы частиц из ее настоящего состояния. Правда, а что произойдет, если частицы и вся их информация исчезнут навсегда? Такой парадокс заставил некоторых физиков усомниться в существовании черных дыр и начать утверждать, что их свойства могут сильно отличаться от тех, которые предсказывает общая теория относительности. Другие пытались решить этот вопрос, обращаясь к квантовым свойствам пространства-времени. Идей много. Как бы то ни было, эта проблема на протяжении десятилетий считалась одной из самых сложных проблем, стоящих перед теоретической физикой.


Проблема турбулентности

Турбулентность - это физическое явление, ответственное за появление воздушных вихрей при увеличении скорости потоков газов и жидкости. Физики пытаются смоделировать её уже несколько десятилетий, и пока без особого успеха. Сложность заключается в том, что любые модели противоречат повседневной природе явления: турбулентность возникает даже тогда, когда просто дует ветер, мы кипятим воду или размешиваем молоко в кофе, и это уже не учитывая многих других примеров, к примеру возникновения во время полёта на самолёте. Турбулентность относится к классу нелинейных явлений, в которые также входят хаотические явления. Системы такого типа чрезвычайно чувствительны к изменениям начальных условий, в том смысле, что даже небольшое изменение состояния системы может полностью изменить ее последующую динамику. Дополнительно, это свойство делает невозможным просчитывание долгосрочного поведения движения жидкости. Хотя, конечно есть модели поведения турбулентности, но они все не точные. Тем не менее, физики все еще пытаются найти для этого решения.

Проблема гравитации

Без гравитации наша Вселенная не существовала бы. Её воздействие очевидно: это сила, которая удерживает нас на поверхности Земли, заставляет планеты вращаться вокруг Солнца и связывает галактики вместе. Однако механизмы, лежащие в основе этого фундаментального взаимодействия, остаются загадкой. В 17 веке Исаак Ньютон установил, что любые две массы притягиваются друг к другу силой, возникающей между ними. Правда, в начале прошлого века Эйнштейн показал, что речь идет о гораздо более сложном феномене: согласно общей теории относительности, материя и энергия искажают геометрию пространства и времени, и это влияет на то, как движутся соседние тела. Одним из предсказаний теории Эйнштейна является существование гравитационных волн: деформаций пространства-времени, порождаемых большими движущимися массами и распространяющихся со скоростью света. Несколько лет назад, после десятилетий поисков, американский эксперимент LIGO впервые смог их обнаружить. Однако, в отличие от трех других фундаментальных сил природы, физикам пока не удалось обнаружить гравитон - гипотетическую квантовую частицу, ответственную за передачу гравитационного взаимодействия. Тот факт, что гравитация на много порядков слабее других взаимодействий в природе, делает эту частицу практически невозможной для обнаружения. Другая великая загадка гравитации заключается именно в этом: почему ее интенсивность так слаба по сравнению с интенсивностью других фундаментальных сил? С таким количеством вопросов и таким малым количеством ответов гравитация остается одной из самых больших загадок в современной физике. Продолжайте читать дальше интересные факты о физике.

Сколько измерений у вселенной?

Пространство, которое мы знаем имеет три измерения: вверх-вниз(высота), вперед-назад(длина) и влево-вправо(ширина). Но ничто не мешает ему иметь их больше. Теория струн, предсказывает пространство-времени из десяти измерений: девять плюс пространство времени, что невозможно представить визуально, но вполне возможно математически. На самом деле, идея о том, что Вселенная может иметь больше измерений, чем мы можем видеть, не нова, и возникла еще в 1920-х годах. Но если они существуют, то как выглядят эти дополнительные измерения и почему мы их не воспринимаем? Обычно ответ заключается в том, что это будут миры микроскопических размеров, проявляющиеся только в масштабах гораздо меньших, чем мы можем определить в настоящее время с помощью нашего лучшего оборудования и экспериментов. Другие варианты подразумевают существование скрытых вселенных. Правда, стоит учитывать, что до сих пор ни большие ускорители частиц, ни другие эксперименты не смогли получить хотя бы намеки на существование других измерений.


Темная материя и темная энергия

Привычные небесные тела составляют лишь малую часть всего существующего. Согласно всем наблюдениям и моделям, известные нам излучение и материя (свет и атомы, из которых состоят планеты, звезды и все остальное, что мы можем видеть) составляют едва ли 5 процентов от общего содержания энергии во Вселенной. Остальное состоит из двух компонентов неизвестной природы, известных как темная материя и темная энергия. Это предположение подтверждается астрономическими наблюдениями. Например, скорость, с которой вращаются звезды в галактиках, должна привести к их распаду, но этого не происходит. Чтобы объяснить это, физики предполагают, что галактики погружены в огромные скопления некой невидимой материи. Но до сих пор никто не знает, из чего состоит эта "темная материя", на которую приходится 25 процентов всей энергии в космосе. Наиболее распространенная гипотеза состоит в том, что она состоит из элементарных частиц, которые не поглощают и не излучают свет, но пока ни один эксперимент не смог их обнаружить. На этом загадка не заканчивается. Большая часть энергии в космосе - это темная энергия, таинственный фактор, который физики винят в ускоряющемся расширении Вселенной. Темная энергия противодействует силе гравитации (которая замедляет космическое расширение) и, по оценкам, отвечает за 70 процентов всей энергии во Вселенной сейчас.

Единая теория всего

Многие физики, мечтали о возможности сформулировать теорию, из которой можно было бы вывести все законы взаимодействия природы. И до сих пор все попытки сделать это были безуспешными, но всё же некоторые исследователи убеждены, что такая полностью сформированная теория должна существовать. Важным шагом в этом направлении стали так называемые "теории великого объединения" (GUT), которые создали модели, направленные на описание с помощью одних и тех же основных правил трех из четырех фундаментальных взаимодействий в природе: электромагнитного, слабого ядерного (ответственного за радиоактивные распады) и сильного ядерного (ответственного за удерживание ядер атомов вместе). Поскольку эти три взаимодействия имеют схожее математическое описание, многие физики считают вероятным, что они могут быть выведены из одной теории. Но нужно учитывать, что истинная "теория всего" должна объяснять и гравитацию. В настоящее время наиболее популярным кандидатом является теория струн, а также ее гипотетическое обобщение, известное как М-теория. Что касается квантового объяснения гравитации, то альтернативой теории струн является петлевая квантовая гравитация. Но все предпринятые попытки сталкиваются с серьезными теоретическими и экспериментальными проблемами. На самом деле, вполне возможно, что такой теории вовсе не существует.

Теория квантовой реальности

При определенных условиях квантовые частицы кажутся связанными друг с другом, даже если они разделены большими расстояниями. Это явление, известное как квантовое запутывание, было знаменито тем, что Эйнштейн назвал его "призрачное действие на расстоянии". Когда две частицы связаны, измерения одной из них могут предсказать свойства другой, даже если находятся на большом расстоянии друг от друга, и не могут визуально взаимодействовать. Если разобраться, квантовые частицы не обладают четко выраженными свойствами, пока они не будут замечены в эксперименте: до измерения её можно описать только как вероятность. Как ни странно, такие свойства были неоднократно подтверждены в ходе всевозможных экспериментов. Однако нет четкого консенсуса относительно того, какое понятие физической реальности лежит в основе таких явлений: зависит ли реальность от того, как мы ее исследуем, существуют ли другие вселенные, в которых материализуются различные квантовые вероятности, и верна ли обычная интерпретация волновой функции? Как бы то ни было, похоже, что квантовая механика указывает на пределы нашего понимания: на своем фундаментальном уровне Вселенная имеет совершенно иную структуру, чем та, о которой говорит наш повседневный опыт.


Начало и конец космоса

Как все началось? Как все закончится? Есть ли начало и конец? Не только философы задаются этими вопросами. Для многих исследователей как прошлое, так и будущее Вселенной являются самыми элементарными загадками физики. Теория большого взрыва предполагает, что всё - материя, энергия, пространство и время - возникло из состояния бесконечной плотности, известного как "сингулярность". Но никто не нашел удовлетворительного описания с точки зрения этого предположительного начального состояния или первых долей секунды после большого взрыва. Что касается судьбы Вселенной, то имеющиеся ответы не намного лучше. Но можно сказать наверняка: в настоящее время космос расширяется с постоянно увеличивающейся скоростью. Она может никогда не остановиться, но может и эволюционировать к конечному стационарному состоянию или даже изменить свою текущую динамику и закончиться "большим взрывом", после которого все может начаться заново. Если это так, то это может дать ответ на вопрос, что было до Большого взрыва. Конечно, только если получилось это каким-то образом пережить.

На этом интересные факты о физике подошли к концу, если Вам понравилась статья делитесь ей в социальных сетях и подписывайтесь на телеграм канал. Пока-пока!