О нерешенных проблемах современной физики - 1
Не претендую на то, чтобы полностью выдать список с подробным описанием всех проблем, скорее это небольшой ликбез доступным языком по нескольким пунктам. В общем, тема сегодняшнего поста о том, чего еще не знают ученые современного мира, какие перед ними стоят задачи.
Изучая физику, у меня сложилось такое впечатление, что чем дальше, тем больше мы не знаем о природе. Чем дальше, тем мудренее и интереснее становится мир. Несколько обидно только то, что человечество более заинтересовано в новом айфоне, нежели в том, чтобы высадиться на Марс) При темпах и возможностях развития современных технологий, в общем-то, мы бы могли уже поселение на Луне создать. Но это лирика :)
Из интересного самый животрепещущий вопрос - черные дыры. Что это вообще такое? Черная дыра возникает в конце жизни довольно большой и массивной звезды. Груб говоря, есть три варианта развития, когда звезда умирает. Первый вариант, который ждет наше Солнце, - превращение в белого карлика. Происходит это следующим образом: когда запасы водорода в звезде истощаются, начинает гореть гелий, а потом прочие элементы, они горят хуже и медленнее, поэтому звезда становится холоднее. В какой-то момент поддержания горения начинает требовать дополнительной энергии (до этого она выделялась), и вот тогда звезда умирает. Когда водород кончится, наше Солнце раздуется в красный гигант (примерно до орбиты Марса), а потом сбросит свою оболочку, а остатки схлопнутся в этот самый белый карлик - маленькую плотную звездочку, которая будет тихонько светить остатками тепла, а потом и вовсе остынет окончательно. Что будет с Землей на стадии красного гиганта - пока никто не знает. Как изменится орбита, расширится ли она или Солнце поглотит ее - мы с вами, наверно, не узнаем.
Другой вариант случается, когда звезда потяжелее. Называется он нейтронной звездой или пульсаром. Атомы, как известно, состоят из протонов (положительно заряженные) и нейтронов (имеющие нейтральный заряд, точнее - нуль) (ядро), вокруг которых вращаются электроны (отрицательно заряженные). Если звезда достаточно массивная, то в конце ее жизни может случиться взрыв (это называется сверхновая), а вместо белого карлика образуется нейтронная звезда. Это значит, что сила гравитации становится настолько велика, что электроны буквально вдавливаются в протоны, образуя нейтрон (+ и - дают ноль). Такие образования обычно очень быстро вращаются, испуская коротковолновое радиоизлучение с потрясающе точным периодом. Поэтому, когда подобные сигналы обнаружили впервые, это открытие было засекречено, т.к. предполагалось, что это может быть сигнал инопланетной цивилизации. Но ничего, потом разобрались, что к чему :)
И третье - это черная дыра. Это когда сценарий тот же, что в случае нейтронной звезды, но гравитация еще сильнее (соответственно изначальная звезда еще более тяжелая), настолько сильнее, что покинуть звезду не может ничего - даже свет. В общем, все, что туда попадает, - пропадает навечно. Что там внутри - никто не знает, уравнения оказываются бессильны и показывают сингулярность - когда в бесконечно малом объеме масса становится бесконечной. И вот мы уже вплотную подошли к проблеме: этих объектов никогда никто не видел по понятным причинам. Нет испускаемого света - нельзя увидеть. Находят их по косвенным признакам - иногда бывает так, что черные дыры имеют звезду-компаньона, с которой "стягивают" вещество, в процессе падения раскручивая его своим сильным гравитационным полем. Так можно оценить их массу.
Исходя из этого возникают следующие вопросы - а куда девается информация из черной дыры? Согласно современной теории физики, информация не может бесследно исчезнуть. Но, получается, что она попадает в черную дыру "с концами", проходя через горизонт событий (черта, за которой ничто уже не может вырваться из поля тяготения ЧД).
И вообще, что дальше происходит с черными дырами? Они бесконечно накапливают массу или все же она куда-то уходит? Есть, конечно, фантастические теории, что через черные дыры можно путешествовать и т.д., но этот вариант мы не рассматриваем по понятным причинам. В связи с этим дядя Стивен Хокинг однажды придумал теорию об испарении черных дыр. Для того, чтобы иметь представление о ней, нужно знать, что в вакууме постоянно возникают и умирают пары частиц (частица-античастица), называемые виртуальными, поскольку живут они совсем малое время (порядка 10^(-20) секунды). Вот так вот, из ничего. Теория Хокинга состоит в том, что, соответственно, эти частицы возникают и умирают возле горизонта событий черной дыры, и может случаться так, что одна из частиц "затягивается" в черную дыру, а вторая летит себе по своим делам. Постороннему наблюдателю будет казаться при этом, что черная дыра излучает эту частицу. В связи с чем возникает вопрос - можно ли по этому излучению узнать что-то о внутреннем устройстве черной дыры? Испаряется ли она на самом деле и если да, то когда этот процесс останавливается? Что происходит с информацией, хранящейся в черной дыре?
Это одна из нерешенных проблем современной физики, изучение которой еще только нам предстоит. В следующих выпусках читайте о других вопросах и задачах, пока не имеющих решения :)
Изучая физику, у меня сложилось такое впечатление, что чем дальше, тем больше мы не знаем о природе. Чем дальше, тем мудренее и интереснее становится мир. Несколько обидно только то, что человечество более заинтересовано в новом айфоне, нежели в том, чтобы высадиться на Марс) При темпах и возможностях развития современных технологий, в общем-то, мы бы могли уже поселение на Луне создать. Но это лирика :)
Из интересного самый животрепещущий вопрос - черные дыры. Что это вообще такое? Черная дыра возникает в конце жизни довольно большой и массивной звезды. Груб говоря, есть три варианта развития, когда звезда умирает. Первый вариант, который ждет наше Солнце, - превращение в белого карлика. Происходит это следующим образом: когда запасы водорода в звезде истощаются, начинает гореть гелий, а потом прочие элементы, они горят хуже и медленнее, поэтому звезда становится холоднее. В какой-то момент поддержания горения начинает требовать дополнительной энергии (до этого она выделялась), и вот тогда звезда умирает. Когда водород кончится, наше Солнце раздуется в красный гигант (примерно до орбиты Марса), а потом сбросит свою оболочку, а остатки схлопнутся в этот самый белый карлик - маленькую плотную звездочку, которая будет тихонько светить остатками тепла, а потом и вовсе остынет окончательно. Что будет с Землей на стадии красного гиганта - пока никто не знает. Как изменится орбита, расширится ли она или Солнце поглотит ее - мы с вами, наверно, не узнаем.
Другой вариант случается, когда звезда потяжелее. Называется он нейтронной звездой или пульсаром. Атомы, как известно, состоят из протонов (положительно заряженные) и нейтронов (имеющие нейтральный заряд, точнее - нуль) (ядро), вокруг которых вращаются электроны (отрицательно заряженные). Если звезда достаточно массивная, то в конце ее жизни может случиться взрыв (это называется сверхновая), а вместо белого карлика образуется нейтронная звезда. Это значит, что сила гравитации становится настолько велика, что электроны буквально вдавливаются в протоны, образуя нейтрон (+ и - дают ноль). Такие образования обычно очень быстро вращаются, испуская коротковолновое радиоизлучение с потрясающе точным периодом. Поэтому, когда подобные сигналы обнаружили впервые, это открытие было засекречено, т.к. предполагалось, что это может быть сигнал инопланетной цивилизации. Но ничего, потом разобрались, что к чему :)
И третье - это черная дыра. Это когда сценарий тот же, что в случае нейтронной звезды, но гравитация еще сильнее (соответственно изначальная звезда еще более тяжелая), настолько сильнее, что покинуть звезду не может ничего - даже свет. В общем, все, что туда попадает, - пропадает навечно. Что там внутри - никто не знает, уравнения оказываются бессильны и показывают сингулярность - когда в бесконечно малом объеме масса становится бесконечной. И вот мы уже вплотную подошли к проблеме: этих объектов никогда никто не видел по понятным причинам. Нет испускаемого света - нельзя увидеть. Находят их по косвенным признакам - иногда бывает так, что черные дыры имеют звезду-компаньона, с которой "стягивают" вещество, в процессе падения раскручивая его своим сильным гравитационным полем. Так можно оценить их массу.
Исходя из этого возникают следующие вопросы - а куда девается информация из черной дыры? Согласно современной теории физики, информация не может бесследно исчезнуть. Но, получается, что она попадает в черную дыру "с концами", проходя через горизонт событий (черта, за которой ничто уже не может вырваться из поля тяготения ЧД).
И вообще, что дальше происходит с черными дырами? Они бесконечно накапливают массу или все же она куда-то уходит? Есть, конечно, фантастические теории, что через черные дыры можно путешествовать и т.д., но этот вариант мы не рассматриваем по понятным причинам. В связи с этим дядя Стивен Хокинг однажды придумал теорию об испарении черных дыр. Для того, чтобы иметь представление о ней, нужно знать, что в вакууме постоянно возникают и умирают пары частиц (частица-античастица), называемые виртуальными, поскольку живут они совсем малое время (порядка 10^(-20) секунды). Вот так вот, из ничего. Теория Хокинга состоит в том, что, соответственно, эти частицы возникают и умирают возле горизонта событий черной дыры, и может случаться так, что одна из частиц "затягивается" в черную дыру, а вторая летит себе по своим делам. Постороннему наблюдателю будет казаться при этом, что черная дыра излучает эту частицу. В связи с чем возникает вопрос - можно ли по этому излучению узнать что-то о внутреннем устройстве черной дыры? Испаряется ли она на самом деле и если да, то когда этот процесс останавливается? Что происходит с информацией, хранящейся в черной дыре?
Это одна из нерешенных проблем современной физики, изучение которой еще только нам предстоит. В следующих выпусках читайте о других вопросах и задачах, пока не имеющих решения :)