I slutet av 1800-talet verkade det som om det hela taget var klart redan med naturens struktur och dess lagar. Det återstod att ta itu med små detaljer och irriterande problem som en öppen elektron av någon anledning och små skillnader mellan de verkliga och beräknade banorna i Merkurius. Ingen föreställde sig att en vetenskaplig revolution skulle komma och att relativitetsteorin, kvantmekanik och atomfysik skulle dyka upp. I början av 2000-talet verkar historien att upprepa sig.
Under de senaste 10 åren har vetenskapen redan samlat ett tillräckligt antal gåtor, vars lösning kan leda till ytterligare en vetenskaplig revolution. De fenomen som upptäckts av astronomi, fysik och jordvetenskaper, såväl som några som ännu inte hittats (som en monopol), så passar inte in i moderna idéer om naturen som, om de inte hittar någon acceptabel förklaring inom ramen för befintliga teorier, kommer de att kräva förändringar av dessa teorier.
”Chaskor” bestämde sig för att börja med att välja sju fenomen, vars sökande efter en förklaring skulle kunna bli ödesdigra för universums vetenskaper - astrofysik och kosmologi.
1. Ondskapens axel
I mitten av förra århundradet föreslog kosmologer (en av de första som kom med denna idé var Georgy Gamow) att efter Big Bang, som föder vårt universum, skulle svag reststrålning kvarstå. Det var han som upptäcktes 1965 av de amerikanska forskarna Penzias och Wilson (och 1978 fick de Nobelpriset i fysik för detta). Och i allmänhet fanns det inga speciella problem med denna relikstrålning, tills instrumentens noggrannhet nådde en viss tröskel, utöver vilken 2005 brittiska astrofysiker upptäckte ett fantastiskt fenomen. Mönstret för CMB-distributionen, i stället för den förväntade slumpmässiga fördelningen av något mer och lite mindre "heta" regioner spridda i en godtycklig ordning över universum, visade sig vara ordnade i en viss riktning. Denna bild fick det rungande smeknamnet "ondskapens axel", även omom det orsakade något problem, var det bara den grundläggande principen för rymdens isotropi, eller, enklare, idén att universum i huvudsak är samma, i vilken riktning du ser på det. Om den kosmiska strålningen har någon orientering, kommer det tillsammans med denna princip att bli av med idéerna om universums historia som den moderna kosmologin har.
Kanske är det inte så illa. Det är möjligt att vissa kluster av galaxer, inte så långt ifrån oss, påverkar strålningens homogenitet. Till slut kan vi observera universum så långt uteslutande från närheten av solsystemet, det vill säga inifrån vår egen galax. Kanske kommer de uppgifter som astrofysiker kommer att få i slutet av 2012 från instrumenten från Planck-satelliten som lanserats av NASA ge klarhet i bilden av bakgrundstrålningen.
Kampanjvideo:
2. Galaktiska bubblor
Även i vår Galaxy finns det många fler intressanta och obegripliga saker. De senaste uppgifterna från en annan NASA-satellit, Fermi, har grundligt förundrat astronomer. Röntgendeleskopet har upptäckt två jätteformade (nej, inte så - GIANT) sfäriska formationer intill centrum av vår galax. Deras diameter är cirka 25 tusen ljusår, det vill säga deras två diametrar är ungefär lika med hälften eller en tredjedel av mjölkvägens diameter. Båda dessa "bubblor" avger aktivt inom området hård gammastrålning. Om vi kunde se inom detta område skulle "bubblorna" ockupera hälften av himlen. Strålningsenergin för var och en av "bubblorna" är ungefär lika med explosionen av 100 tusen supernovaer på en gång.
Där dessa "bubblor" kommer från, kan inte astrofysiker säga, med försiktighet antagande så långt att de bildades som ett resultat av superkraftiga utsläpp från ett enormt svart hål beläget i centrum av galaxen. Det är sant att astronomer har aldrig sett något liknande tidigare. Och att föreställa sig vilken typ av katastrof som skulle kunna lämna efter sig så livliga konsekvenser, det kan de ändå inte.
3. Mörk ström
Om vi kunde hitta några konstiga bubblor i vår egen galax, vad kan vi förvänta oss av de platser i universum som vi fortfarande inte ser och de närmaste miljarder åren kommer inte att se - helt enkelt för att de ligger för långt ifrån oss. Om vi förlitar oss på samma princip om isotropi verkar inget för överraskande förväntas. Men du måste.
2008 arbetade en grupp forskare under ledning av Alexander Kashlinsky vid NASA Research Center. Goddard upptäckte att flera kluster av galaxer rör sig med en ovanligt hög hastighet (cirka 1000 km / s) mot en liten del av stjärnhimlen mellan konstellationerna Centaurus och Parus. Denna galaktiska ström som Kashlinsky kallade "mörk", för att hedra den mystiska mörka materien och den mörka energin.
Det som är ovanligt med denna rörelse är att det inte finns något i den angivna rymdregionen som kan locka till sig dessa jättekluster av stjärnor. Eller inte synlig. Det är möjligt att det som lockar dem ligger utanför det synliga universums horisont. Men vad? Uppenbarligen något väldigt stort. Det enda problemet är att detta "något väldigt stort" måste vara Väldigt STOR. Så stor att den borde överstiga allt som modern astronomi har kunnat urskilja i rymden fram till nu.
Men även om det fortfarande är okänt vad det är, har kosmologi redan ett problem. Om en sådan kosmisk Leviathan finns någonstans där ute, måste sådana leviataner stöta på någon annanstans. Men jag kan inte se dem.
Det fanns till och med misstankar om att det här otroliga kanske inte alls kommer från vårt universum. Kanske är detta en bekräftelse av en av de alternativa kosmologiska teorierna, enligt vilka vårt universum inte alls är ensamt, men bredvid det (även om det inte är särskilt tydligt i vilken mening - bredvid det) finns det andra, och någon slags granne lockar tusentals metagalaxy?
4. Variabel konstant
Tydligen vet vi inte något om naturen. En indirekt bekräftelse på att universum inte är enhetligt beställt är de senaste uppgifterna som erhållits av australiska astrofysiker, som kom på idén att jämföra spektralanalysdata som erhållits av teleskop som observerar olika områden i rymden. Om deras beräkningar är korrekta (och under de tio åren som har gått sedan den första publikationen har ingen kunnat motbevisa sina slutsatser), är en av de grundläggande fysiska konstanterna - den fina strukturen som är konstant ansvarig för en av de tre huvudtyperna av interaktion mellan materien (electroweak) - inte alls är konstant och förhållandet mellan elektrisk laddning och ljusets hastighet förändras beroende på platsen i universum. Dessutom indikerar kartan över platsen för "axeln" med förändringar i konstanten ungefär samma riktning som metagalaxerna i den "mörka strömmen" i Kashlinsky.
Astrofysiker kräver redan förtydligande av australiernas beräkningar, och fysiker är indignerade, eftersom en överensstämmelse med konstanternas variation är som att tvinga att uppfinna modern fysik på nytt. Och samtidigt, för att erkänna att mänskligheten verkligen dök upp på någon konstig plats i universum (eller i något konstigt universum), där det fanns de mest lämpliga förutsättningarna för detta.
5. Asymmetrisk tyngdkraft
För konstanternas anomalier är det emellertid inte heller nödvändigt att resa till världens slut (dock är inte allt klart med ljuset, men mer om det nedan). För flera år sedan drog anställda på samma amerikanska NASA uppmärksamhet på att deras rymdskepp inte flyger i solsystemet precis som planerat.
Ingenjörer som planerar att starta rymdfarkoster till avlägsna planeter har länge insett att det är möjligt att hjälpa deras motorer att arbeta om de drar nytta av attraktionerna i närliggande planeter eller solen: att flyga förbi dem längs rätt bana kan ge rymdskeppet ytterligare acceleration och avsevärt minska varaktigheten på rymdekspeditioner och spara bränsle.
En exakt jämförelse av de beräknade och verkliga banorna visade dock att fordonen kan erhålla oplanerad acceleration. I december 1990 använde rymdfarkosten Galileo jorden själv för att accelerera innan den åkte till Jupiter. Och som ett resultat fick han en ytterligare acceleration, inte planerad enligt schemat, som var 3,9 mm / s. En annan enhet, som skickades 1998 till Shoemaker-kometen, fick en ännu större acceleration - 13,5 mm / s.
Dessa avvikelser är små och lyckligtvis påverkade inte resultaten från expeditionerna, men forskarna kan fortfarande inte förklara dem, åtminstone ur den fysiska synvinkeln. Alternativa förklaringar räcker emellertid - från den tänkbara asymmetrin i gravitationsfältet och påverkan av mörk materia till behovet av att ändra relativitetsteorin eller till och med ändra synvinkeln på ljusets hastighet.
6. Långsamt ljus
År 2005 tog astronomer som arbetade med MAGIC röntgendeleskop vid observatoriet på Kanarieöarna och observerade ett utbrott av röntgenstrålar från centrum av Markarian 501-galaxen, belägen 500 miljoner ljusår bort, uppmärksam på en obegriplig anomali. Gamma kvanta med hög energi detekterades av teleskopet 4 minuter senare än lägre energikvanta. I detta fall dök dessa fotoner upp samtidigt.
Om vi följer den speciella relativitetsteorin, kan detta inte vara. Eftersom elektromagnetisk strålning måste spridas i ett vakuum med samma hastighet - ljusets hastighet. Oavsett strålningens energi. Om du tror att resultaten från observationerna är ljusets hastighet inte konstant alls och beror på ljusets fotoner.
Observationer från jorden bekräftade också data från Fermi röntgenteleskop, som registrerade en 20-minuters fördröjning av hårda gammastrålar, som emitterades samtidigt med fotoner med lägre energi som ett resultat av någon slags kosmisk katastrof som inträffade på ett avstånd av 12 miljarder ljusår.
Framför allt var utvecklarna av teorin om kvanttyngd mycket nöjda med dessa resultat, som till skillnad från Einsteins allmänna relativitetsteori ger sådana förändringar. Men kanske, återigen, var det inte utan mörk energi. Eller utan holografi.
7. Gravitationsbuller
En av konsekvenserna av den allmänna relativitetsteorin (det är också den moderna tyngdkraftteorin) är förekomsten av gravitationsvågor, som böjer rymdtidskontinuumet, till exempel som ett resultat av kollisionen av några stora (okej, MYCKET STORA) rymdobjekt, till exempel massiv svart hål.
Hittills har emellertid ingen registrerat dessa vågor. Kanske misslyckades det bara: detektorerna i dessa vågor måste helt enkelt vara mycket stora. En av dessa detektorer - GEO600 - byggdes för flera år sedan för gemensamma experiment av forskare från Storbritannien och Tyskland nära Hannover. Även denna detektor har ännu inte upptäckt gravitationella vågor. Men det är möjligt att han av misstag fick ett bevis på en annan allvarsteori.
År 2008 fysiker Craig Hogan från National Laboratory. Fermi (USA) formulerade konceptet att vår fysiska verklighet är resultatet av projektionen av universums gränser. Han kallade det den holografiska principen. Informationen som är fokuserad på universums gränser distribueras inte kontinuerligt över den utan består av "bitar", vars storlek motsvarar den så kallade rymdkvanten. Hogan stannade inte vid den teoretiska utvecklingen utan försökte förutsäga hur hans teori kan bekräftas genom experiment: detektorer av gravitationsvågor borde spela in "brus" i rymdtid. Och han skickade dessa beräkningar till GEO600-teamet.
Vid en tillfällighet (eller inte så mycket) försökte ett team av forskare i Hannover bara hantera det ljud som detektorn ständigt registrerade. Överraskande överensstämde parametrarna för detta brus med de som Hogan förutspådde. Det kommer att vara möjligt att kontrollera om bruset i detektorn verkligen orsakas av själva rymden, eller om orsaken är lite mer prosaisk, det kommer att vara möjligt först efter att finjusteringen av utrustningen har slutförts, som borde vara klar 2011. Under tiden har bullret inte gått någonstans och forskare har ingen begriplig förklaring - bortsett från den holografiska principen.
PS Om du uppmärksammas, är gåtor av stora skalor ofta förknippade med fenomenen i de minsta skalorna - nivån på elementära partiklar. Om vad modern elementär partikelfysik försöker ta reda på i nästa artikel.
Författare: Vladimir Kharitonov
