Новостной обзор

Борьба с чиновничьим беспределом в России: 27 января 2022
0
США, Европа: главные новости к этому часу 27 января 2022
49
Россия: главные новости к этому часу 27 января 2022
53
Ситуация на Донбассе за прошедшие сутки 27 января 2022
57
Самые актуальные новости Казахстана на утро 27 января 2022
61
Самые актуальные новости Белоруссии на утро 27 января 2022
73
Новороссия сегодня 26 января 2022
109

Лента новостей

14:22 27-01-2022
На Украине задержан боец Нацгвардии, расстрелявший сослуживцев
14:07 27-01-2022
«Газпром» учредил новую компанию для сертификации «Северного потока-2»
12:57 27-01-2022
Беглов предложил азербайджанцам памятник поставить? Он уже совсем ку-ку?
12:02 27-01-2022
РЖД сделали бесплатным Wi-Fi в «Сапсанах» после проверки прокуратуры
10:01 27-01-2022
Маскали спутнык зламалы!
09:32 27-01-2022
На венгров Закарпатья натравят националистов
07:36 27-01-2022
«Будем гореть заживо»: в Раде раскрыли «адские» планы Запада на Украину
07:05 27-01-2022
В России ответили генсеку НАТО на слова о «необходимости вывести российские войска из Грузии, Молдавии и Украины»
07:00 27-01-2022
Администрация Байдена отложила рассмотрение вопроса о санкциях против Путина из-за «технических трудностей»
20:09 26-01-2022
Двоих петербуржцев будут судить за вымогательство денег у водителей маршруток
17:31 26-01-2022
В Совете Федерации и «Единой России» допустили начало поставок оружия ДНР и ЛНР
14:25 26-01-2022
На Украине раскрыли крупный «газовый» обман
13:12 26-01-2022
Россия примет меры, если Запад проигнорирует ее требования, заявил Лавров
13:12 26-01-2022
При омикроне выросла доля детей с коронавирусом
08:34 26-01-2022
Германия настаивает на исключении санкций против России в энергетике
08:29 26-01-2022
Посольство России: поставляемое США Киеву оружие окажется в руках боевиков
Все новости

ВосходИнфо » Аналитика / Прогнозы » Наука / Технологии » Три нерешенные проблемы фундаментальной физики

Три нерешенные проблемы фундаментальной физики

Нобелевскую премию по физике присудили американским ученым Райнеру Вайссу, Кипу Торну и Барри Баришу за открытие гравитационных волн.

Премия совершенно заслуженная. В прошлом году премию за этот результат просто не успели бы вручить, так как о первом прямом детектировании гравитационных волн было объявлено только в феврале, когда нобелевский процесс 2016 года уже был запущен. Но неопределенность насчет 2017 года оставалась, потому что в некоторых случаях награду ждут дольше: например, экспериментаторам, открывшим бозон Хиггса, Нобелевскую премию пока не дали.

Но важно не только открыть гравитационные волны, но продолжить использовать их для изучения гравитации и разных астрофизических объектов. Уже сейчас гравитационные волны — это одно из самых серьезных доказательств существования черных дыр. И в ближайшем будущем с помощью детекторов LIGO и VIRGO мы узнаем много интересного об этих объектах.
 
 
 
Но в фундаментальной физике, в отличие от математики, есть всего лишь три основные нерешенные проблемы, которыми занимаются фактически все ученые из этой области науки, — это проблема космологической постоянной, проблема конфайнмента кварков и проблема квантовой гравитации.

Проблема космологической постоянной
Представьте себе лунку, в которой лежит шарик. Если его пошевелить, он начнет колебаться и без трения будет колебаться вечно — получится классический осциллятор. Но если шарик не трогать, то он будет просто лежать на дне.

Однако квантовая частица — это не шарик, а волна. А потому основное состояние квантового осциллятора имеет ненулевую энергию. Это волна с единственным гребнем внутри лунки. То есть квантовая частица колеблется даже в основном состоянии. Это так называемые нулевые колебания. Они происходят в любой квантовой системе, в том числе в квантовой теории поля.

В квантовой теории поля вакуум — это не пустота. Он состоит из нулевых колебаний. Если нет гравитации, то энергию рассчитывают от полной энергии этих нулевых колебаний. Их как бы отбрасывают. И все частицы в квантовой теории поля — это возбуждение над нулевыми колебаниями.

Однако в присутствии гравитации нулевые колебания отбросить нельзя. Они ведь что-то «весят», то есть искривляют пространство-время. Поэтому возникает проблема.

Теоретически предсказано, что нулевые колебания составляют огромную вакуумную энергию. Однако наблюдения показывают, что вакуумная энергия в нашей Вселенной очень мала. Это то, что сейчас называется темной энергией в космосе. Она приводит к ускоренному расширению Вселенной, так как что-то «весит». Именно в этом и заключается проблема космологической постоянной: с одной стороны, квантовая теория поля предсказывает, что она огромная, а с другой стороны, наблюдаем очень маленькую. Куда девается огромная вакуумная энергия, предсказанная квантовой теорией поля? И какова тогда природа темной энергии?

Проблема конфайнмента кварков
Известно, что ядро состоит из протонов и нейтронов. Они взаимодействуют друг с другом при помощи ядерных сил. Если сталкивать протоны, наращивая энергию, мы увидим рождение огромного многообразия новых частиц — адронов.

Все адроны описываются одним способом: они состоят из кварков. Это наблюдают, рассеивая электрон на протоне при очень высоких энергиях. Оказывается, что при этом электрон рассеивается практически так же, как альфа-частицы на атомах. Последнее было изучено Резерфордом в начале ХХ века: он увидел, что альфа-частица рассеивается на очень концентрированном центре ядра, которое имеет очень маленький размер. Оказывается, что точно так же электрон рассеивается на протоне, но с одной оговоркой: у протона как будто есть три центра с соответствующими зарядами.

Внутри протона действительно находятся три кварка. Но по непонятной причине отдельно эти кварки мы получить не можем, мы всегда их видим только в составе адронов. Теорию кварков мы знаем, и это квантовая хромодинамика, которая описывает кварки и глюоны.
 
Последние переносят взаимодействие между кварками, точно так же как фотоны между электрическими зарядами. Квантовую хромодинамику мы хорошо понимаем при высоких энергиях. Тогда она действительно описывает физику адронов. Но при низких энергиях электрон рассеивается на адронах как на целом. Как переходит одно описание, при помощи практически свободных кварков, к другому — в виде адронов как связанных состояний из кварков? И почему кварки не существуют по отдельности? В этих вопросах и состоит суть проблемы конфайнмента.

Проблема квантовой гравитации
У квантовой теории поля есть проблемы с существованием бесконечных частот. Грубо говоря, поле можно гнуть как угодно, со сколь угодно высокой точностью. Из-за этого возникают так называемые расходимости, а именно: при вычислении различных физических величин в квантовой теории поля мы получаем бесконечные вклады. Во всех ныне разработанных квантовых теориях поля, с которыми мы имеем дело, эти расходимости могут быть устранены переопределением нескольких констант связи, таких как заряды и массы частиц, например.

При этом для того, чтобы устранить похожую проблему при квантовании гравитации, приходится переопределять бесконечное количество констант связи. При повышении энергии теорию нужно усложнять все больше и больше. Это говорит о том, что теория гравитации является применимой только при низких энергиях, а в ее основе должна лежать более фундаментальная (высокоэнергетическая) теория, которую мы пока не знаем.

Большинство из самых обсуждаемых тем в современной физике переходят в сферу философии, и одной из основных таких тем является характер времени. Хотя большинство фундаментальных физических законов не изменяется при изменении времени, существует несколько классов явлений в природе, которые имеют одностороннее направление времени. Поскольку большинство подсистем во вселенной не могут считаться изолированными, эти различные стрелки времени указывают в одном направлении. Возникает вопрос, существует ли одна главная стрелка времени, лежащая в основе всех этих стрелок. Предварительным ответом является «да».
 
Уже Людвиг Больцманн сделал предположение о возможном фундаменте второго закона термодинамики из космологии: это огромный температурный градиент между горячими звездами и холодным пространством, который обеспечивает энтропическую способность, которая необходима для увеличения энтропии.

Исторически сложилось так, что состояния Вселенной в будущем редко представляло научный интерес. Как заметил в 1985 году британский астрофизик Малькольм Лонгэйр: «Будущее нашей Вселенной - прекрасная тема для разговоров после ужина». То, что называется «физическая эсхатология», началось только в 1970-х годах с работы Мартина Риса, Джамала Ислама и некоторых других.
 
То, что сделали эти физики - это экстраполирование нынешнего состояния Вселенной в далекое будущее, предполагая, что известные в настоящее время законы физики останутся неизменными. Предпочтительный сценарий в этом виде исследований обычно начинался с вымирания звезд и их последующего превращения в нейтронные звезды или черные дыры.

В некоторых исследованиях вселенной будущего мира были высказаны предположения о выживании разумной жизни - либо людей, либо их предположительно более интеллектуальных потомков (которые могут быть самовоспроизводящимися роботами, а не существами из плоти и крови)...

13-10-2016, 14:36
Нобелевскую премию по литературе присудили Бобу Дилану
2-03-2016, 11:09
В этом году рекордное число кандидатов выдвинуто на Нобелевскую премию
5-08-2016, 08:45
Порошенко призывают выдвинуть Савченко на Нобелевскую премию

Добавьте комментарий

  • Смайлы и люди
    Животные и природа
    Еда и напитки
    Активность
    Путешествия и места
    Предметы
    Символы
    Флаги
Войти через
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Наверх