Problemas teóricos Entrada da Wikipedia Psicodélico - agosto de 2013 Abaixo está uma lista de problemas não resolvidos na física moderna. Alguns desses problemas são teóricos, o que significa que teorias existentes não consegue explicar certos

CAPÍTULO 14 SOLUÇÃO ENCONTRANDO UM PROBLEMA OU MUITOS PROBLEMAS COM A MESMA SOLUÇÃO? APLICAÇÕES DE LASER Em 1898, Wells imaginou em seu livro The War of the Worlds uma conquista marciana da Terra usando raios da morte que poderiam facilmente passar por tijolos, queimar florestas e

II. lado social Problemas Este lado do problema é, sem dúvida, o mais importante e mais interessante. Em vista dela grande complexidade limitamo-nos aqui apenas às considerações mais gerais.1. Mudanças na geografia econômica mundial. Como vimos acima, o custo

1.2. Aspecto Astronômico do Problema ACH A questão de avaliar a significância do perigo asteróide-cometa está ligada, em primeiro lugar, ao nosso conhecimento da população do Sistema Solar por pequenos corpos, especialmente aqueles que podem colidir com a Terra. Tal conhecimento é fornecido pela astronomia.

Novos problemas da cosmologia Voltemos aos paradoxos da cosmologia não relativista. Lembre-se de que a razão para o paradoxo gravitacional é que ou não há equações suficientes para determinar exclusivamente o efeito gravitacional, ou não há como definir corretamente

CAPÍTULO 9 Os problemas da unificação Em 1947, o recém-formado Bryce DeWitt conheceu Wolfgang Pauli e lhe disse que estava trabalhando em quantização. campo gravitacional. Devitt não entendia por que os dois grandes conceitos do século 20 - física quântica e teoria geral

As ondas gravitacionais podem ser detectadas?

Alguns observatórios estão ocupados procurando evidências de ondas gravitacionais. Se tais ondas puderem ser encontradas, essas flutuações na própria estrutura do espaço-tempo indicarão cataclismos ocorrendo no Universo, como explosões de supernovas, colisões de buracos negros e possivelmente eventos ainda desconhecidos. Para detalhes, veja o artigo "Space-Time Ripples" de W. Waite Gibbs.

Qual é o tempo de vida de um próton?

Algumas teorias fora do Modelo Padrão (veja o Capítulo 2) preveem o decaimento do próton, e vários detectores foram construídos para detectar esse decaimento. Embora o decaimento em si ainda não tenha sido observado, o limite inferior da meia-vida do próton é estimado em 10 32 anos (superando significativamente a idade do Universo). Com o advento de sensores mais sensíveis, pode ser possível detectar o decaimento do próton, ou pode ser necessário mover o limite inferior de sua meia-vida.

Os supercondutores são possíveis em altas temperaturas?

A supercondutividade ocorre quando a resistência elétrica de um metal cai para zero. Nessas condições, a corrente elétrica estabelecida no condutor flui sem perdas, características da corrente comum ao passar por condutores como o fio de cobre. O fenômeno da supercondutividade foi observado pela primeira vez em temperaturas extremamente baixas (logo acima do zero absoluto, -273°C). Em 1986, cientistas conseguiram fazer materiais supercondutores no ponto de ebulição do nitrogênio líquido (-196°C), o que já permitia a criação de produtos industriais. O mecanismo desse fenômeno ainda não é totalmente compreendido, mas os pesquisadores estão tentando alcançar a supercondutividade à temperatura ambiente, o que reduzirá as perdas de energia.

Como a composição de uma molécula determina sua forma?

Conhecer a estrutura orbital dos átomos em moléculas simples torna bastante fácil determinar a aparência de uma molécula. No entanto, estudos teóricos sobre o aparecimento de moléculas complexas, especialmente as biologicamente importantes, ainda não foram realizados. Um aspecto deste problema é o dobramento de proteínas, que é discutido na Lista de Ideias 8.

Quais são os processos químicos no câncer?

Fatores biológicos como hereditariedade e ambiente externo provavelmente estão jogando Grande papel no desenvolvimento do câncer. Saber o que acontece nas células cancerígenas reações químicas pode ser possível criar moléculas para interromper essas reações e desenvolver resistência ao câncer nas células.

Como as moléculas fornecem comunicação nas células vivas?

Moléculas são usadas para alertar as células forma desejada, quando através do "encaixe" na forma de complementaridade, a mensagem é transmitida. As moléculas de proteína são as mais importantes, então a maneira como elas se dobram determina sua aparência [conformação]. Portanto, um conhecimento mais profundo da dobra proteica ajudará a resolver a questão da comunicação.

Onde nivel molecular o envelhecimento celular é determinado?

Outro problema bioquímico do envelhecimento pode estar relacionado ao DNA e às proteínas envolvidas no reparo do DNA que é truncado durante a replicação repetida (ver: Lista de Idéias, 9. Tecnologias Genéticas).

Como um organismo inteiro se desenvolve a partir de um único óvulo fertilizado?

Esta questão parece ser respondida tão logo o problema principal do Cap. 4: qual é a estrutura e finalidade do proteoma? Claro que cada organismo tem características próprias na organização das proteínas e na sua finalidade, mas com certeza será possível encontrar muito em comum.

Quais causas extinções em massa?

Nos últimos 500 milhões de anos, a extinção completa de espécies ocorreu cinco vezes. A ciência continua a procurar as razões para isso. A última extinção, que aconteceu há 65 milhões de anos, na virada dos períodos Cretáceo e Terciário, está associada ao desaparecimento dos dinossauros. Como David Rope coloca a questão em Extinção: Genes ou Sorte? (Veja: Fontes para estudo aprofundado), se a extinção da maioria dos organismos que viviam naquela época foi causada fatores genéticos Ou algum tipo de cataclismo? De acordo com a hipótese apresentada pelo pai e filho, Luis e Walter, Alvarez, há 65 milhões de anos, um enorme meteorito caiu na Terra (cerca de 10 km de diâmetro). O impacto que ele causou levantou enormes nuvens de poeira, que se tornaram um obstáculo à fotossíntese, o que levou à morte de muitas plantas e, portanto, daquelas que compõem uma cadeia alimentar animais, até os dinossauros enormes, mas vulneráveis. A confirmação desta hipótese é uma grande cratera de meteorito descoberta na parte sul do Golfo do México em 1993. É possível que extinções anteriores tenham sido o resultado de colisões semelhantes? A pesquisa e o debate continuam.

Os dinossauros eram de sangue quente ou frio?

O professor de anatomia britânico Richard Owen cunhou o conceito de "dinossauro" (que significa "lagartos terríveis") em 1841, quando apenas três esqueletos incompletos foram encontrados. O artista de animais e escultor britânico Benjamin Waterhouse Hawkins assumiu a reconstrução da aparência de animais extintos. Como os primeiros espécimes encontrados tinham dentes semelhantes a iguanas, seus bichos de pelúcia pareciam enormes iguanas, causando bastante agitação entre os visitantes.

Mas os lagartos são répteis de sangue frio e, portanto, a princípio eles decidiram que os dinossauros eram os mesmos. Então, vários cientistas sugeriram que pelo menos alguns dinossauros eram animais de sangue quente. Não havia evidências até 2000, quando um coração de dinossauro fossilizado foi descoberto em Dakota do Sul. Tendo um dispositivo de quatro câmaras, esse coração confirma a suposição de dinossauros de sangue quente, já que existem apenas três câmaras no coração dos lagartos. No entanto, mais evidências são necessárias para convencer o resto do mundo dessa suposição.

Qual é a base da consciência humana?

Sendo um assunto de estudo das humanidades, essa questão está muito além do escopo deste livro, mas muitos de nossos colegas científicos se comprometem a estudá-la.

Como seria de esperar, existem várias abordagens para a interpretação da consciência humana. Os reducionistas argumentam que o cérebro é grande multidão moléculas que interagem e que no final desvendaremos as regras de seu trabalho (veja o artigo de Crick e Koch "O problema da consciência" [No mundo da ciência. 1992. No. 11-12]).

Outra abordagem remonta à mecânica quântica. Segundo ele, não somos capazes de compreender a não linearidade e a imprevisibilidade do cérebro até que entendamos a conexão entre os níveis atômico e macroscópico do comportamento da matéria (veja o livro de Roger Penrose The New Mind of the King: On computer, pensamento e as leis da física [M., 2003]; a Ver também Shadows of the Mind: In Search of a Science of Consciousness [M., 2003]).

De acordo com uma abordagem de longa data, a mente humana tem um componente místico que é inacessível à explicação científica, de modo que a ciência não é capaz de compreender a consciência humana.

Em conexão com o trabalho recente de Stephen Wolfram na criação de imagens ordenadas usando constantemente o mesmo regras simples(ver cap. 5) não deve se surpreender que esta abordagem usado em relação à consciência humana; isso lhe dará outro ponto de vista.

O que causa grandes mudanças no clima da Terra, como aquecimento global e eras glaciais?

As eras glaciais, características da Terra nos últimos 35 milhões de anos, ocorreram aproximadamente a cada 100 mil anos. As geleiras estão avançando e recuando em todo o norte zona temperada, deixando sinais memoráveis ​​na forma de rios, lagos e mares. 30 milhões de anos atrás, quando os dinossauros vagavam pela Terra, o clima era muito mais quente do que hoje, então as árvores cresciam até perto de Polo Norte. Como já mencionado no Cap. 5, a temperatura da superfície da terra depende Estado de equilibrio energias de entrada e saída. Muitos fatores afetam esse equilíbrio, incluindo a energia irradiada pelo Sol, os detritos no espaço entre os quais a Terra passa, a radiação incidente, as mudanças na órbita da Terra, as mudanças atmosféricas e as flutuações na quantidade de energia irradiada pela Terra. albedo).

Essa é a direção em que as pesquisas estão sendo conduzidas, especialmente tendo em vista a recentemente polêmica sobre o efeito estufa. Existem muitas teorias, mas ainda não há uma verdadeira compreensão do que está acontecendo.

É possível prever erupções vulcânicas ou terremotos?

Algum erupções vulcânicas são previsíveis, como a recente (1991) erupção do Monte Pinatubo nas Filipinas, mas outras são inacessíveis aos meios modernos, ainda pegando vulcanologistas de surpresa (como a erupção do Monte St. Helens, Washington, 18 de maio de 1980). Muitos fatores causam erupções vulcânicas. Não existe uma abordagem teórica única que seja verdadeira para todos os vulcões.

Terremotos são ainda mais difíceis de prever do que erupções vulcânicas. Alguns geólogos conhecidos até duvidam da capacidade de fazer uma previsão confiável (ver: Lista de idéias, 13. Previsão de terremotos).

O que acontece no núcleo da Terra?

As duas camadas inferiores da Terra, o núcleo externo e interno, são inacessíveis para nós devido à sua ocorrência profunda e alta pressão, que exclui medições diretas. Os geólogos obtêm todas as informações sobre os núcleos da Terra com base em observações da superfície e da densidade geral, composição e Propriedades magneticas, bem como pesquisas usando ondas sísmicas. Também ajuda a estudar meteoritos de ferro devido à semelhança do processo de sua formação com a terra. Resultados recentes obtidos usando ondas sísmicas revelaram velocidade diferente ondas nas direções norte-sul e leste-oeste, indicando um núcleo interno sólido em camadas.

Nós estamos sozinhos no universo?

Apesar da ausência de qualquer evidência experimental da existência de vida extraterrestre, existem muitas teorias a esse respeito, bem como tentativas de detectar notícias de civilizações distantes.

Como as galáxias evoluem?

Como já mencionado no cap. 6, Edwin Hubble classificou tudo galáxias conhecidas de acordo com seus aparência. Apesar da descrição cuidadosa de seus Estado atual, esta abordagem não nos permite compreender a evolução das galáxias. Várias teorias foram apresentadas para explicar a formação de galáxias espirais, elípticas e irregulares. Essas teorias são baseadas na física das nuvens de gás que precederam as galáxias. Simulações de supercomputadores tornaram possível entender algo, mas ainda não levaram a uma teoria unificada da formação de galáxias. A criação de tal teoria requer pesquisas adicionais.

Planetas parecidos com a Terra são comuns?

Modelos matemáticos preveem a existência de planetas semelhantes à Terra de unidades a milhões dentro da Via Láctea. Poderosos telescópios descobriram mais de 70 planetas fora do sistema solar, mas a maioria deles é do tamanho de Júpiter ou maior. À medida que os telescópios melhorem, será possível encontrar outros planetas, o que ajudará a determinar qual dos modelos matemáticos mais fiel à realidade.

Qual é a fonte das rajadas Y?

Cerca de uma vez por dia, a radiação γ mais forte é observada, que muitas vezes acaba sendo mais poderosa do que todas as outras juntas (os raios γ são semelhantes à luz visível, mas têm uma frequência e energia muito mais altas). Este fenômeno registrado pela primeira vez no final da década de 1960, mas não relatado até a década de 1970, pois todos os sensores foram usados ​​para monitorar o cumprimento da proibição de detenção Teste nuclear.

A princípio, os astrônomos acreditavam que as fontes dessas emissões estavam dentro da Via Láctea. A alta intensidade da radiação provocou uma suposição sobre a proximidade de suas fontes. Mas à medida que os dados se acumulavam, tornou-se óbvio que essas ejeções vinham de todos os lugares e não estavam concentradas no plano da Via Láctea.

Um clarão registrado em 1997 pelo Telescópio Espacial Hubble indicou que estava vindo da periferia de uma galáxia fracamente luminosa a vários bilhões de anos-luz de distância. Como a fonte estava longe do centro da galáxia, era improvável que fosse um buraco negro. Acredita-se que essas explosões de radiação γ venham de estrelas comuns contidos no disco da galáxia, possivelmente devido à colisão de estrelas de nêutrons ou outros corpos celestes ainda desconhecidos para nós.

Por que Plutão é tão surpreendentemente diferente de todos os outros planetas?

Os quatro planetas internos - Mercúrio, Vênus, Terra e Marte - são relativamente pequenos, rochosos e próximos do Sol. Os quatro planetas externos - Júpiter, Saturno, Urano e Netuno - são grandes, gasosos e distantes do Sol. Agora sobre Plutão. Plutão é pequeno (como os planetas internos) e distante do Sol (como planetas exteriores). Nesse sentido, Plutão sai do série geral. Ele orbita o Sol perto de uma região chamada Cinturão de Kuiper, que contém muitos corpos semelhantes a Plutão (alguns astrônomos os chamam de Plutino).

Recentemente, vários museus decidiram remover o status planetário de Plutão. Até que mais outros corpos do cinturão de Kuiper possam ser mapeados, a controvérsia em torno do status de Plutão não diminuirá.

Qual é a idade do universo?

A idade do universo pode ser estimada de várias maneiras. De certa forma, a idade dos elementos químicos na composição da Via Láctea é estimada a partir dos resultados decaimento radioativo elementos com meias-vidas conhecidas com base na suposição de que os elementos são sintetizados (dentro de supernovas de grandes estrelas) a uma taxa constante. De acordo com este método, a idade do Universo é determinada em 14,5 ± 3 bilhões de anos.

Outro método envolve estimar a idade aglomerados de estrelas baseado em algumas suposições sobre o comportamento e remoção de clusters. A idade dos aglomerados mais antigos é estimada em 11,5 ± 1,3 bilhão de anos e para o Universo - 11-14 bilhões de anos.

A idade do Universo, determinada pela taxa de sua expansão e a distância até os objetos mais distantes, é de 13 a 14 bilhões de anos. A recente descoberta da expansão acelerada do universo (ver Capítulo 6) torna essa quantidade mais incerta.

Outro método foi desenvolvido recentemente. telescópio espacial O Hubble, trabalhando no limite de suas capacidades, mediu a temperatura das anãs brancas mais antigas do aglomerado globular M4. (Esse método é semelhante a estimar o tempo decorrido desde a queima de um incêndio, usando a temperatura das cinzas.) Descobriu-se que a idade das anãs brancas mais antigas é de 12 a 13 bilhões de anos. Se assumirmos que as primeiras estrelas foram formadas não antes de 1 bilhão de anos depois de " Big Bang”, a idade do Universo é de 13 a 14 bilhões de anos, e a estimativa serve como teste de indicadores obtidos por outros métodos.

Em fevereiro de 2003, os dados foram obtidos da Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), que permitiu calcular com mais precisão a idade do Universo: 13,7 ± 0,2 bilhão de anos.

Existem vários universos?

De acordo com um solução possível discutido no Cap. 6 do problema da expansão acelerada do Universo, obtém-se um conjunto de universos, habitando "branas" isoladas (membranas multidimensionais). Por todas as suas especulações esta ideia dá um amplo escopo para todos os tipos de conjecturas. Mais detalhes sobre vários universos pode ser encontrada no livro de Martin Rees Our Cosmic Home.

Quando será o próximo encontro da Terra com um asteroide?

Detritos espaciais estão constantemente atingindo a Terra. E é por isso que é tão importante saber o tamanho dos corpos celestes que caem sobre nós e com que frequência. Corpos com um diâmetro de 1 m entram na atmosfera da Terra várias vezes por mês. Eles geralmente explodem em grandes altitudes, liberando a energia de uma pequena bomba atômica. Aproximadamente uma vez por século, um corpo de 100 m de diâmetro voa até nós, deixando para trás ótima lembrança(impacto perceptível). Após a explosão de um corpo celeste semelhante em 1908 sobre a taiga siberiana, na bacia do rio Podkamennaya Tunguska [Território de Krasnoyarsk], árvores foram derrubadas em uma área de cerca de 2 mil km2.

O impacto de um corpo celeste de 1 km de diâmetro, que acontece uma vez a cada milhão de anos, pode levar a uma enorme destruição e até causar das Alterações Climáticas. Uma colisão com um corpo celeste de 10 km de diâmetro provavelmente levou à extinção dos dinossauros na virada do Cretáceo e do Terciário, 65 milhões de anos atrás. Embora um corpo desse tamanho possa aparecer apenas uma vez a cada 100 milhões de anos, medidas já estão sendo tomadas na Terra para evitar ser pego de surpresa. Os projetos Near-Earth Objects (NEOs) e Near-Earth Asteroid Observation (NEAT) estão sendo desenvolvidos para rastrear 90% dos asteróides maiores que 1 km até 2010, número total que, de acordo com várias estimativas, está na faixa de 500-1000. Outro programa, o Spacewatch, administrado pela Universidade do Arizona, está monitorando o céu em busca de possíveis candidatos ao impacto da Terra.

Para obter mais informações, visite a World Wide Web: http://neat.jpl . nasa. gov, http://neo.jpl.nasa.gov e http://apacewatch.Ipl. arizona. educação/

O que aconteceu antes do Big Bang?

Como o tempo e o espaço remontam ao "big bang", o conceito de "antes" não faz sentido. Isso equivale a perguntar o que está ao norte do Pólo Norte. Ou, como diria a escritora americana Gertrude Stein, não há "então" em seguida. Mas tais dificuldades não param os teóricos. Talvez antes do "big bang" o tempo fosse imaginário; provavelmente não havia absolutamente nada, e o Universo surgiu de uma flutuação no vácuo; ou houve uma colisão com outra "brana" (veja a questão sobre múltiplos universos levantada anteriormente). Tais teorias são difíceis de encontrar. confirmação experimental, porque a enorme temperatura do bola fogo não permitiu a criação de quaisquer formações atômicas ou subatômicas que pudessem existir antes do início da expansão do Universo.

Notas:

A navalha de Occam - o princípio de que tudo deve ser buscado pela mais simples interpretação; na maioria das vezes este princípio é formulado da seguinte forma: “Desnecessariamente não se deve afirmar muito” (pluralitas non est ponenda sine necessitate) ou: “O que pode ser explicado por menos não deve ser expresso por mais” (frustra fit per plura quod potest fieri per pauciora). A frase “As entidades não devem ser multiplicadas desnecessariamente” (entia non sunt multiplicandasine necessitate), geralmente citada pelos historiadores, não ocorre nos escritos de Occam (essas são as palavras de Duran de Saint-Pourcin, c. 1270-1334 - a teólogo francês e monge dominicano; uma expressão muito semelhante encontrada pela primeira vez no frade franciscano francês Odo Rigaud, por volta de 1205-1275).

Os chamados túneis topológicos. Outros nomes para esses objetos hipotéticos são pontes de Einstein-Rosen (1909-1995), Podolsky (1896-1966), gargantas de Schwarzschild (1873-1916). Os túneis podem conectar tanto regiões separadas e arbitrariamente distantes do espaço do nosso Universo quanto regiões com diferentes momentos do início de sua inflação. Atualmente, continua a discussão sobre a viabilidade dos túneis, sobre sua patência e evolução.

Kuiper Gerard Peter (1905-1973) - astrônomo holandês e americano O satélite de Urano - Miranda (1948), o satélite de Netuno - Nereida (1949), o dióxido de carbono na atmosfera de Marte, a atmosfera do satélite de Saturno Titã foram descobertos. Compilou vários atlas detalhados de fotografias da lua. Revelou muito estrelas duplas e anãs brancas.

Um satélite nomeado em memória do iniciador deste experimento - o astrofísico David T. Wilkinson. Peso 840kg. Byt foi lançado em junho de 2001 em uma órbita quase solar, para o ponto de Lagrange L2 (1,5 milhão de km da Terra), onde forças gravitacionais A Terra e o Sol são iguais entre si e as condições para observações precisas de todo o céu são as mais favoráveis. Do Sol, da Terra e da Lua (as fontes mais próximas de ruído térmico) o equipamento receptor é protegido por uma grande tela redonda, na parte iluminada da qual são colocados painéis solares. Esta orientação é mantida durante todo o voo. Dois espelhos de recepção com área de 1,4x1,6 m, colocados "costas com costas", varrem o céu longe do eixo de orientação. Como resultado da rotação da estação em torno de próprio eixo 30% visualizados por dia esfera celestial. A resolução WMAP é 30 vezes maior que o satélite COBE (Cosmic Background Explorer) anterior, lançado pela NASA em 1989. O tamanho da célula medida no céu é de 0,2x0,2°, o que afetou imediatamente a precisão cartas celestiais. A sensibilidade do equipamento receptor também aumentou muitas vezes. Por exemplo, uma matriz de dados COBE obtidos ao longo de 4 anos é coletada em um novo experimento em apenas 10 dias.

Por vários segundos, uma bola de fogo brilhante foi observada movendo-se pelo céu de sudeste para noroeste. No caminho do carro, que era visível sobre uma vasta área Leste da Sibéria(num raio de até 800 km), um poderoso rastro de poeira permaneceu, que persistiu por várias horas. Após os fenômenos de luz, uma explosão foi ouvida a uma distância de mais de 1000 km. Em muitas aldeias, sentiu-se o abalo do solo e das construções, semelhante a um terremoto, vidraças foram quebradas, utensílios domésticos caíram das prateleiras, objetos pendurados balançaram, etc. uma onda de ar. Sismógrafos em Irkutsk e em vários lugares da Europa Ocidental registrados Onda sísmica. aéreo onda de choque foi registrado em barogramas obtidos em muitas estações meteorológicas da Sibéria, em São Petersburgo e em várias estações meteorológicas na Grã-Bretanha. Esses fenômenos são mais amplamente explicados pela hipótese do cometa, segundo a qual eles foram causados ​​por uma invasão de atmosfera da Terra um pequeno cometa movendo-se de velocidade do espaço. De acordo com os conceitos modernos, os cometas consistem em água congelada e vários gases com misturas de inclusões de ferro-níquel e matéria rochosa. G. I. Petrov em 1975 determinou que o "corpo de Tunguska" era muito solto e não mais de 10 vezes a densidade do ar na superfície da Terra. Era uma bola de neve solta com um raio de 300 m e uma densidade inferior a 0,01 g/cm. A uma altitude de cerca de 10 km, o corpo transformou-se num gás que se dissipou na atmosfera, o que explica a inusitada noites brilhantes na Sibéria Ocidental e na Europa após este evento. Caiu no chão onda de choque fez a floresta cair.

Stein Gertrude (1874–1946) – escritor americano, teórico literário!. Modernista. Formalmente - prosa experimental ("Becoming Americans", 1906-1908, publicado em 1925) de acordo com a literatura! "fluxo de consciência". Livro biográfico A Autobiografia de Alice B. Toklas (1933). Stein possui a expressão "geração perdida" (em russo: Stein G. Autobiography of Alice B. Toklas. São Petersburgo, 2000; Stein G. Autobiography of Alice B. Toklas. Picasso. Lectures in America. M., 2001).

Uma dica das palavras não há lá, lá do capítulo 4! História de 1936 (publicada em 1937) Biografia de Todos, uma continuação de seu famoso romance A Autobiografia de Alice B. Toklas.

Abaixo está uma lista problemas não resolvidos da física moderna. Alguns desses problemas são teóricos. Isso significa que as teorias existentes são incapazes de explicar certos fenômenos observados ou resultados experimentais. Outros problemas são experimentais, o que significa que há dificuldades em criar um experimento para testar uma teoria proposta ou estudar um fenômeno com mais detalhes. Os problemas a seguir são problemas teóricos fundamentais ou idéias teóricas para as quais não há dados experimentais. Algumas dessas questões estão intimamente relacionadas. Por exemplo, dimensões extras ou supersimetria podem resolver o problema da hierarquia. Acredita-se que teoria completa gravidade quânticaé capaz de responder à maioria das perguntas acima (exceto o problema da ilha de estabilidade).

• 1. gravidade quântica. A mecânica quântica e a relatividade geral podem ser combinadas em uma única teoria autoconsistente (talvez seja a teoria quântica de campos)? O espaço-tempo é contínuo ou discreto? Uma teoria autoconsistente usará um gráviton hipotético ou será inteiramente um produto da estrutura discreta do espaço-tempo (como na gravidade quântica em loop)? Existem desvios das previsões da relatividade geral para escalas muito pequenas ou muito grandes, ou em outras circunstâncias extremas, que decorrem da teoria da gravidade quântica?
• 2. Buracos negros, desaparecimento de informações em um buraco negro, radiação Hawking. Os buracos negros produzem radiação térmica como a teoria prevê? Essa radiação contém informações sobre sua estrutura interna, como sugerido pela dualidade de invariância gravitacional, ou não, como segue do cálculo original de Hawking? Se não, e os buracos negros podem evaporar continuamente, então o que acontece com as informações armazenadas neles (a mecânica quântica não prevê a destruição de informações)? Ou a radiação irá parar em algum ponto quando houver pouco sobrando do buraco negro? Existe alguma outra maneira de pesquisá-los estrutura interna se tal estrutura ainda existe? A lei de conservação da carga do bárion é válida dentro de um buraco negro? A prova do princípio da censura cósmica é desconhecida, bem como a formulação exata das condições sob as quais ele é cumprido. Não existe uma teoria completa e completa da magnetosfera dos buracos negros. A fórmula exata para calcular o número é desconhecida estados diferentes um sistema cujo colapso leva à formação de um buraco negro com uma dada massa, momento angular e carga. A prova no caso geral do "teorema sem cabelo" para um buraco negro é desconhecida.
• 3. Dimensão do espaço-tempo. Existem dimensões adicionais de espaço-tempo na natureza, além das quatro conhecidas por nós? Se sim, qual é o número deles? A dimensão "3+1" (ou superior) é uma propriedade a priori do universo, ou é o resultado de outras processos físicos, como sugerido, por exemplo, pela teoria da triangulação dinâmica causal? Podemos experimentalmente "observar" dimensões espaciais mais altas? O princípio holográfico está correto, segundo o qual a física do nosso espaço-tempo de dimensão "3 + 1" é equivalente à física em uma hipersuperfície com uma dimensão de "2 + 1"?
• 4. Modelo inflacionário do Universo. A teoria da inflação cósmica está correta e, em caso afirmativo, quais são os detalhes desse estágio? Qual é o campo inflaton hipotético responsável pelo aumento da inflação? Se a inflação ocorreu em um ponto, este é o início de um processo autossustentável devido à inflação das oscilações da mecânica quântica, que continuará em um lugar completamente diferente, distante deste ponto?
• 5. Multiverso. Existem razões físicas para a existência de outros universos que são fundamentalmente inobserváveis? Por exemplo: existem mecânica quântica " histórias alternativas ou "muitos mundos"? Existem "outros" universos com leis físicas resultantes de formas alternativas violações da aparente simetria das forças físicas em altas energias, localizadas talvez incrivelmente distantes devido à inflação cósmica? Outros universos poderiam influenciar o nosso, causando, por exemplo, anomalias na distribuição de temperatura radiação relíquia? É justificável usar o princípio antrópico para resolver dilemas cosmológicos globais?
• 6. O princípio da censura cósmica e a hipótese de proteção da cronologia. As singularidades não escondidas atrás do horizonte de eventos, conhecidas como "singularidades nuas", podem surgir de condições iniciais realistas, ou pode-se provar alguma versão da "hipótese da censura cósmica" de Roger Penrose que sugere que isso é impossível? Recentemente, surgiram fatos a favor da inconsistência da hipótese da censura cósmica, o que significa que singularidades nuas devem ocorrer com muito mais frequência do que apenas como soluções extremas das equações de Kerr-Newman, no entanto, evidências conclusivas para isso ainda não foram apresentadas. Da mesma forma, haverá curvas temporais fechadas que surgem em algumas soluções das equações teoria geral relatividade (e que envolvem a possibilidade de viagens no tempo na direção oposta) são excluídos pela teoria da gravidade quântica, que combina a relatividade geral com mecânica quântica, como sugere a "Hipótese de Defesa da Cronologia" de Stephen Hawking?
• 7. Eixo do tempo. O que pode nos dizer sobre a natureza dos fenômenos do tempo que diferem uns dos outros ao avançar e retroceder no tempo? Como o tempo é diferente do espaço? Por que as violações da invariância do CP são observadas apenas em alguns interações fracas e em nenhum outro lugar? As violações da invariância do CP são uma consequência da segunda lei da termodinâmica ou são um eixo de tempo separado? Existem exceções ao princípio da causalidade? O passado é o único possível? O momento presente é fisicamente diferente do passado e do futuro, ou é simplesmente o resultado das peculiaridades da consciência? Como as pessoas aprenderam a negociar o que é o momento presente? (Veja também abaixo Entropia (eixo do tempo)).
• 8. Localidade. Existem fenômenos não-locais na física quântica? Se eles existem, eles têm limitações na transmissão de informações, ou: a energia e a matéria também podem se mover por um caminho não local? Em que condições são observados fenômenos não locais? O que a presença ou ausência de fenômenos não locais implica para a estrutura fundamental do espaço-tempo? Como isso se relaciona com o emaranhamento quântico? Como interpretá-lo do ponto de vista da interpretação correta natureza fundamental física quântica?
• 9. Futuro do Universo. O Universo está caminhando para um Big Freeze, Big Rip, Big Crunch ou Big Rebound? Nosso universo é parte de um padrão cíclico que se repete infinitamente?
• 10. Problema de hierarquia. Por que a gravidade é assim força fraca? Torna-se grande apenas na escala de Planck, para partículas com uma energia da ordem de 10 19 GeV, que é muito superior à escala eletrofraca (em física de baixa energia, uma energia de 100 GeV é dominante). Por que essas escalas são tão diferentes umas das outras? O que impede que quantidades na escala eletrofraca, como a massa do bóson de Higgs, obtenham correções quânticas em escalas da ordem de Planck? A supersimetria, as dimensões extras ou apenas o ajuste fino antrópico são a solução para esse problema?
• 11. Monopolo magnético. Existiam partículas - transportadores? carga magnética» a quaisquer épocas passadas com energias mais altas? Se sim, existem até hoje? (Paul Dirac mostrou que a presença de certos tipos monopolos magnéticos poderia explicar a quantização de carga.)
• 12. O decaimento do próton e a Grande Unificação. Como podem ser combinadas três diferentes interações fundamentais da mecânica quântica teoria quântica Campos? Por que o bárion mais leve, que é um próton, é absolutamente estável? Se o próton é instável, qual é sua meia-vida?
• 13. Supersimetria. A supersimetria do espaço é realizada na natureza? Em caso afirmativo, qual é o mecanismo de quebra da supersimetria? A supersimetria estabiliza a escala eletrofraca, evitando altas correções quânticas? A matéria escura consiste em partículas supersimétricas de luz?
• 14. Gerações de matéria. Há mais três gerações quarks e léptons? O número de gerações está relacionado com a dimensão do espaço? Por que as gerações existem? Existe uma teoria que poderia explicar a presença de massa em alguns quarks e léptons em gerações individuais com base nos primeiros princípios (teoria da interação de Yukawa)?
• 15. Simetria fundamental e neutrinos. Qual é a natureza dos neutrinos, qual é a sua massa e como eles moldaram a evolução do Universo? Por que há mais matéria do que antimatéria no universo agora? Que forças invisíveis estavam presentes na aurora do universo, mas desapareceram de vista no processo de desenvolvimento do universo?
• 16. Teoria quântica de campos. Os princípios da teoria relativística de campos quânticos locais são compatíveis com a existência de uma matriz de espalhamento não trivial?
• 17. partículas sem massa. Por que não existem partículas sem massa sem spin na natureza?
• 18. Cromodinâmica quântica. Quais são os estados de fase da matéria que interage fortemente e que papel eles desempenham no espaço? O que é organização interna núcleons? Que propriedades da matéria que interage fortemente a QCD prevê? O que governa a transição de quarks e glúons em pi-mésons e nucleons? Qual é o papel dos glúons e da interação de glúons em nucleons e núcleos? O que determina as principais características do QCD e qual é sua relação com a natureza da gravidade e do espaço-tempo?
• 19. núcleo atômico e astrofísica nuclear. Qual é a natureza das forças nucleares que ligam prótons e nêutrons em núcleos estáveis ​​e isótopos raros? Qual é o motivo da conexão partículas simples em núcleos complexos? Qual é a natureza das estrelas de nêutrons e da matéria nuclear densa? Qual é a origem dos elementos no espaço? Quais são as reações nucleares que movem as estrelas e as fazem explodir?
• 20. Ilha de estabilidade. Qual é o núcleo estável ou metaestável mais pesado que pode existir?
• 21. A mecânica quântica e o princípio da correspondência (às vezes chamado de caos quântico). Existem interpretações preferidas da mecânica quântica? Como uma descrição quântica da realidade, que inclui elementos como superposição quântica de estados e colapso de função de onda ou decoerência quântica, leva à realidade que vemos? O mesmo pode ser dito em termos do problema de medição: qual é a "dimensão" que faz com que a função de onda entre em colapso em um determinado estado?
• 22. informações físicas. Existem fenômenos físicos como buracos negros ou colapso de função de onda que destroem irrevogavelmente informações sobre seus estados anteriores?
• 23. Teoria de tudo ("Grandes Teorias da Unificação"). Existe uma teoria que explica o significado de todos os fundamentos constantes físicas? Existe uma teoria que explique por que a invariância de calibre do modelo padrão é do jeito que é, por que o espaço-tempo observável tem 3 + 1 dimensões e por que as leis da física são do jeito que são? As “constantes físicas fundamentais” mudam ao longo do tempo? Alguma das partículas no Modelo Padrão da física de partículas é realmente composta de outras partículas tão fortemente ligadas que não podem ser observadas nas energias experimentais atuais? Existem partículas fundamentais que ainda não foram observadas e, em caso afirmativo, quais são elas e quais são suas propriedades? Existem inobserváveis forças fundamentais que a teoria sugere que explicam outros problemas não resolvidos na física?
• 24. Invariância de calibre. Existem realmente teorias de calibre não abelianas com uma lacuna no espectro de massa?
• 25. Simetria CP. Por que a simetria do CP não é preservada? Por que persiste na maioria dos processos observados?
• 26. Física de semicondutores. A teoria quântica de semicondutores não pode calcular com precisão nenhuma das constantes de semicondutores.
• 27. A física quântica. A solução exata da equação de Schrödinger para átomos multieletrônicos é desconhecida.
• 28. Ao resolver o problema de espalhamento de duas vigas por um obstáculo, a seção transversal de espalhamento é infinitamente grande.
• 29. Feynmanium: O que acontecerá com Elemento químico, cujo número atômico será maior que 137, como resultado do qual o elétron 1s 1 terá que se mover a uma velocidade superior à velocidade da luz (de acordo com o modelo de Bohr do átomo)? O "Feynmanium" é o último elemento químico capaz de existir fisicamente? O problema pode aparecer em torno do elemento 137, onde a expansão da distribuição de carga nuclear atinge seu ponto final. Ver artigo Estendido tabela periódica elementos e a seção de efeitos relativísticos.
• 30. Física estatística. Nenhuma teoria sistemática processos irreversíveis, o que torna possível realizar cálculos quantitativos para qualquer processo físico.
• 31. Eletrodinâmica quântica. Existem efeitos gravitacionais, causado por oscilações zero do campo eletromagnético? Não se sabe como calcular eletrodinâmica quântica na região de alta frequência, simultaneamente preenchem as condições para a finitude do resultado, invariância relativística e a soma de todas as probabilidades alternativas igual a um.
• 32. Biofísica. Não há teoria quantitativa para a cinética de relaxamento conformacional de macromoléculas de proteínas e seus complexos. Não existe uma teoria completa da transferência de elétrons em estruturas biológicas.
• 33. Supercondutividade.É impossível prever teoricamente, conhecendo a estrutura e composição da matéria, se ela passará para o estado supercondutor com a diminuição da temperatura.

Problemas reais significam importante para este momento. Era uma vez, a relevância dos problemas da física era bem diferente. Questões como “por que escurece à noite”, “por que o vento sopra” ou “por que a água está molhada” foram resolvidas. Vamos ver o que os cientistas estão quebrando a cabeça nesses dias.

Embora possamos explicar de forma mais completa e detalhada o mundo mais e mais perguntas ao longo do tempo. Os cientistas dirigem seus pensamentos e dispositivos para as profundezas do Universo e a selva de átomos, encontrando lá coisas que ainda desafiam a explicação.

Problemas não resolvidos em física

Algumas das questões atuais e não resolvidas da física moderna são puramente teóricas. Alguns problemas física Teórica simplesmente impossível de testar experimentalmente. Outra parte são questões relacionadas a experimentos.

Por exemplo, o experimento não concorda com a teoria desenvolvida anteriormente. Há também tarefas aplicadas. Exemplo: problemas ambientais da física relacionados à busca de novas fontes de energia. Finalmente, o quarto grupo é puramente problemas filosóficos ciência moderna, procurando uma resposta para " pergunta principal o sentido da vida, o universo e tudo isso."

Energia escura e o futuro do universo

De acordo com as idéias de hoje, o Universo está se expandindo. Além disso, de acordo com a análise de radiação relíquia e radiação de supernova, ela se expande com aceleração. A expansão é impulsionada pela energia escura. energia escuraé uma forma indefinida de energia que foi introduzida no modelo do universo para explicar a expansão acelerada. A energia escura não interage com a matéria da maneira que conhecemos, e sua natureza é um grande mistério. Existem duas ideias sobre energia escura:

• De acordo com a primeira, ela preenche o Universo uniformemente, ou seja, é uma constante cosmológica e possui uma densidade de energia constante.
• De acordo com a segunda, a densidade dinâmica da energia escura varia no espaço e no tempo.

Dependendo de qual das ideias sobre energia escura está correta, pode-se supor o destino futuro do Universo. Se a densidade da energia escura cresce, então estamos esperando Grande lacuna em que toda a matéria se desfaz.

Outra opção - Grande aperto, quando as forças gravitacionais vencerem, a expansão será interrompida e substituída pela contração. Nesse cenário, tudo o que estava no Universo primeiro colapsa em buracos negros separados e depois colapsa em uma singularidade comum.

Muitas perguntas não respondidas estão relacionadas buracos negros e sua radiação. Leia um separado sobre esses objetos misteriosos.

Matéria e antimatéria

Tudo o que vemos ao nosso redor matéria, constituído por partículas. antimatériaé uma substância composta de antipartículas. Uma antipartícula é a contraparte de uma partícula. A única diferença entre uma partícula e uma antipartícula é a carga. Por exemplo, a carga de um elétron é negativa, enquanto sua contraparte do mundo das antipartículas, o pósitron, tem a mesma magnitude. carga positiva. Você pode obter antipartículas em aceleradores de partículas, mas ninguém as encontrou na natureza.

Ao interagir (colisão), matéria e antimatéria se aniquilam, resultando na formação de fótons. Por que é a matéria que prevalece no Universo é uma grande questão da física moderna. Supõe-se que essa assimetria surgiu nas primeiras frações de segundo após o Big Bang.

Afinal, se matéria e antimatéria fossem iguais, todas as partículas se aniquilariam, deixando apenas fótons como resultado. Há sugestões de que regiões distantes e completamente inexploradas do Universo estão cheias de antimatéria. Mas se isso é assim ainda não se sabe, tendo feito muito trabalho cerebral.

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Teoria de tudo

Existe uma teoria que pode explicar absolutamente tudo fenômenos físicos no nível elementar? Talvez haja. Outra questão é se podemos pensar nisso. Teoria de tudo, ou a Grande Teoria Unificada é uma teoria que explica os valores de todas as constantes físicas conhecidas e unifica 5 interações fundamentais:

• forte interação;
• interação fraca;
• interação eletromagnética;
• interação gravitacional;
• Campo de Higgs.

A propósito, você pode ler sobre o que é e por que é tão importante em nosso blog.

Entre as muitas teorias propostas, nenhuma passou na verificação experimental. Um dos mais direções promissoras nesta matéria é a unificação da mecânica quântica e da relatividade geral em teoria da gravidade quântica. No entanto, essas teorias têm diferentes campos de aplicação, e até agora todas as tentativas de combiná-las levam a uma divergência que não pode ser removida.

Quantas dimensões existem?

Estamos acostumados ao mundo tridimensional. Podemos avançar e retroceder, para cima e para baixo nas três dimensões que conhecemos, sentindo-nos confortáveis. No entanto, existe Teoria M, segundo o qual já existe 11 medidas, apenas 3 dos quais estão disponíveis para nós.

É bastante difícil, se não impossível, imaginar. É verdade que para esses casos existe um aparato matemático que ajuda a lidar com o problema. Para não confundir nossas mentes e você, não daremos cálculos matemáticos da teoria M. Aqui está uma citação do físico Stephen Hawking:

Somos apenas macacos avançados em um pequeno planeta com uma estrela comum. Mas temos a chance de compreender o Universo. Isso é o que nos torna especiais.

O que dizer do espaço distante, quando sabemos longe de tudo sobre nossa casa. Por exemplo, ainda não há uma explicação clara para a origem e inversão periódica de seus pólos.

Há muitos mistérios e quebra-cabeças. Existem problemas semelhantes não resolvidos em química, astronomia, biologia, matemática e filosofia. Resolvendo um mistério, recebemos dois em troca. Esta é a alegria de saber. Lembre-se de que com qualquer tarefa, por mais difícil que seja, eles o ajudarão a lidar. Os problemas do ensino de física, como qualquer outra ciência, são muito mais fáceis de resolver do que questões científicas fundamentais.