Вопрос с подвохом: самые загадочные тайны физики
Вы не знаете, откуда взялась темная материя? Может, подскажите, что творится внутри черных дыр? А почему время идет вперед и его нельзя перемотать? Как-то в 1900 году британский физик Уильям Томсон неосторожно заявил, мол, в современной физике уже нет ничего нового, все открыто.
В течение последующих трех десятилетий квантовая механика и теория относительности Эйнштейна произвели революцию. Сегодня вы не найдете ни одного физика, который скажет, что мы знаем о Вселенной все, ну, или почти все. Напротив, с каждым новым открытием вопросов становится только больше.
Почему время идет вперед, и все стремится к хаосу?
Самая загадочная характеристика времени — наличие у него направленности. В классической физике модель пространство-время является произведением одномерного времени на трехмерное пространство. И оно, время, движется только вперед. Классический пример: вы можете разбить яйцо и приготовить себе омлет, но уже вряд ли сделаете из омлета целое яйцо. Это называется энтропией. Если совсем грубо, то речь об уровне вселенского беспорядка, который только растет: целое яйцо это порядок, разбитое — последующий беспорядок. Таких «яиц» по всей вселенной как на птицефабрике. И этот процесс никак не повернуть вспять.
Вроде бы все логично и понятно, ан нет. Если энтропия только увеличивается, то какого черта в самом начале, когда огромное количество энергии было собрано в небольшом количестве пространства, Вселенная была гораздо опрятнее и упорядоченнее? И что будет, когда все станет хаосом?
Что такое темная материя?
Темную материю пока невозможно физически разглядеть, мы не знаем что это и зачем. Это вообще пока гипотетический термин, вдобавок, она до сих пор не была обнаружена. Но темная материя есть, по крайне мере в этом уверены физики. Мы можем наблюдать ее гравитационное воздействие на видимую материю (все материальные тела), радиацию и структуру Вселенной. И если, опять же, поверить физикам-теоретикам на слово, она составляет 22% всей массы-энергии Вселенной. Считается, что эта теневая субстанция пронизывает окраины галактик и может состоять из слабо взаимодействующих массивных частиц или WIMP (Weakly Interacting Massive Particle). Их мы тоже пока не разглядели.
Что внутри черной дыры?
О, это излюбленный объект как астрофизиков, так и писателей фантастов с киношниками. На сегодняшний день никто толком не знает, что именно происходит внутри черной дыры, и эта неизвестность порождает огромное количество домыслов и споров. Одни предполагают, что через черные дыры можно попасть в параллельные Вселенные, другие уверены, что они представляют собой некий коридор, по которому можно путешествовать между галактик. Третьи вообще считают, что черные дыры связаны с белыми дырами, которые существуют в прошлом. А согласно голливудской версии за черной дырой нас ждет задняя стенка книжного шкафа и Мэттью Макконахи. Все это очень красивые научно-фантастические истории, но вернемся к науке.
Основная теория гласит, что черная дыра — это то, что остается от звезды, когда та погибает. Звезда схлопывается, и сгусток сверхплотной материи увлекает за собой пространственно-временной континуум, гравитационное поле становится настолько сильным, что даже свет не может сквозь него прорваться. Это и есть черная дыра. Внешняя ее поверхность, называется горизонтом событий, если его пересечь, то из черной дыры уже не вырваться. Чем глубже в нее погружаться, тем сильнее пространство-время искривляется, пока не становится бесконечно искривленным. Эта точка известна как гравитационная сингулярность.
Все хорошо, но пока нам удалось только сфотографировать черную дыру, да и то, не саму, а только ее тень. До путешествия внутрь нее говорить рановато.
Что лежит за пределами стандартной модели?
Стандартная модель — одна из самых успешных физических теорий. В течение четырех десятилетий она выдерживала массу экспериментов, которые подтвердили — теория рабочая. Стандартная модель описывает поведение частиц, которые находятся вокруг нас, а также объясняет, почему, например, частицы имеют массу. Открытие бозона Хиггса (частицы, которая дает материи ее массу) в 2012 году стало исторической вехой, поскольку подтвердило давние предсказания его существования. То есть, опять-таки, вся теоретическая часть подтверждена практикой.
И все бы хорошо, стандартная модель здорово помогла ученым открыть кварки, бозон Хиггса, глюоны, фотоны — всего 61 частицу. Тем не менее, большинство физиков согласны с тем, что стандартная модель не является полной. Есть несколько претендентов на новые, более полные модели — теория струн является одной из таких моделей. Но до сих пор ни одна из них не была окончательно подтверждена экспериментами.
Саша Эпштейн
16.06.2020