Konec 19. stoletja se je zdelo, da je na splošno vse že jasno tako s strukturo narave kot z njenimi zakoni. Še vedno se je bilo treba spoprijeti z majhnimi podrobnostmi in motečimi težavami, kot je odprt elektron iz nekega razloga in majhnimi neskladji med resnično in izračunano orbito Merkurja. Nihče si ni predstavljal, da prihaja do znanstvene revolucije in da se bodo pojavile teorija relativnosti, kvantna mehanika in atomska fizika. Na začetku 21. stoletja se zdi, da se zgodovina ponavlja.
V zadnjih 10 letih je znanost že nabrala zadostno število ugank, katerih rešitev lahko privede do še ene znanstvene revolucije. Pojavi, ki so jih odkrili astronomija, fizika in zemeljske vede, pa tudi nekateri, ki jih še ni bilo mogoče najti (na primer monopol), se torej ne ujemajo s sodobnimi predstavami o naravi, da bodo, če v okviru obstoječih teorij ne najdejo nobene sprejemljive razlage, zahtevali spremembe teh teorij.
Chaskor se je odločil začeti z izbiro sedmih pojavov, katerih razlaga bi lahko postala usodna za vede o vesolju - astrofiziko in kozmologijo.
1. Os zla
Sredi prejšnjega stoletja so kozmologi (eden prvih, ki se je domislil te zamisli, bil Georgy Gamow) predlagali, da bi po velikem udaru, ki je rodil naše vesolje, ostalo šibko preostalo sevanje. Leta 1965 so jo odkrili ameriški znanstveniki Penzias in Wilson (in leta 1978 so za to prejeli Nobelovo nagrado za fiziko). In na splošno s tem relikvijskim sevanjem ni bilo posebnih težav, dokler natančnost instrumentov ni dosegla določenega praga, nad katerim so leta 2005 britanski astrofiziki odkrili neverjeten pojav. Vzorec porazdelitve CMB se je namesto pričakovane naključne porazdelitve nekoliko bolj in nekoliko manj "vročih" regij, raztresenih v poljubnem zaporedju po vesolju, izkazal v določeni smeri. Ta slika je dobila odmeven vzdevek "os zla", čeprav, seveda,če je povzročil nekaj težav, je bil le temeljni princip izotropije vesolja ali, bolj preprosto, ideja, da je Vesolje v bistvu enako, v katero koli smer pogledate. Če ima kozmično sevanje neko usmeritev, se bo treba skupaj s tem načelom znebiti idej o zgodovini Vesolja, ki jih ima sodobna kozmologija.
Morda ni vse tako slabo. Mogoče je, da neka grozd galaksije, nedaleč od nas, posega v homogenost sevanja. Na koncu lahko vesolje do zdaj opazujemo izključno iz okolice Osončja, torej od znotraj lastne Galaksije. Morda bodo podatki, ki jih bodo astrofiziki do konca leta 2012 prejeli od instrumentov satelita Planck, ki jih je sprožila NASA, prinesli jasnost v sliko sevanja v ozadju.
Promocijski video:
2. Galaktični mehurčki
Tudi v naši Galaksiji je veliko več zanimivih in nerazumljivih stvari. Najnovejši podatki drugega Nasinega satelita, Fermija, so astronome temeljito zmedli. Rentgenski teleskop je odkril dve velikanski (ne, ne tako, - GIANT) sferične formacije, ki mejijo na središče naše Galaksije. Njihov premer je približno 25 tisoč svetlobnih let, torej njihova dva premera sta približno enaka polovici ali tretjini premera Mlečne poti. Oba "mehurčki" aktivno oddajajo v območju trdega gama sevanja. Če bi lahko videli v tem območju, bi "mehurčki" zasedli polovico neba. Energija sevanja vsakega od "mehurčkov" je približno enaka eksploziji 100 tisoč supernov hkrati.
Od kod prihajajo ti "mehurčki", astrofiziki ne morejo trditi, da so doslej previdno predpostavljali, da so nastali kot posledica močnih emisij iz ogromne črne luknje v središču Galaksije. Res je, astronomi še nikoli niso videli česa takega. In predstavljati si, kakšna kataklizma bi lahko pustila za seboj tako žive posledice, še vedno ne morejo.
3. Temni tok
Če bi lahko našli nekaj čudnih mehurčkov v lastni Galaksiji, kaj lahko pričakujemo od tistih krajev v vesolju, ki jih še vedno ne vidimo in v naslednjih nekaj milijard letih ne bomo videli - preprosto zato, ker so locirani predaleč od nas. Če se zanašamo na isti princip izotropije, potem ni videti nič preveč presenetljivega. Ampak moraš.
Leta 2008 je skupina raziskovalcev pod vodstvom Aleksandra Kašlinskega delala v raziskovalnem centru NASA. Goddard je odkril, da se več skupin galaksij premika z nenavadno veliko (približno 1000 km / s) hitrostjo proti majhnemu območju zvezdastega neba med ozvezdji Centaurus in Parus. Ta galaktični tok je Kašlinski imenoval "temen", v čast skrivnostne temne snovi in temne energije.
Pri tem gibanju je nenavadno, da v označenem območju prostora ni ničesar, kar bi lahko pritegnilo te velikanske grozde zvezd. Ali ni vidno. Možno je, da se tisto, kar jih privlači, nahaja onkraj obzorja vidnega vesolja. Ampak kaj? Očitno nekaj zelo velikega. Edina težava je, da mora biti to "nekaj zelo velikega" ZELO VELIKO. Tako velika, da bi po velikosti morala preseči vse, kar je sodobna astronomija do zdaj lahko opazila v vesolju.
A četudi je še vedno neznano, kaj je, kozmologija že ima težave. Če takšen kozmični levijatan obstaja nekje tam zunaj, potem morajo takšni Levijatani naleteti nekje drugje. Vendar jih ne vidim.
Obstajali so celo sumi, da morda to neverjetno nekaj sploh ni iz našega vesolja. Mogoče je to potrditev ene od alternativnih kozmoloških teorij, po kateri naše Vesolje sploh ni sam, ampak poleg njega (čeprav ni zelo jasno, v kakšnem smislu - poleg njega) so še drugi, in nekakšen sosed privabi tisoče metagalaksi?
4. Spremenljiva konstanta
Očitno res ne vemo kaj o naravi. Posredna potrditev, da vesolje ni enotno urejeno, so najnovejši podatki, ki so jih pridobili avstralski astrofiziki, ki so se domislili primerjave podatkov spektralne analize, pridobljenih s teleskopi, ki opazujejo različna področja vesolja. Če so njihovi izračuni pravilni (in v desetih letih, ki so minile od prve objave, nihče ni mogel ovrgniti njihovih sklepov), potem ena temeljnih fizikalnih konstant - konstantna fina struktura, ki je odgovorna za eno od treh glavnih vrst medsebojnega delovanja snovi (elektroboba), sploh ni. je konstantna in razmerje med električnim nabojem in hitrostjo svetlobe se spreminja glede na kraj v vesolju. Še več, zemljevid lokacije "osi" sprememb v konstanti kaže na približno isto smer kot metagalaksije v "temnem toku" Kašinskega.
Astrofiziki že zahtevajo pojasnitev izračunov Avstralcev, fiziki pa so ogorčeni, saj se strinjati s spremenljivostjo konstant kot nalagati k izumljanju sodobne fizike na novo. In hkrati priznati, da se je človeštvo res pojavilo na nekem čudnem mestu v Vesolju (ali v nekem čudnem Vesolju), kjer so bili za to najprimernejši pogoji.
5. Asimetrična gravitacija
Za anomalije konstant pa tudi ni treba potovati na konec sveta (kljub temu ni vse jasno s svetlobo, več pa o tem spodaj). Pred nekaj leti so zaposleni iste ameriške NASA opozorili na dejstvo, da njihovo vesoljsko plovilo v osončju ne leti točno tako, kot je bilo načrtovano.
Inženirji, ki načrtujejo izstrelitev vesoljskih plovil na oddaljene planete, so že dolgo spoznali, da je mogoče pomagati njihovim motorjem pri delu, če izkoristijo privlačnost bližnjih planetov ali Sonca: letenje mimo njih po pravilni poti lahko daje vesoljskim plovilom dodaten pospešek in znatno zmanjša trajanje vesoljskih odprav in prihrani gorivo.
Natančna primerjava izračunanih in resničnih poti pa je pokazala, da lahko vozila dobijo nenačrtovani pospešek. Decembra 1990 je vesoljsko plovilo Galileo uporabilo Zemljo, da bi pospešilo pred odhodom na Jupiter. Kot rezultat tega je dobil dodaten pospešek, ki ga ni predvidel urnik, ki je znašal 3,9 mm / s. Druga naprava, poslana leta 1998 kometu Shoemaker, je dosegla še večji pospešek - 13,5 mm / s.
Ta odstopanja so majhna in na srečo niso vplivala na rezultate odprav, vendar jih raziskovalci še vedno ne znajo pojasniti, vsaj z vidika običajne fizike. Nadomestne razlage pa so dovolj - od možne asimetrije gravitacijskega polja in vpliva temne snovi do potrebe po spremembi teorije relativnosti ali celo spreminjanju stališča glede stalnosti svetlobne hitrosti.
6. Počasi svetloba
Leta 2005 so astronomi, ki so delali z rentgenskim teleskopom MAGIC v opazovalnici na Kanarskih otokih in opazovali izbruh rentgenskih žarkov iz središča galaksije Markarian 501, ki je oddaljen 500 milijonov svetlobnih let, opozorili na nerazumljivo anomalijo. Visokoenergijski kvanta gama je teleskop zaznal 4 minute pozneje kot nižje energijske kvante. V tem primeru so se ti fotoni pojavili hkrati.
Če sledimo posebni teoriji relativnosti, potem to ne more biti. Ker mora elektromagnetno sevanje širiti v vakuumu z enako hitrostjo - hitrostjo svetlobe. Ne glede na energijo tega sevanja. Če verjamete rezultatom opazovanj, potem svetlobna hitrost sploh ni konstanta in je odvisna od energije fotonov svetlobe.
Opazovanja z Zemlje so potrdila tudi podatke iz rentgenskega teleskopa Fermi, ki je zabeležil 20-minutno zaostajanje trdih gama žarkov, ki so se oddajali hkrati s fotoni nižje energije zaradi nekakšne kozmične kataklizme, ki se je zgodila na razdalji 12 milijard svetlobnih let.
Najbolj od vsega so bili razvijalci teorije kvantne gravitacije navdušeni nad temi rezultati, ki za razliko od Einsteinove splošne teorije relativnosti poskrbijo za takšne premike. Vendar morda, spet, ni šlo brez temne energije. Ali brez holografije.
7. Gravitacijski hrup
Ena od posledic splošne teorije relativnosti (ki je tudi sodobna teorija gravitacije) je prisotnost gravitacijskih valov, ki naj bi upognili vesolje-čas kontinuum, na primer zaradi trka nekaterih velikih (ok, ZELO VELIKO) vesoljskih objektov, na primer masivnih črnih luknje.
Do zdaj pa teh valov še nihče ni registriral. Mogoče je le spodletelo: navsezadnje morajo biti detektorji teh valov preprosto zelo veliki. Eden od teh detektorjev - GEO600 - je bil pred nekaj leti zgrajen za skupne poskuse znanstvenikov iz Velike Britanije in Nemčije v bližini Hannovra. Tudi ta detektor gravitacijskih valov še ni zaznal. Možno pa je, da je slučajno prejel dokaz druge teorije gravitacije.
Leta 2008 fizik Craig Hogan iz Nacionalnega laboratorija. Fermi (ZDA) je formuliral koncept, da je naša fizična resničnost rezultat projekcije meja vesolja. Poimenoval ga je holografsko načelo. Informacije, ki so osredotočene na meje Vesolja, niso nenehno razporejene po njem, ampak so sestavljene iz "bitov", katerih velikosti ustrezajo tako imenovanim kvantom prostora. Hogan se ni ustavil pri teoretičnem razvoju, ampak je poskušal napovedati, kako lahko njegovo teorijo potrdi eksperiment: detektorji gravitacijskih valov bi morali zabeležiti "šum" vesolja in časa. In te izračune je poslal ekipi GEO600.
Po naključju (ali ne tako zelo) se je ekipa znanstvenikov v Hannovru ravno skušala spoprijeti s hrupom, ki ga je detektor stalno beležil. Presenetljivo so se parametri tega hrupa ujemali s tistimi, ki jih je napovedal Hogan. Preveriti bo mogoče, ali hrup v detektorju resnično povzroča sam prostor-čas ali je njegov vzrok nekaj bolj prozaičen, mogoče bo šele po zaključku natančne nastavitve opreme, ki naj bi bila končana leta 2011. Medtem hrup ni nikamor šel in znanstveniki razen holografskega načela nimajo razumljive razlage.
PS Če ste bili pozorni, so uganke velikih lestvic pogosto povezane s pojavi najmanjših lestvic - stopnjo elementarnih delcev. O tem, kaj sodobna fizika osnovnih delcev poskuša ugotoviti v naslednjem članku.
Avtor: Vladimir Kharitonov