1900 sagte der britische Physiker Lord Kelvin: „In der Physik gibt es nichts Neues zu entdecken. Alles was bleibt ist, immer genauere Messungen durchzuführen. Ab 1900, über drei Jahrzehnte, entwickelten die Wissenschaftler jedoch die Quantenmechanik, die sich als unvereinbar mit der allgemeinen Relativitätstheorie herausstellte und zu einem der tiefsten Widersprüche in der Physik führte.
Heute würde kein Wissenschaftler es wagen zu behaupten, dass unser physikalisches Wissen über das Universum kurz vor dem Abschluss steht. Im Gegenteil, mit jeder neuen Entdeckung scheint es nur noch ungelöste Probleme zu geben. Naked Science präsentiert eine Auswahl der größten ungelösten Rätsel der Physik.
Was ist dunkle Energie?
Das Universum expandiert immer schneller, obwohl der Hauptkraft, die in ihm wirkt - der Anziehungskraft oder der Schwerkraft - entgegengewirkt wird. Vor diesem Hintergrund haben Astrophysiker vorgeschlagen, dass es einen unsichtbaren Wirkstoff gibt, der genau dieser Schwerkraft entgegenwirkt. Sie nennen es dunkle Energie. Nach allgemein anerkanntem Verständnis ist dunkle Energie eine "kosmologische Konstante", eine unveräußerliche Eigenschaft des Raumes selbst, die "Unterdruck" hat. Je mehr sich der Raum ausdehnt, desto mehr wird er (Raum) und damit dunkle Energie erzeugt. Basierend auf den beobachteten Wachstumsraten des Universums haben Wissenschaftler festgestellt, dass die Dunkle Energie mindestens 70% des Gesamtgehalts des Universums ausmachen muss. Aber es ist immer noch nicht klar, was es ist und wo man danach suchen soll.
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Was ist dunkle Materie?
Offensichtlich absorbieren oder emittieren etwa 84% der Materie im Universum kein Licht. Dunkle Materie kann nicht direkt gesehen werden. Seine Existenz und Eigenschaften sind aufgrund seiner Gravitationswirkung auf sichtbare Materie, Strahlung und Veränderungen in der Struktur des Universums festgelegt. Diese dunkle Substanz durchdringt den Rand der Galaxie und besteht aus "schwach wechselwirkenden massiven Partikeln". Bisher konnte keiner der Detektoren diese Partikel nachweisen.
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Warum existiert der "Pfeil der Zeit"? Die Zeit bewegt sich vorwärts. Diese Schlussfolgerung kann auf der Grundlage einer Eigenschaft des Universums gezogen werden, die als "Entropie" bezeichnet wird und als Grad der zunehmenden Störung definiert ist. Es gibt keine Möglichkeit, den Anstieg der Entropie umzukehren, nachdem dies bereits geschehen ist. Der „Pfeil der Zeit“ist ein Konzept, das die Zeit als eine gerade Linie von der Vergangenheit in die Zukunft beschreibt. "In allen Prozessen gibt es eine bestimmte Richtung, in der die Prozesse von einem geordneten in einen weniger geordneten Zustand übergehen." Die Hauptfrage lautet jedoch: Warum war die Entropie zum Zeitpunkt der Geburt des Universums auf einem niedrigen Niveau, als ein relativ kleiner Raum mit kolossaler Energie gefüllt war?
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Gibt es parallele Universen?
Astrophysikalische Beweise legen nahe, dass das Raum-Zeit-Kontinuum eher "flach" als gekrümmt sein kann, was bedeutet, dass es unbegrenzt weitergeht. Wenn ja, dann ist unser Universum nur eines der unendlich großen Multiversen. Nach Berechnungen, die 2009 von den Physikern Andrei Linde und Vitaly Vanchurin durchgeführt wurden, wurden nach dem Urknall Universen von zehn bis zur zehnten Potenz bis zur zehnten Potenz bis zur siebten Potenz (10 ^ 10 ^ 10 ^ 7) gebildet. Viel. Sehr viel. Wenn parallele Universen existieren, wie könnten wir jemals ihre Anwesenheit erkennen?
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Warum gibt es viel mehr Materie als Antimaterie?
In der Tat ist die Frage nicht, warum es mehr Substanz als entgegengesetzt geladene Antimaterie gibt, sondern warum überhaupt etwas existiert. Einige Wissenschaftler spekulieren, dass Materie und Antimaterie nach dem Urknall symmetrisch waren. Wenn dies so wäre, würde die Welt, die wir sehen, sofort zerstört werden - Elektronen würden mit Antielektronen, Protonen - mit Antiprotonen usw. reagieren und nur eine große Anzahl "nackter" Photonen zurücklassen. Aus irgendeinem Grund gibt es jedoch wesentlich mehr Materie als Antimaterie, wodurch wir alle existieren können. Dafür gibt es keine allgemein anerkannte Erklärung.
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Wie kann man den Kollaps von Quantenwellenfunktionen messen?
Im seltsamen Bereich der Photonen, Elektronen und anderer Elementarteilchen ist die Quantenmechanik ein Gesetz. Teilchen verhalten sich nicht wie winzige Kugeln, sie wirken wie Wellen, die sich über riesige Gebiete bewegen. Jedes Teilchen wird durch eine Wellenfunktion beschrieben, die seinen möglichen Ort, seine Geschwindigkeit und andere Eigenschaften angibt. Tatsächlich hat ein Partikel einen Wertebereich für alle Eigenschaften, bis es experimentell gemessen wurde. Im Moment der Erkennung „kollabiert“seine Wellenfunktion. Aber wie und warum kollabieren Messungen von Partikeln in der Realität, die wir wahrnehmen, aufgrund ihrer Wellenfunktion? Die Frage nach dem Messproblem mag esoterisch erscheinen, aber wir müssen uns noch näher dem Verständnis nähern, was unsere Realität ist und ob sie überhaupt existiert.
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