10 потрясающих открытий в физике

Изучать физику значит изучать Вселенную. Точнее, как работает Вселенная. Вне всяких сомнений, физика — самая интересная ветвь науки, поскольку вселенная куда сложнее, чем кажется, и она вмещает в себя всё сущее. Иногда мир ведёт себя очень странно, и возможно, вы должны быть настоящим энтузиастом, чтобы разделить с нами радость по поводу этого списка. Перед вами десять самых удивительных открытий в новейшей физике, которые заставили многих и многих ученых ломать головы не годами — десятилетиями.

На скорости света время останавливается

Согласно специальной теории относительности Эйнштейна, скорость света неизменна — и равна приблизительно 300 000 000 метров в секунду, вне зависимости от наблюдателя. Это само по себе невероятно, учитывая, что ничто не может двигаться быстрее света, но всё ещё сугубо теоретично. В специальной теории относительности 

есть интересная часть, которая называется «замедление времени» и которая говорит, что чем быстрее вы движетесь, тем медленнее для вас движется время, в отличие от окружения. Если вы будете ехать на автомобиле час, вы постареете немного меньше, чем если бы просто сидели у себя дома за компьютером. Дополнительные наносекунды вряд ли существенно изменят вашу жизнь, но всё же факт остается фактом.

Выходит, если двигаться со скоростью света, время вообще застынет на месте? Это так. Но прежде чем вы попытаетесь стать бессмертным, учтите, что двигаться со скоростью света невозможно, если вам не повезло родиться светом. С технической точки зрения движение со скоростью света потребует бесконечного количества энергии.

Квантовая запутанность

Только что мы пришли к выводу, что ничто не может двигаться быстрее, чем со скоростью света. Что ж… и да и нет. Хотя технически это остаётся верным, в теории существует лазейка, которую нашли в самой невероятной ветви физики — в квантовой механике.

Квантовая механика по сути — изучение физики на микроскопических масштабах, таких как поведение субатомных частиц. Эти типы частиц невероятно малы, но крайне важны, поскольку именно они образуют строительные блоки всего во Вселенной. Можете представить их как крошечные вращающиеся электрически заряженные шарики. Без лишних сложностей.

Итак, у нас есть два электрона (субатомные частицы с отрицательным зарядом). Квантовая запутанность — это особый процесс, который связывает эти частицы таким образом, что они становятся идентичными (обладают одинаковым спином и зарядом). Когда это происходит, электроны становятся идентичными. Это означает, что если вы измените один из них — скажем, измените спин, — второй отреагирует незамедлительно. Вне зависимости от того, где он находится. Даже если вы его не будете трогать. Влияние этого процесса потрясающее — вы понимаете, что в теории эту информацию (в данном случае направление спина) можно телепортировать куда угодно во Вселенной.

Гравитация влияет на свет

Вернёмся к свету и поговорим об общей теории относительности (тоже за авторством Эйнштейна). В эту теорию входит понятие, известное как отклонение света — путь света не всегда может быть прямым.

Как бы это странно ни звучало, это было доказано неоднократно. Хотя у света нет никакой массы, его путь зависит от вещей, у которых эта масса есть, — вроде Солнца. Поэтому, если свет от далёкой звезды пройдёт достаточно близко к другой звезде, он обогнёт её. Как это касается нас? Да просто: возможно, те звёзды, которые мы видим, находятся совсем в других местах. Помните, когда в следующий раз будете смотреть на звёзды: всё это может быть просто игра света.

Тёмная материя

Благодаря некоторым теориям у физиков есть довольно точные способы измерения общей массы, присутствующей во Вселенной. Также у них есть довольно точные способы измерения общей массы, которую мы можем наблюдать, — но вот незадача, два этих числа не совпадают.

На самом деле объём общей массы во Вселенной значительно больше, чем общая масса, которую мы можем посчитать. Физикам пришлось искать объяснение этому, и в результате появилась теория, включающая тёмную материю — таинственное вещество, которое не испускает света и берёт на себя примерно 95% массы во Вселенной. Хотя существование тёмной материи формально не доказано (потому что мы не можем её наблюдать), в пользу тёмной материи говорит масса свидетельств, и она должна существовать в той или иной форме.

Наша Вселенная быстро расширяется

Понятия усложняются, и чтобы понять почему, нам нужно вернуться к теории Большого Взрыва. До того как стать темой популярных телешоу, теория Большого Взрыва была важным объяснением происхождения нашей Вселенной. Если проще: наша Вселенная началась со взрыва. Обломки (планеты, звёзды и прочее) распространились во всех направлениях, движимые огромной энергией взрыва. Поскольку обломки достаточно тяжёлые, мы ожидали, что это взрывное распространение должно замедлиться со временем.

«Обратная связь» (Откровения людям нового века 14.12.09):

« …учёные, увлекшиеся идеей познать причину Большого Взрыва, должны были бы понять, что причиной или НАЧАЛОМ НАЧАЛ был не взрыв, а импульс энергии СОЗДАТЕЛЯ!
То, что ожидает весь учёный мир после проведения физических исследований Большого Взрыва, можно назвать ПРОЗРЕНИЕМ или ПРОБУЖДЕНИЕМ, ибо будет наконец подтверждено экспериментально, что ПЕРВОПРИЧИНОЙ ВСЕМУ есть БОГ, есть Божественные силы, творящие Любовь и Высшую Гармонию Пространства».

Но этого не произошло. На самом деле расширение нашей Вселенной происходит всё быстрее и быстрее с течением времени. И это странно. Это означает, что космос постоянно растёт. Единственный возможный способ объяснить это — тёмная материя, а точнее, тёмная энергия, которая и вызывает это постоянное ускорение.

Любая материя — это энергия

Материя и энергия — это просто две стороны одной медали. На самом деле, вы всегда это знали, если когда-нибудь видели формулу E = mc2. E — это энергия, а m — масса. Количество энергии, содержащейся в конкретном количестве массы, определяется умножением массы на квадрат скорости света.

Объяснение этого явления весьма захватывает и связано с тем, что масса объекта возрастает по мере приближения к скорости света (даже если время замедлится). Доказательство довольно сложное, поэтому можете просто поверить на слово. Посмотрите на атомные бомбы, которые преобразуют довольно небольшие объёмы материи в мощные выбросы энергии.

Корпускулярно-волновой дуализм

Некоторые вещи не так однозначны, какими кажутся. На первый взгляд частицы (например, электрон) и волны (например, свет) кажутся совершенно разными. Первые — твёрдые куски материи, вторые — пучки излучаемой энергии, или что-то типа того. Как яблоки и апельсины. Оказывается, вещи вроде света и электронов не ограничиваются лишь одним состоянием — они могут быть и частицами, и волнами одновременно, в зависимости от того, кто на них смотрит.

Серьёзно. Звучит смешно, но существуют конкретные доказательства того, что свет — это волна, и свет — это частица. Свет — это и то и другое. Одновременно. Не какой-то посредник между двумя состояниями, а именно и то и другое. Мы вернулись в область квантовой механики, а согласно квантовой механике, во Вселенной именно так, а не иначе.

Все объекты падают с одинаковой скоростью

Многим может показаться, что тяжёлые объекты падают быстрее, чем лёгкие, — это звучит здраво. Наверняка шар для боулинга падает быстрее, чем пёрышко. Это действительно так, но не по вине гравитации — единственная причина, по которой получается так, в том, что земная атмосфера обеспечивает сопротивление. Ещё 400 лет назад Галилей впервые понял, что гравитация работает одинаково на всех объектах, вне зависимости от их масс. Если бы вы повторили эксперимент с шаром для боулинга и пером на Луне (на которой нет атмосферы), они упали бы одно временно.

Квантовая пена

Вы думаете, что пространство само по себе пустое. Это предположение довольно разумное — на то оно и пространство,космос. Но Вселенная не терпит пустоты, поэтому в космосе, в пространстве, в пустоте постоянно рождаются и гибнут частицы. Они называются виртуальными, но на самом деле они реальны, и это доказано. Они существуют доли секунды, но это достаточно долго, чтобы сломать некоторые фундаментальные законы физики. Учёные называют это явление «квантовой пеной», поскольку оно ужасно напоминает газовые пузырьки в безалкогольном газированном напитке.

Эксперимент с двойной щелью

Выше мы отмечали, что всё может быть и частицей, и волной одновременно. Но вот в чём загвоздка: если в руке лежит яблоко, мы точно знаем, какой оно формы. Это яблоко, а не какая-нибудь яблочная волна. Что же определяет состояние частицы? Ответ: мы.

Эксперимент с двумя щелями — это невероятно простой и загадочный эксперимент. Вот в чём он заключается. Учёные размещают экран с двумя щелями напротив стены и выстреливают пучком света через щель, чтобы мы могли видеть, где он будет падать на стену. Поскольку свет — это волна, он создаст определённую дифракционную картину, и вы увидите полоски света, рассыпанные по всей стене. Хотя щели было две.

Но частицы должны реагировать иначе — пролетая через две щели, они должны оставлять две полоски на стене строго напротив щелей. И если свет — это частица, почему же он не демонстрирует такое поведение? Ответ заключается в том, что свет будет демонстрировать такое поведение — но только если мы захотим. Будучи волной, свет пролетает через обе щели одновременно, но, будучи частицей, он будет пролетать только через одну. Всё, что нам нужно, чтобы превратить свет в частицу, — измерять каждую частицу света (фотон), пролетающую сквозь щель. Представьте себе камеру, которая фотографирует каждый фотон, пролетающий через щель. Этот же фотон не может пролетать через другую щель, не будучи волной. Интерференционная картина на стене будет простой: две полоски света. Мы физически меняем результаты события, просто измеряя их, наблюдая за ними.

Это называется «эффект наблюдателя». И хотя это хороший способ закончить данную статью, она даже поверхностно не углубилась в совершенно невероятные вещи, которые находят физики. Есть куча вариаций эксперимента с двойной щелью, еще более безумных и интересных. Можете поискать их, только если не боитесь, что квантовая механика засосет вас с головой.

Но главная загадка останется за человеком.. в человеке. Ибо человек ЕСМЬ микрокосмос, который подобён макрокосму и в котором присутствуют все энергии и свойства заложенные во вселенной.

Познай себя и Мир, человек.