भौतिक विज्ञान के 8 सबसे बड़े रहस्य जो आज भी अनसुलझे हैं

1. समय केवल आगे की ओर ही क्यों बहता है?

भौतिकी में, "समय के एक तीर (या धुरी)" की अवधारणा है। यह अतीत से भविष्य की ओर समय के प्रवाह का वर्णन करता है। और इस बात के बहुत से सबूत हैं कि समय एक निश्चित दिशा का पक्ष लेता है।

ऊष्मागतिकी के दूसरे नियम के अनुसार, एक पृथक प्रणाली में, एन्ट्रापी (विकार का एक माप) समय के साथ बढ़ेगी। यह साधनप्रकृति में प्रक्रियाएँ आमतौर पर उस दिशा में आगे बढ़ती हैं जहाँ ऊर्जा अधिक समान रूप से वितरित होती है और प्रणाली अधिक अव्यवस्थित हो जाती है।

उदाहरण के लिए, जब हम एक अंडे को तोड़ते हैं तो वह अपने आप पुनर्जीवित नहीं होता है। आप समय को पीछे नहीं मोड़ सकते और चीजों को वैसे नहीं कर सकते जैसे वे थे। एन्ट्रॉपी निर्दयी है.

इसके अलावा, सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत के अनुसार, समय के साथ, ब्रह्मांड फैलता. अवलोकनों से पता चलता है कि यह अतीत में उच्च घनत्व और निम्न एन्ट्रापी की स्थिति से गुजर चुका है (इस घटना को हम "बिग बैंग" कहते हैं) और भविष्य में उच्च एन्ट्रापी की स्थिति की ओर बढ़ रहा है।

सामान्य तौर पर, यह देखना आसान है कि समय अपरिवर्तनीय है और हमेशा एक दिशा में चलता है। और वैज्ञानिक कभी नहीं समझ पाएंगे कि ऐसा क्यों है। और क्या समय का पीछे की ओर बहना भी संभव है?

2. डार्क एनर्जी क्या है

ब्रह्माण्ड का विस्तार हो रहा है. वह इसे बिल्कुल गुब्बारे की तरह करती है, केवल प्रकाश की गति से भी तेज़।

1990 के दशक में, खगोलशास्त्री की खोज कीकि ब्रह्मांड का विस्तार केवल समय के साथ गति पकड़ता है, और गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में धीमा नहीं होता है, जैसा कि सिद्धांत में होना चाहिए। इस अवलोकन से यह सुझाव मिला कि ऊर्जा का कुछ रूप है जो गुरुत्वाकर्षण का विरोध करता है और ब्रह्मांड के त्वरित विस्तार में योगदान देता है।

संभवतः डार्क एनर्जी भरण ब्रह्मांड की संपूर्ण अंतरिक्ष-समय संरचना और इसकी ऊर्जा सामग्री का मुख्य घटक है। लेकिन इसे सीधे तौर पर देखा या मापा नहीं जा सकता.

हमारे ब्रह्मांड का 74% डार्क एनर्जी है, 22% डार्क मैटर है, 3.6% इंटरगैलेक्टिक गैस है, और अन्य 0.4% सामान्य, अरुचिकर तारे, ग्रह और अन्य छोटी चीजें हैं।

संरेखण इस प्रकार क्यों है यह स्पष्ट नहीं है।

डार्क एनर्जी का स्वभाव भी यही है खंडहर विज्ञान के लिए एक रहस्य. विभिन्न हैं सिद्धांतोंजो क्वांटम वैक्यूम और ब्रह्माण्ड संबंधी स्थिरांक की अवधारणाओं सहित इसकी उत्पत्ति को समझाने का प्रयास करते हैं।

इस बीच, ब्रह्मांड के मूलभूत गुणों और उसके भविष्य के भाग्य को समझने के लिए डार्क एनर्जी का बहुत महत्व है। यह इस पर निर्भर करता है कि भविष्य में ब्रह्माण्ड का विस्तार अनिश्चित काल तक जारी रहेगा, धीमा होगा या उल्टा भी होगा।

3. डार्क मैटर क्या है?

अंधेरा पदार्थ का एक काल्पनिक रूप है जो विद्युत चुम्बकीय विकिरण के साथ संपर्क नहीं करता है और इसलिए प्रकाश को उत्सर्जित, अवशोषित या प्रतिबिंबित नहीं करता है। इसे हमारे सामान्य यंत्रों और यन्त्रों से पता नहीं लगाया जा सकता, इसीलिए इसे ऐसा कहा जाता है।

लेकिन बहुत सारे हैं प्रमाण ब्रह्मांड में डार्क मैटर का अस्तित्व. वे दृश्यमान वस्तुओं पर पड़ने वाले गुरुत्वाकर्षण प्रभाव पर आधारित हैं।

डार्क मैटर, हालांकि अदृश्य है, तारों, आकाशगंगाओं और आकाशगंगा समूहों की गति को प्रभावित करता है।

खगोलीय अनुसंधान दिखानाये वस्तुएँ ऐसे गति करती हैं मानो वे अतिरिक्त द्रव्यमान से प्रभावित हों, और इसे हम जिस पदार्थ का निरीक्षण करते हैं उसकी मात्रा से नहीं समझाया जा सकता है। इसलिए, डार्क मैटर अपने गुरुत्वाकर्षण बल के प्रभाव में आकाशगंगाओं और अन्य विशाल संरचनाओं को एक साथ रखता है।

सामान्य तौर पर, भौतिक विज्ञानी यह नहीं समझ पाएंगे कि डार्क मैटर क्या है, इसमें कौन से कण होते हैं, इसके गुण क्या हैं और क्या यह बिल्कुल मौजूद है। हो सकता है कि तारों और आकाशगंगाओं का देखा गया व्यवहार किसी पदार्थ से संबंधित न हो और यह केवल गुरुत्वाकर्षण की विषमताएँ हों। विज्ञान अभी तक इसका पता नहीं लगा सका है।

4. मूलभूत स्थिरांक वैसे क्यों हैं जैसे वे हैं?

मौलिक स्थिरांक संख्यात्मक मान हैं जो ब्रह्मांड में भौतिक गुणों और अंतःक्रियाओं की विशेषता बताते हैं। वे बुनियादी हैं और इकाइयों की विशिष्ट प्रणालियों पर निर्भर नहीं हैं।

स्थिरांक प्रकृति के मूल गुणों और नियमों को निर्धारित करते हैं, जो समग्र रूप से ब्रह्मांड की संरचना और विकास को प्रभावित करते हैं। ये सभी नंबर लगभग 25. उनमें से:

• निर्वात में प्रकाश की गति (सी) - अधिकतम गति निर्धारित करती है जिस पर जानकारी या इंटरैक्शन ब्रह्मांड में फैल सकती है।
• प्लैंक का स्थिरांक (एच), या क्रिया की मात्रा, - संचालन करने वाले कणों और तरंगों की ऊर्जा और आवृत्ति के बीच संबंध निर्धारित करता है स्थूल जगत के बीच की सीमा, जहां न्यूटोनियन यांत्रिकी के नियम लागू होते हैं, और सूक्ष्म जगत, जहां क्वांटम यांत्रिकी के नियम लागू होते हैं। यांत्रिकी.
• गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक (जी) - द्रव्यमानों के बीच गुरुत्वाकर्षण संपर्क की ताकत निर्धारित करता है और ब्रह्मांड में वस्तुओं की संरचना और गति को प्रभावित करता है।
• एक इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान (mₑ).
• प्राथमिक प्रभार (ई).
• ब्रह्माण्ड संबंधी स्थिरांक (Λ), जिसे मौलिक भी कहा जाता है।

और वैज्ञानिक यह नहीं समझ पा रहे हैं कि इन सभी संख्याओं के वही अर्थ क्यों हैं जो उनके हैं, और अन्य के नहीं।

शायद हम केवल वही अर्थ देख सकते हैं जो हमारे अस्तित्व के अनुकूल हों, क्योंकि ज़िंदगी केवल ऐसे ब्रह्माण्ड में ही उत्पन्न हो सकता है। इसे मानवशास्त्रीय सिद्धांत कहा जाता है।

उदाहरण के लिए, सूक्ष्म संरचना स्थिरांक, जिसे आमतौर पर "अल्फा" अक्षर से दर्शाया जाता है। को परिभाषित करता है चुंबकीय अंतःक्रियाओं की शक्ति. इसका संख्यात्मक मान लगभग 0.007297 है। यदि संख्याएँ भिन्न होतीं, तो हमारे ब्रह्मांड में स्थिर पदार्थ नहीं होता।

और अभी भी, भौतिक विज्ञानी इस बात पर पहेली बना रहे हैं कि अन्य भौतिक मापदंडों के साथ ब्रह्मांड कैसे बदल जाएगा। अस्तित्व परिकल्पना, जिसके अनुसार मौलिक स्थिरांक के मान यादृच्छिक होते हैं और प्रारंभिक ब्रह्मांड में उतार-चढ़ाव से निर्धारित होते हैं - बस संख्याओं का कुछ सेट। इस धारणा का तात्पर्य है कि स्थिरांक के विभिन्न मूल्यों वाले कई ब्रह्मांड हैं। और हम भाग्यशाली हैं कि हम वहां हैं जहां ये मूल्य जीवन के विकास के लिए सबसे उपयुक्त हैं।

5. ब्लैक होल में क्या हो रहा है

ब्लैक होल्स ये अविश्वसनीय रूप से मजबूत गुरुत्वाकर्षण वाले बाहरी अंतरिक्ष के क्षेत्र हैं। ब्लैक होल से परे, तथाकथित घटना क्षितिज, गुरुत्वाकर्षण खिंचाव इतना मजबूत है कि कोई भी पदार्थ, यहां तक ​​कि प्रकाश भी, बच नहीं सकता है।

भौतिकविदों का मानना ​​है कि ब्लैक होल के बिल्कुल केंद्र में एक विलक्षणता होती है - अनंत घनत्व और असीम रूप से मजबूत गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र वाला एक बिंदु। लेकिन यह क्या है, यह कैसा दिख सकता है, और वास्तव में यह कैसे काम करता है, कोई भी सिद्धांत इसकी व्याख्या नहीं कर सकता है।

कुछ वैज्ञानिक भी कल्पना करनाविलक्षणता एक बिंदु नहीं हो सकती है, लेकिन उसके अलग-अलग आकार हो सकते हैं - यह घूमते हुए ब्लैक होल के लिए सच है। तथाकथित केर ब्लैक होल, गणितज्ञ और खगोल भौतिकीविद् रॉय केर द्वारा वर्णित एक काल्पनिक वस्तु, एक कुंडलाकार विलक्षणता है। ऐसे छेद से उड़ना और जीवित रहना भी संभव होगा। सिद्धांत में।

लेकिन विलक्षणता के अंदर भौतिक प्रक्रियाओं का सटीक वर्णन करने के लिए एक एकीकृत सिद्धांत की आवश्यकता है गुरुत्वाकर्षण और क्वांटम यांत्रिकी, जो अभी तक विकसित नहीं हुई है।

6. ब्रह्मांड में एंटीमैटर इतना कम क्यों है?

सामान्य पदार्थ में, प्राथमिक कणों, जैसे इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन, पर क्रमशः नकारात्मक और सकारात्मक चार्ज होते हैं। एंटीमैटर में, ये चार्ज उलटे होते हैं: एंटीइलेक्ट्रॉन (जिन्हें पॉज़िट्रॉन भी कहा जाता है) सकारात्मक रूप से चार्ज होते हैं, जबकि एंटीप्रोटॉन नकारात्मक रूप से चार्ज होते हैं।

antimatter है द्रव्यमान, स्पिन और कणों की अन्य विशेषताओं सहित सामान्य भौतिक गुणों के समान। लेकिन जब एक एंटीपार्टिकल एक समान सामान्य से मिलता है, तो वे एक दूसरे को नष्ट कर सकते हैं, शुद्ध ऊर्जा में बदल सकते हैं।

किसी प्रकार के एंटी-हाइड्रोजन का एक लीटर, जब हवा के संपर्क में आता है, तो उसकी गंध परमाणु बम की तरह होगी।

यह कितना अच्छा है कि वे एंटीहाइड्रोजन की अधिकतम मात्रा प्राप्त करने में सफल रहे synthesize वैज्ञानिक एक समय में - 309 परमाणु।

खगोलीय प्रेक्षण दिखानावह ब्रह्मांड और यहां तक ​​​​कि सबसे दूर भी सितारे और आकाशगंगाएँ पदार्थ से बनी हैं, और उनमें एंटीमैटर बहुत कम है। हमारे ब्रह्मांड में बेरिऑन (तीन क्वार्क से बने कण) और एंटीबेरियोन (तीन एंटीक्वार्क से बने एंटीकण) की संख्या के बीच के इस अंतर को बेरिऑन असममिति कहा जाता है।

यदि ब्रह्मांड पूरी तरह से सममित होता, तो बेरिऑन और एंटीबेरियोन की संख्या बराबर होती, और हम एंटीमैटर की संपूर्ण आकाशगंगाओं का निरीक्षण करते। हालाँकि, वास्तव में, सब कुछ बेरिऑन से बना है, और एंटीबेरिऑन को केवल एक चम्मच द्वारा नहीं, बल्कि एक परमाणु द्वारा कण त्वरक में संश्लेषित किया जाना है। अत: एंटीमैटर सबसे अधिक है महँगी चीज़ इस दुनिया में।

प्राथमिक कणों के मानक मॉडल के अनुसार, बिग बैंग के तुरंत बाद, ब्रह्मांड में क्वार्क और एंटीक्वार्क की समान संख्या होनी चाहिए थी। हालाँकि, कुछ हुआ, वास्तव में क्या स्पष्ट नहीं है, लेकिन लगभग सभी एंटीबैरियोन सत्यानाश, और बचे हुए बेरियनों से पदार्थ का निर्माण हुआ। वास्तव में, ब्रह्माण्ड इसी से बना है। और वैसे, आप भी। और वैज्ञानिक अभी भी यह पता नहीं लगा सके हैं कि अंतरिक्ष में एंटीमैटर इतना कम क्यों है।

7. क्या निर्वात स्थिर है?

निर्वात न्यूनतम संभव ऊर्जा वाला स्थान है, लेकिन अपने नाम के विपरीत, यह पूरी तरह से खाली नहीं है। इसमें अभी भी क्वांटम फ़ील्ड शामिल हैं जो प्राथमिक कणों के व्यवहार को निर्धारित करते हैं। वैज्ञानिक विश्वास करनावास्तविक, या भौतिक, निर्वात, जिसे हम जानते हैं, ब्रह्मांड में सबसे स्थिर अवस्था है, क्योंकि इसे ऊर्जा का वैश्विक न्यूनतम माना जाता है।

हालाँकि, सिद्धांत रूप में ऐसी संभावना है कि भौतिक निर्वात की स्थिति क्वांटम क्षेत्रों का एक विन्यास है, जो केवल एक स्थानीय है, न कि वैश्विक ऊर्जा न्यूनतम। अर्थात्, जिस निर्वात को हम गहरे अंतरिक्ष में देख सकते हैं या प्रयोगशाला में बना सकते हैं वह "झूठा" है। तो, वहाँ "सच" हो सकता है.

और यदि कोई "सच्चा" शून्य मौजूद है, तो हम बड़ी मुसीबत में हैं।

यदि हम मान लें कि हमारा ब्रह्मांड "सत्य" नहीं, बल्कि "झूठा" निर्वात की स्थिति में है, तो इसके अधिक स्थिर अवस्था में क्षय की प्रक्रिया संभव हो जाती है। ऐसी प्रक्रिया के परिणाम सबसे अधिक हो सकते हैं भयानक और ब्रह्माण्ड संबंधी मापदंडों में सूक्ष्म परिवर्तनों से भिन्न होता है जो संभावित अंतर पर निर्भर करता है "झूठे" और "सच्चे" निर्वात के बीच, प्राथमिक कणों और मौलिक के कामकाज की पूर्ण समाप्ति तक ताकतों।

यदि अंतरिक्ष में कहीं "वास्तविक" निर्वात का बुलबुला दिखाई देता है, तो इससे बैरोनिक पदार्थ का पूर्ण विनाश हो सकता है या ब्रह्मांड का तात्कालिक गुरुत्वाकर्षण पतन भी हो सकता है।

संक्षेप में, आइए आशा करें कि हमारा वैक्यूम दुनिया में सबसे विश्वसनीय है। और क्या बचा है?

8. ब्रह्माण्ड का अंत क्या होगा?

और चूंकि हम ब्रह्मांड के गुरुत्वाकर्षण पतन जैसे रोमांचक वैश्विक मुद्दों के बारे में बात कर रहे हैं: भौतिकविदों ने संकलित किया है सूची सबसे दिलचस्प चीजें जो भविष्य में अंतरिक्ष में घटित हो सकती हैं, लेकिन यह कभी तय नहीं करें कि कौन सा परिदृश्य सबसे अधिक संभावित है।

बिग बैंग सिद्धांत के अनुसार ब्रह्माण्ड पड़ी लगभग 13.8 अरब वर्ष पहले एक घने और गर्म राज्य से जिसे विलक्षणता कहा जाता है, और तब से सब कुछ बढ़ रहा है और ठंडा हो रहा है। यह सिद्धांत कई देखी गई घटनाओं, जैसे कि ब्रह्मांडीय पृष्ठभूमि विकिरण और विस्तार को अच्छी तरह से समझाता है ब्रह्मांड. लेकिन आगे क्या होगा? जो आपको सबसे अच्छा लगे उसे चुनें:

• गर्मी से मौत. इस अवधारणा के अंतर्गत कल्पितसमय के साथ ब्रह्मांड अधिक से अधिक ठंडा और एक समान हो जाएगा। इसमें मौजूद ऊर्जा समाप्त हो जाएगी, सभी प्रक्रियाएं, जैसे तारों का निर्माण और थर्मल गति, धीमी हो जाएंगी और बंद हो जाएंगी। इससे अधिकतम एन्ट्रापी की स्थिति उत्पन्न होगी, जब सभी कण संतुलन की स्थिति में होंगे और ब्रह्मांड में कोई और घटना संभव नहीं होगी।
• बड़ा अंतर. ब्रह्मांड जारी रखेंगे बढ़ाना। इसका मतलब यह है कि आकाशगंगाएँ और अन्य अंतरिक्ष वस्तुएँ तेजी से एक-दूसरे से दूर होती जाएँगी। यदि कुछ भी नहीं बदलता है, तो दूर के भविष्य में, गुरुत्वाकर्षण बल अंधेरे ऊर्जा के दबाव का विरोध करने के लिए पर्याप्त मजबूत नहीं रह जाएंगे। इससे यह तथ्य सामने आएगा कि आकाशगंगाओं, तारों और परमाणुओं सहित ब्रह्मांड के भीतर संरचना के सभी स्तरों पर एक ऐसा बल होगा जो उनके स्वयं के आकर्षण बल से अधिक होगा। परिणामस्वरूप, सभी वस्तुएँ धीरे-धीरे अलग-अलग कणों में टूट जाएँगी।
• बड़ा निचोड़. इस परिदृश्य के अनुसार, ब्रह्मांड का विस्तार, बिग बैंग के कारण हुआ, गति कम करो और अंततः उलट जाता है। आकाशगंगाओं, तारों और ग्रहों के बीच गुरुत्वाकर्षण खिंचाव प्रमुख शक्ति बन जाएगा। उनके बीच की दूरी तब तक घटती रहेगी जब तक कि ब्रह्मांड एक विलक्षणता में वापस नहीं आ जाता, जहां घनत्व और तापमान असीम रूप से उच्च हो जाते हैं। और नए बिग बैंग से ज्यादा दूर नहीं है.

लेकिन किस तरह का भाग्य इंतजार कर रहा है अंतरिक्ष, अभी भी अस्पष्ट है। कृपया कुछ हजार सप्तवर्षीय वर्ष और प्रतीक्षा करें।