A finales del siglo XIX, parecía que, en general, todo estaba ya claro tanto con la estructura de la naturaleza como con sus leyes. Quedaba por tratar con pequeños detalles y problemas molestos como un electrón abierto por alguna razón y pequeñas discrepancias entre las órbitas real y calculada de Mercurio. Nadie imaginó que se avecinaba una revolución científica y que aparecería la teoría de la relatividad, la mecánica cuántica y la física atómica. A principios del siglo XXI, la historia parece repetirse.
Durante los últimos 10 años, la ciencia ya ha acumulado un número suficiente de acertijos, cuya solución puede conducir a otra revolución científica. Los fenómenos descubiertos por la astronomía, la física y las ciencias de la tierra, así como algunos que aún no se han encontrado (como un monopolo), por lo que no encajan en las ideas modernas sobre la naturaleza que, si no encuentran ninguna explicación aceptable en el marco de las teorías existentes, requerirán cambios en estas teorías.
“Chaskor” decidió comenzar eligiendo siete fenómenos, la búsqueda de una explicación de los cuales podría resultar fatídica para las ciencias del Universo: la astrofísica y la cosmología.
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1. Eje del mal
A mediados del siglo pasado, los cosmólogos (uno de los primeros a quienes se les ocurrió esta idea fue Georgy Gamow) sugirieron que después del Big Bang, que dio origen a nuestro Universo, debería permanecer una radiación residual débil. Fue él quien fue descubierto en 1965 por los científicos estadounidenses Penzias y Wilson (y en 1978 recibieron el Premio Nobel de Física por ello). Y en general, no hubo problemas especiales con esta reliquia de radiación, hasta que la precisión de los instrumentos alcanzó un cierto umbral, más allá del cual en 2005 los astrofísicos británicos descubrieron un fenómeno asombroso. El patrón de la distribución CMB, en lugar de la distribución aleatoria esperada de regiones un poco más y un poco menos "calientes" esparcidas en un orden arbitrario a través del Universo, resultó estar ordenado en una determinada dirección. Esta imagen recibió el apodo rotundo de "eje del mal", aunque, por supuesto,si causó algún problema, fue solo el principio fundamental de la isotropía del espacio o, más simplemente, la idea de que el Universo es, en esencia, el mismo, en cualquier dirección que se mire. Si la radiación cósmica tiene alguna orientación, entonces junto con este principio será necesario deshacerse de las ideas sobre la historia del Universo que tiene la cosmología moderna.
Quizás no sea tan malo. Es posible que algún cúmulo de galaxias, no muy lejos de nosotros, esté interfiriendo con la homogeneidad de la radiación. Al final, podemos observar el Universo hasta ahora exclusivamente desde la vecindad del Sistema Solar, es decir, desde el interior de nuestra propia Galaxia. Quizás los datos que los astrofísicos recibirán a finales de 2012 de los instrumentos del satélite Planck lanzados por la NASA aporten claridad a la imagen de la radiación de fondo.
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2. Burbujas galácticas
Incluso en nuestra Galaxia hay muchas cosas más interesantes e incomprensibles. Los últimos datos de otro satélite de la NASA, Fermi, han desconcertado profundamente a los astrónomos. El telescopio de rayos X ha descubierto dos formaciones esféricas gigantes (no, no tan - GIGANTES) adyacentes al centro de nuestra galaxia. Su diámetro es de unos 25 mil años luz, es decir, sus dos diámetros son aproximadamente iguales a la mitad o un tercio del diámetro de la Vía Láctea. Ambas "burbujas" emiten activamente en el rango de radiación gamma dura. Si pudiéramos ver en este rango, las "burbujas" ocuparían la mitad del cielo. La energía de radiación de cada una de las "burbujas" es aproximadamente igual a la explosión de 100 mil supernovas a la vez.
De dónde vienen estas "burbujas", los astrofísicos no pueden decirlo, asumiendo cautelosamente hasta ahora que se formaron como resultado de emisiones superpoderosas de un enorme agujero negro ubicado en el centro de la Galaxia. Es cierto que los astrónomos nunca antes habían visto algo así. E imaginar qué tipo de cataclismo podría dejar atrás consecuencias tan vívidas, todavía no pueden.
3. Corriente oscura
Si pudiéramos detectar algunas burbujas extrañas en nuestra propia galaxia, entonces, ¿qué podemos esperar de esos lugares del Universo que todavía no vemos y en los próximos miles de millones de años no veremos, simplemente porque están ubicados demasiado lejos de nosotros? Si nos basamos en el mismo principio de isotropía, entonces no parece esperarse nada demasiado sorprendente. Pero tienes que.
En 2008, un grupo de investigadores dirigido por Alexander Kashlinsky trabajaba en el Centro de Investigación de la NASA. Goddard, descubrió que varios cúmulos de galaxias se mueven a una velocidad inusualmente alta (alrededor de 1000 km / s) hacia una pequeña sección del cielo estrellado entre las constelaciones Centaurus y Parus. Esta corriente galáctica que Kashlinsky llamó "oscura", en honor a la misteriosa materia oscura y la energía oscura.
Lo inusual de este movimiento es que no hay nada en la región indicada del espacio que pueda atraer a estos cúmulos gigantes de estrellas. O no visible. Es posible que lo que los atrae se ubique más allá del horizonte del universo visible. ¿Pero que? Evidentemente algo muy grande. El único problema es que este "algo muy grande" tiene que ser MUY GRANDE. Tan grande que debería superar en tamaño todo lo que la astronomía moderna ha podido discernir en el espacio hasta ahora.
Pero incluso si todavía se desconoce qué es, la cosmología ya tiene un problema. Si tal Leviatán cósmico existe en algún lugar, entonces esos Leviatanes deben encontrarse en otro lugar. Pero no puedo verlos.
Incluso hubo sospechas de que tal vez este algo increíble no es en absoluto de nuestro universo. Tal vez esto sea una confirmación de una de las teorías cosmológicas alternativas, según la cual nuestro Universo no está en absoluto solo, sino que junto a él (aunque no está muy claro en qué sentido, junto a él) hay otros, y algún tipo de vecino atrae a miles. metagalaxia?
4. Constante variable
Al parecer, realmente no sabemos algo sobre la naturaleza. Una confirmación indirecta de que el universo no está ordenado de manera uniforme son los últimos datos obtenidos por los astrofísicos australianos, a quienes se les ocurrió la idea de comparar datos de análisis espectral obtenidos por telescopios que observan diferentes regiones del espacio. Si sus cálculos son correctos (y en los 10 años que han pasado desde la primera publicación, nadie ha podido refutar sus conclusiones), entonces una de las constantes físicas fundamentales, la constante de estructura fina responsable de uno de los tres tipos principales de interacción de la materia (electrodébil), no lo es en absoluto. es constante y la relación entre la carga eléctrica y la velocidad de la luz cambia según el lugar del Universo. Además, el mapa de la ubicación del "eje" de cambios en la constante indica aproximadamente la misma dirección que las metagalaxias en la "corriente oscura" de Kashlinsky.
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Los astrofísicos ya están exigiendo aclaraciones de los cálculos de los australianos, y los físicos están indignados, ya que estar de acuerdo con la variabilidad de las constantes es como obligar a inventar de nuevo la física moderna. Y al mismo tiempo, admitir que la humanidad apareció realmente en algún lugar extraño del Universo (o en algún Universo extraño), donde existían las condiciones más adecuadas para esto.
5. Gravedad asimétrica
Para las anomalías de las constantes, sin embargo, tampoco es necesario viajar al fin del mundo (sin embargo, no todo está claro con la luz, pero más sobre eso a continuación). Hace varios años, los empleados de la misma NASA estadounidense llamaron la atención sobre el hecho de que su nave espacial no volaba en el sistema solar exactamente como estaba planeado.
Los ingenieros que planean lanzar naves espaciales a planetas distantes se han dado cuenta de que es posible ayudar a que sus motores funcionen si aprovechan la atracción de los planetas cercanos o el Sol: pasarlos volando a lo largo de la trayectoria correcta puede dar a la nave espacial una aceleración adicional y reducir significativamente la duración de las expediciones espaciales y ahorrar combustible.
Sin embargo, una comparación precisa de las trayectorias calculadas y reales mostró que los vehículos pueden recibir una aceleración no planificada. En diciembre de 1990, la nave espacial Galileo utilizó la propia Tierra para acelerar antes de ir a Júpiter. Y como resultado, recibió una aceleración adicional, no prevista en el cronograma, que ascendió a 3,9 mm / s. Otro dispositivo, enviado en 1998 al cometa Shoemaker, recibió una aceleración aún mayor: 13,5 mm / s.
Estas desviaciones son pequeñas y, afortunadamente, no afectaron los resultados de las expediciones, pero los investigadores aún no pueden explicarlas, al menos desde el punto de vista de la física ordinaria. Sin embargo, las explicaciones alternativas son suficientes, desde la posible asimetría del campo gravitacional y la influencia de la materia oscura hasta la necesidad de modificar la teoría de la relatividad o incluso cambiar el punto de vista sobre la constancia de la velocidad de la luz.
6. Luz lenta
En 2005, los astrónomos que trabajaban con el telescopio de rayos X MAGIC en el Observatorio de las Islas Canarias y observaban una explosión de rayos X desde el centro de la galaxia Markarian 501, ubicada a 500 millones de años luz de distancia, llamaron la atención sobre una anomalía incomprensible. Los cuantos gamma de alta energía fueron detectados por el telescopio 4 minutos más tarde que los cuantos de energía más baja. En este caso, estos fotones aparecieron simultáneamente.
Si seguimos la teoría especial de la relatividad, entonces esto no puede ser. Porque la radiación electromagnética debe propagarse en el vacío a la misma velocidad: la velocidad de la luz. Independientemente de la energía de esta radiación. Si cree en los resultados de las observaciones, entonces la velocidad de la luz no es una constante en absoluto y depende de la energía de los fotones de la luz.
Las observaciones desde la Tierra también confirmaron los datos del telescopio de rayos X Fermi, que registró un retraso de 20 minutos de rayos gamma duros, que fueron emitidos simultáneamente con fotones de menor energía como resultado de algún tipo de cataclismo cósmico ocurrido a una distancia de 12 mil millones de años luz.
Sobre todo, los desarrolladores de la teoría de la gravedad cuántica estaban encantados con estos resultados, que, a diferencia de la teoría de la relatividad general de Einstein, prevé tales cambios. Sin embargo, tal vez, nuevamente, no fue sin energía oscura. O sin holografía.
7. Ruido gravitacional
Una de las consecuencias de la teoría general de la relatividad (también es la teoría moderna de la gravedad) es la presencia de ondas gravitacionales, que deberían doblar el continuo espacio-tiempo, por ejemplo, como resultado de la colisión de algunos objetos espaciales grandes (bueno, MUY GRANDE), por ejemplo negro masivo. agujeros.
Sin embargo, hasta ahora nadie ha registrado estas olas. Tal vez simplemente falló: después de todo, los detectores de estas ondas deben ser simplemente muy grandes. Uno de estos detectores, el GEO600, fue construido hace varios años para experimentos conjuntos de científicos de Gran Bretaña y Alemania cerca de Hannover. Este detector tampoco ha detectado aún ondas gravitacionales. Pero es posible que accidentalmente haya recibido una prueba de otra teoría de la gravedad.
En 2008, el físico Craig Hogan del Laboratorio Nacional. Fermi (Estados Unidos) formuló el concepto de que nuestra realidad física es el resultado de la proyección de los límites del universo. Lo llamó el principio holográfico. La información que se centra en los límites del Universo no se distribuye continuamente sobre él, sino que consta de "bits", cuyos tamaños corresponden a los llamados cuantos de espacio. Hogan no se detuvo en los desarrollos teóricos, sino que intentó predecir cómo su teoría puede ser confirmada por experimentos: los detectores de ondas gravitacionales deberían registrar el "ruido" del espacio-tiempo. Y envió estos cálculos al equipo de GEO600.
Por coincidencia (o no tanto), un equipo de científicos en Hannover solo estaba tratando de lidiar con el ruido que el detector registraba constantemente. Sorprendentemente, los parámetros de este ruido coincidieron con los predichos por Hogan. Será posible comprobar si el ruido en el detector es realmente causado por el propio espacio-tiempo, o su causa es algo más prosaica, será posible solo después de la finalización del ajuste fino del equipo, que debería completarse en 2011. Mientras tanto, el ruido no se ha ido a ninguna parte y los científicos no tienen una explicación inteligible, aparte del principio holográfico.
PD: Si prestaste atención, los acertijos de escalas grandes a menudo se asocian con los fenómenos de escalas más pequeñas: el nivel de partículas elementales. Acerca de lo que la física de partículas elementales moderna está tratando de descubrir en el próximo artículo.
Autor: Vladimir Kharitonov
