In 1900 zei de Britse natuurkundige Lord Kelvin: “Er valt niets nieuws te ontdekken in de natuurkunde. Het enige dat overblijft is om steeds nauwkeurigere metingen te doen. Vanaf 1900, meer dan drie decennia, ontwikkelden wetenschappers echter kwantummechanica, die onverenigbaar bleek te zijn met de algemene relativiteitstheorie, wat aanleiding gaf tot een van de diepste tegenstrijdigheden in de fysica.
Tegenwoordig zou geen enkele wetenschapper durven beweren dat onze fysieke kennis van het universum zijn voltooiing nadert. Integendeel, bij elke nieuwe ontdekking lijkt het erop dat er alleen maar meer onopgeloste problemen zijn. Naked Science presenteert een selectie van de grootste onopgeloste mysteries in de natuurkunde.
Wat is donkere energie?
Het universum blijft zich steeds sneller uitbreiden, ondanks het feit dat de belangrijkste kracht die erin werkt - de aantrekkingskracht of zwaartekracht - wordt tegengegaan. Op grond hiervan hebben astrofysici gesuggereerd dat er een onzichtbaar middel is dat deze zwaartekracht tegengaat. Ze noemen het donkere energie. In de algemeen aanvaarde opvatting is donkere energie een "kosmologische constante", een onvervreemdbare eigenschap van de ruimte zelf, die een "negatieve druk" heeft. Hoe meer ruimte groter wordt, hoe meer het (ruimte) wordt gecreëerd, en daarmee ook donkere energie. Op basis van de waargenomen groeisnelheden van het heelal, hebben wetenschappers geconcludeerd dat donkere energie minstens 70% van de totale inhoud van het heelal moet uitmaken. Maar het is nog steeds niet duidelijk wat het is en waar het moet worden gezocht.
Foto: livescience.com
Promotie video:
Wat is donkere materie?
Het is duidelijk dat ongeveer 84% van de materie in het universum geen licht absorbeert of uitstraalt. Donkere materie kan niet direct worden gezien. Het bestaan en de eigenschappen ervan liggen vast vanwege het zwaartekrachteffect op zichtbare materie, straling en veranderingen in de structuur van het heelal. Deze donkere substantie dringt door tot de rand van de Melkweg en bestaat uit "zwak op elkaar inwerkende massieve deeltjes". Tot nu toe heeft geen van de detectoren deze deeltjes kunnen detecteren.
Foto: livescience.com
Waarom bestaat de "pijl van de tijd"? De tijd gaat vooruit. Deze conclusie kan worden getrokken op basis van een eigenschap van het universum genaamd "entropie", die wordt gedefinieerd als het niveau van toenemende wanorde. Er is geen manier om de stijging van de entropie om te keren nadat het al is gebeurd. De "pijl van tijd" is een concept dat tijd beschrijft als een rechte lijn van het verleden naar de toekomst. "In alle processen is er een specifieke richting waarin de processen vanzelf gaan van een meer geordende staat naar een minder geordende staat." Maar de belangrijkste vraag is deze: waarom stond de entropie op een laag niveau ten tijde van de geboorte van het heelal, toen een relatief kleine ruimte gevuld was met kolossale energie?
Foto: livescience.com
Zijn er parallelle universums?
Astrofysisch bewijs suggereert dat het ruimte-tijd continuüm 'plat' kan zijn in plaats van gebogen, wat betekent dat het oneindig doorgaat. Als dat zo is, dan is ons universum slechts een van de oneindig grote multiversums. Volgens berekeningen die in 2009 zijn uitgevoerd door natuurkundigen Andrey Linde en Vitaly Vanchurin, werden na de oerknal tien tot de tiende macht tot de tiende macht tot de zevende macht (10 ^ 10 ^ 10 ^ 7) universums gevormd. Lot. Veel. Als er parallelle universums bestaan, hoe kunnen we dan ooit hun aanwezigheid detecteren?
Foto: livescience.com
Waarom is er veel meer materie dan antimaterie?
In feite is de vraag niet waarom er meer substantie is dan tegengesteld geladen antimaterie, maar waarom er überhaupt iets bestaat. Sommige wetenschappers speculeren dat materie en antimaterie na de oerknal symmetrisch waren. Als dit zo was, zou de wereld die we zien onmiddellijk vernietigd worden - elektronen zouden reageren met anti-elektronen, protonen - met anti-protonen, enzovoort, waardoor er slechts een groot aantal "naakte" fotonen achterblijft. Om de een of andere reden is er echter aanzienlijk meer materie dan antimaterie, waardoor we allemaal kunnen bestaan. Hier is geen algemeen aanvaarde verklaring voor.
Foto: livescience.com
Hoe meet je de ineenstorting van kwantumgolffuncties?
In het vreemde rijk van fotonen, elektronen en andere elementaire deeltjes is de kwantummechanica een wet. Deeltjes gedragen zich niet als kleine balletjes, ze gedragen zich als golven die over enorme gebieden reizen. Elk deeltje wordt beschreven door een golffunctie, die de mogelijke locatie, snelheid en andere eigenschappen aangeeft. In feite heeft een deeltje een reeks waarden voor alle eigenschappen totdat het experimenteel werd gemeten. Op het moment van detectie stort zijn golffunctie in. Maar hoe en waarom vallen metingen van deeltjes in de werkelijkheid die we waarnemen ineen vanwege hun golffunctie? De vraag naar het meetprobleem lijkt misschien esoterisch, maar we moeten nog beter begrijpen wat onze realiteit is, en of ze überhaupt bestaat.
Foto: livescience.com
