Hogy teljesen megértsük a minket körülvevő univerzumot, fárasztó feladatnak tűnik. Bár sok kérdésre választ találtunk már – miért esik le az alma a fáról? hogyan keringenek a bolygók a Nap körül? miért látjuk kéknek az eget? – mégis ahhoz, hogy megismerjük a világegyetem összes titkát, garantáltan számtalan kihívással, eddig soha nem ismert problémával kell szembenéznünk, amelyhez hegynyi találékonyságra van szükségünk. Sok fizikus próbált már megbirkózni számtalan talánnyal, mégis, az alábbiakban tíz olyan kérdéssel találkozhatsz, amely a legnagyobb, valaha élt koponyákon is kifogott.

1. Sötét energia

Nem láthatjuk, nem érezhetjük, mégis lehet tesztelni, de még így sem tudjuk, mi az. Ennek ellenére a tudósok szerint az univerzum mintegy 70 %-át alkotja a sötét energia, amely nevét arról is kapta, hogy nem bocsát ki magából fényt. A magyarázat szerint katalizálja az egyes galaxisok egymástól való távolodását: a sötét energia antigravitációs hatást fejt ki, azaz a gravitáció ellen hatva a világegyetem egyre gyorsuló tágulását okozza, működése viszont rejtély. Névadója Michael Turner kozmológus.

 2. Sötét anyag

Egy szintén megfoghatatlan alkotóeleme az univerzumnak, bár egy részét ismert elemek alkotják - fekete lyukak, kihunyt csillagok, bolygók, de semmilyen elektromágneses kibocsátása nincs, szintén nem érzékelhető, csillagászati eszközökkel közvetlenül nem figyelhető meg, jelenlétére csak az általa kifejtett gravitációs hatásból lehet következtetni. Arányát kb. 23 %-ra teszik. Összeadva a sötét energiát és a sötét anyagot, kiderül, hogy mindössze néhány százalékát teszi ki csak a világegyetemnek az összes látható elem.

Ezt a hatást 1933-ban Fritz Zwicky írta le először, amikor azt vette észre, hogy egy általa megfigyelt galaxishalmazban túl kevés a látható anyag ahhoz, hogy csak az tartsa egyben.

Névadója pedig egy nő, Vera Rubin, aki ’70-ben az Androméda galaxist vizsgálva arra jutott, hogy a galaxis szélén lévő csillagok ugyanolyan gyorsan mozognak, mint a közepén lévők, amely az akkori ismeretek szerint lehetetlen volt. A gravitáció kevés lett volna, hogy bent tartsa őket, ki kellett volna repülniük a világűrbe, de ez mégsem történt meg.  Azaz vagy Newton tévedett ezt illetően, vagy létezik egy extra anyag, amely a visszahúzásért felelős, de nem mérhető a csillagászok számára. Így kapta a jelenség a sötét anyag nevet, elméletét pedig röpke egy évtized alatt el is fogadta a tudomány.

Vera Rubin (forrás: Wikipedia)

3. Ez egy hullám… nem, egy részecske!

A fénysugaraknak meglehetően tudathasadt természetük van. :) Olyan interferencia mintákat hoznak létre, amelyek alapvetően hullám természetűek. Ezek tükröződve különböző felületeken, ugyanakkor azt mutatják, hogy lehetnek hullám, de részecsketermészetűek is, vagy akár mindkettő egyszerre. Ez a jelenség a hullám-részecske kettősség, amelyet a kvantummechanika igazolt. Azonban arra nincs válasz, hogy a fényt összességében részecske vagy inkább hullámtermészetűként írjuk-e le?

4. Időutazás

Egyre csak öregszünk, nem leszünk fiatalabbak. A Nap sem lesz már újra hűvös, hidrogéngázból álló labda. Az idő egy irányba halad, és fogalmunk sincs, hogyan lehetne azt visszafordítani.

"Az időutazáshoz ennél (az Apolló űrhajó sebességénél, azaz 40 ezer km/óránál) kétezerszer gyorsabban kell haladnunk. Ehhez egy jóval nagyobb hajóra van szükség, egy igazi gigantikus űrjárműre, ami elég nagy a közel fénysebességre való gyorsításhoz szükséges üzemanyag mennyiség szállítására. A kozmikus sebességhatár megközelítéséhez hat teljes évre lenne szükség teljes energián. Elméletben képesek lennénk rendkívüli távolságok megtételére egy emberi élet leforgása alatt. A galaxis peremét 80 év alatt érhetnénk el." – mondja Stephen Hawking az időutazásról, amelynek egyik lehetséges módja szerinte egy, a fénysebességnél gyorsabb űrhajó lehetne.

5. Egy hologramban élünk?

Juan Maldacena, a Harvard Egyetem fizikusa ’97-ben felfedezte, hogy a világegyetem bármely háromdimenziós (3D) tartománya leírható a tartomány kétdimenziós (2D) határán kódolt információval, hasonlóan ahhoz, ahogyan a 2D hologram a 3D tárgyakról az információt tárolja. Sok tudós gondolta már, hogy a körülöttünk lévő univerzum csak egy 2D vetítés, akárcsak a hitelkártyákon: minden információ 3D-ben érhető el, azonban valójában csak kétdimenziós, ami az univerzumban körülvesz minket, anélkül, hogy ezt képesek lennénk észlelni. 

6. Anyag és antianyag

Az antianyag az anyagban lévő atomot felépítő proton, elektron és neutron helyett azok ellentéteiből áll: antiprotonból, pozitronból és antineutronból. Ha közönséges anyaggal találkozik, megsemmisül mindkettő, és elektromágneses sugárzássá alakul. Távoli galaxisokról nem dönthető el csillagászati megfigyeléssel, hogy anyagból vagy antianyagból állnak-e, azonban, ha égitestek ütközésekor szokatlanul nagy energia szabadulna fel, valószínűsíthető lenne, hogy egyikük antianyagból állt. Ilyet viszont nem figyeltek még meg, ezért úgy gondolják, az észlelhető világegyetem leginkább anyagból áll. Ez a fajta asszimmetria máig megoldatlan probléma a tudomány számára. Ma azt feltételezik, hogy az univerzum keletkezésekor anyag és antianyag egyenlő arányban volt jelen, majd történt valami az utóbbival – hogy mi, azt viszont senki nem tudja.

Egyébként, amikor az anyag energiává alakul, valamennyi anyag mindig megmarad, csak az anyag egy része alakítható energiává. Az anyag-antianyag találkozásnál nem ez a helyzet, mindkettő teljes mennyisége energiává alakul. 1 gramm antianyag energiamennyisége egyenlő 1000 űrsikló külső tartályainak potenciális energiájával. Az antianyag felfedezője Paul Dirac volt, elméletét később igazolták.

7. Meddig marad fenn a világegyetem?

OK, nem ez az a sürgető kérdés, amely nem hagy minket aludni éjjel, de nagyobb időtávlatban valóban aggodalomra adhat okot, hogy a létezés a távoli jövőben nem biztosított. Jelenleg ugyan úgy gondolják, hogy csak 10 milliárd év múlva merülhet fel komolyan ez a kérdés, mégis már most két fő elképzelés létezik a végre.

Az egyik – a The Big Crunch (Nagy Reccs) – az ősrobbanás ellentéte, azaz az univerzumban található anyag nem tágulni fog, hanem ellenkezőleg: az elemek elkezdenek közeledni egymáshoz. Így az összes anyag egymással való ütközését az emberiség sem valószínű, hogy túléli.

A The Big Rip (Nagy Széthasadás) szerint pedig az elemek távolodása fog felgyorsulni, annyira, hogy a végén minden atom elemeire szakad szét (az emberiség pedig ezt sem éli túl). Ez a két legelfogadottabb nézet – de közel sem az egyedüli két lehetőség, viszont a többi sem jelent semmi jót az emberiség számára.

8. Miért nem tudunk négy dimenzióban gondolkodni?

Mi, emberek többnyire el sem tudjuk képzelni, milyen lenne a világ négy dimenzióban, holott vannak elméletek, amelyek nem is négy, hanem 10 vagy 11 dimenzió létét is engedik hipotézis szintjén feltételezni. Ilyen például a húrelmélet, amelynek állításai, ha bebizonyosodnak, nem is egy hiányzó dimenziót kell, hogy elképzeltessen velünk, hanem jóval többet…

9. Miért van a fénynek egységes sebességhatára?

A fény egységesen 3x10∧8 métert tesz meg másodpercenként. De miért ez a szám jellemző, miért nem például 4x10∧20 méter/másodperc? Ez talán egy véletlenszerűen a zsákból előhúzott szám arra az esetre, ha éppen egy új univerzum belerobban a létezésbe? Jelenleg ez is egyike azoknak a rejtélyeknek, amelyekre nem tudják a választ. Ugyan vannak kisebb ingadozások, és néhány éve felmerült, hogy már vákuumban sem ez az állandó sebességhatár, de attól még a miértre továbbra sem tudni a választ. Annyi biztos, hogy a tudomány szerint a fénysebesség állandósága nélkül nem létezhetne a világegyetem.

10. A mindenség elmélete

Az univerzumban minden, ami nagy, mint a csillagok vagy fekete lyukak, kis elemekből állnak össze: részecskékből. Einstein relativitáselmélete szabályozza a nagy elemeket, míg a kvantummechanika a kis elemek világát. A kettőt viszont máig nem tudták összehangolni a fizikusok. A probléma az, hogy az általános relativitáselmélet nem teljes, a kvantummechanika nélkül az elegendően nagy energiákon az nem használható. Így viszont nem tud megvalósulni a kvantumgravitáció célja, vagyis a mindenség elméletének kidolgozása, amely kapcsolatot teremtene az összes fizikai jelenség között.

Itt a legújabb posztomat olvashatod.

Képek és forrás: http://www.iflscience.com/physics/greatest-mysteries-physics, https://hu.wikipedia.org/wiki/S%C3%B6t%C3%A9t_energia, http://hetedhethatar.hu/hethatar/?p=2543, https://hu.wikipedia.org/wiki/S%C3%B6t%C3%A9t_anyag , http://www.origo.hu/tudomany/vilagur/20130408-tuzhej-a-fekete-lyukak-korul.html , https://hu.wikipedia.org/wiki/Antianyag, gifsgallery.com, https://en.wikipedia.org/wiki/Vera_Rubin#/media/File:Rubin_vera_f1.jpg     

Borítókép innen