Dacă Isaac Newton ar ieși dintr-o mașină a timpului, ar fi încântat să vadă cât de departe a ajuns fizica.
Lucruri care erau profund misterioase acum câteva secole sunt acum predate în clasele de fizică ale bobocilor (compoziția stelelor este unul dintre exemple). Newton ar fi uimit să vadă experimente enorme, cum ar fi Large Hadron Collider (LHC) din Elveția, și, eventual, perturbat pentru a afla că, teoria sa a gravitației a fost înlocuită de una visată de un alt tip pe nume Einstein. Mecanica cuantică i s-ar părea probabil bizară, deși, oamenii de știință de astăzi simt același lucru.
Dar, odată ce a atins viteza, Newton ar aplauda fără îndoială ceea ce a realizat fizica modernă, de la descoperirea naturii luminii în secolul 19, determinarea structurii atomului în secolul 20 până la descoperirea undelor gravitaționale de anul trecut. Și totuși, fizicienii de astăzi sunt primii care recunosc că nu au toate răspunsurile legate de fizica contemporană. „Există fapte de bază despre univers de care nu suntem conștienți”, spune Dr. Daniel Whiteson, fizician la Universitatea din California și co-autor al noii cărți „Nu avem nicio idee: Un ghid pentru Universul necunoscut”, potrivit NBC.
Citește și: Întrebări la care nimeni nu știe răspunsul. De ce sunt atât de complicate?
1. Din ce este făcută materia?
Știm că materia este formată din atomi, iar atomii sunt făcuți din protoni, neutroni și electroni. Știm că protonii și neutronii sunt formați din particule mai mici cunoscute sub numele de quarci. Ar putea cercetarea mai profundă să descopere particule chiar mai fundamentale? Nu știm sigur.
Legat de fizica din discuție, avem ceva numit modelul standard al fizicii particulelor, care este foarte bun la explicarea interacțiunilor dintre particulele subatomice. Modelul Standard a fost, de asemenea, utilizat pentru a prezice existența unor particule necunoscute anterior. Ultima particulă care a fost găsită în acest fel a fost bosonul Higgs, pe care cercetătorii LHC l-au descoperit în 2012. „Modelul Standard nu explică totul”, spune Dr. Don Lincoln, fizician de particule la Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) din apropiere de Chicago.
„Nu explică de ce există bosonul Higgs. Nu explică în detaliu de ce bosonul Higgs are masa pe care o are. De fapt, Higgs s-a dovedit a fi mult mai puțin masiv decât a fost prezis, teoria a susținut că ar fi de aproximativ „un cvadrilion de ori mai greu decât este”, spune Lincoln, potrivit NBC.
2. De ce este gravitația atât de ciudată?
Nici o forță nu este mai familiară decât gravitația, este ceea ce ne ține picioarele pe pământ, până la urmă. Iar teoria relativității generale a lui Einstein oferă o formulare matematică pentru gravitație, descriind-o ca o „deformare” a spațiului. Dar gravitația este de trilioane de trilioane de trilioane de ori mai slabă decât celelalte trei forțe cunoscute (electromagnetismul și cele două tipuri de forțe nucleare care operează pe distanțe mici).
O posibilitate, speculativă în acest moment, este că, în plus față de cele trei dimensiuni ale spațiului pe care le observăm în fiecare zi, există dimensiuni suplimentare ascunse, probabil „curbate” într-un mod care le face imposibil de detectat. Dacă aceste dimensiuni suplimentare există, și dacă gravitația este capabilă să se „scurgă” în ele, ar putea explica de ce gravitația pare atât de slabă pentru noi.
Citește și: Cărți misterioase pe care să nu le citești niciodată. Ce secrete ascund acestea
„S-ar putea ca gravitația să fie la fel de puternică ca și celelalte forțe, dar să se dilueze rapid prin vărsarea în aceste alte dimensiuni invizibile”, spune Whiteson. Unii fizicieni sperau că experimentele de la LHC vor oferi un indiciu al acestor dimensiuni suplimentare, dar până acum nu a avut noroc, potrivit NBC.
3. De ce timpul pare să curgă doar într-o singură direcție?
De la Einstein încoace, fizicienii s-au gândit la spațiu și timp ca formând o structură cvadridimensională cunoscută sub numele de „spațiu-timp”. Dar spațiul diferă de timp în unele moduri foarte fundamentale. În spațiu, ca și fizica, suntem liberi să ne mișcăm așa cum dorim. Când vine vorba de timp, suntem blocați. Îmbătrânim, nu mai întinerim. Ne amintim trecutul, dar nu și viitorul. Timpul, spre deosebire de spațiu, pare să aibă o direcție preferată, fizicienii îl numesc „săgeata timpului”.
Unii fizicieni suspectează că a doua lege a termodinamicii oferă un indiciu pentru fizica noastră. Acesta afirmă că entropia unui sistem fizic (aproximativ, cantitatea de dezordine) crește în timp, iar fizicienii cred că această creștere este ceea ce dă timpului direcția sa.
Entropia poate crește acum pentru că a fost mai mică mai devreme, dar de ce a fost scăzută la început? A fost entropia universului neobișnuit de scăzută acum 14 miliarde de ani, când Big Bang a adus-o în existență?
Pentru unii fizicieni, inclusiv Sean Carroll de la Caltech, aceasta este piesa lipsă a puzzle-ului. „Dacă îmi puteți spune de ce universul timpuriu a avut o entropie scăzută, atunci pot explica restul”, spune el. În viziunea lui Whiteson, entropia nu este întreaga poveste. „Pentru mine, cea mai profundă parte a întrebării este: De ce este timpul atât de diferit de spațiu?” (Simulările computerizate recente par să arate cum asimetria timpului ar putea apărea din legile fundamentale ale fizicii, dar lucrarea este controversată, iar natura ultimă a timpului continuă să stârnească dezbateri pasionale).
4. Unde s-a dus toată antimateria?
Antimateria poate fi mai faimoasă în ficțiune decât în viața reală. În Star Trek, antimateria reacționează cu materia obișnuită pentru a alimenta unitatea warp care propulsează întreprinderea U.S.S. la viteze mai rapide decât lumina. În timp ce unitatea warp este ficțiune pură, antimateria este foarte reală. Știm că pentru fiecare particulă de materie obișnuită, este posibil să avem o particulă identică cu sarcina electrică opusă. Un antiproton este la fel ca un proton, de exemplu, dar cu o sarcină negativă. Antiparticula care corespunde electronului încărcat negativ este pozitronul încărcat pozitiv.
Fizicienii au creat antimaterie în laborator. Însă, când o fac, ei creează o cantitate egală de materie. Acest lucru sugerează că Big Bang-ul trebuie să fi creat materie și antimaterie în cantități egale. Cu toate acestea, aproape tot ceea ce vedem în jurul nostru, de la pământul de sub picioarele noastre până la cele mai îndepărtate galaxii, este alcătuit din materie obișnuită, potrivit NBC.
Citește și: Ziua Internațională a Limbii Materne. Astăzi promovăm diversitatea lingvistică şi culturală, precum şi multilingvismul
Ce se întâmplă? De ce există mai multă materie decât antimaterie? Cea mai bună presupunere este că Big Bang-ul a produs ceva mai multă materie decât antimaterie. „Ceea ce trebuia să se întâmple la începutul istoriei universului, chiar în momentele de după Big Bang, este că pentru fiecare 10 miliarde de particule de antimaterie existau 10 miliarde și o particulă de materie”, a spus Lincoln. Iar materia și antimateria au anihilat cele 10 miliarde, lăsând-o pe cea și acel „unu” mic, ca fiind masa care ne formează.
Dar de ce, în primul rând, excesul de materie peste antimaterie? „Chiar nu înțelegem asta”, spune Lincoln. „Este bizar”. Dacă cantitățile inițiale de materie și antimaterie ar fi fost egale, s-ar fi anihilat complet unul pe celălalt într-o explozie de energie. În acest caz, spune Lincoln, „noi nu am exista”.
5. Ce se întâmplă cu fizica din zona gri dintre solid și lichid?
Solidele și lichidele sunt bine înțelese. Dar unele materiale acționează atât ca un lichid, cât și ca un solid, ceea ce face ca comportamentul lor să fie greu de prezis. Nisipul este un exemplu. Un bob de nisip este la fel de solid ca o stâncă, dar un milion de boabe pot curge printr-o pâlnie aproape ca apa. Și traficul pe autostradă se poate comporta într-un mod similar, curgând liber până când devine blocat în mijlocul unui trafic.
Deci, o mai bună înțelegere a acestei „zone gri” ar putea avea aplicații practice importante.
„Oamenii s-au întrebat, în ce condiții se blochează sau se blochează întregul sistem?”, spune Dr. Kerstin Nordstrom, fizician la Colegiul Mount Holyoke. „Care sunt parametrii esențiali pentru a evita înfundarea? În mod ciudat, o obstrucție în fluxul de trafic poate, în anumite condiții, să reducă de fapt blocajele de trafic. „Este foarte contraintuitiv”, spune ea, tot potrivit NBC.
