Добавь сайт в закладки нажми CTRL+D
Как известно физика — это наука о природе. Это и определяет её многообразие. Научный путь непрост. Мало просто предполагать, что ты прав. Нужны ещё и объективные доказательства этого. И вот тут всё становится совсем сложным. За годы исследований одна гипотеза перерастала в другую, а некоторые превращались во что-то типа мифа или сказки.
Примеров можно привести невероятное множество и, в общем-то, это нормальная ситуация. Одна теория эфира чего только стоит! Но конструктивности в научном подходе становится всё больше. Вот только это не уменьшает количество нерешенных физических проблем. Давайте подумаем, какие актуальные проблемы будут пытаться решить физики в 2025 году.
В общем-то, есть огромная статья в Википедии, где перечислены известные нерешенные проблемы физики. Сложно выбрать наиболее актуальные. Ведь каждая проблема выглядит как клубок нитей и оторвать одно от другого нельзя. Поэтому, поступим простым образом — выберем те проблемы, которые активно обсуждались в научных публикациях в 2023-2024 годах и будем полагать, что их продолжат обсуждать и в 2025 году. Ведь нерешенными проблемами они пока так и остаются.
Теория всего
В «топе» проблем остаётся теория всего. Оно и понятно. Я уже рассказывал о сложностях взаимодействия квантовой физики и физики классической в статье относительно направления развития квантовой физики.
Теория всего должна была бы преодолеть пропасть между квантовой физикой и теориями Эйнштейна.
Сейчас наблюдается интересная ситуация — мы имеем физику двух типов и одна противоречит другой. Над этой проблемой размышляли многие ученые, включая Альберта Эйнштейна, ну уравнять два взгляда не получается.
Увы, именно эта проблема хоть и упоминается в научных публикациях, но внимание ей уделяется недостаточное. Складывается впечатление, что многих вполне устраивает ситуация, при которой есть «две физики» и они продолжают работать в выбранном направлении.
Квантовые компьютеры при комнатной температуре
Основная проблема квантовых компьютеров сегодня одна — не получается сделать такую систему, которая позволит использовать систему при нормальных температурах. В квантовом компьютере сам процессор занимает блочок 10 на 10 сантиметров. Всё остальное — это система охлаждения.
Вся сложность в том, что при нормальных температурах существует интенсивное тепловое движение частиц. Это разрушает состояние квантовой суперпозиции, которое нужно для работы квантового компьютера.
Если температура среды будет низкая, то квантовая суперпозиция будет устойчивой. Но что делать, когда температуры обычные.
Аномалия Галлия
За этим простым названием скрывается проблема не ниже уровня «бозона Хиггса». Вопрос активно обсуждается в научной периодике.
Суть такова. Попробуем уместить это в пару абзацев.
При калибровке галлиевых детекторов солнечных нейтрино с помощью искусственных радиоактивных источников был обнаружен дисбаланс. Оказалось, что фиксируемое при этом число нейтрино меньше, чем предсказывает теория. Ну допустим. И ладно, пусть так. Но при этом следует, что есть некоторая новая форма материи. Вероятно, что часть нейтрино «переходят на темную сторону», а значит найдено доказательство тёмной материи. Или нет?!
Одна из гипотез предполагает наличие пока не выявленного экспериментального дефекта, который мог бы вызвать аномалию. Это может быть неучтённая ошибка в измерениях или неполное понимание некоторых аспектов ядерной физики, влияющих на эксперимент.
Альтернативная возможность заключается в том, что аномалия может указывать на фундаментальное открытие в физике элементарных частиц — существование нового типа частиц, называемых стерильными нейтрино.
В некоторых теоретических моделях лёгкие стерильные нейтрино рассматриваются как потенциальный компонент тёмной материи.
Пока проблема остаётся «проблемой». В научно-популярных изданиях она обсуждается очень мало.
Уравнения Янга-Миллса
Продолжают обсуждать проблему уравнений Янга-Миллса.
Так называется набор уравнений, которые пытаются предсказать поведение частиц и являются попыткой дать объединённое описание трёх из четырёх фундаментальных взаимодействий природы — сильного, слабого и электромагнитного. Этакая «теория всего на минималках». Выбросили отсюда гравитацию и проблемы разного описания природы частицы.
Нелинейность уравнений Янга — Миллса делает их очень сложными для решения. В режиме малой константы связи эти уравнения удаётся решить приближённо в виде ряда теории возмущений, однако как решить их в режиме сильной связи, пока неизвестно.
Проблема решения уравнений Янга — Миллса в общем случае является одной из семи «Проблем тысячелетия». Для нас это интересно в первую очередь по той причине, что это будет большим шагом в описании взаимодействия разных аспектов природы. Сейчас физика, как вы помните из школы, рассматривает каждый фактор в отдельности. Но это примерно как принцип работы устаревших алгоритмов — видеть не «машину как машину», а расписывать её составляющие на винтики и не понимать, как они связаны друг с другом.
Квантовая информация и теория относительности
Мы уже обсудили это в блоке о теории всего. Но проблема выделяется как отдельная во многих научных изданиях.
Общая теория относительности работает на непрерывном пространстве, а квантовая механика — на квантованном, то есть негладком, дискретном.
Подставляя формулы из одной теории в другую, учёные получают бесконечности в неожиданных местах. В итоге то, что когда-то спасло модель атома, где электроны должны были бы падать на ядро, сейчас становится источником неопределенности и проблем.
Ещё одно противоречие в том, что в теории относительности события непрерывны и детерминированы, что означает, что каждая причина соответствует определённому локальному следствию. В квантовой механике события, вызванные взаимодействием субатомных частиц, происходят скачками с вероятностными, а не определёнными результатами.
Это приводит к росту противоречий между разными школами физики. Возникает ощущение, что мы исследуем что-то не то. Ведь одни закономерности противоречат другим.
Полуклассическое описание электростатики и квантование электрического заряда
В цикле роликов про электрический ток я однажды отметил, что электрический заряд — это некоторая минимальная единица «количества электричества». Казалось бы, что это уже квант. А ещё кажется, что он уже не будет делиться.
Некоторые работы физиков показывают, что это наивно. История материи повторяется и относительно электрического заряда. Его можно продолжать квантовать.
В работах на эту тему ученые даже не ставят вопрос «а можно ли». Они скорее рассматривают граничные условия, при которых такой процесс будет происходить. Но тогда другой вопрос — что делать с той теорией, которая уже есть?
Возможность изменения минимального электрического заряда оставит отпечаток на всей существующей логике.
Вместо итога
Само собой, абсолютно все проблемы разобрать мы не сможем. Я выбрал лишь те, про которые есть упоминания в свежей научной периодике и они обозначены википедией как нерешенные. Наверное не совсем уместно тут спорить о важности того или иного вопроса.