Problemas de la física moderna. problemas de fisica

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Nuestro modelo estándar de partículas elementales e interacciones se ha vuelto recientemente tan completo como uno podría desear. Cada partícula elemental, en todas sus tipos posibles- creado en el laboratorio, medido y determinado las propiedades para todos. El quark más largo, el antiquark, el neutrino tau y el antineutrino, y finalmente el bosón de Higgs, fueron víctimas de nuestras capacidades.

Y el último, el bosón de Higgs, también resolvió el viejo problema de la física: finalmente, ¡podemos demostrar de dónde obtienen su masa las partículas elementales!

Todo está bien, pero la ciencia no termina cuando terminas de resolver este rompecabezas. Por el contrario, plantea preguntas importantes, y uno de ellos es "¿qué sigue?". En cuanto al Modelo Estándar, podemos decir que aún no lo sabemos todo. Y para la mayoría de los físicos, una de las preguntas es especialmente importante: para describirlo, primero consideremos próxima propiedad modelo estandar.

Por un lado, las interacciones débil, electromagnética y fuerte pueden ser muy importantes, dependiendo de sus energías y de las distancias a las que se produzca la interacción. Pero la gravedad no es así.

Podemos tomar dos partículas elementales, cualquier masa y sujetas a cualquier interacción, y encontrar que la gravedad es 40 órdenes de magnitud más débil que cualquier otra fuerza en el universo. Esto significa que la fuerza de la gravedad es 10 40 veces más débil que las tres fuerzas restantes. Por ejemplo, aunque no son fundamentales, pero si tomas dos protones y los separas un metro, la repulsión electromagnética entre ellos será 10 40 veces más fuerte que la atracción gravitatoria. O, en otras palabras, necesitamos aumentar la fuerza de la gravedad en 10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 veces para igualarla con cualquier otra fuerza.

En este caso, no puede simplemente aumentar la masa de un protón en 1020 veces, de modo que la gravedad los junte, superando la fuerza electromagnética.

En cambio, para que reacciones como la ilustrada arriba ocurran espontáneamente cuando los protones superan su repulsión electromagnética, necesitas reunir 1056 protones. Solo uniéndose y sucumbiendo a la fuerza de la gravedad pueden superar el electromagnetismo. Resulta que 10 56 protones constituirán la masa mínima posible de una estrella.

Esta es una descripción de cómo funciona el universo, pero no sabemos por qué es así. ¿Por qué la gravedad es mucho más débil que las otras fuerzas? ¿Por qué la "carga gravitatoria" (es decir, la masa) es mucho más débil que la eléctrica o el color, o incluso débil?

Este es el problema de la jerarquía, y es, por muchas razones, el mayor problema sin resolver de la física. No sabemos la respuesta, pero no podemos decir que somos completamente ignorantes. Teóricamente, tenemos algunas buenas ideas sobre cómo encontrar una solución y una herramienta para encontrar evidencia de su corrección.

Hasta ahora, el Gran Colisionador de Hadrones, el colisionador de mayor energía de la historia, ha alcanzado niveles de energía sin precedentes en el laboratorio, recopilando toneladas de datos y recreando lo que sucede en los puntos de impacto. Esto incluye la creación de partículas nuevas, hasta ahora invisibles (como el bosón de Higgs) y la aparición de partículas del modelo estándar antiguas y bien conocidas (quarks, leptones, bosones de calibre). También es capaz, si existen, de producir cualquier otra partícula que no esté incluida en el Modelo Estándar.

Hay cuatro formas posibles que conozco, es decir, cuatro buenas ideas– solución del problema de la jerarquía. La buena noticia es que si la naturaleza eligió uno de ellos, ¡el LHC lo encontrará! (Y si no, la búsqueda continuará).

Aparte del bosón de Higgs, encontrado hace unos años, no se han encontrado nuevas partículas fundamentales en el LHC. (Además, no se observan nuevos candidatos de partículas intrigantes). Y, sin embargo, la partícula encontrada correspondía completamente a la descripción del Modelo Estándar; no se observaron indicios estadísticamente significativos de nueva física. No para bosones compuestos de Higgs, no para múltiples partículas de Higgs, no para desintegraciones no estándar, nada de eso.

Pero ahora hemos comenzado a obtener datos de energías aún más altas, el doble de las anteriores, hasta 13-14 TeV, para encontrar algo más. y cuales son los vena dada¿Existen soluciones posibles y razonables al problema de la jerarquía?

1) Supersimetría o SUSY. La supersimetría es una simetría especial que puede hacer que las masas normales de cualquier partícula lo suficientemente grande como para que la gravedad sea comparable con otras fuerzas se anulen entre sí con un alto grado de precisión. Esta simetría también asume que cada partícula en el modelo estándar tiene una superpartícula asociada y que hay cinco partículas de Higgs y cinco de sus supercompañeras. Si tal simetría existe, debe romperse, o los supercompañeros tendrían las mismas masas que las partículas ordinarias y se habrían encontrado hace mucho tiempo.

Si SUSY existe en una escala adecuada para resolver el problema de la jerarquía, entonces el LHC, habiendo alcanzado energías de 14 TeV, debería encontrar al menos un supercompañero, así como una segunda partícula de Higgs. De lo contrario, la existencia de supersocios muy pesados ​​conduciría de por sí a otro problema de jerarquía que no tendría una buena solución. (Curiosamente, la ausencia de partículas SUSY en todas las energías refutará la teoría de cuerdas, ya que la supersimetría es una condición necesaria para las teorías de cuerdas que contienen el modelo estándar de partículas elementales).

Aquí está la primera solución posible al problema de la jerarquía, que por el momento no tiene evidencia.

Es posible crear diminutos soportes súper enfriados llenos de cristales piezoeléctricos (que generan electricidad cuando se deforman), con distancias entre ellos. Esta tecnología nos permite imponer límites de 5-10 micras en medidas "grandes". En otras palabras, la gravedad funciona de acuerdo con las predicciones de la relatividad general en escalas mucho más pequeñas que un milímetro. Entonces si hay grandes dimensiones adicionales, están en niveles de energía inaccesibles para el LHC y, lo que es más importante, no resuelven el problema de la jerarquía.

Por supuesto, se puede encontrar una solución completamente diferente para el problema de la jerarquía, que no se puede encontrar en los colisionadores modernos, o no tiene solución en absoluto; simplemente podría ser una propiedad de la naturaleza sin ninguna explicación para ello. Pero la ciencia no avanzará sin intentarlo, y eso es lo que estas ideas y búsquedas intentan hacer: impulsar nuestro conocimiento del universo. Y, como siempre, con el comienzo de la segunda carrera del LHC, espero con ansias lo que pueda aparecer allí, ¡además del ya descubierto bosón de Higgs!

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"Problemas de la física moderna"

Comencemos con el problema que actualmente está atrayendo más la atención de los físicos, el cual, quizás, está siendo trabajado por el numero mas grande investigadores y laboratorios de investigacion en todo el mundo está el problema del núcleo atómico y, en particular, como su parte más relevante e importante, el llamado problema del uranio.

Fue posible establecer que los átomos de tol consisten en un núcleo comparativamente pesado cargado positivamente rodeado por un cierto número de electrones. La carga positiva del núcleo y las cargas negativas de los electrones circundantes se anulan entre sí. En general, el átomo parece ser neutral.

Desde 1913 hasta casi 1930, los físicos estudiaron las propiedades y manifestaciones externas la atmósfera de electrones que rodean al núcleo atómico. Estos estudios condujeron a una teoría integral unificada, que descubrió nuevas leyes de movimiento de los electrones en el átomo, antes desconocidas para nosotros. Esta teoría se llama teoría cuántica u ondulatoria de la materia. Volveremos a ella.

Desde alrededor de 1930, la atención se ha centrado en el núcleo atómico. El núcleo es de particular interés para nosotros, porque casi toda la masa del átomo se concentra en él. Y la masa es una medida de la cantidad de energía que posee un sistema dado.

Cada gramo de cualquier sustancia contiene una energía conocida con precisión y, además, muy significativa. Así, por ejemplo, en un vaso de té, que pesa unos 200 g, hay una cantidad de energía que haría falta quemar alrededor de un millón de toneladas de carbón para obtenerla.

Esta energía se encuentra precisamente en el núcleo atómico, porque el 0,999 de toda la energía, de toda la masa del cuerpo, contiene núcleos, y sólo menos del 0,001 de toda la masa se puede atribuir a la energía de los electrones. Las enormes reservas de energía que se encuentran en los núcleos son incomparables con cualquier forma de energía que hayamos conocido hasta ahora.

Naturalmente, la esperanza de poseer esta energía es tentadora. Pero para hacer esto, primero debe estudiarlo y luego encontrar formas de usarlo.

Pero, además, el meollo nos interesa por otros motivos. El núcleo de un átomo determina enteramente toda su naturaleza, determina su Propiedades químicas y su personalidad.

Si el hierro difiere del cobre, del carbono, del plomo, entonces esta diferencia radica precisamente en los núcleos atómicos y no en los electrones. Los electrones de todos los cuerpos son los mismos, y cualquier átomo puede perder algunos de sus electrones en la medida en que todos los electrones pueden ser despojados del átomo. Mientras el núcleo atómico con su carga positiva esté intacto y sin cambios, siempre atraerá tantos electrones como sea necesario para compensar su carga. Si hay 47 cargas en el núcleo de plata, entonces siempre se unirá a sí mismo con 47 electrones. Por lo tanto, mientras apunto al núcleo, estamos tratando con el mismo elemento, con la misma sustancia. Merece la pena cambiar el kernel, a partir de uno elemento químico resulta ser diferente. Solo entonces se haría realidad el viejo sueño de la alquimia abandonado detrás de la desesperanza: la transformación de unos elementos en otros. Sobre el etapa actual historia, este sueño se hizo realidad, no del todo en las formas y no con los resultados que los alquimistas esperaban.

¿Qué sabemos sobre el núcleo atómico? El núcleo, a su vez, consta de componentes aún más pequeños. Estos constituyentes son los núcleos más simples que conocemos en la naturaleza.

El núcleo más ligero y por lo tanto más simple es el núcleo del átomo de hidrógeno. El hidrógeno es el primer elemento del sistema periódico con un peso atómico de aproximadamente 1. El núcleo de hidrógeno es parte de todos los demás núcleos. Pero, por otro lado, es fácil ver que todos los núcleos no pueden consistir únicamente en núcleos de hidrógeno, como sugirió Prout hace mucho tiempo, hace más de 100 años.

Los núcleos de los átomos tienen una determinada masa, que viene dada por el peso atómico, y una determinada carga. La carga nuclear determina el número que elemento dado ocupa en el sistema periódico de Mendeleiev.

El hidrógeno es el primer elemento de este sistema: tiene una carga positiva y un electrón. El segundo elemento en orden tiene un núcleo con doble carga, el tercero, con triple carga, y así sucesivamente. hasta el último y más pesado de todos los elementos, el uranio, cuyo núcleo tiene 92 cargas positivas.

Mendeleev, sistematizando el vasto material experimental en el campo de la química, creó la tabla periódica. Por supuesto, en ese momento no sospechó de la existencia de núcleos, pero no pensó que el orden de los elementos en el sistema que creó estaba determinado simplemente por la carga del núcleo y nada más. Resulta que estas dos características de los núcleos atómicos -carga y peso atómicos- no se corresponden con lo que podríamos esperar de la hipótesis de Prout.

Entonces, el segundo elemento, el helio, tiene un peso atómico de 4. Si consta de 4 núcleos de hidrógeno, entonces su carga debería haber sido 4, pero mientras tanto su carga es 2, porque este es el segundo elemento. Por lo tanto, se debe pensar que solo hay 2 núcleos de hidrógeno en el helio. A los núcleos de hidrógeno los llamamos protones. Pero además, en el núcleo de helio hay 2 unidades más de masa que no tienen carga. El segundo componente del núcleo debe considerarse como un núcleo de hidrógeno sin carga. Hay que distinguir entre los núcleos de hidrógeno que tienen carga, o protones, y los núcleos que no tienen carga completamente eléctrica, los neutros, los llamamos neutrones.

Todos los núcleos están formados por protones y neutrones. El helio tiene 2 protones y 2 neutrones. El nitrógeno tiene 7 protones y 7 neutrones. El oxígeno tiene 8 protones y 8 neutrones, el carbono C tiene protones y 6 neutrones.

Pero además, esta simplicidad se viola un poco, la cantidad de neutrones se vuelve cada vez más en comparación con la cantidad de protones, y en el último elemento, el uranio, hay 92 cargas, 92 protones y su peso atómico es 238. En consecuencia, otros 146 los neutrones se suman a 92 protones.

Por supuesto, no se puede pensar que lo que conocemos en 1940 es ya una representación exhaustiva del mundo real y la diversidad termina con estas partículas, que son elementales en literalmente las palabras. El concepto de elemental significa sólo una cierta etapa en nuestra penetración en las profundidades de la naturaleza. En esta etapa, sin embargo, conocemos la composición del átomo sólo hasta estos elementos.

Esta simple imagen, de hecho, no fue tan fácil de dilucidar. Tuvimos que superar toda una serie de dificultades, toda una serie de contradicciones, que incluso en el momento de su descubrimiento parecían desesperadas, pero que, como siempre en la historia de la ciencia, resultaron ser solo diferentes lados de un cuadro más general. , que era una síntesis de lo que parecía ser una contradicción, y pasamos a la siguiente comprensión más profunda del problema.

La más importante de estas dificultades resultó ser la siguiente: a principios de nuestro siglo, ya se sabía que las partículas b (resultaron ser núcleos de helio) y las partículas e (electrones) salen volando de las profundidades. de átomos radiactivos (entonces no había idea sobre el núcleo). Parecía que lo que sale volando del átomo es en lo que consiste. Por lo tanto, los núcleos de los átomos parecían consistir en núcleos de helio y electrones.

La falacia de la primera parte de esta afirmación es clara: es obvio que es imposible componer un núcleo de hidrógeno a partir de núcleos de helio cuatro veces más pesados: una parte no puede ser mayor que el todo.

La segunda parte de esta declaración resultó ser falsa. De hecho, se emiten electrones durante los procesos nucleares y, sin embargo, no hay electrones en los núcleos. Parecería que aquí hay una contradicción lógica. ¿Es tan?

Sabemos que los átomos emiten luz, cuantos de luz (fotones).

¿Por qué estos fotones están almacenados en el átomo en forma de luz y están esperando el momento de despegar? Obviamente no. Entendemos la emisión de luz de tal manera que las cargas eléctricas en el átomo, al pasar de un estado a otro, liberan una cierta cantidad de energía, la cual pasa en forma de energía radiante propagándose en el espacio.

Se pueden expresar consideraciones similares con respecto al electrón. Un electrón, por varias razones, no puede estar en un núcleo atómico. Pero no se puede crear en el núcleo, como un fotón, porque tiene carga eléctrica negativa. Está firmemente establecido que la carga eléctrica, así como la energía y la materia en general, permanece invariable; total la electricidad no se crea en ninguna parte y en ninguna parte desaparece. Por lo tanto, si se lleva una carga negativa, entonces el núcleo recibe una carga positiva igual. El proceso de emisión de electrones va acompañado de un cambio en la carga del núcleo. Pero el núcleo consta de protopops y neutrones, lo que significa que uno de los neutrones sin carga se ha convertido en un protón con carga positiva.

Un solo electrón negativo no puede aparecer ni desaparecer. Pero dos cargas opuestas pueden, cuando se acercan lo suficiente, compensarse mutuamente o incluso desaparecer por completo, liberando su reserva de energía en forma de energía radiante (fotones).

¿Cuáles son estas cargas positivas? Se pudo establecer que, además de los electrones negativos, en la naturaleza se observan cargas positivas que pueden ser creadas por medio de laboratorios y tecnología, las cuales, en todas sus propiedades: en masa, en carga, corresponden totalmente a los electrones, pero sólo tener carga positiva. A tal carga la llamamos positrón.

Así, distinguimos entre electrones (negativos) y positrones (positivos), diferenciándose únicamente signo opuesto cargo. Cerca de los núcleos, pueden ocurrir los procesos de combinar positrones con electrones y dividirse en un electrón y un positrón, y el electrón abandona el átomo y el positrón ingresa al núcleo, convirtiendo al neutrón en un protón. Simultáneamente con el electrón, también sale una partícula sin carga, el neutrino.

También existen tales procesos en el núcleo, en los que el electrón transfiere su carga al núcleo, convirtiendo el protón en un neutrón, y el positrón sale volando del átomo. Cuando un electrón sale de un átomo, la carga del núcleo aumenta en uno; cuando sale un positrón o un protón, la carga y el número en el sistema periódico disminuyen en una unidad.

Todos los núcleos están formados por protones cargados y neutrones sin carga. La pregunta es, ¿qué fuerzas los retienen en el núcleo atómico, qué los une, qué determina la construcción de varios núcleos atómicos a partir de estos elementos?

Académico V. L. GINZBURG.

Hace casi 30 años, el académico VL Ginzburg publicó el artículo "¿Qué problemas de física y astrofísica parecen ser especialmente importantes e interesantes ahora?" ("Science and Life" No. 2, 1971) con una lista de los temas más apremiantes de la física moderna. Han pasado diez años y su "Historia sobre algunos problemas de la física moderna ..." ("Ciencia y vida" No. 4, 1982) apareció en las páginas de la revista. Después de revisar las publicaciones de revistas antiguas, es fácil ver que todos los problemas que tenían grandes esperanzas siguen siendo relevantes (excepto quizás el misterio del "agua anómala", que entusiasmó las mentes en los años 70, pero resultó ser un error experimental). Esto sugiere que la "dirección general" del desarrollo de la física se ha identificado correctamente. Muchas cosas nuevas han aparecido en la física en los últimos años. Se descubrieron moléculas gigantes de carbono, los fullerenos, se registraron los estallidos de rayos gamma más poderosos provenientes del espacio y se sintetizaron superconductores de alta temperatura. En Dubna se obtuvo un elemento con 114 protones y 184 neutrones en el núcleo, del que se habló en un artículo de 1971. Todas estas y muchas otras áreas extremadamente interesantes y prometedoras de la física moderna han ocupado el lugar que les corresponde en la nueva "lista". Hoy, en el umbral del tercer milenio, el académico V. L. Ginzburg vuelve una vez más al tema que lo apasiona. En la revista "Uspekhi fizicheskikh nauk" No. 4, 1999 se publicó un extenso artículo de revisión dedicado a los problemas de la física moderna en el cambio de milenio, con comentarios detallados sobre todos los elementos de la "lista". Publicamos su versión, preparada para los lectores de "Ciencia y Vida". El artículo se ha abreviado significativamente donde se dan argumentos y cálculos que están destinados a físicos profesionales, pero, quizás, incomprensibles para la mayoría de nuestros lectores. Al mismo tiempo, se explican y amplían aquellas disposiciones que son obvias para los lectores de la revista UFN, pero poco conocidas por una amplia audiencia. Muchos de los problemas enumerados en la "lista" se reflejaron en las publicaciones de la revista "Ciencia y Vida". Los editores proporcionan enlaces a ellos en el texto del artículo.

Miembro activo de la Academia Rusa de Ciencias, miembro del consejo editorial de la revista "Ciencia y Vida" desde 1961 Vitaly Lazarevich Ginzburg.

Esquema del reactor termonuclear experimental internacional-tokamak ITER.

Esquema de un stellarator diseñado para contener plasma en un sistema de devanados toroidales de configuración compleja.

Los electrones rodean un núcleo atómico de protones y neutrones.

Introducción

El ritmo y la velocidad del desarrollo de la ciencia en nuestro tiempo es sorprendente. Literalmente, en el curso de una o dos vidas humanas, se produjeron cambios gigantescos en la física, la astronomía, la biología y en muchas otras áreas. Por ejemplo, yo tenía 16 años cuando se descubrieron el neutrón y el positrón en 1932. Pero antes de eso, solo se conocían el electrón, el protón y el fotón. De alguna manera, no es fácil darse cuenta de que el electrón, los rayos X y la radiactividad se descubrieron hace solo unos cien años, y la teoría cuántica nació solo en 1900. También es útil recordar que los primeros grandes físicos: Aristóteles (384- 322 a. C.) y Arquímedes (alrededor de 287-212 a. C.) están separados de nosotros por más de dos milenios. Pero en el futuro, la ciencia progresó con relativa lentitud y el dogmatismo religioso desempeñó aquí un papel importante. Solo desde la época de Galileo (1564-1642) y Kepler (1571-1630) la física comenzó a desarrollarse a un ritmo acelerado. ¡Qué camino se ha recorrido desde entonces en solo 300-400 años! Su resultado es la ciencia moderna que conocemos. Ella ya se ha liberado de las ataduras religiosas, y la iglesia de hoy al menos no niega el papel de la ciencia. Es cierto que los sentimientos anticientíficos y la difusión de la pseudociencia (en particular, la astrología) todavía tienen lugar hoy, en particular en Rusia.

De una forma u otra, uno puede esperar que en el siglo XXI la ciencia se desarrolle no menos rápidamente que en el siglo XX saliente. La dificultad en este camino, quizás incluso la dificultad principal, me parece, está relacionada con el aumento gigantesco del material acumulado, el volumen de información. La física ha crecido y se ha diferenciado tanto que es difícil ver el bosque para los árboles, es difícil tener ante el ojo de la mente una imagen de la física moderna como un todo. Por lo tanto, había una necesidad urgente de reunir sus principales cuestiones.

Hablamos de recopilar una cierta lista de problemas que parecen ser los más importantes e interesantes en el momento actual. Estos problemas deben, en primer lugar, ser discutidos o comentados en conferencias o artículos especiales. La fórmula "todo sobre una cosa y algo sobre todo" es muy atractiva, pero poco realista: no se puede seguir el ritmo de todo. Al mismo tiempo, algunos temas, preguntas, problemas se destacan de alguna manera por varias razones. Aquí puede estar su importancia para el destino de la humanidad (por decirlo pomposamente) como el problema de la fusión nuclear controlada para obtener energía. Por supuesto, también se destacan cuestiones relacionadas con la base misma de la física, su vanguardia (esta área suele denominarse física de partículas elementales). Sin duda, también llaman especial atención algunas cuestiones de la astronomía, que ahora, como en tiempos de Galileo, Kepler y Newton, es difícil (y no necesario) separar de la física. Aquí hay una lista (por supuesto, cambiando con el tiempo) y es una especie de "mínimo físico". Son temas sobre los que todo alfabetizado debería tener alguna idea, saber, aunque sea muy superficialmente, lo que está en juego.

¿Es necesario enfatizar que resaltar preguntas "particularmente importantes e interesantes" de ninguna manera equivale a declarar otras preguntas físicas sin importancia o sin interés? Los problemas "especialmente importantes" no se distinguen por el hecho de que otros no son importantes, sino por el hecho de que durante el período en cuestión están en el centro de atención, hasta cierto punto en las direcciones principales. Mañana estos problemas pueden estar ya en la zaga, serán sustituidos por otros. La elección de los problemas es, por supuesto, subjetiva, y diferentes puntos de vista sobre este asunto son posibles y necesarios.

Lista de "problemas particularmente importantes e interesantes" 1999

Como dice el famoso proverbio inglés: "Para saber qué es un budín, hay que comérselo". Por lo tanto, me pondré manos a la obra y presentaré la "lista" que se mencionó.

1. Administrado fusión nuclear. *

2. Superconductividad a alta temperatura y temperatura ambiente. *

3. hidrógeno metálico. Otras sustancias exóticas.

4. Fluido de electrones bidimensional (efecto Hall anómalo y algunos otros efectos). *

5 . Algunas cuestiones de física del estado sólido (heteroestructura en semiconductores, transiciones metal-dieléctricas, ondas de densidad de carga y espín, mesoscópica).

6. Transiciones de fase del segundo tipo y relacionadas con ellas. Algunos ejemplos de tales transiciones. Enfriamiento (en particular, láser) a temperaturas ultrabajas. Condensación de Bose-Einstein en gases. *

7. Física de superficies.

8. cristales líquidos Ferroelectricos.

9. fullerenos. *

10 . Comportamiento de la materia en campos magnéticos superfuertes. *

11. Física no lineal. Turbulencia. solitones. Caos. atractores extraños.

12 . Láseres de servicio pesado, razers, grazers.

13. elementos superpesados. granos exóticos. *

14 . espectro de masas Quarks y gluones. Cromodinámica cuántica. *

15. Teoría unificada de interacción débil y electromagnética. W + y Z sobre bosones. leptones. *

16. Gran unión. Superunión. Decaimiento de un protón. Masa de neutrinos. Monopolos magnéticos. *

17. longitud fundamental. Interacción de partículas a altas y ultra altas energías. Colisionadores. *

18. No conservación de la invariancia de CP. *

19. Fenómenos no lineales en vacío y superfuertes campos electromagnéticos. Transiciones de fase en el vacío.

20 . Instrumentos de cuerda. METRO-teoría. *

21. Verificación experimental de la teoría general de la relatividad. *

22. Ondas gravitacionales, su detección. *

23. problema cosmológico. Inflación. Término L. Relación entre cosmología y física de altas energías. *

24. Estrellas de neutrones y púlsares. supernovas *

25. Agujeros negros. Cadenas espaciales. *

26. Cuásares y núcleos galácticos. La formación de las galaxias. *

27. El problema de la materia oscura (masa oculta) y su detección. *

28. Origen de los rayos cósmicos de ultra alta energía. *

29 . Explosiones gamma. Hipernovas. *

30. Física de neutrinos y astronomía. Oscilaciones de neutrinos. *

Nota. Los asteriscos * marcan los problemas que se reflejan en las páginas de la revista en un grado u otro.

Sin duda, cualquier "lista" no es un dogma, algo se puede desechar, algo se puede complementar dependiendo de los intereses de los investigadores y de la situación de la ciencia. El quark t más pesado fue descubierto recién en 1994 (su masa, según datos de 1999, es 176 + 6 GeV). En los artículos de 1971-1982. naturalmente, no hay fullerenos descubiertos en 1985, no hay explosiones de rayos gamma (la primera mención de su descubrimiento se publicó en 1973). Los superconductores de alta temperatura se sintetizaron en 1986-1987, pero sin embargo en 1971 este problema se consideró con cierto detalle, porque se discutió en 1964. En general, se ha hecho mucho en física en 30 años, pero, en mi opinión, no tanto algo esencialmente nuevo ha surgido. En cualquier caso, las tres "listas" caracterizan hasta cierto punto el desarrollo y estado de los problemas físicos y astrofísicos desde 1970 hasta el presente.

macrofísica

El problema de la fusión nuclear controlada (número 1 en la "lista") sigue sin resolverse, aunque ya tiene 50 años. El trabajo en esta dirección comenzó en la URSS en 1950. A. D. Sakharov e I. E. Tamm me hablaron sobre la idea de un reactor termonuclear magnético, y me alegré de abordar este problema, porque entonces no tenía prácticamente nada que hacer en el desarrollo de una bomba de hidrógeno. Este trabajo se consideró de alto secreto (marcado como "Top Secret, Carpeta especial"). Por cierto, entonces largo tiempo luego pensé que el interés por la fusión termonuclear en la URSS se debía al deseo de crear una fuente inagotable de energía. Sin embargo, como me dijo recientemente I. N. Golovin, reactor de fusión Estaba interesado en "quién lo necesita" principalmente por una razón completamente diferente: como fuente de neutrones para la producción de tritio. De una forma u otra, el proyecto se consideró tan secreto e importante que yo (ya sea a fines de 1951 o a principios de 1952) me sacaron de él: simplemente dejaron de publicar libros de trabajo y mis propios informes sobre este trabajo en el primer Departamento. Este fue el pináculo de mi "actividad especial". Afortunadamente, varios años después, I. V. Kurchatov y sus colegas se dieron cuenta de que el problema termonuclear no podía resolverse rápidamente y en 1956 fue desclasificado.

En el extranjero, el trabajo sobre la fusión comenzó alrededor del mismo período, también principalmente como fusiones cerradas, y su desclasificación en la URSS (una decisión completamente no trivial para nuestro país en ese momento) jugó un papel muy positivo: la solución del problema se convirtió en el objeto de conferencias y cooperación internacionales. Pero ahora han pasado 45 años y no se ha creado un reactor termonuclear en funcionamiento (que genere energía) y, probablemente, hasta este momento tendremos que esperar otros diez años, y tal vez más. Se está trabajando en la fusión termonuclear en todo el mundo y en un frente bastante amplio. El sistema tokamak está especialmente bien desarrollado (ver Nauka i Zhizn, No. 3, 1973). Desde hace varios años ha sido proyecto internacional ITER (Reactor Experimental Termonuclear Internacional). Se trata de un tokamak gigantesco valorado en unos 10.000 millones de dólares, que se suponía que se construiría en 2005 como prototipo del reactor de fusión del futuro. Sin embargo, ahora que el diseño está básicamente terminado, han surgido dificultades financieras. Además, algunos físicos encuentran útil considerar diseños alternativos y proyectos de menor escala, como los llamados stellarators. En general, no hay dudas sobre la posibilidad de crear un reactor termonuclear real, y el centro de gravedad del problema, según tengo entendido, se ha desplazado hacia los campos de la ingeniería y la economía. Sin embargo, una instalación tan gigantesca y única como el ITER o alguna otra que compita con ella, por supuesto, también conserva su interés por la física.

Sobre caminos alternativos síntesis de núcleos ligeros para la producción de energía, luego se abandonan las esperanzas de la posibilidad de "fusión en frío" (por ejemplo, en celdas electrolíticas). También hay proyectos para usar aceleradores con varios trucos y, finalmente, es posible la fusión nuclear inercial, por ejemplo, la "fusión láser". Su esencia es la siguiente. Una ampolla de vidrio con una cantidad muy pequeña de una mezcla de deuterio y tritio se irradia desde todos los lados con potentes pulsos de láser. La ampolla se evapora y una ligera presión comprime tanto su contenido que una reacción termonuclear "se enciende" en la mezcla. Suele tener lugar con una explosión equivalente a unos 100 kg de TNT. Se están construyendo instalaciones gigantes, pero se sabe poco de ellas debido al secretismo: al parecer, esperan imitar en ellas explosiones termonucleares. De una forma u otra, el problema de la síntesis inercial es obviamente importante e interesante.

Problema 2 - superconductividad a alta temperatura y temperatura ambiente (brevemente HTSC y RTSC).

A una persona alejada de la física cuerpo solido, puede parecer que es hora de tirar el problema de HTSC de la "lista", porque en 1986-1987. tales materiales han sido creados. ¿No es hora de transferirlos a la categoría de una gran cantidad de otras sustancias estudiadas por físicos y químicos? De hecho, este no es el caso en absoluto. Baste decir que el mecanismo de superconductividad en cupratos (compuestos de cobre) sigue sin estar claro (la temperatura más alta T c = 135 K logrados para HgBa 2 Ca 2 Cu 3 O 8+x sin presión; bajo mucha presión por él ya T c = 164 K). No hay duda, en cualquier caso, de que la interacción electrón-fonón con acoplamiento fuerte juega un papel muy significativo, pero esto no es suficiente, se necesita "algo". En general, la pregunta está abierta, a pesar de los enormes esfuerzos realizados en el estudio de HTSC (desde hace 10 años, han aparecido alrededor de 50 mil publicaciones sobre este tema). Pero lo principal aquí, por supuesto, es la posibilidad de crear un RTSC. No contradice nada, pero tampoco se puede estar seguro del éxito.

Hidrógeno metálico (problema 3 ) aún no se ha creado ni siquiera bajo una presión de unos tres millones de atmósferas (estamos hablando de baja temperatura). Sin embargo, el estudio del hidrógeno molecular a alta presión reveló una serie de características inesperadas e interesantes. cuando se comprime ondas de choque y una temperatura de alrededor de 3000 K, el hidrógeno aparentemente pasa a una fase líquida bien conductora.

En presión alta También se han encontrado características peculiares en el agua y en otras sustancias. Los fullerenos se pueden atribuir a la cantidad de sustancias "exóticas". Recientemente, además del fullereno C 60 "ordinario", comenzaron a estudiar el C 36 , que puede tener un efecto muy alta temperatura transición superconductora durante el dopaje: átomos "incrustados" de otro elemento en una red cristalina o molécula.

El Premio Nobel de Física de 1998 fue otorgado por el descubrimiento y la explicación de la fracción efecto cuántico hola es un problema 4 (Ver "Ciencia y Vida" No.). Por cierto, el Premio Nobel también fue otorgado por el descubrimiento del efecto hall cuántico entero (en 1985). El efecto hall cuántico fraccionario se descubrió en 1982 (el entero se descubrió en 1980); se observa cuando fluye una corriente en un "gas" de electrones bidimensional (o mejor dicho, en un líquido, porque allí la interacción entre electrones es esencial, especialmente para el efecto fraccionario). inesperado y muy característica interesante efecto hall cuántico fraccional - la existencia de cuasipartículas con cargas mi* = (1/3)mi, donde mi- carga de electrones, y otras cantidades. Cabe señalar que un gas de electrones bidimensional (o, en términos generales, un líquido) también es interesante en otros casos.

Problema 5 (algunas cuestiones de física del estado sólido) ahora es literalmente ilimitada. Solo he esbozado posibles temas y, si estuviera dando una conferencia, me detendría en las heteroestructuras (incluidas " puntos cuánticos") y en mesoscopics. Los sólidos se han considerado durante mucho tiempo algo unificado y completo. Sin embargo, hace relativamente poco tiempo se ha hecho evidente que en un sólido hay regiones con diferente composición química y propiedades físicas separadas por límites claramente definidos. Tales sistemas se llaman heterogéneos. Esto lleva al hecho de que, digamos, la dureza o la resistencia eléctrica de una muestra en particular difiere considerablemente de los valores promedio medidos de su conjunto; la superficie de un cristal tiene propiedades diferentes a las de su parte interna, etc. La totalidad de tales fenómenos se llama mesoscópico. El estudio de los fenómenos mesoscópicos es extremadamente importante para la creación de materiales semiconductores de película delgada, superconductores de alta temperatura, etc.

En cuanto al problema 6 (transiciones de fase, etc.) podemos decir lo siguiente. Se destaca el descubrimiento de fases superfluidas a baja temperatura de He-3. premio Nobel en Física para 1996 (ver "Ciencia y Vida" No. 1, 1997). Atención especial en los últimos tres años ha atraído la condensación de Bose-Einstein (BEC) en los gases. Sin duda son obras muy interesantes, pero el "boom" que provocaron, en mi opinión, se debe en gran parte al desconocimiento de la historia. En 1925, Einstein llamó la atención sobre el BEC, pero largo tiempo se descuidó ya veces incluso se dudó de su realidad. Pero esos tiempos quedaron atrás, especialmente después de 1938, cuando F. London conectó BEC con la superfluidez del He-4. Por supuesto, el helio II es un líquido y BEC no aparece en él, por así decirlo, en su forma pura. El deseo de observarlo en un gas enrarecido es bastante comprensible y justificado, pero no es serio ver en él el descubrimiento de algo inesperado y fundamentalmente nuevo. Otra cosa es que la realización de BEC en los gases Rb, Na, Li y finalmente H en 1995 y más tarde es un gran logro en física experimental. Se hizo posible solo como resultado del desarrollo de métodos para enfriar gases a temperaturas ultrabajas y mantenerlos en trampas (por esto, por cierto, se otorgó el Premio Nobel de Física en 1997, consulte "Ciencia y vida" No. 1 , 1998). La implementación de BEC en gases ha dado lugar a una serie de artículos y artículos teóricos. En un condensado de Bose-Einstein, los átomos están en un estado coherente y se pueden observar fenómenos de interferencia, lo que condujo al surgimiento del concepto de "láser atómico" (ver "Ciencia y Vida" No. 10, 1997).

Temas 7 y 8 son muy amplios, por lo que es difícil destacar algo nuevo e importante. A menos que me gustaría señalar el interés creciente y bastante justificado en grupos de varios átomos y moléculas (estamos hablando de formaciones que contienen un pequeño número de partículas). Muy curiosos son los estudios de cristales líquidos y ferroeléctricos (o, en terminología inglesa, ferroeléctricos). También llama la atención el estudio de películas ferroeléctricas delgadas.

Acerca de los fullerenos (problema 9 ) ya se ha mencionado de pasada, y junto con los nanotubos de carbono esta área está floreciendo (ver "Ciencia y Vida" No. 11, 1993).

Sobre la materia en campos magnéticos superfuertes (específicamente, en la corteza estrellas de neutrones), así como en el modelado de los efectos correspondientes en semiconductores (problema 10 ) no hay nada nuevo. Tal comentario no debe desalentar o plantear la pregunta: ¿por qué, entonces, poner estos problemas en la "lista"? Primero, en mi opinión, tienen cierto encanto para el físico; y en segundo lugar, la comprensión de la importancia de un tema no está necesariamente asociada con la suficiente familiaridad con su estado actual. Después de todo, el "programa" está precisamente dirigido a estimular el interés y alentar a los especialistas a cubrir el estado del problema en artículos y conferencias accesibles.

Con respecto a la física no lineal (problemas 11 en la "lista") la situación es diferente. Hay mucho material y, en total, hasta el 10-20% de todas las publicaciones científicas están dedicadas a la física no lineal.

No es de extrañar que el siglo XX a veces se llamara no solo la era atómica, sino también la era del láser. La mejora de los láseres y la expansión de su campo de aplicación están en pleno apogeo. pero el problema 12 - estos no son láseres en general, sino, en primer lugar, láseres súper potentes. Entonces, la intensidad (densidad de potencia) ya se ha alcanzado radiación láser 10 20 - 10 21 W cm -2 . A esta intensidad, la fuerza del campo eléctrico alcanza 10 12 V cm -1 , es dos órdenes de magnitud más fuerte que el campo de protones al nivel del suelo del átomo de hidrógeno. El campo magnético en este caso alcanza 10 9 - 10 10 oersted. El uso de pulsos muy cortos con una duración de hasta 10 -15 s (es decir, hasta un femtosegundo) abre todo un abanico de posibilidades, en particular, para obtener pulsos de rayos X con una duración de attosegundos (10 -18 s). Un problema relacionado es la creación y el uso de razers y grazers, análogos de los láseres en los rangos de rayos X y gamma, respectivamente.

Problema 13 del campo de la física nuclear. Es muy grande, así que solo destaqué dos preguntas. Primero, estos son elementos transuránicos distantes en relación con las esperanzas de que algunos de sus isótopos vivan durante mucho tiempo (dicho isótopo se indicó como un núcleo con varios protones Z= 114 y neutrones norte= 184, es decir, con un número de masa UN = Z + norte= 298). Elementos transuránicos conocidos con Z < 114 живут лишь секунды или доли секунды. Существование в космических лучах долгоживущих (речь идет о миллионах лет) трансурановых ядер пока подтверждено не было. В начале 1999 г. появилось сообщение, что в Дубне синтезирован 114-й элемент с массовым числом 289, живущий около 30 секунд. Поэтому возникла надежда, что элемент действительно окажется очень долгоживущим. Во-вторых, под "экзотическими" ядрами подразумеваются также гипотетические ядра из нуклонов и антинуклонов повышенной плотности, не говоря уже о ядрах несферической формы и с некоторыми другими особенностями. Сюда же примыкает проблема кварковой материи и кварк-глюонной плазмы, получение которой планируется в principios XXI siglo.

microfísica

Problemas con 14 sobre 20 pertenecen al campo que, aparentemente, se llama más correctamente física de partículas elementales. Sin embargo, en un momento, este nombre de alguna manera se volvió raramente usado, porque estaba desactualizado. En cierta etapa, los nucleones y los mesones, en particular, se consideraron elementales. Ahora se sabe que consisten (aunque en un sentido un tanto convencional) en quarks y antiquarks, que, quizás, también "constan" de algunas partículas: preones, etc. Sin embargo, todavía no hay fundamentos para tales hipótesis, y el " matryoshka" - la división de la materia en "pequeñas" partes cada vez más pequeñas - algún día debe agotarse. De una forma u otra, hoy consideramos que los quarks son indivisibles y elementales en este sentido: hay 6 tipos de ellos, sin contar los antiquarks, que se llaman "sabores" (flores): tu(arriba), d(abajo), C(encanto), s(extrañeza), t(superior) y b(abajo), así como un electrón, un positrón y otras partículas. Uno de los problemas más urgentes de la física de partículas elementales es la búsqueda y, como todos esperan, el descubrimiento del Higgs: el bosón de Higgs ("Ciencia y vida" No. 1, 1996). Se estima que su masa es inferior a 1000 GeV, pero probablemente incluso inferior a 200 GeV. Se están realizando y se realizarán búsquedas en los aceleradores del CERN y Fermilab. La principal esperanza de la física de alta energía es el acelerador LHC (Large Hadron Colleider), que se está construyendo en el CERN. Alcanzará una energía de 14 TeV (10 12 eV), pero sólo, al parecer, en 2005.

Otro tarea importante- Búsqueda de partículas supersimétricas. En 1956, se descubrió la no conservación de la paridad espacial ( PAG) con interacciones débiles: el mundo resultó ser asimétrico, "derecha" no es equivalente a "izquierda". Sin embargo, los experimentos han demostrado que todas las interacciones son invariantes con respecto a PC-conjugación, es decir, al reemplazar la derecha por la izquierda con el cambio simultáneo de la partícula a la antipartícula. En 1964, se descubrió la descomposición. Para-mesón, que atestiguaba que y PC-se viola la invariancia (en 1980 este descubrimiento fue galardonado con el premio nobel). Procesos no persistentes PC-Las invariancias son muy raras. Hasta ahora, solo se ha descubierto una reacción más, y la otra es cuestionable. La reacción de decaimiento del protón, en la que se depositaron algunas esperanzas, no se ha registrado, lo que, sin embargo, no es sorprendente: la vida media del protón es de 1,6 × 10 33 años. Surge la pregunta: ¿se conservará la invariancia bajo el cambio de tiempo? t sobre el - t? Esta pregunta fundamental es importancia para explicar la irreversibilidad de los procesos físicos. La naturaleza de los procesos con PC-la no preservación no está clara, su investigación está en curso.

Sobre la masa del neutrino, mencionada entre otras "secciones" del problema 16 , se discutirá a continuación cuando se discuta el problema 30 (física de neutrinos y astronomía). Detengámonos en el problema 17 y más específicamente en la longitud fundamental.

Cálculos teóricos muestran que hasta distancias si\u003d 10 -17 cm (más a menudo, sin embargo, indican 10 -16 cm) y tiempos t f= yo f /c ~ 10 -27 s, las representaciones espacio-temporales existentes son válidas. ¿Qué sucede en una escala más pequeña? Tal pregunta, en combinación con las dificultades existentes de la teoría, condujo a la hipótesis de la existencia de una duración y un tiempo fundamentales en los que el " nueva física"y algunas representaciones inusuales del espacio-tiempo ("espacio-tiempo granular", etc.). Por otro lado, se conoce otra longitud fundamental y juega un papel importante en la física: la llamada longitud de Planck, o gravitacional. lg= 10 -33 cm.

Su significado físico radica en el hecho de que a escalas más pequeñas ya no es posible utilizar, en particular, la teoría general de la relatividad (GR). Aquí necesitamos usar la teoría cuántica de la gravedad, que aún no se ha creado en forma completa. Asi que, lg- obviamente alguna longitud fundamental, limitando las ideas clásicas sobre el espacio-tiempo. Pero, ¿es posible afirmar que estas representaciones no "fallan" incluso antes, para algunos yo f , que es tanto como 16 órdenes de magnitud menos yo¿gramo?

El "ataque en longitud" se lleva a cabo desde dos lados. Del lado de las energías relativamente bajas, se trata de la construcción de nuevos aceleradores sobre haces en colisión (colisionadores), y en primer lugar el ya mencionado LHC, para una energía de 14 TeV, que corresponde a la longitud yo = sc/E c = =1.4 . 10 -18 cm Se registraron partículas con máxima energía en rayos cósmicos mi = 3 . 10 20 eV. Sin embargo, incluso tales partículas son extremadamente pocas y es imposible usarlas directamente en la física de alta energía. Longitudes comparables a lg, aparecen solo en cosmología (y, en principio, dentro de los agujeros negros).

En física de partículas elementales, operan ampliamente con energías E o= 10 16 eV, en la teoría aún no completada de la "gran unificación" - la unificación de las interacciones electrodébiles y fuertes. Largo yo sobre = =ћc/E o= 10 -30 cm y, sin embargo, es tres órdenes de magnitud mayor lg. ¿Qué sucede en el área entre l o y l g parece ser bastante difícil de decir. Tal vez hay una longitud fundamental al acecho aquí. yo f , tal que lg < yo F< hola?

En cuanto al conjunto de problemas 19 (vacío y superfuerte campos magnéticos) se puede argumentar que son muy actuales. Ya en 1920, Einstein señaló: "... la teoría general de la relatividad dota al espacio de propiedades físicas, por lo tanto, en este sentido, el éter existe..." La teoría cuántica "dota al espacio" de pares virtuales, varios fermiones y cero oscilaciones de los campos electromagnéticos y otros.

Problema 20 - cuerdas y METRO-teoría ("Ciencia y Vida" Nos. 8, 9, 1996). Esto, se podría decir, es una línea de frente en la física teórica actual. Por cierto, en lugar del término "cuerdas" se suele utilizar el nombre de "supercuerdas", en primer lugar, para que no haya confusión con las cuerdas cósmicas (el problema 25 ), y segundo, enfatizar el uso del concepto de supersimetría. En la teoría supersimétrica, cada partícula corresponde a un compañero con diferentes estadísticas, por ejemplo, un fotón (un bosón con espín uno) corresponde a un fotino (un fermión con espín 1/2), etc. Cabe señalar de inmediato que Aún no se han descubierto socios supersimétricos (partículas). Su masa, aparentemente, no es inferior a 100-1000 GeV. La búsqueda de estas partículas es una de las principales tareas de la física experimental de altas energías.

La física teórica aún no puede responder una serie de preguntas, por ejemplo: cómo construir una teoría cuántica de la gravedad y combinarla con la teoría de otras interacciones; por qué parece haber sólo seis tipos de quarks y seis tipos de leptones; por qué la masa del neutrino es muy pequeña; cómo determinar la constante de estructura fina 1/137 y una serie de otras constantes de la teoría, etc. En otras palabras, no importa cuán grandiosos e impresionantes sean los logros de la física, hay muchos problemas fundamentales sin resolver. La teoría de supercuerdas aún no ha respondido a tales preguntas, pero promete avances en la dirección correcta.

En la mecánica cuántica y en la teoría cuántica de campos, las partículas elementales se consideran partículas puntuales. En la teoría de supercuerdas, las partículas elementales son vibraciones de objetos unidimensionales (cuerdas) con dimensiones características de 10 a 33 cm Las cuerdas pueden tener una longitud finita o tener forma de anillos. No se consideran en un espacio de cuatro dimensiones ("ordinario"), sino en espacios con, digamos, 10 u 11 dimensiones.

La teoría de supercuerdas aún no ha conducido a ningún resultado físico, y en relación con ellos se pueden mencionar principalmente "esperanzas físicas", como le gustaba decir a L. D. Landau, en lugar de resultados. Pero, ¿qué son los resultados? Después de todo, las construcciones matemáticas y el descubrimiento de varias propiedades de simetría también son resultados. Esto no ha impedido que los físicos de cuerdas apliquen a la teoría de cuerdas la terminología no demasiado modesta de "la teoría del todo".

Las tareas que enfrenta la física teórica y las preguntas en cuestión son extremadamente complejas y profundas, y se desconoce cuánto tiempo más tomará encontrar respuestas. Uno siente que la teoría de las supercuerdas es algo profundo y en evolución. Sus propios autores afirman comprender solo ciertos casos límite y hablan solo de alusiones a alguna teoría más general, a la que llaman Teoría M, es decir, mágica o mística.

(Sigue el final.)

Mensaje del Presidium de la Academia Rusa de Ciencias

El predominio de artículos anticientíficos y analfabetos en periódicos y revistas, programas de televisión y radio genera una grave preocupación para todos. científicos del país. Se trata del futuro de la nación: ¿la nueva generación, criada en pronósticos astrológicos y la fe en las ciencias ocultas, mantengan una cosmovisión científica digna de la gente del siglo XXI, o nuestro país volverá al misticismo medieval. La revista siempre ha promovido sólo los logros de la ciencia y ha explicado la falacia de otras posiciones (ver, por ejemplo, Science and Life, Nos. 5, 6, 1992). Al publicar el llamamiento del Presidium de la Academia Rusa de Ciencias, adoptado por el Decreto No. 58-A del 16 de marzo de 1999, continuamos este trabajo y vemos a nuestras personas de ideas afines en nuestros lectores.

¡NO DEJES DE PASAR!

A los científicos en Rusia, profesores y maestros de universidades, maestros de escuelas y escuelas técnicas, todos miembros de la comunidad intelectual rusa.

En la actualidad, la pseudociencia y las creencias paranormales son amplia y libremente difundidas y promovidas en nuestro país: astrología, chamanismo, ocultismo, etc. Continúan los intentos de llevar a cabo diversos proyectos sin sentido a costa de fondos públicos, como la creación de generadores de torsión. La población de Rusia está siendo engañada por programas de televisión y radio, artículos y libros de contenido francamente anticientífico. En los medios nacionales públicos y privados, el aquelarre de hechiceros, magos, adivinos y profetas no se detiene. La pseudociencia busca penetrar todas las capas de la sociedad, todas sus instituciones, incluida la Academia Rusa de Ciencias.

Estas tendencias irracionales y fundamentalmente inmorales son sin duda una seria amenaza para el normal desarrollo espiritual de la nación.

La Academia Rusa de Ciencias no puede ni debe mirar con indiferencia la ofensiva sin precedentes del oscurantismo y está obligada a rechazarla. Con este fin, el Presidium de la Academia Rusa de Ciencias ha creado una Comisión para Combatir la Pseudociencia y la Falsificación de la Investigación Científica.

La Comisión RAS para el Combate a la Pseudociencia y Falsificación de la Investigación Científica ya comenzó a operar. Sin embargo, es bastante obvio que solo se puede lograr un éxito significativo si amplios círculos de científicos y educadores en Rusia prestan atención a la lucha contra la pseudociencia.

El Presidium de la Academia de Ciencias de Rusia le pide que responda activamente a la aparición de publicaciones pseudocientíficas e ignorantes tanto en los medios de comunicación como en publicaciones especiales, que se oponga a la implementación de proyectos charlatanes, que exponga las actividades de todo tipo de paranormales y "academias" anticientíficas, para promover en todo el mundo las virtudes del conocimiento científico, una actitud racional ante la realidad.

Hacemos un llamado a los responsables de las empresas de radio y televisión, periódicos y revistas, autores y editores de programas y publicaciones a no crear o distribuir programas y publicaciones seudocientíficos e ignorantes y a recordar la responsabilidad de los medios de comunicación en la educación espiritual y moral de la Nación.

¡La salud espiritual de las generaciones actuales y futuras depende de la posición y las acciones de cada científico hoy!

Presidium de la Academia Rusa de Ciencias.

Ecología de la vida. Además de las tareas de lógica estándar como “si un árbol cae en el bosque y nadie lo escucha, ¿hace ruido?”, innumerables acertijos

Además de los acertijos de lógica estándar como "si un árbol cae en el bosque y nadie lo escucha, ¿hace ruido?" Innumerables acertijos continúan excitando las mentes de las personas que trabajan en todas las disciplinas. ciencia moderna y las humanidades.

Preguntas como "¿Existe una definición universal de una "palabra"?", "¿El color existe físicamente o solo aparece en nuestra mente?" y "¿cuál es la probabilidad de que el sol salga mañana?" no dejes que la gente duerma. Hemos recopilado estas preguntas en todas las áreas: medicina, física, biología, filosofía y matemáticas, y decidimos hacértelas a ti. ¿Puedes responder?

¿Por qué las células se suicidan?

El evento bioquímico conocido como apoptosis a veces se denomina "muerte celular programada" o "suicidio celular". Por razones que la ciencia no comprende del todo, las células tienen la capacidad de "decidir morir" de una manera altamente organizada y esperada que es completamente diferente de la necrosis (muerte celular causada por una enfermedad o lesión). Entre 50 y 80 mil millones de células mueren como resultado de la muerte celular programada en cuerpo humano todos los días, pero el mecanismo que está detrás de ellos, e incluso esta intención en sí misma, no se entiende completamente.

Por un lado, demasiada muerte celular programada conduce a la atrofia muscular y la debilidad muscular, por otro lado, la falta de apoptosis adecuada permite que las células proliferen, lo que puede conducir al cáncer. El concepto general de apoptosis fue descrito por primera vez por el científico alemán Karl Vogt en 1842. Desde entonces, se ha logrado un progreso considerable en la comprensión de este proceso, pero aún no existe una explicación completa del mismo.

Teoría computacional de la conciencia

Algunos científicos equiparan la actividad de la mente con la forma en que una computadora procesa la información. Así, a mediados de los años 60, se desarrolló la teoría computacional de la conciencia y el hombre comenzó a luchar seriamente contra la máquina. En pocas palabras, imagine que su cerebro es una computadora y la conciencia es Sistema operativo que lo gobierna.

Si te sumerges en el contexto de la informática, la analogía es simple: en teoría, los programas producen datos basados ​​en una serie de entradas (estímulos externos, vista, sonido, etc.) y memoria (que puede considerarse tanto un disco duro físico y nuestra memoria psicológica). Los programas son impulsados ​​por algoritmos que tienen un número finito de pasos que se repiten de acuerdo con diferentes entradas. Al igual que el cerebro, una computadora debe hacer representaciones de lo que no puede calcular físicamente, y este es uno de los argumentos más fuertes a favor de esta teoría.

Sin embargo, la teoría computacional difiere de la teoría representacional de la conciencia en que no todos los estados son representativos (como la depresión), y por lo tanto no podrán responder a la influencia de una naturaleza informática. Pero el problema es filosófico: la teoría computacional de la conciencia funciona muy bien, siempre que no implique "reprogramar" cerebros que están deprimidos. No podemos restablecernos a la configuración de fábrica.

El complejo problema de la conciencia

En los diálogos filosóficos, la "conciencia" se define como "qualia" y el problema de los qualia perseguirá a la humanidad, probablemente siempre. Qualia describe las manifestaciones individuales de la experiencia consciente subjetiva - por ejemplo, dolor de cabeza. Todos hemos experimentado este dolor, pero no hay forma de medir si experimentamos el mismo dolor de cabeza o si la experiencia fue la misma, porque la experiencia del dolor se basa en nuestra percepción del mismo.

Aunque se han hecho muchos intentos científicos para definir la conciencia, nadie ha desarrollado nunca una teoría generalmente aceptada. Algunos filósofos han cuestionado la posibilidad misma de esto.

Getye problema

El problema de Goetier es: "¿Está justificada la creencia verdadera en el conocimiento?" Este acertijo lógico es uno de los más molestos porque nos obliga a pensar si la verdad es una constante universal. Ella también levanta mucho experimentos mentales y argumentos filosóficos, incluida la "creencia verdadera justificada":

El sujeto A sabe que la oración B es verdadera si y solo si:

B es cierto

y A piensa que B es verdad,

y A está convencido de que la creencia en la verdad de B está justificada.

Los críticos del problema como Guetier argumentan que es imposible justificar algo que no es cierto (porque la "verdad" se considera un concepto que eleva un argumento a un estado inquebrantable). Es difícil definir no sólo lo que significa la verdad para alguien, sino también lo que significa creer que lo es. Y ha afectado seriamente todo, desde la ciencia forense hasta la medicina.

¿Están todos los colores en nuestra cabeza?

Una de las experiencias humanas más complejas es la percepción del color: ¿los objetos físicos en nuestro mundo realmente tienen un color que reconocemos y procesamos, o el proceso de dar color ocurre exclusivamente en nuestra cabeza?

Sabemos que la existencia de colores se debe a diferentes longitudes de onda, pero cuando se trata de nuestra percepción del color, nuestra nomenclatura general y hecho simple que nuestras cabezas probablemente explotarían si de repente encontráramos un color nunca antes visto en nuestra paleta universal, esta idea continúa asombrando a científicos, filósofos y todos los demás.

¿Qué es la materia oscura?

Los astrofísicos saben lo que no es la materia oscura, pero esta definición no les conviene en absoluto: aunque no podemos verla ni con los telescopios más potentes, sabemos que hay más en el Universo que materia ordinaria. No absorbe ni emite luz, pero la diferencia en los efectos gravitatorios de los cuerpos grandes (planetas, etc.) ha llevado a los científicos a creer que algo invisible está jugando un papel en su movimiento.

La teoría, propuesta por primera vez en 1932, era en gran parte un problema de "masa faltante". La existencia de la materia negra sigue sin demostrarse, pero la comunidad científica se ve obligada a aceptar su existencia como un hecho, sea cual sea.

problema del amanecer

¿Cuál es la probabilidad de que el sol salga mañana? Filósofos y estadísticos se han estado haciendo esta pregunta durante milenios, tratando de encontrar una fórmula irrefutable para este evento diario. Esta pregunta pretende demostrar las limitaciones de la teoría de la probabilidad. La dificultad surge cuando empezamos a pensar que hay muchas diferencias entre el conocimiento previo de una persona, el conocimiento previo de la humanidad y el conocimiento previo del universo sobre si el sol saldrá.

si un pag es la frecuencia a largo plazo de los amaneceres, y para pag se aplica una distribución de probabilidad uniforme, entonces el valor pag aumenta cada día cuando realmente sale el sol y vemos (individuo, humanidad, universo) que esto está sucediendo.

137 elemento

Nombrado en honor a Richard Feynman, elemento final propuesto tabla periódica El "feynmanium" de Mendeleev es un elemento teórico que puede ser el último elemento posible; para ir más allá del #137, los elementos tendrán que moverse mayor velocidad Sveta. Se ha especulado que los elementos por encima del #124 no serían lo suficientemente estables para existir por más de unos pocos nanosegundos, lo que significa que un elemento como el Feynmanium sería destruido por fisión espontánea antes de que pudiera ser estudiado.

Lo que es aún más interesante es que el número 137 no solo fue elegido en honor a Feynman; él creía que este número tenía significado profundo, ya que "1/137 = casi exactamente el valor de la llamada constante de estructura fina, una cantidad adimensional que determina la fuerza de la interacción electromagnética".

La gran pregunta sigue siendo, ¿puede existir tal elemento más allá de lo puramente teórico, y sucederá durante nuestra vida?

¿Existe una definición universal de la palabra "palabra"?

En lingüística, una palabra es una pequeña declaración que puede tener cualquier significado: en un sentido práctico o literal. Un morfema, que es un poco más pequeño, pero que aún puede comunicar significado, a diferencia de una palabra, no puede permanecer aislado. Puede decir "-stvo" y comprender lo que significa, pero es poco probable que una conversación de tales fragmentos tenga sentido.

Cada idioma del mundo tiene su propio léxico, que se divide en lexemas, que son formas de palabras individuales. Los tokens son extremadamente importantes para un idioma. Pero nuevamente, en un sentido más general, la unidad más pequeña del habla sigue siendo la palabra, que puede estar sola y tener sentido; sin embargo, quedan problemas con la definición, por ejemplo, de partículas, preposiciones y conjunciones, ya que no tienen un significado especial fuera de contexto, aunque siguen siendo palabras en un sentido general.

Habilidades paranormales por un millón de dólares

Desde su creación en 1964, unas 1000 personas han participado en el Paranormal Challenge, pero nadie se ha llevado nunca el premio. La Fundación Educativa James Randi está ofreciendo un millón de dólares a cualquiera que pueda verificar científicamente habilidades sobrenaturales o paranormales. A lo largo de los años, muchos médiums han intentado probarse a sí mismos, pero han sido categóricamente rechazados. Para que todo tenga éxito, el solicitante debe obtener la aprobación de un instituto de formación u otra organización del nivel apropiado.

Aunque ninguno de los 1000 solicitantes pudo demostrar poderes psíquicos observables que pudieran ser atestiguados científicamente, Randy dijo que "muy pocos" de los concursantes sintieron que su fracaso se debió a la falta de talento. En su mayor parte, todos redujeron el fracaso al nerviosismo.

El problema es que casi nadie ganará este concurso. Si alguien va a tener habilidades sobrenaturales, significa que no pueden ser explicadas por natural enfoque científico. ¿Lo entiendes? Publicado

A continuación presentamos una lista de problemas no resueltos en la física moderna.

Algunos de estos problemas son teóricos. Esto significa que teorías existentes son incapaces de explicar ciertos fenómenos observados o resultados experimentales.

Otros problemas son experimentales, lo que significa que existen dificultades para crear un experimento para probar una teoría propuesta o para estudiar un fenómeno con más detalle.

Algunas de estas cuestiones están estrechamente relacionadas. Por ejemplo, las dimensiones extra o la supersimetría pueden resolver el problema de la jerarquía. Se cree que una teoría completa de la gravedad cuántica puede responder a la mayoría de estas preguntas.

¿Cuál será el fin del universo?

La respuesta depende en gran medida de la energía oscura, que sigue siendo un término desconocido en la ecuación.

La energía oscura es responsable de la expansión acelerada del universo, pero su origen es un misterio envuelto en la oscuridad. si un energía oscura constante durante mucho tiempo, probablemente nos espera una "gran congelación": el universo continuará expandiéndose cada vez más rápido y, eventualmente, las galaxias estarán tan separadas entre sí que el vacío actual del espacio parecerá un juego de niños. .

Si la energía oscura aumenta, la expansión será tan rápida que no sólo aumentará el espacio entre las galaxias, sino también entre las estrellas, es decir, las galaxias mismas se desgarrarán; esta opción se llama la "gran brecha".

Otro escenario es que la energía oscura se encogerá y ya no podrá contrarrestar la fuerza de la gravedad, lo que hará que el universo se enrosque ("gran contracción").

Bueno, la conclusión es que, no importa cómo se desarrollen los acontecimientos, estamos condenados. Antes de eso, sin embargo, miles de millones o incluso billones de años, suficientes para descubrir cómo morirá el Universo después de todo.

gravedad cuántica

A pesar de la investigación activa, la teoría de la gravedad cuántica aún no se ha construido. La principal dificultad en su construcción radica en el hecho de que las dos teorías físicas que intenta unir, - la mecánica cuántica y la relatividad general (RG) - se basan en diferentes conjuntos de principios.

Asi que, mecánica cuántica se formula como una teoría que describe la evolución temporal de los sistemas físicos (por ejemplo, átomos o partículas elementales) en el contexto del espacio-tiempo externo.

No hay espacio-tiempo externo en la relatividad general - en sí mismo es una variable dinámica de la teoría, dependiendo de las características de aquellos en ella clásico sistemas

Al mudarse a gravedad cuántica, como mínimo, es necesario reemplazar los sistemas por sistemas cuánticos (es decir, para realizar la cuantificación). La conexión resultante requiere algún tipo de cuantización de la geometría del propio espacio-tiempo, y el significado físico de tal cuantización no está absolutamente claro y no hay ningún intento exitoso y consistente de llevarla a cabo.

Incluso un intento de cuantificar un linealizado teoría clásica la gravitación (GR) encuentra numerosas dificultades técnicas - la gravedad cuántica resulta ser una teoría no renormalizable debido al hecho de que la constante gravitacional es una cantidad dimensional.

La situación se ve agravada por el hecho de que no se dispone de experimentos directos en el campo de la gravedad cuántica, debido a la debilidad de las propias interacciones gravitatorias. tecnologías modernas. En este sentido, en la búsqueda de la formulación correcta de la gravedad cuántica, uno tiene hasta ahora que confiar únicamente en los cálculos teóricos.

El bosón de Higgs no tiene absolutamente ningún sentido. ¿Por qué existe?

El bosón de Higgs explica cómo todas las demás partículas adquieren masa, pero al mismo tiempo plantea muchas preguntas nuevas. Por ejemplo, ¿por qué el bosón de Higgs interactúa de manera diferente con todas las partículas? Entonces, el quark t interactúa con él más fuertemente que el electrón, por lo que la masa del primero es mucho mayor que la del segundo.

Además, el bosón de Higgs es la primera partícula elemental con espín cero.

"Tenemos absolutamente NUEVA Área físico de partículas", dice el científico Richard Ruiz. "No tenemos idea de cuál es su naturaleza".

Radiación de Hawking

¿Los agujeros negros producen Radiación termal¿Cómo predice la teoría? ¿Esta radiación contiene información sobre su estructura interna o no, como se desprende del cálculo original de Hawking?

¿Por qué el universo está hecho de materia y no de antimateria?

La antimateria es la misma materia: tiene exactamente las mismas propiedades que la sustancia que forma los planetas, las estrellas, las galaxias.

La única diferencia es el cargo. Según las ideas modernas, en el Universo recién nacido, ambos estaban igualmente divididos. Poco después del Big Bang, la materia y la antimateria se aniquilaron (reaccionaron con aniquilación mutua y la aparición de otras partículas entre sí).

La pregunta es, ¿cómo sucedió que aún quedaba cierta cantidad de materia? ¿Por qué la materia triunfó y la antimateria fracasó en el tira y afloja?

Para explicar esta disparidad, los científicos buscan diligentemente ejemplos de violación de CP, es decir, procesos en los que las partículas prefieren descomponerse para formar materia, pero no antimateria.

“En primer lugar, me gustaría entender si las oscilaciones de neutrinos (transformación de neutrinos en antineutrinos) difieren entre neutrinos y antineutrinos”, dice Alicia Marino de la Universidad de Colorado, quien compartió la pregunta. "Hasta ahora no se ha observado nada como esto, pero esperamos con ansias la próxima generación de experimentos".

teoría del todo

¿Existe alguna teoría que explique los valores de todas las constantes físicas fundamentales? ¿Existe una teoría que explique por qué las leyes de la física son como son?

Para designar una teoría que uniría los cuatro interacciones fundamentales en naturaleza.

Durante el siglo XX, se han propuesto muchas "teorías del todo", pero ninguna de ellas ha podido pasar las pruebas experimentales, o existen dificultades significativas para organizar las pruebas experimentales para algunos de los candidatos.

Bono: Relámpago esférico

¿Cuál es la naturaleza de este fenómeno? ¿El rayo esférico es un objeto independiente o está alimentado por energía del exterior? ¿Son todas las bolas de fuego de la misma naturaleza o hay diferentes tipos?

Bola de fuego - bola de fuego brillante que flota en el aire, excepcionalmente rara un fenómeno natural.

Unido teoría física la ocurrencia y curso de este fenómeno no se ha presentado hasta la fecha, también existen teorías científicas que reducen el fenómeno a alucinaciones.

Existen alrededor de 400 teorías que explican el fenómeno, pero ninguna de ellas ha recibido un reconocimiento absoluto en el ámbito académico. En condiciones de laboratorio, se obtuvieron fenómenos similares pero a corto plazo por varios diferentes caminos, por lo que la cuestión de la naturaleza del rayo en bola permanece abierta. A finales del siglo XX, no se creó ni un solo soporte experimental en el que se reprodujera artificialmente este fenómeno natural de acuerdo con las descripciones de testigos presenciales de rayos en bola.

Se cree ampliamente que el rayo en bola es un fenómeno de origen eléctrico, naturaleza natural, es decir, es clase especial relámpago que existe desde hace mucho tiempo y tiene la forma de una bola que puede moverse a lo largo de una trayectoria impredecible, a veces sorprendente para los testigos presenciales.

Tradicionalmente, la confiabilidad de muchos relatos de testigos presenciales de rayos en bola permanece en duda, incluyendo:

• el hecho mismo de observar al menos algún fenómeno;
• el hecho de observar un rayo esférico, y no algún otro fenómeno;
• detalles separados del fenómeno, dados en el testimonio de un testigo presencial.

Las dudas sobre la confiabilidad de muchos testimonios complican el estudio del fenómeno y también crean motivos para la aparición de varios materiales sensacionalistas especulativos supuestamente relacionados con este fenómeno.

Basado en materiales: varias docenas de artículos de