1900 წელს ბრიტანელმა ფიზიკოსმა ლორდ კელვინმა განაცხადა: „ფიზიკაში ახალი აღარაფერია აღმოსაჩენი. დარჩა მხოლოდ უფრო და უფრო ზუსტი გაზომვების გაკეთება.” შემდეგი 30 წლის განმავლობაში კვანტურმა მექანიკამ და აინშტაინის ფარდობითობის თეორიამ ამ დარგში რევოლუცია მოახდინა. დღესდღეობით ვერცერთი ფიზიკოსი გაბედავს იმის თქმას, რომ სამყაროს შესახებ ჩვენი ცოდნა სრულყოფილთან ახლოს არის. უფრო პირიქით – ყოველი ახალი აღმოჩენა ხსნის უფრო დიდი და ღრმა დილემის პანდორას ყუთს. ქვემოთ მოყვანილია 18 საკითხი, რომლებიც ჯერ კიდევ არ გადაწყვეტილა და ყველაზე საკამათო თემებია თანამედროვე ფიზიკაში.

ㅤ

რა არის ბნელი ენერგია?
რამდენი გამოთვლაც გინდა ჩაატარონ ასტროფიზიკოსებმა, სამყაროში მაინც რაღაც ისე ვერ არის. მიუხედავად იმისა, რომ გრავიტაცია ერთმანეთთან აახლოებს სივრცე-დროის რეგიონებს, სამყაროს გაფართოების ტემპი მაინც მუდმივად მატულობს. ამის გათვალისწინებით ფიზიკოსებმა შემოიტანეს უხილავი ფაქტორის ცნება, რომელიც წინააღმდეგობას უწევს გრავიტაციას სივრცე-დროის გაფართოებით. მას ბნელი ენერგია უწოდეს. ბნელი ენერგიის ყველაზე ფართოდ აღიარებულ მოდელში ის „კოსმოლოგიური მუდმივაა“: სივრცის დამახასიათებელი თვისება, რომელიც „უარყოფითი წნევით” სივრცეს აფართოებს. სივრცის გაფართოებასთან ერთად იქმნება მეტი სივრცე და მასთან ერთად – მეტი ბნელი ენერგიაც. გაფართოების ტემპზე დაკვირვებაზე დაყრდნობით, მეცნიერებმა იციან, რომ მთელი სამყაროს მასშტაბით ბნელ ენერგიას უჭირავს 70%-ზე მეტი. მაგრამ არავინ იცის, როგორ შეიძლება მისი აღმოჩენა.

ㅤ

ㅤ

რა არის ბნელი მატერია?
როგორც აღმოჩნდა, სამყაროს მატერიის 84% არც შთანთქავს და არც გამოყოფს სინათლეს. „ბნელი მატერია”, როგორც მას უწოდებენ, პირდაპირი დაკვირვებით არ ჩანს და ჯერჯერობით არც ირიბი საშუალებებით აღმოუჩენიათ. ბნელი მატერიის არსებობა და თვისებები დადგინდა მისი გრავიტაციული გავლენით ხილულ მატერიაზე, გამოსხივებასა და სამყაროს სტრუქტურაზე. ეს უჩინარი სუბსტანცია ვრცელდება გალაქტიკების გარე რეგიონებში და შეიძლება შედგებოდეს „სუსტად ურთიერთქმედი მასიური ნაწილაკებისგან” (ვიმპი). ვიმპის აღმოსაჩენად მსოფლიო მასშტაბით რამდენიმე დეტექტორი მუშაობს, მაგრამ ჯერჯერობით უშედეგოდ. ერთ-ერთი უახლესი კვლევის თანახმად, ბნელი მატერია შეიძლება ქმნიდეს წვრილ გრძელ ნაკადებს სამყაროში, ასეთი ნაკადები შეიძლება დედამიწიდანაც კი იყოს თმასავით გამოზრდილი.

ㅤ

ㅤ

რატომ აქვს დროს მიმართულება?
დრო წინ მიდის, რაც სამყაროს თვისების, ენტროპიის დამსახურებაა. უხეში განმარტებით, ეს არის არეულობის დონე, რომელიც მუდმივად იზრდება, ამიტომ გამორიცხულია ენტროპიის ზრდის შებრუნება, როცა ის უკვე მომხდარია. ენტროპიის ზრდა ლოგიკური დასკვნაა: ნაწილაკების მოუწესრიგებელი განლაგება უფრო მეტია, ვიდრე მოწესრიგებული, შესაბამისად, როცა საგნები იცვლებიან, მიდრეკილი არიან არეულობისკენ. მაგრამ მთავარი კითხვა იმაში მდგომარეობს, თუ რატომ იყო ენტროპია ასეთი დაბალი წარსულში? ან სხვაგვარად რომ ვთქვათ, რატომ იყო სამყარო ასეთი მოწესრიგებული დასაწყისში, როცა ენერგიის უზარმაზარი რაოდენობა სივრცის პატარა მონაკვეთში იყო შეკუმშული?

ㅤ

ㅤ

არსებობს პარალელური სამყაროები?
ასტროფიზიკური მონაცემები მიანიშნებს, რომ დიდ მასშტაბებში სივრცე-დრო შეიძლება „ბრტყელი” იყოს და არა გამრუდებული, და უსასრულოდ გრძელდება. თუკი ეს ასეა, მაშინ სამყაროს ის რეგიონი, რომლის დანახვაც შეგვიძლია (ხშირად მას უბრალოდ „სამყაროს“ უწოდებენ) მხოლოდ ერთი ნაგლეჯია უსასრულოდ დიდ მულტისამყაროში. იმავდროულად კვანტური მექანიკის კანონები გვეუბნებიან, რომ თითოეულ კოსმოსურ ნაგლეჯში ნაწილაკთა ყველა შესაძლო კონფიგურაციათა რაოდენობა სასრულია (). შესაბამისად უსასრულო რაოდენობის სამყაროებში ნაწილაკების განლაგება აუცილებლად უნდა განმეორდეს, თანაც უსასრულოდ. ეს ნიშნავს, რომ არსებობს უსასრულო რაოდენობის პარალელური სამყაროები: კოსმოსური ნაგლეჯები, რომლებიც ჩვენი სამყაროს ანალოგიურია (და მასში ვიღაც ზუსტად თქვენნაირია), ასევე ნაგლეჯები, რომლებიც მხოლოდ ერთი ნაწილაკის პოზიციით განსხვავდებიან, ან ორი ნაწილაკის პოზიციით და ა.შ. სანამ არ მივალთ ისეთ სამყაროებამდე, რომლებიც რადიკალურად სხვანაირია.

არსებობს რაიმე ხარვეზი ამ მსჯელობაში თუ მისი უცნაური დასკვნა რეალობას შეესაბამება? და თუკი სიმართლეა, როგორ შევძლებთ პარალელური სამყაროების არსებობის დადგენას?

ㅤ

ㅤ

რატომაა მატერია ანტიმატერიაზე მეტი?
კითხვა, თუ რატომაა მატერია გაცილებით მეტი, ვიდრე მისი საპირისპირო მუხტისა და სპინის მქონე ტყუპისცალი, ანტიმატერია, რეალურად დაიყვანება კითხვაზე, რატომ არსებობს საერთოდ რამე. ლოგიკურია ვიფიქროთ, რომ სამყარო უპირატესობას არ ანიჭებს მატერიას ან ანტიმატერიას, ამიტომ დიდი აფეთქების მომენტში ისინი თანაბარი რაოდენობით უნდა წარმოშობილიყო. მაგრამ ასე რომ მომხდარიყო, შედეგი ორივეს ანიჰილაცია იქნებოდა: პროტონები გაქრებოდნენ ანტიპროტონებთან ურთიერთქმედებით, ნეიტრონები ანტინეიტრონებთან, ელექტრონები ანტიელექტრონებთან (პოზიტრონებთან) და ა.შ. საბოლოოდ კი დარჩებოდა ფოტონების მოსაწყენი ზღვა უმატერიო სივრცეში. რაღაც მიზეზის გამო წარმოიქმნა ჭარბი მატერია, რომლის ანიჰილაციაც არ მომხდარა, და შედეგად მივიღეთ სამყარო ასეთი ფორმით. ჯერჯერობით ამის საყოველთაოდ მიღებული ახსნა არ არსებობს. ყველაზე დეტალურმა გაზომვამ, რომლის შესახებაც 2015 წლის აგვისტოში გამოცხადდა, დაადასტურა, რომ მატერია და ანტიმატერია ერთმანეთის სარკული ასლებია, რაც კიდევ უფრო ართულებს იმის ახსნას, რატომ არის მატერია ბევრად უფრო გავრცელებული.

ㅤ
ㅤ

რა ბედი ელის სამყაროს?
სამყაროს ბედი დიდწილად დამოკიდებულია უცნობი ფაქტორის, Ω-ის მნიშვნელობაზე. Ω არის კოსმოსში არსებული მატერიისა და ენერგიის სიმკვრივის საზომი. თუკი Ω 1-ზე მეტია, მაშინ სივრცე-დრო „ჩაკეტილი” იქნება უზარმაზარი სფეროს ზედაპირის მსგავსად. თუკი ბნელი ენერგია არ არსებობს, ასეთმა სამყარომ საბოლოოდ უნდა შეწყვიტოს გაფართოება და გადავიდეს შეკუმშვის პერიოდში, დასასრულს კი საკუთარ თავში კოლაფსი მოახდინოს. ამას „დიდი შეკუმშვა“ ეწოდება. თუკი სამყარო ჩაკეტილია, მაგრამ ბნელი ენერგია გააჩნია, სფერული სამყარო მუდმივად გაფართოვდება.

თუკი Ω 1-ზე ნაკლებია, მაშინ სივრცის გეომეტრია „ღია” იქნება მსგავსად უნაგირის ზედაპირისა. ამ შემთხვევაში მისი საბოლოო ბედისწერაა „დიდი გაყინვა”, რომელსაც მოყვება „დიდი გახლეჩა”: თავდაპირველად სამყაროს გაფართოების ტემპის აჩქარება გახლეჩს გალაქტიკებსა და ვარსკვლავებს და დატოვებს ცივ და ეულ მატერიას. შემდგომში აჩქარების ტემპი იმდენად გაიზრდება, რომ გადააჭარბებს იმ ძალების ეფექტს, რომლებიც ატომების ერთიანობას უზრუნველყოფენ და ყველაფერს მინიმალურ შემადგენელ ნაწილებად დაშლის.

თუკი Ω = 1, სამყარო ბრტყელი იქნება და ყველა მიმართულებით გაფართოვდება უსასრულო სიბრტყის მსგავსად. თუკი ბნელი ენერგია არ არსებობს, ასეთი ბრტყელი სამყარო მუდმივად გაფართოვდება, მაგრამ უწყვეტად კლებადი ტემპით და მიდრეკილი იქნება შეჩერებისკენ. თუკი ბნელი ენერგია არსებობს, ბრტყელი სამყარო საბოლოოდ გადავა უკონტროლო გაფართოების რეჟიმში, რასაც დიდი გახლეჩა მოყვება. რომელი სცენარიც გინდა განვითარდეს, სამყაროს მაინც ექნება აღსასრული.

ㅤ
ㅤ

რატომ განიცდის გაზომვისას კოლაფსს კვანტური ტალღური ფუნქცია?
ელექტრონების, ფოტონებისა და სხვა ფუნდამენტური ნაწილაკების უცნაურ სამეფოში მოქმედებს კვანტური მექანიკის კანონები. ნაწილაკები არა პატარა ბურთებივით, არამედ ტალღებივით იქცევიან და ვრცელ არეზე იშლებიან. თითოეული ნაწილაკი აღიწერება „ტალღური ფუნქციით”, ანუ ალბათური განაწილებით, რაც გვაძლევს ინფორმაციას, თუ როგორი იქნება სავარაუდოდ მათი მდებარეობა, სიჩქარე და სხვა მახასიათებლები, მაგრამ არაფერს გვეუბნება იმაზე, რას წარმოადგენს ეს თვისებები. ნაწილაკს ყველა თვისებაზე გააჩნია მნიშვნელობათა რიგი, სანამ ექსპერიმენტით არ გაიზომება რომელიმე მათგანი – მაგალითად მდებარეობა – რა დროსაც ნაწილაკის ტალღური ფუნქცია განიცდის კოლაფსს და იღებს ერთ მნიშვნელობას.

როგორ და რატომ ხდება ისე, რომ ნაწილაკის გაზომვა იწვევს მისი ტალღური ფუნქციის კოლაფსს და ვიღებთ ერთ კონკრეტულ რეალობას, რომელსაც აღვიქვამთ? ეს საკითხი, ცნობილი როგორც გაზომვის პრობლემა, შეიძლება ეზოთერული ჩანდეს, თუმცა ჩვენი წარმოდგენა იმაზე, რა არის რეალობა, და საერთოდ არსებობს თუ არა, მის პასუხზეა დამოკიდებული.

ㅤ
ㅤ

მართებულია სიმების თეორია?
როცა ფიზიკოსები ასკვნიან, რომ ყველა ელემენტარული ნაწილაკი სინამდვილეში ერთგანზომილებიანი მარყუჟია, იგივე „სიმები”, რომელთაგან თითოეული სხვადასხვა სიხშირით ირხევა, ფიზიკა გაცილებით მარტივდება. სიმების თეორია საშუალებას იძლევა, ნაწილაკების მმართველი კანონები ანუ კვანტური მექანიკა შეუთავსდეს სივრცე-დროის მმართველ კანონებს, ზოგად ფარდობითობას, და ბუნების ოთხი ფუნდამენტური ძალა გაერთიანდეს. მაგრამ პრობლემა იმაშია, რომ სიმების თეორია მუშაობს მხოლოდ 10 ან 11 განზომილებიან სამყაროში: 3 დიდი სივრცული, 6 ან 7 კომპაქტური სივრცული და ერთიც დროის განზომილება. კომპაქტური სივრცული განზომილებები, ისევე როგორც თავად მოვიბრირე სიმები, ატომის ბირთვზე სექსტილიონჯერ მცირე ზომისაა. ჯერჯერობით არ გაგვაჩნია მეთოდი, რომლითაც ასეთი მცირე ზომის რამის აღმოჩენას შევძლებთ და ამიტომ სიმების თეორია ექსპერიმენტულად ვერც დადასტურდება და ვერც უარყოფა მოხდება.

ㅤ
ㅤ

არსებობს წესრიგი ქაოსში?
ფიზიკოსები ვერ ახერხებენ, ბოლომდე ამოხსნან განტოლებები, რომლებიც აღწერენ ყველა სითხისა და აირის მოქმედებას. ისიც უცნობია, არსებობს თუ არა ე.წ. ნავიე-სტოქსის განტოლების ზოგადი ამონახსნი ან თუკი არსებობს, ყველანაირ ნაკადს მიესადაგება თუ მოიცავს არსებითად შეუცნობელ წერტილებსაც, სახელად სინგულარობებს. ამის გამო ქაოსის ბუნება კარგად არაა გაგებული. ფიზიკოსები და მათემატიკოსები ცდილობენ ამოხსნან, ამინდის წინასწარმეტყველება უბრალოდ რთულია თუ თვისებრივად არაპროგნოზირებადია? ტურბულენტობა მათემატიკის ჩარჩოებს ცდება თუ შესაძლებელია მისი გაგება სწორი გამოთვლების გამოყენების შემთხვევაში?

ㅤ
ㅤ

ერთიანდება თუ არა სამყაროს ძალები?
სამყაროს 4 ფუნდამენტური ძალა გააჩნია: ელექტრომაგნეტიზმი, ძლიერი ბირთვული ძალა, სუსტი ურთიერთქმედება (ასევე ცნობილი, როგორც სუსტი ბირთვული ძალა) და გრავიტაცია. ფიზიკოსებმა იციან, რომ საკმარისად მაღალი ენერგიების შემთხვევაში — მაგალითად, ნაწილაკების ამაჩქარებელში — ამ ძალებიდან სამი „გაერთიანდება“ და ერთ ძალად იქცევა. ნაწილაკების ამაჩქარებლებზე მომუშავე ფიზიკოსებმა გააერთიანეს ელექტრომაგნიტური ძალა და სუსტი ურთიერთქმედება, ხოლო უფრო მაღალ ენერგიებზე იგივე უნდა მოხდეს ძლიერი ბირთვული ძალის და საბოლოოდ გრავიტაციის შემთხვევაშიც.

მიუხედავად იმისა, რომ თეორიები ამ დასკვნამდე მიდიან, ბუნება ყოველთვის არ გვემორჩილება. ჯერჯერობით ვერცერთმა ამაჩქარებელმა ვერ განავითარა იმხელა ენერგია, რომ ძლიერი ბირთვული ძალა ელექტრომაგნეტიზმთან და სუსტ ურთიერთქმედებასთან გაერთიანებულიყო. გრავიტაციის ჩართვა კიდევ უფრო მეტ ენერგიას საჭიროებს. ისიც უცნობია, საერთოდ შესაძლებელია თუ არა ასეთი ძლიერი დანადგარის აგება. ქალაქ ჟენევასთან მდებარე დიდ ადრონულ კოლაიდერს (დაკ) შეუძლია, ნაწილაკები ერთმანეთს დააჯახოს ტრილიონობით ელექტრონვოლტის ენერგიებზე (დაახლოებით 14 ტერაელექტრონვოლტი ანუ ტევ). დიდი გაერთიანებისთვის ნაწილაკებს უნდა ჰქონდეთ მინიმუმ ტრილიონჯერ მეტი ენერგია, ამიტომ ფიზიკოსებს ისღა დარჩენიათ, ასეთი თეორიების ირიბი მტკიცებულებები ეძებონ.

ენერგიებთან დაკავშირებული პრობლემების გარდა დიდი გაერთიანების თეორიებს (დგთ-ები) სხვა ხარვეზებიც გააჩნიათ, რადგან სხვა სახის დაკვირვებებსაც წინასწარმეტყველებენ, რომლებიც ჯერჯერობით არ დამზერილა. არსებობს რამდენიმე დგთ, რომელთა თანახმად პროტონები დროის ძალიან ხანგრძლივ პერიოდში (10³⁶ წელში) სხვა ნაწილაკებად უნდა გარდაიქმნან. მიუხედავად მრავალი ექსპერიმენტული მცდელობისა, ეს მოვლენა არასდროს დამზერილა, ამიტომ პროტონები ან უფრო დიდხანს ძლებენ, ან მუდმივად სტაბილურები რჩებიან. ზოგიერთი დგთ-ის კიდევ ერთი წინასწარმეტყველება არის მაგნიტური მონოპოლების არსებობა — მაგნიტის იზოლირებული „ჩრდილოეთ“ ან „სამხრეთ“ პოლუსი — და ესეც არავის აღმოუჩენია. შეიძლება, უბრალოდ საკმარისად ძლიერი ამაჩქარებელი არ გაგვაჩნია. ან შეიძლება ფიზიკოსები ცდებიან იმასთან დაკავშირებით, როგორ არის მოწყობილი სამყარო.
ㅤ
ㅤ

რა ხდება შავ ხვრელში?
რა ემართება ობიექტის ინფორმაციას, როცა მას შავი ხვრელი შეისრუტავს? თანამედროვე თეორიების თანახმად, შავ ხვრელში რკინის კუბი რომ ჩააგდოთ, ამ ინფორმაციას უკან ვერანაირი მეთოდით ვერ დაიბრუნებთ. მიზეზი შავი ხვრელის გრავიტაციაა, რომელიც ისეთი ძლიერია, რომ მისგან თავის დასაღწევად სინათლის სიჩქარეზე სწრაფად მოძრაობაა საჭირო — სინათლე კი სამყაროში უსწრაფესი რამ არის. თუმცა კვანტური მექანიკის დარგში ცნობილია, რომ კვანტური ინფორმაცია ვერ განადგურდება. „თუკი როგორღაც ამ ინფორმაციის ანიჰილაციას მოახდენთ, რაღაც უჩვეულო მოხდება“, ამბობს რობერტ მაკნისი, ლოიოლას უნივერსიტეტის ასოცირებული პროფესორი ფიზიკის დარგში.

კვანტური ინფორმაცია გარკვეულწილად განსხვავდება იმ ინფორმაციისგან, რომელსაც კომპიუტერში 1-ების და 0-იების სახით ვინახავთ, ან რა ფორმითაც ჩვენს ტვინებში ხდება გადამუშავება. ეს იმის გამოა, რომ კვანტური თეორიები არ იძლევიან ზუსტ ინფორმაციას მაგალითად იმაზე, სად იქნება ობიექტი, როგორც ეს მექანიკაში ხდება ბურთის ტრაექტორიის გამოთვლისას. ამის ნაცვლად, კვანტური თეორიები ავლენენ ყველაზე სავარაუდო ადგილმდებარეობას ან რაღაც მოქმედების ყველაზე შესაძლო შედეგს. შედეგად სხვადასხვა მოვლენების ყველა შესაძლებლობათა ჯამი გამოდის 1 ან 100% (მაგალითად, 6 წახნაგიანი კამათლის გაგორებისას კონკრეტული წახნაგის დაჯდომის ალბათობაა ¹⁄₆, ამიტომ ყველა წახნაგის მოსვლათა ალბათობების ჯამი 1 გამოდის და რაღაცის მოხდენაში 100%-ზე მეტით დარწმუნებული ვერ იქნებით). ამის გამო კვანტურ თეორიას უნიტარული ეწოდება. თუკი იცით, როგორია სისტემის დასასრული, შეგიძლიათ გამოითვალოთ, როგორ დაიწყო არსებობა.

შავი ხვრელის აღწერისთვის საკმარისია მასა, იმპულსის მომენტი (თუკი თავისი ღერძის გარშემო ბრუნავს) და მუხტი. შავი ხვრელიდან არაფერი გამოდის, გარდა სითბური გამოსხივების ნელი ნაკადისა, რასაც ჰოკინგის რადიაცია ეწოდება. რამდენადაც ცნობილია, შეუძლებელია შებრუნებული გამოთვლის ჩატარება იმის გასაგებად, კონკრეტულად რა შთანთქა შავმა ხვრელმა. ინფორმაცია ნადგურდება. თუმცა კვანტური თეორია ამბობს, რომ ინფორმაცია სრულად მიუწვდომელი ვერ იქნება. სწორედ ამაში მდგომარეობს „ინფორმაციის პარადოქსი“.

ამ საკითხზე არაერთ მეცნიერს უმუშავია, განსაკუთრებით აღსანიშნავია სტივენ ჰოკინგი და მალკოლმ პერი. 2015 წელს მათ წამოაყენეს აზრი, რომ ინფორმაცია შავ ხვრელის სიღმეებში კი არაა გამომწყვდეული, არამედ მის საზღვარზე, ე.წ. მოვლენების ჰორიზონტზე რჩება. ბევრმა სხვა მკვლევარმაც სცადა ამ პარადოქსის გადაჭრა. ჯერჯერობით ფიზიკოსები ვერ თანხმდებიან საუკეთესო ახსნაზე და მათი უთანხმოება ალბათ გარკვეული პერიოდი გაგრძელდება.
ㅤ
ㅤ

არსებობს შიშველი სინგულარობები?
სინგულარობა მაშინ წარმოიქმნება, როცა ობიექტის გარკვეული თვისება უსასრულოა, რის გამოც ფიზიკის ჩვენთვის ცნობილი კანონები არ მიესადაგება. შავი ხვრელის ცენტრში მდებარეობს წერტილი, რომელიც უსასრულოდ პატარა და მკვრივია (მასში სასრული რაოდენობის მატერიაა უსასრულოდ შემჭიდროვებული) — წერტილი სახელად სინგულარობა. მათემატიკაში სინგულარობები მუდმივად ჩნდება — ნულზე გაყოფა ერთ-ერთი მაგალითია. კოორდინატთა სიბრტყეზე ვერტიკალურ ღერძს „უსასრულო“ დახრილობა აქვს. მაგრამ როგორი იქნება სინგულარობის ფიზიკური ფორმა? როგორ ურთიერთქმედებაში იქნება ის დანარჩენ სამყაროსთან? რას ნიშნავს, როცა ვამბობთ, რომ რაღაცას ზედაპირი არ გააჩნია და უსასრულოდ მცირე ზომისაა?

„შიშველი“ სინგულარობა ისეთია, რომელსაც სამყაროსთან ურთიერთქმედება შეუძლია. შავ ხვრელებს გააჩნიათ მოვლენების ჰორიზონტი – სფერული რეგიონები, საიდანაც სინათლეც კი ვერ აღწევს თავს. ერთი შეხედვით შეიძლება იფიქროთ, რომ შიშველი სინგულარობების არსებობის საკითხი ნაწილობრივ წყდება შავი ხვრელების გათვალისწინებით, რადგან მოვლენების ჰორიზონტიდან არაფერი გადის და სინგულარობა დანარჩენ სამყაროზე გავლენას ვერ მოახდენს.

მაგრამ შეიძლება თუ არა სინგულარობა მოვლენების ჰორიზონტის გარეშე არსებობდეს, ჯერ კიდევ გადაუჭრელი პრობლემაა. თუკი ასეთი რამის არსებობა დასაშვებია, აინშტაინის ფარდობითობის ზოგად თეორიას შესწორებები დაჭირდება, რადგან როდესაც სისტემა სინგულარობას უახლოვდება, მისი თვისებები ფარდობითობით ვეღარ აღიწერება. შიშველ სინგულარობებს შეიძლება ჭიის ხვრელის ფუნქცია ჰქონდეთ ანუ დროის მანქანის როლი შეასრულონ – თუმცა ბუნებაში ასეთი რამის არსებობის მტკიცებულება არ გაგვაჩნია.
ㅤ
ㅤ

მუხტურ-სივრცული სიმეტრიის დარღვევა
თუკი ნაწილაკს მისი შესაბამისი ანტინაწილაკით ჩაანაცვლებთ, ფიზიკის კანონები არ უნდა შეიცვალოს. მაგალითად, დადებითად დამუხტულ პროტონს იგივე თვისებები უნდა ჰქონდეს, რაც უარყოფითი მუხტის მქონე ანტიპროტონს. ეს მუხტური შეუღლების სიმეტრიის პრინციპია. თუკი ამჯერად შეანაცვლებთ მარცხენას და მარჯვენას, ფიზიკის კანონები ისევ უცვლელი უნდა იყოს. ეს სივრცითი არეკვლის სიმეტრიაა. ამ ორის გაერთიანებით გვაქვს CP სიმეტრია. უმეტეს შემთხვევაში ფიზიკის ეს კანონი არ ირღვევა. თუმცა გარკვეული ეგზოტიკური ნაწილაკები ამ სიმეტრიას არ ემორჩილებიან. რობერტ მაკნისის თქმით, სწორედ ამაშია უცნაურობა. „კვანტურ მექანიკაში CP სიმეტრია არ უნდა ირღვეოდეს. არ ვიცით, ასე რატომ ხდება.“
ㅤ
ㅤ

როცა ბგერითი ტალღები სინათლეს ქმნიან
გადაუჭრელი პრობლემების დიდი ნაწილი სათავეს ნაწილაკების ფიზიკიდან იღებს, თუმცა ზოგიერთ ამოუხსნელ მოვლენაზე დაკვირვება ჩვეულებრივ ლაბორატორიაშიც შეიძლება. სონოლუმინესცენცია ერთ-ერთი მათგანია. თუკი ჭურჭელში წყალს ჩაასხამთ და ბგერით ტალღებს მისკენ მიმართავთ, ჰაერის ბუშტები გაჩნდება. ეს ბუშტები დაბალი წნევის მქონე რეგიონებია, რომელთა გარშემო მაღალი წნევაა. გარე წნევა აწვება დაბალი წნევის ჰაერს და ბუშტები სწრაფად კოლაფსირდება. ამ დროს გამოიყოფა სინათლე გაელვებების სახით, რაც წამის მეტრილიონედი გრძელდება.

პრობლემა იმაშია, რომ გაუგებარია, რა არის ამ სინათლის წყარო. თეორიები მერყეობს მინიატურული ბირთვული სინთეზიდან გარკვეული სახის ელექტრულ განმუხტვამდე,  არსებობს იდეაც, რომ შეკუმშვის შედეგად ბუშტის შიგნით აირები ხურდება. ფიზიკოსებმა ამ ბუშტებში დაახლოებით 20000 K (19700°C) ტემპერატურა დააფიქსირეს და წარმოქმნილ სინათლეს არაერთი ფოტო გადაუღეს. თუმცა მაინც არ არსებობს დამაჯერებელი ახსნა, როგორ ქმნიან ბგერითი ტალღები ამ სინათლეს ჰაერის ბუშტებში.
ㅤ
ㅤ

რა არის სტანდარტული მოდელის მიღმა?
სტანდარტული მოდელი ფიზიკის ისტორიაში ერთ-ერთი ყველაზე წარმატებული თეორიაა. 50 წლის განმავლობაში ექსპერიმენტულ გამოცდებს გაუძლო, ზუსტად იწინასწარმეტყველა მრავალი ფენომენი და ახალი ექსპერიმენტებით ისევ დასტურდება, რომ თეორია სწორად აღწერს სამყაროს. სტანდარტული მოდელი აღწერს იმ ნაწილაკთა ქცევებს, რომლებიც ქმნიან ყველაფერს ჩვენ გარშემო, და ასევე ხსნის, რატომ ხდება ესა თუ ის რამ, მაგალითად რატომ აქვთ ნაწილაკებს მასა. 2012 წელს ჰიგსის ბოზონის აღმოჩენა — ნაწილაკის, რომელიც მატერიას მასას ანიჭებს — ისტორიული მოვლენა გახლდათ, რადგან მისი არსებობის მრავალწლიანი წინასწარმეტყველება გამართლდა.

მაგრამ სტანდარტული მოდელი ყველაფერს ვერ ხსნის. სტანდარტულ მოდელზე დაყრდნობით არაერთი წარმატებული პროგნოზი გაკეთდა — როგორიცაა ჰიგსის ბოზონი, W და Z ბოზონები (რომლებიც რადიოაქტიურობის გამომწვევი სუსტი ურთიერთქმედების გადამტანი ნაწილაკები არიან) და კვარკები — ამიტომ რთულია იმის წარმოდგენა, რა ელის ამის შემდეგ ფიზიკას. მიუხედავად ამისა, ბევრი ფიზიკოსი თანხმდება იმაზე, რომ სტანდარტული მოდელი არასრულყოფილია. ახალი, უფრო სრულყოფილი მოდელის რამდენიმე კანდიდატი არსებობს — მათ შორისაა სიმების თეორია — მაგრამ ჯერჯერობით არცერთი მათგანი არ დადასტურებულა დამაჯერებლად ექსპერიმენტებით.
ㅤ
ㅤ

ფუნდამენტური მუდმივები
უგანზომილებო მუდმივები ისეთი რიცხვებია, რომლებსაც შესაბამისი ერთეულები არ გააჩნიათ. მაგალითად, სინათლის სიჩქარე ფუნდამენტური მუდმივაა, რომელიც ^მ⁄_წმ-ში იზომება (ან 299792.5 ^კმ⁄_წმ). სინათლის სიჩქარისგან განსხვავებით, უგანზომილებო მუდმივებს მსგავსი ერთეულები არ აქვთ. მათი გაზომვა შესაძლებელია, მაგრამ მათ ვერ მივიღებთ თეორიებიდან, განსხვავებით სინათლის სიჩქარის მსგავსი მუდმივებისგან.

წიგნში „სულ რაღაც 6 რიცხვი: მთავარი ძალები, რომლებიც სამყაროს ქმნიან“ ასტრონომი  მარტინ რისი ყურადღებას ამახვილებს გარკვეულ „უგანზომილებო მუდმივებზე“, რომლებსაც ის ფიზიკის ფუნდამენტად თვლის. რეალურად მათი რიცხვი ექვსზე მეტია; სტანდარტულ მოდელში ასეთი 25 მუდმივა არსებობს.

მაგალითად, ფაქიზი ურთიერთქმედების მუდმივა, რომელსაც α სიმბოლოთი აღნიშნავენ, ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედებების სიძლიერეს განსაზღვრავს. მისი მნიშვნელობა არის დაახლოებით 0.007297. ამ რიცხვში უცნაური ის არის, რომ განსხვავებული რომ იყოს, მატერია სტაბილური ვერ იქნებოდა. კიდევ ერთი მუდმივა გახლავთ მრავალი ფუნდამენტური ნაწილაკის, მაგალითად ელექტრონებისა და კვარკების მასათა ფარდობა პლანკის მასასთან (რომელიც არის 2.176×10^-8 კგ). ფიზიკოსებს სურთ, გაარკვიონ, რატომ აქვთ ამ რიცხვებს ეს კონკრეტული მნიშვნელობები, რადგან სხვა შემთხვევაში სამყაროს ფიზიკური კანონები იმდენად განსხვავებული იქნებოდა, რომ ადამიანი ვერ იარსებებდა. ჯერჯერობით დამაკმაყოფილებელი თეორიული ახსნა არ გაგვაჩნია.
ㅤ
ㅤ

რას წარმოადგენს საერთოდ გრავიტაცია?
რა არის საერთოდ გრავიტაცია? სხვა ძალები გადამტანი ნაწილაკების მეშვეობით მოქმედებენ. მაგალითად, ელექტრომაგნეტიზმი ფოტონების გაცვლას წარმოადგენს. სუსტი ბირთვული ძალის გადამტანია W და Z ბოზონები, ხოლო გლუონების მეშვეობით მოქმედებს ძლიერი ბირთვული ძალა, რომელიც ატომის ბირთვს კრავს. შესაძლებელია ყველა სხვა ძალის დაკვანტვა, ანუ მათი გამოსახვა ინდივიდუალური ნაწილაკების მეშვეობით და არაუწყვეტი მნიშვნელობები გააჩნიათ.

გრავიტაცია ასეთი ძალა არ ჩანს. ფიზიკურ თეორიათა უმეტესობის თანახმად, მისი გადამტანი უნდა იყოს ჰიპოთეტური უმასო ნაწილაკი სახელად გრავიტონი. პრობლემა იმაშია, რომ გრავიტონის აღმოჩენა ვერავინ შეძლო და უცნობია, ოდესმე რომელიმე დეტექტორი თუ დააფიქსირებს მათ, რადგან თუკი გრავიტონები მატერიასთან ურთიერთქმედებენ, რაც ძალიან იშვიათად ხდება, შეუძლებელი იქნება მათი გარჩევა ფონური ხმაურისგან. ისიც კი არ არის ბოლომდე გადაწყვეტილი, რომ გრავიტონი უმასოა, თუმცა მასის ქონის შემთხვევაში ძალიან მცირე უნდა იყოს — ერთ-ერთი ყველაზე მსუბუქი ნაწილაკის, ნეიტრინოს მასაზე მცირე. სიმების თეორიაში ითვლება, რომ გრავიტონები (და სხვა ნაწილაკები) ენერგიის ჩაკეტილი მარყუჟებია, თუმცა მათემატიკური გამოთვლებით ჯერჯერობით ბევრი არაფერი გარკვეულა.

იმის გამო, რომ გრავიტონები აქამდე არ დამზერილა, ძნელია გრავიტაციის ახსნა სხვა ძალების მსგავსად – როგორც ნაწილაკების გაცვლისა. ზოგიერთი ფიზიკოსი, რომელთაგან აღსანიშნავია თეოდორ კალუცა და ოსკარ კლეინი, მიიჩნევდა, რომ გრავიტაცია შეიძლება მოქმედებდეს, როგორც ნაწილაკი დამატებით განზომილებებში ჩვენთვის ცნობილი სივრცული (სიგრძე, სიგანე და სიმაღლე) და დროითი (დროის ხანგრძლივობა) განზომილებების მიღმა, მაგრამ რამდენად სწორია ეს შეხედულება, ჯერ კიდევ დაუდგენელია.
ㅤ
ㅤ

ცრუ ვაკუუმში ვცხოვრობთ?
სამყარო მეტნაკლებად სტაბილური ჩანს. ბოლოსდაბოლოს, ის ხომ 13.8 მილიარდი წელია არსებობს. მაგრამ იქნებ ეს ყველაფერი ერთი დიდი შემთხვევითობის შედეგია?

ყველაფერი იწყება ჰიგსითა და სამყაროს ვაკუუმით. ვაკუუმი, ანუ ცარიელი სივრცე, ყველაზე ნაკლები შესაძლო ენერგიის შესაბამისი მდგომარეობა უნდა იყოს, რადგან მასში არაფერია. რაც შეეხება ჰიგსის ბოზონს, ის ე.წ. ჰიგსის ველის მეშვეობით ყველაფერს მასას ანიჭებს. ჟურნალ „Physics-ში“ გამოქვეყნებულ სტატიაში კალიფორნიის უნივერსიტეტის ფიზიკისა და ასტრონომიის პროფესორი ალექსანდრ კუსენკო აღნიშნავს, რომ ვაკუუმის ენერგიის დონის გამოთვლა შესაძლებელია ჰიგსის ველის პოტენციური ენერგიისა და ჰიგსისა და ზედა კვარკის (ფუნდამენტური ნაწილაკი) მასების მეშვეობით.

ჯერჯერობით ეს გამოთვლები აჩვენებს, რომ სამყაროს ვაკუუმი შესაძლოა არ იყოს ყველაზე ნაკლები შესაძლო ენერგიის დონეზე. ეს იმას ნიშნავს, რომ ცრუ ვაკუუმია. თუკი მართლაც ასეა, ჩვენი სამყარო შეიძლება სტაბილური არ იყოს, რადგან საკმარისად ძლიერ და მაღალენერგიურ მოვლენას შეუძლია, ცრუ ვაკუუმი უფრო ნაკლები ენერგიის დონეზე გადაიყვანოს. ეს რომ მოხდეს, ადგილი ექნება მოვლენას, რომელსაც ბუშტის წარმოქმნა ეწოდება. უფრო დაბალი ენერგიის მქონე ვაკუუმის სფერო სინათლის სიჩქარით დაიწყებს გაფართოებას. ყველაფერი განადგურდება, მათ შორის მატერიაც. შედეგად ჩვენს სამყაროს ჩაანაცვლებს ახალი სამყარო, რომელსაც შეიძლება ძალიან განსხვავებული ფიზიკის კანონები ჰქონდეს.

საშიშად ჟღერს, მაგრამ რადგან სამყარო ისევ ადგილზეა, ცხადია, მსგავსი მოვლენა ჯერჯერობით არ მომხდარა. ასტრონომებს აღმოუჩენიათ გამა-აფეთქებები, ზეახლები და კვაზარები, თითოეული ეს მოვლენა უზარმაზარ ენერგიას ასხივებს. შესაბამისად, ბუშტის წარმოქმნა ალბათ იმდენად დაბალი ალბათობის მოვლენაა, რომ სადარდებლად არ ღირს. თუმცა ცრუ ვაკუუმის იდეა გულისხმობს, რომ შეიძლება ჩვენმა სამყარომ სწორედ ასე დაიწყო არსებობა, როცა წინა სამყაროს ცრუ ვაკუუმი უფრო დაბალი ენერგიის დონეზე გადავიდა. შეიძლება ჩვენ უბრალოდ ნაწილაკების ამაჩქარებელში მომხდარი შემთხვევითობის შედეგი ვიყოთ.

წყარო: Live Science