Zrozumienie fizyki jest dobre z wielu powodów. Nie tylko stanowi podstawę naszej wiedzy o naszym domu w Układzie Słonecznym i szerszym wszechświecie, ale także stanowi podstawę całej technologii, której używamy. To wywołało rewolucję przemysłową i elektryczną, tworząc nowoczesne społeczeństwo. Bez fizyki nie mielibyśmy dostępu do Internetu, nie moglibyśmy oglądać ulubionych programów, a szpitale nie mogłyby pozyskiwać ważnych zdjęć.

W przyszłości technologia pozwoli nam robić to, co obecnie uważamy w najlepszym przypadku za fantastykę naukową: przesuwać przedmioty bez ich dotykania, stać się niewidzialnym, leczyć starość. Możliwości naszych potomków z odległej przyszłości będą wydawać się boskie w porównaniu z tym, co możemy zrobić teraz. A dzięki wykładniczemu rozwojowi technologii tego wszystkiego można się spodziewać w ciągu najbliższych 100 lat.

Starałem się szybko przedstawić przegląd fizyki i tego, co ona mówi o wszechświecie.

We wszechświecie zachodzą cztery podstawowe interakcje. Od najsilniejszego do najsłabszego, klasyfikuje się je następująco: silne jądrowe, słabe nuklearne, elektromagnetyczne i grawitacyjne.

W wieku 23 lat Izaak Newton rozwinął umiejętność rachunku różniczkowego w tempie, w jakim uczymy się go w szkole. Wynalazł także teleskop refleksyjny, którego użył do śledzenia komety. I oczywiście dało nam to również pojęcie grawitacji. To był nasz pierwszy krok w odkrywaniu tajemnic rozległego i tajemniczego wszechświata.

Szybkie przypomnienie trzech praw Newtona:

Te pierwsze prawa doprowadziły do ​​rewolucji przemysłowej, a tym samym do nadejścia czasów nowożytnych. Ale było też kilka innych ważnych postaci.

Rewolucję elektryczną w dużej mierze zawdzięczał człowiekowi nawet bez formalnego wykształcenia. Michael Faraday zademonstrował właściwości elektryczności podczas swoich publicznych wykładów. Wchodził do stalowej klatki i przepuszczał prąd, pokazując, że stal tworzy barierę i dopóki bariera nie zostanie dotknięta, elektryczność nie może nic zrobić. Jego prawo opisuje, w jaki sposób w środowisku magnetycznym powstaje prąd elektryczny. W drucie poruszającym się w polu magnetycznym prąd elektryczny powstaje w wyniku wypychania elektronów przez pole magnetyczne.

Poruszający się magnes wytwarza pole elektryczne, ale sytuacja jest również odwrotna: poruszające się pole elektryczne wytwarza pole magnetyczne. Stanowią jedno, jedno wspólne pole elektromagnetyczne.
Podczas wojny secesyjnej (1861-1865) James Maxwell obliczył prędkość fali oscylującej pomiędzy polem magnetycznym a polem elektrycznym. Fala, w której pola magnetyczne wytworzyły pola elektryczne, które wytworzyły pola magnetyczne, które wytworzyły pola elektryczne… Prędkość tej fali okazała się równa prędkości światła. Faktycznie, było jasno!

Te dwie siły działają na poziomie atomowym, ale mają diametralnie przeciwne cele. Oddziaływanie silne jest jedną z najpotężniejszych sił we wszechświecie i wiąże ze sobą elementy składowe jądra – protony i neutrony. Oddziaływanie słabe jest odpowiedzialne za rozpad cząstek subatomowych. Wywołuje to również reakcje syntezy jądrowej, dzięki którym gwiazdy są jasne. Z powodu słabej interakcji, gdy elementy ulegają rozkładowi, stają się innymi elementami. Na przykład węgiel, który ma w jądrze 6 protonów i 8 neutronów, rozpada się na azot, który ma w jądrze 7 protonów i 7 neutronów. W tym przypadku słabe oddziaływanie oddziałuje na neutron, przekształcając go w proton.

Najsłynniejsza formuła Einsteina

Twoja masa nie jest stała. Im szybciej jedziesz, tym stajesz się trudniejszy. Masa to energia. Na tym właśnie polega najsłynniejsza formuła Einsteina, która stwierdza, że ​​energia obiektu jest równa masie razy kwadrat prędkości światła.

Wzór ten w połączeniu ze znajomością słabych oddziaływań jądrowych pozwolił zrozumieć, co dzieje się w gwiazdach.

Mamy szczęście, że Słońce, przekształcając wodór w hel, zapewnia teraz obfite i stałe dostawy ciepła i światła. Ale za kilka miliardów lat już tak nie będzie. Wtedy Słońce rozgrzeje się tak, że wyparuje nasze oceany, a za kilka miliardów więcej zamieni się w czerwonego olbrzyma tak dużego, że prawdopodobnie spali całą naszą planetę. Istnieje szansa, choć niewielka, że ​​Ziemia będzie w stanie wytrzymać ciepło czerwonego olbrzyma. Ale wtedy będzie krążyć wokół Słońca, przekształcona w białego karła, w pobliżu pierścienia asteroid.

Nie trzeba dodawać, że szanse naszego gatunku na przeżycie tak długiego czasu i zobaczenie śmierci gwiazdy są, delikatnie mówiąc, niewiarygodnie małe.

Jest to teoria próbująca połączyć teorię względności Einsteina z mechaniką kwantową. Oznacza to, że stara się stać się wyjaśnieniem wszystkiego, od najmniejszych cząstek subatomowych po największe planety i gwiazdy. Jego istotą jest to, że cząstki są strunami, a różnie wibrujące struny odpowiadają różnym cząstkom. Połączyliby zatem cztery interakcje, o których mówiliśmy wcześniej.

Równania Einsteina nie mają zastosowania do centrów czarnych dziur i do wydarzeń poprzedzających Wielki Wybuch – nie przezwyciężają osobliwości. Teoria strun stwierdza, że ​​nie jesteśmy pojedynczym wszechświatem, ale tylko jednym wszechświatem spośród niezliczonych multiwersów. A jeśli to prawda, być może w przyszłości będziemy w stanie stworzyć tunele czasoprzestrzenne prowadzące do innych wszechświatów. Być może uda się nawet stworzyć wehikuł czasu, choć wymagałoby to niewyobrażalnej ilości energii.

Tajemnica ciemnej energii i ciemnej materii

Chociaż współczesne podręczniki fizyki twierdzą, że wszechświat składa się z atomów, nie jest to prawdą. Większa część wszechświata jest ciemna. Ciemna energia stanowi 68% wszechświata, ciemna materia stanowi 27%, a „normalna materia” (ty, my i wszystko wokół nas) stanowi mniej niż 5%.
Istnienie ciemnej energii i ciemnej materii potwierdza ich wpływ na nasz wszechświat.

Na przykład ciemna materia oddziałuje z normalną materią barionową jedynie poprzez grawitację. Działa z sześciokrotnie większą grawitacją niż zwykła materia i bez niej galaktyki nie mogłyby istnieć, ponieważ grawitacja zwykłej materii nie byłaby w stanie utrzymać razem gwiazd w gromadach galaktyk. Wiemy, że istnieje ciemna materia, ponieważ widzimy zakrzywianie się jej światła – soczewkowanie grawitacyjne.

Ciemna energia powoduje, że wszechświat rozszerza się znacznie szybciej, niż myśleliśmy. W rzeczywistości sądzono, że grawitacja w końcu spowolni i zatrzyma ekspansję wszechświata. Wiedzieliśmy o ciemnej energii, że istnieje ona wszędzie w przestrzeni i z czasem staje się silniejsza.

Nagroda Nobla czeka na każdego, kto potrafi wyjaśnić ciemną materię i ciemną energię, a nawet dlaczego istniejemy. Tak, rzeczywiście nasz wszechświat nie powinien istnieć. Jesteśmy tu tylko dlatego, że po Wielkim Wybuchu pozostało trochę więcej materii niż antymaterii – może jedna część na miliard. Jaka jest przyczyna tej nierównowagi? Nikt nie wie.

Parenta na podstawie tekstu Elli Alderson opublikowanego przez medium.com