10 Seltsame Dinge über das Universum

Das Universum kann ein sehr seltsamer Ort sein. Während bahnbrechende Ideen wie die Quantentheorie, die Relativitätstheorie und sogar die Erde, die sich um die Sonne verläuft.

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Negative Energie

Theoretisch ist die niedrigste Temperatur, die erreicht werden kann ?273.15 ° C, wo die Bewegung aller Partikel vollständig aufhört. Sie können jedoch nie etwas auf diese Temperatur abkühlen, da in der Quantenmechanik jedes Partikel eine minimale Energie hat, die als „Nullpunktenergie“ bezeichnet wird und die Sie nicht unterhalten können. Bemerkenswerterweise gilt diese minimale Energie nicht nur für Partikel, sondern auch für ein Vakuum, dessen Energie „Vakuumenergie“ bezeichnet wird.Um zu zeigen, dass diese Energie existiert, beinhaltet ein ziemlich einfaches Experiment. Nehmen Sie zwei Metallplatten in ein Vakuum, setzen Sie sie nahe beieinander und sie werden voneinander angezogen. Dies wird durch die Energie zwischen den Platten verursacht, die nur bei bestimmten Frequenzen Resonanz finden können, während außerhalb der Platten die Vakuumenergie bei so ziemlich jeder Frequenz Resonanz finden kann. Da die Energie außerhalb der Platten größer ist als die Energie zwischen den Platten, werden die Platten zueinander gedrückt. Wenn die Platten näher zusammenkommen. Da die Platten die Vakuumenergie zwischen ihnen auf unter der normalen Nullpunktenergie reduzieren, soll der Raum negative Energie haben, was einige ungewöhnliche Eigenschaften aufweist.

Eines der Eigenschaften eines Vakuums mit negativen Energie ist, dass Licht tatsächlich schneller in sie wandert. Negative Energie könnte auch verwendet werden, um ein transversibler Wurmloch zu öffnen, das zwar theoretisch möglich ist, sobald es ohne Mittel erstellt wurde, um es offen zu halten. Negative Energie führt auch dazu, dass schwarze Löcher verdampfen. Vakuumenergie wird oft als virtuelle Partikel modelliert, die existieren und vernichten. Dies verletzt keine Gesetze zur Energieeinsparung, solange die Partikel kurz darauf vernichtet werden. Wenn jedoch zwei Partikel am Ereignishorizont eines schwarzen Lochs hergestellt werden, kann sich einer vom schwarzen Loch weg bewegen, während der andere hineinfährt. Dies bedeutet. Wenn das negative Energieteilchen in das Schwarze Loch fällt, senkt es die Masse des Schwarzen Loch. Da diese Theorie zuerst von Stephen Hawking vorgeschlagen wurde. Es war die erste anerkannte Theorie, die die Quantentheorie mit allgemeiner Relativitätstheorie vereint hat und sie Hawkings größte wissenschaftliche Leistung bisher machte.

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Rahmen ziehen

Eine Vorhersage von Einsteins Theorie der allgemeinen Relativitätstheorie lautet: Wenn sich ein großes Objekt bewegt. Es kann auftreten, wenn sich ein großes Objekt in einer geraden Linie bewegt oder sich dreht, und obwohl der Effekt sehr gering ist, wurde es experimentell verifiziert. Das 2004 ins Leben gerufene Schwerkraftsonde B-Experiment wurde entwickelt, um die Raumzeitverzerrung in der Nähe der Erde zu messen. Obwohl Interferenzquellen größer als erwartet waren, wurde der Frame-Dray-Effekt auf eine Unsicherheit von 15%gemessen, wobei weitere Analysen darauf hofft, dies weiter zu verringern.

Die erwarteten Effekte waren sehr nahe an Vorhersagen: Aufgrund der Rotation der Erde wurde die Sonde um rund 2 Meter pro Jahr aus ihrer Umlaufbahn gezogen. Die Sonde selbst würde diese zusätzliche Beschleunigung nicht spüren, da sie nicht durch eine Beschleunigung der Sonde verursacht wird, sondern auf der Raumzeit die Sonde durch-analog zu einem Teppich, der unter einen Tisch gezogen wird, anstatt den Tisch selbst zu bewegen.

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Relativität der Gleichzeitigkeit

Die Relativität der Gleichzeitigkeit ist die Idee, dass, ob zwei Ereignisse gleichzeitig auftreten oder nicht, relativ ist und vom Beobachter abhängt. Es ist eine seltsame Folge der besonderen Theorie der Relativitätstheorie und gilt für Ereignisse, die durch ein gewisses Distanz getrennt sind. Wenn beispielsweise ein Feuerwerk auf dem Mars und eine andere auf der Venus abgelassen wird, kann ein Beobachter, der durch den Weltraum reist, möglicherweise gleichzeitig auftreten (kompensieren für die Zeit, die Licht benötigt, um sie zu erreichen), während ein anderer Beobachter einen anderen Weg könnte Sagen Sie, der auf dem Mars ging zuerst los, und ein anderer könnte sagen, dass der auf Venus zuerst losging. Es wird durch die Art und Weise verursacht, wie unterschiedliche Standpunkte in besonderer Relativität im Vergleich zueinander verzerrt werden. Und weil sie alle relativ sind, kann gesagt werden, dass kein Beobachter den richtigen Standpunkt hat.

Dies kann zu sehr ungewöhnlichen Szenarien führen, wie z. Sobald der Beobachter den Effekt sieht, können er nicht mit der Ursache interagieren, ohne schneller als die Lichtgeschwindigkeit zu reisen, was einer der ersten Gründe war, die schneller als Lichtreisen waren und ein Universum, in dem Sie mit der Ursache interagieren können, nachdem der Effekt keinen Sinn ergibt.

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Schwarze Saiten

Eine der längsten herausragenden Geheimnisse in der Physik ist, wie die Schwerkraft mit den anderen grundlegenden Kräften wie Elektromagnetismus zusammenhängt. Eine Theorie, die erstmals 1919 vorgeschlagen wurde, zeigte, dass in den ersten vier Dimensionen (drei Raumdimensionen und Zeiten) immer noch eine zusätzliche Dimension des Universums vorhanden ist, aber die Art und Weise, wie diese vierdimensionale Raum -Raum über die extra fünfte Dimension, die Art und Weise, wie diese vierdimensionale sich über die fünfte Dimension zusammensetzt,, erzeugt natürlich die anderen grundlegenden Kräfte. Wir können diese fünfte Dimension jedoch nicht sehen oder feststellen, daher wurde vorgeschlagen, dass die zusätzliche Dimension zusammengerollt wurde und uns daher für uns unsichtbar wurde. Diese Theorie führte letztendlich zur String -Theorie und ist immer noch im Zentrum der meisten String -Theorieanalysen aufgenommen.

Da diese zusätzliche Dimension so klein ist, können sich nur winzige Objekte wie Partikel entlang bewegen. In diesen Fällen landen sie letztendlich nur dort, wo sie angefangen haben, da sich die zusätzliche Dimension auf sich selbst zusammengetan wird. Ein Objekt, das in fünf Dimensionen viel komplexer wird. Wenn es auf fünf Dimensionen ausgedehnt wird, wird es zu einer „schwarzen Schnur“ und im Gegensatz zu einem normalen 4D -schwarzen Loch ist es instabil (dies ignoriert die Tatsache, dass 4D -schwarze Löcher schließlich verdampfen). Diese schwarze Schnur destabilisieren sich zu einer ganzen Reihe schwarzer Löcher, die durch weitere schwarze Saiten verbunden sind, bis die schwarzen Saiten vollständig eingeklemmt sind und die schwarzen Löcher hinterlassen. Diese mehrere 4D -schwarze Löcher kombinieren sich dann zu einem größeren schwarzen Loch. Das Interessanteste daran ist, dass das endgültige Schwarze Loch mit aktuellen Modellen eine „nackte“ Singularität ist. Das heißt, es hat keinen Ereignishorizont, der es umgibt. Dies verstößt gegen die kosmische Zensurhypothese, die besagt, dass alle Singularitäten von einem Ereignishorizont umgeben sein müssen, um die Zeitreiseeffekte zu vermeiden, von denen angenommen wird Entfliehen Sie hinter einem Ereignishorizont.

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Geon

Wie am besten in der Gleichung E = MC gezeigt wird², Energie und Materie sind grundlegend verbunden. Ein Effekt davon ist, dass Energie und Masse ein Gravitationsfeld erzeugen. Ein Geon, der 1955 erstmals von John Wheeler untersucht wurde. Wheeler spekulierte, dass es einen Zusammenhang zwischen mikroskopischen Geons und Elementarpartikeln geben kann und dass sie sogar dasselbe sein könnten. Ein extremeres Beispiel ist ein „Kugelblitz“ (Deutsch für „Ballblitz“), in dem ein solches intensives Licht an einem bestimmten Punkt konzentriert ist Licht im Inneren. Obwohl nichts angenommen wird, um die Bildung eines Kugelblitzs zu verhindern. Dies zeigt leider, dass Wheelers anfängliche Vermutung falsch war, dies wurde jedoch nicht definitiv bewiesen.

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Kerr Schwarzes Loch

Die Art des Schwarzen Loch. Es ist nach Karl Schwarzschild benannt, der 1915 die mathematische Lösung von Einsteins Feldgleichungen für eine kugelförmige, nicht rotierende Masse fand, nur einen Monat nachdem Einstein tatsächlich seine allgemeine Theorie der Relativitätstheorie veröffentlicht hatte. Erst 1963 fand der Mathematiker Roy Kerr die Lösung für eine rotierende kugelförmige Masse. Daher wird ein rotierendes schwarzes Loch als Kerr Schwarzes Loch bezeichnet und hat einige ungewöhnliche Eigenschaften.

Im Zentrum eines Kerr Black Loch. Es gibt auch zwei Ereignishorizonte, eine innere und äußere und eine Ellipsoid namens Ergosphäre, die sich in der Raumzeit selbst mit dem schwarzen Loch (wegen des Rahmens) schneller dreht als die Lichtgeschwindigkeit. Beim Betreten des Schwarzen Loch. Wenn Sie jedoch den inneren Ereignishorizont durchlaufen, wird Ihr Pfad wieder raumartig. Der Unterschied ist Folgendes: Die Raumzeit selbst ist umgekehrt. Dies bedeutet. Wenn Sie nicht genau auf dem Äquator in das Schwarze Loch eintreten, ist es unmöglich, die Ring -Singularität selbst zu treffen. Darüber hinaus können Ring-Singularitäten über die Raumzeit verbunden werden, sodass sie als Wurmlöcher fungieren können, obwohl es unmöglich wäre, das Schwarze Loch auf der anderen Seite zu verlassen (es sei denn, es war eine nackte Singularität, möglicherweise erzeugt, wenn der Ring-Singularität schnell genug dreht). Wenn Sie durch eine Ring-Singularität reisen, können Sie zu einem anderen Punkt in der Raumzeit wie einem anderen Universum führen, in dem Sie sehen konnten, dass Licht von außerhalb des Schwarzen Lochs eindringt, aber nicht das Schwarze Loch selbst verlassen kann. Es könnte Sie sogar in ein „weißes Loch“ in einem negativen Universum bringen, dessen genaue Bedeutung unbekannt ist.

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Quantentunnel

Quantentunneling ist ein Effekt, bei dem ein Teilchen durch eine Barriere gehen kann, die normalerweise nicht die Energie zu überwinden hätte. Es kann ermöglichen, dass ein Teilchen durch eine physikalische Barriere passt, die undurchdringlich sein sollte oder ein Elektron vor dem Ziehen des Kerns entweichen kann, ohne die kinetische Energie dazu zu haben. Laut Quantenmechanik besteht eine begrenzte Wahrscheinlichkeit, dass ein Teilchen überall im Universum gefunden werden kann, obwohl diese Wahrscheinlichkeit für jeden wirklichen Abstand von den erwarteten Partikeln astronomisch klein ist.

Wenn das Teilchen jedoch mit einer kleinen Barriere (etwa 1 bis 3 nm breit) konfrontiert ist, ist eine, die herkömmliche Berechnungen angeben, die durch das Partikel undurchdringlich ist. Die Wahrscheinlichkeit, dass das Partikel einfach durch diese Barriere verläuft, wird ziemlich erkennbar. Dies kann durch das Heisenberg -Unsicherheitsprinzip erklärt werden, das begrenzt, wie viele Informationen über ein Teilchen bekannt sein können. Ein Teilchen kann Energie aus dem System „ausleihen“, in dem es wirkt, verwenden Sie es, um die Barriere zu durchlaufen und es dann erneut zu verlieren.

Quantentunneling ist an vielen physikalischen Prozessen beteiligt, wie z. B. radioaktiver Zerfall und der nuklearen Fusion, die in der Sonne stattfindet. Es wird auch in bestimmten elektrischen Komponenten verwendet, und es wurde sogar gezeigt, dass es in Enzymen in biologischen Systemen auftritt. Beispielsweise umfasst die Enzym -Glucoseoxidase, die die Reaktion von Glucose in Wasserstoffperoxid katalysiert, das Quantentunneln eines gesamten Sauerstoffatoms. Das Quantentunneln ist auch ein wichtiges Merkmal des Scan -Tunneling -Mikroskops, der ersten Maschine, die die Bildgebung und Manipulation einzelner Atome ermöglicht. Es funktioniert, indem es die Spannung in einer sehr feinen Spitze misst, was sich aufgrund des Effekts des Elektronen -Tunnelns durch das Vakuum (bekannt als „verbotene Zone“) misst, die sich zwischen ihnen an einer Oberfläche nähern. Dies gibt dem Gerät die Empfindlichkeit, die erforderlich ist, um extrem hochauflösende Bilder zu machen. Es ermöglicht das Gerät auch, Atome zu bewegen, indem er absichtlich einen Strom durch die leitende Spitze legt.

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Kosmische Saiten

Shorty nach dem Urknall war das Universum in einem stark gestörten und chaotischen Zustand. Dies bedeutet, dass kleine Veränderungen und Mängel die Gesamtstruktur des Universums nicht verändert haben. Als sich das Universum jedoch ausdehnte, abgekühlt und von einem ungeordneten Zustand zu einem ordnungsgemäßen Zustand wechselte, erreichte es einen Punkt, an dem sehr kleine Schwankungen sehr große Veränderungen verursachten.

Dies ähnelt dem Anordnen von Fliesen gleichmäßig auf einem Boden. Wenn eine Fliese ungleichmäßig platziert wird, bedeutet dies, dass die nachfolgenden Fliesen seines Musters folgen. Daher haben Sie eine ganze Reihe von Fliesen fehl am Platz. Dies ähnelt den als kosmischen Saiten bezeichneten Objekten, die extrem dünn und extrem lange Defekte in Form der Raumzeit sind. Diese kosmischen Saiten werden von den meisten Modellen des Universums vorhergesagt, beispielsweise die String -Theorie, in der zwei Arten von „Saiten“ nicht miteinander verbunden sind. Wenn sie existieren, wäre jede Schnur so dünn wie ein Proton, aber unglaublich dicht. Somit kann eine kosmische Schnur, die eine Meile lang ist, so viel wiegen wie die Erde. Es würde jedoch keine Schwerkraft haben und der einzige Effekt, den es auf die Materie hat, die es umgibt, wäre die Art und Weise, wie es die Form und Form der Raumzeit verändert. Daher ist eine kosmische Saite im Wesentlichen nur eine „Falte“ in Form der Raumzeit.

Kosmische Saiten werden als unglaublich lang angesehen, bis in die Größen der Größen von Tausenden von Galaxien. Tatsächlich haben jüngste Beobachtungen und Simulationen darauf hingewiesen, dass ein Netzwerk kosmischer Strings über das gesamte Universum erstreckt. Dies wurde einst als das angenommen, was Galaxien in Supercluster -Komplexen bildeten, obwohl diese Idee seitdem aufgegeben wurde. Supercluster-Komplexe bestehen aus verbundenen „Filamenten“ von Galaxien bis zu einer Milliarde Lichtjahre in Länge. Aufgrund der einzigartigen Auswirkungen kosmischer Saiten auf die Raumzeit, wenn Sie zwei Saiten nahe beieinander bringen, wurde gezeigt, dass sie möglicherweise für Zeitreisen verwendet werden können, wie bei den meisten Dingen auf dieser Liste. Kosmische Saiten würden auch unglaubliche Gravitationswellen erzeugen, stärker als jede andere bekannte Quelle. Diese Wellen sind das, wonach diese aktuellen und geplanten Gravitationswellendetektoren suchen sollen.

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Antimaterie -Retrokausalität

Antimaterie ist das Gegenteil von Materie. Es hat die gleiche Masse, aber mit einer gegnerischen elektrischen Ladung. Eine Theorie darüber, warum Antimatter existiert. Zum Beispiel sollten die Umlaufbahnen unseres Sonnensystems, wenn sie rückwärts gespielt werden, immer noch die gleichen Regeln wie beim Vorwärts gespielt werden. Dies führte zu der Idee, dass Antimaterie nur gewöhnliche Angelegenheiten mit der Zeit zurückliegen, was erklären sollte, warum Antipartikel eine entgegengesetzte Ladung haben, da ein Elektron in der Zeit rechtzeitig abgeschafft wird, dann wird dies rechtzeitig nach Anziehung. Dies erklärt auch, warum Materie und Antimaterie vernichten. Dies ist kein Umstand von zwei Partikeln, die gegenseitig einstürzen und sie zerstören. Es ist das gleiche Teilchen, das plötzlich anhält und in die Zeit zurückgeht. In einem Vakuum, in dem ein Paar virtueller Partikel produziert und dann vernichtet werden, ist dies eigentlich nur ein Partikel, das in einer endlosen Schleife rechtzeitig, dann nach hinten, dann vorwärts und so auf.

Während die Genauigkeit dieser Theorie immer noch zur Debatte steht und Antimaterie als Materie in der Zeit, die in der Zeit rückwärts gehen. Als es zum ersten Mal theoretisiert wurde, sagte John Wheeler, dass es vielleicht die Frage beantwortete, warum alle Elektronen im Universum identische Eigenschaften haben, eine Frage, die so offensichtlich ist, dass sie im Allgemeinen ignoriert wird. Er schlug vor, dass es nur ein Elektron war, das ständig im ganzen Universum vom Urknall bis zum Ende der Zeit und zurück fuhr und eine unzählige Häufigkeit fortsetzte. Auch wenn diese Idee nach rückwärts gerichteter Zeitreisen beinhaltet, kann sie nicht verwendet werden, um Informationen in die Zeit zu senden, da die Mathematik des Modells es einfach nicht zulässt. Sie können ein Stück Antimaterie nicht bewegen, um die Vergangenheit zu beeinflussen, da Sie bei der Verschiebung nur die Vergangenheit des Antimaterie selbst beeinflussen, dh Ihre Zukunft.

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Gödels unvollständige Theoreme

Es ist nicht ausschließlich Wissenschaft, sondern eine sehr interessante Reihe mathematischer Theoreme über Logik und die Philosophie, die definitiv für die Wissenschaft als Ganzes relevant ist. Diese Theorien im Jahr 1931 von Kurt Gödel bewiesen, dass es bei jedem Satz logischer Regeln, mit Ausnahme der einfachsten, immer Aussagen geben wird, die aufgrund der unvermeidlichen selbstreferenziellen Natur nicht nachgewiesen oder widerlegt werden können von logischen Systemen, die noch aus der Ferne kompliziert sind. Dies wird angenommen, dass es kein großes mathematisches System gibt, das alle Aussagen beweisen oder widerlegt. Eine unentscheidbare Aussage kann als mathematische Form einer Aussage wie „Ich lüge immer an.Da die Aussage auf die Sprache bezieht, die verwendet wird, um sie zu beschreiben, kann nicht bekannt sein, ob die Aussage wahr ist oder nicht. Eine unentscheidbare Aussage muss jedoch nicht explizit selbst referentiell sein, um nicht entschlossen zu sein. Die wichtigste Schlussfolgerung von Gödels Unvollständigkeitsmenschen besteht darin, dass alle logischen Systeme Aussagen haben, die nicht nachgewiesen oder widerlegt werden können. Daher müssen alle logischen Systeme „unvollständig sein.”

Die philosophischen Implikationen dieser Theoreme sind weit verbreitet. Das Set legt nahe, dass in der Physik eine „Theorie von allem“ möglicherweise unmöglich sein kann, da keine Reihe von Regeln jedes mögliche Ereignis oder Ergebnis erklären können. Es zeigt auch, dass „Proof“ logischerweise ein schwächeres Konzept ist als „wahr“. Ein solches Konzept ist für Wissenschaftler beunruhigend, weil es bedeutet, dass es immer Dinge geben wird, die trotz wahrer Wahrung nicht wahr sind. Da diese Satzung auch für Computer gilt, bedeutet dies auch, dass unsere eigenen Köpfe unvollständig sind und dass es einige Ideen gibt, die wir nie wissen können, einschließlich der Frage, ob unsere eigenen Gedanken konsistent sind (ich.e. Unsere Argumentation enthält keine falschen Widersprüche). Dies liegt daran. Da dasselbe Gesetz besagt, dass jedes System, das seine Konsistenz für sich selbst beweisen muss.