リチャード ファインマンが量子電気力学に関するディラックの教科書に出会ったとき、 彼 よくわかりませんでした。さらに、この本は、誰も解決するのに十分なほど熟達していない問題でいっぱいでした.しかし、彼がそれらを調査するように促したのは、本の最後の最後の段落でした。そこには「いくつかの新しいアイデアが必要です」と書かれており、ファインマンは出席する義務があると感じ、忠実に実行しました。彼の新しいアイデアは、QED の研究方法を変え、標準モデルの開発につながりました。
未解決の問題はまた、巨大な質量によって広がる時空構造の波紋である重力波を思い出させます。アインシュタインは、1916 年に彼の一般相対性理論でこれを予測しました。この理論は、太陽の周りを移動する間に太陽の存在による光の曲げによって成功裏に裏付けられましたが、重力波の発生の証拠は決して実現しませんでした。
重力波。 (写真提供:Charly W. Karl / Flickr)
この現象は、技術的な制約、またはそのような広範囲にわたる波紋を引き起こすのに十分な大きさの石がないため、単なる予測に追いやられました. 2 つの超大質量ブラック ホールの間の巨大な衝突の震えを感じた LIGO の発見に全世界が驚嘆するのは 100 年弱前のことでした。その衝撃は非常に壊滅的であり、重力波が天文学的なマイルを移動して天文台によって検出されました。
したがって、宇宙の謎のリストからそれを外すこともできます。しかし、私たちがまだ影に隠れているか、まったく手がかりがない多くの謎が残っています.以下で説明する理論は、物理学の問題だけでなく、生物学、数学、および宇宙の傘の下にあるすべてのものに関する問題でもあります.
暗黒物質と暗黒エネルギー
1990 年代頃、宇宙論者は、複数の銀河の集まりであるクラスターの質量が、それらの銀河を保持するのに十分な大きさではないことに気付きました。彼らは、これらの銀河の間に、目に見える物質以外に、失われた質量を説明する別の種類のエキゾチックな物質が存在すると仮定しました。この神秘的な物質は、光や目に見える物質との相互作用を拒否するため、検出を逃れます。 ダークマターと名付けられました
暗黒エネルギーにより、銀河は驚異的な速度で私たちから遠ざかります。
これだけでは不十分な場合、宇宙学者は、可視物質と暗黒物質の両方を合わせた質量がエネルギーの約 30% しか占めていないことも発見しました (可視物質はわずか 4% です!)。私たちの宇宙の平らな形が必要とする密度を生み出すために必要です。残りの70%はどこ？宇宙論者は、暗黒物質のようなこの神秘的な領域が認識を逃れるという仮説を立て、ダーク エネルギー と名付けました。 .暗黒エネルギーは、ハッブルが 1929 年に観測した宇宙の急速な膨張の原因である斥力であると考えられています。その後、暗黒エネルギーはアインシュタインの宇宙定数の具現化として特定されました。
今日に至るまで、暗黒物質やエネルギーが何で構成されているかを正確に把握している人はいません。暗黒物質は、まだ発見されていない新種の粒子が存在する可能性を示唆していますが、暗黒エネルギーに関する評価はまったくありません。これは 20 年近く私たちを困惑させてきましたが、今後もそうなり続けると思われます.
生命と意識の起源
今日の視点から見ると、生命の出現はほとんど不可能に思えます。ビッグバンは大量の亜原子粒子を大量に吐き出し、それらは徐々に合体して原子を形成し、それが合体して 10 億個の星を形成し、そのうちの 1 つの周りで残りのガスが合体して太陽系、私たちの惑星、そしてその後の生命を形成しました。
私たちは文字通りスターダストでできています。これは、アンドロメダ銀河の超大質量ブラック ホールを取り囲む若い青い星の円盤の写真です。 (写真提供:NASA / Wikipedia.org)
非常にありそうもない可能性のブロックが積み重なって形成された塔の不安定さは、Cosmicomics に掲載された短編小説によって完全に説明されています。 イタリアの作家イタロ・カルヴィーノが書いた風変わりな SF 物語のコレクション。 How much Shall We Betと呼ばれる物語 発音できない「Qfwfq」という名前のナレーターと、友人の「ディーン (k)uk」の 2 人の登場人物が登場します。
どうやら離れて生きているようだ 宇宙から、その中で何が展開するかについて一連の賭けをします。ナレーターは常に命題に賭けますが、ディーンは常にそれに反対します。賭けは非常によく知られています.最初の賭けはビッグバンに続いて原子の形成が起こるかどうかを尋ね、2番目の賭けはRNAと自己複製細胞の出現まで反応して基本的な要素などを形成するかどうかを尋ねます.
DNA (青)" width="1024" height="768" srcset="https://www.scienceabc.com/wp-content/uploads/2017/10/Culture-of-rat-brain-cells-stained-with-antibody-to-MAP2-green-Neurofilament-red-and -DNA-blue.jpg 1024w, https://www.scienceabc.com/wp-content/uploads/2017/10/Culture-of-rat-brain-cells-stained-with-antibody-to-MAP2-green- Neurofilament-red-and-DNA-blue-300x225.jpg 300w、https://www.scienceabc.com/wp-content/uploads/2017/10/Culture-of-rat-brain-cells-stained-with-antibody -to-MAP2-green-Neurofilament-red-and-DNA-blue-768x576.jpg 768w" size="(max-width:1024px) 100vw, 1024px"> 複雑に絡み合っている (写真提供:GerryShaw / Wikimedia Commons)
しかし、最も可能性が低いのは、インテリジェントの出現であると描写されています。 生活。私たちの知性の産物であると考えられている意識は、長い間、哲学者、心理学者、神経学者を困惑させてきました。最も説得力のある説明は、私たちの脳細胞のハイパーコネクティビティと複雑さのようです.しかし、ニューロンを通過する電気化学信号がどの時点で、たとえば赤色の主観的な感覚に変化するかを識別することは不可能のようです。
知的生命体の概念はまた、私たちにもう 1 つのミステリー、同時にミステリーを探求させます。それは、最も歓喜に満ちた、恐ろしいものの 1 つです。
フェルミのパラドックス
宇宙にいるのは私たちだけ?そうでない場合、他の人はどこにいますか？もちろん、知的生命体の出現は非常にまれな現象ですが、そこにある惑星系の過多を考えると、私たちは時々挨拶を期待する必要があります.
フェルミが同僚とランチタイムに口にした一言が、地球外生命体の所在を推測する最も重要な議論の 1 つになりました。フェルミは、あらゆる文明が銀河全体をテラフォーミングするのに十分な技術力を達成するには、1000 万年あれば十分であると予測しました。 1,000 万年が宇宙の時計の刻みに過ぎないとすれば、これらのコロニーは容易に検出できるほど密集して銀河に密集している必要があります。
セーガンのペール ブルー ドット (写真提供:NASA)
フェルミのパラドックスは、宇宙のいたるところにエイリアンが存在し、私たちがそれらを検出できなかったこと、または私たちが遠く離れた靴下の引き出しに隠されている宇宙の想像を絶するほど広々とした大邸宅の孤独な居住者であることを意味します. .
重力特異点
ブラック ホールの中身は誰にもわかりません。宇宙論者は、ブラック ホールの激しい引力は、体積がゼロで密度が無限の領域によって支えられていると予測しています。 無限のこの点 重力は特異点と呼ばれます。光でさえその力から逃れることはできません。
特異点は非常に悪名高い宇宙現象です。現在、それらの挙動を説明できる物理学の分野はありません。アインシュタインの一般相対性理論がこのような極小スケールで崩壊するだけでなく、そのような密度での素粒子物理学は、量子物理学の標準モデルの理解を超えています。それは、すべての物理法則が崩壊するポイントです。
ブラック ホールのアーティストによる表現。 (写真提供:AstroStar/Shutterstock)
ブラック ホールは、宇宙論者を 50 年間悩ませてきました。それらの不可解さは、私たちの物理学の理解が不完全であることを示しており、したがって統一する新しい理論を暗示しています。 物理学の両極端。アインシュタインは息を引き取るまでこの理論に取り組んでいたことが判明しました。彼のベッドの横にあるノートと壁に掛けられた黒板は落書きでいっぱいでしたが、彼は何の重要な突破口も達成できませんでした.
マルチバース理論
マルチバース理論は、宇宙の起源に関する有力な議論の 1 つです。それによると、私たちの宇宙は一連の雑然とした宇宙の泡の 1 つであり、それぞれが隣人の存在に気づいていません。宇宙のグリッドは多元宇宙として知られており、各バブルが発生した後、光速よりも速い速度で膨張しました。
多元宇宙理論によれば、私たちの宇宙は一連の雑然とした宇宙の泡の 1 つであり、それぞれが隣人の存在に気づいていません。 (写真提供:シルバー スプーン / ウィキメディア コモンズ)
この気まぐれな理論は、CMBR とインフレーション理論によって裏付けられています。前者はビッグバンの明白な証拠であり、後者は宇宙の均質性に対する説得力のある説明です。しかし、決定的な証拠はまだ明らかにされていません。この理論は本質的に、ビッグバンの前に存在した可能性のあるものを調査します。これは、前述のように、私たちがまだ完全に所有していない特異点の知識が必要であるため、現在答えることのできない質問です.
リーマン仮説
素数は常に、数学者や数論者に、少なくとも謎や神聖さの感覚を与えてきました。リーマン仮説は、識別できない素数の分布を扱う数学的問題です。仮説は、上記の現象とは異なり、ある意味で現実世界から切り離されています...非常に抽象的で非現実的です.
(写真提供:Wallpoper / Wikimedia Commons)
この問題をここで詳しく説明することはできません。まったく別の記事になるからです。 Nよりも小さい？」要約すると、それに伴う複雑さがわかりにくくなり、問題がそれほど大したことではないように見えます。ささいなことだと思うなら、運を試してみて、$1,000,000 の賞金を勝ち取りましょう。 リーマン予想は、ミレニアム賞問題として知られる 6 つの非常に難しい数学的問題の 1 つです。 .
バリオンの非対称性
バリオンの非対称性は、物理学で最も挑戦的で刺激的な問題の 1 つです。この非対称性とは、宇宙における物質と反物質の量の非対称性を指します。物理学者はよく、完全に反物質で構成された宇宙がどのように機能するかについて話しますが、なぜ私たちは物質しか目撃していないのでしょうか?
私たちは、物質と反物質が一緒になると壊滅的な消滅をもたらすことを知っています。実際、爆発物の組み合わせは、大量の反物質を抽出することができれば、非常に高速なロケット推進剤技術の有望な候補であると推測されています. 2 つの種が同じ割合で完全に絶滅するため、一方はその量が他方よりも多い場合にのみ生き残ります。
バリオンの非対称性は、物理学における最も挑戦的で刺激的な問題の 1 つです。
しかし、なぜ自然は反物質ではなく物質を支持したのでしょうか?そして、そもそもなぜ自然は偏見を持たなければならないのでしょうか?それは最初に両方の事柄を同量に工夫しなければなりません。もしそうなら、何がバランスを崩したのですか？私たちの理解を超えた未知の根本的な原因があるのでしょうか…それとも単なる運なのでしょうか?わかりません。
その他の興味深い未解決の問題には、量子もつれ、またはアインシュタインが「遠く離れた不気味な作用」と呼んだもの、宇宙におけるリチウムの不足、宇宙のエントロピーと流れの間の共役関係が含まれます。時間の。 いくつかの新しいアイデアを歓迎します.
