Не работает закон физики

10 Вещей, которые не поддаются законам физики

Нарушить законы физики невозможно, поскольку абсолютно всё в природе подчиняется этим законам. Не так ли? На самом деле, в мире существует много изобретений, различных вещей, которые нарушают законы физики и заставляют ученых биться в догадках. В сегодняшней статье, мы расскажем вам о десяти вещах, которые не поддаются законам физики.

Квадратные колеса

Треугольники, восьмиугольники, квадраты и шестиугольники практически ни что в качестве движителя, по сравнению с колесом, которое по праву считается одним из величайших изобретений человечества. Странно даже думать, что квадратные колеса могут принести машине хоть что-то кроме вреда, однако «Разрушители мифов» решили проверить, возможна ли плавная езда на автомобиле с четырьмя квадратными колесами. Они пришли к выводу, что если прикрепить 4 квадратных колеса к машине под одинаковым углом, то езда будет ужасной, и к тому же, оси автомобиля быстро сломаются. Но если подстроить колеса таким образом, чтобы угол между ними составлял 22,5 градуса, то колеса будут соприкасаться с землей более равномерно. Плюс, контакт колёс с землёй будет больше, из-за чего езда будет более плавной, причем чем быстрее будет ехать машина, тем более плавной будет поездка. Однако это работает только на ровных дорогах, поскольку машина с квадратными колесами, скорее всего не сможет заехать даже на небольшую горку.

Рука и расплавленный свинец

Расплавленный металл безусловно очень горячий, но температура расплавленного свинца не такая высокая как вы думали, всего триста двадцать семь с половиной градусов по цельсию. И все же глупо предполагать, что вагонов рука в эту горячую массу вы останетесь невредимыми. Ведь вы сразу же обожжетесь, не так ли? Если делать это не зная одного трюка, тогда вы обожжетесь, но если перед этим вы смочите пальцы водой, то быстрый контакт с расплавленным металлом не принесет никакого вреда, это называется «Эффект Лейденфроста». После контакта с горячей жидкостью, вода нанесенная на погружаемый в жидкость объект, очень быстро испарится и создаст защитный слой пара. Стоит отметить, что этот эффект длится очень недолго, всего около секунды, поэтому оставлять смоченную в воде руку в расплавленном свинце надолго, это однозначно плохая идея.

Изогнутая траектория полета пули

Во время второй мировой войны, для инновационного переоснащения вооружения, немецкие специалисты создали приспособления «Krummlauf» — изогнутый ствол для стрельбы из укрытия. Согласитесь, довольно нелепо полагать, что пуля скорость движения, которой составляет несколько сотен метров в секунду, может изменить траекторию своего полета в замкнутом изогнутом дуле. Наверное, вы скажете, что пуля просто пробьёт насквозь изогнутый ствол, но это не так.

Специалисты смогли разработать уникальный ствол, у его конца находились отверстия, через которые рассеивались турбулентные газы, и таким образом, пуля могла изменять траекторию. Немецкие солдаты могли стрелять из штурмовой винтовки STG-44 с изогнутой насадки на ствол, находясь за углом или укрытием, тем не менее точность стрельбы при этом заметно снижалась. А многие насадки на ствол и патроны разрывались, из-за большого давления газа внутри ствола, к тому же, таких насадок хватало примерно на 200 выстрелов.

На сегодняшний день имеются усовершенствованные версии таких винтовок, например, израильская штурмовая винтовка «Сornershop», с камерой в качестве прицела к изогнутому стволу.

Варп-двигатель

В наше время активно развиваются космические полеты различных зондов и беспилотных шатлов. Мы можем запускать космические аппараты не только для исследования солнечной системы, но и для изучения межзвездного пространства и далеких галактик. На повестке дня, также стоит вопрос освоения ближайших к нам планет, однако, чтобы долететь до них, даже на скорости света, потребуется около 80 лет. Не говоря уже о том, что на скорости обычных космических шаттлов, нам придется лететь несколько десятков тысяч лет. Чтобы решить эту проблему, нам необходимо нарушить законы физики, одним из способов осуществления этой задачи является создание варп-двигателя, который сжимает пространство, время перед шатлом и раздувает его позади шатла. Варп-двигатель не требует топлива, шатлы работающие от такого двигателя, будут искажать пространство, сокращая расстояние до нужного объекта, а во время космического полета шатл будет парить в своеобразном пузыре. Несмотря на безумность этой идеи, НАСА и китайское национальное космическое управление, уже провели успешные эксперименты, по созданию аппаратов, отражающих микроволны в пределах пространства вокруг себя, и не требующих, таким образом, топливо для работы.

Вечный двигатель

С давних пор, идея создания вечного двигателя, способного решить проблемы потери энергии в механических системах, интересовала множество изобретателей.

В 1618 году, англичанин Роберт Флад, изобрел водяной винт, устройство, которое могло молоть зерно постоянно вращаясь под действием насоса, который циркулировал воду во внутренней резервуар устройства и бесперерывно поддерживал источник энергии.

В другом устройстве под названием «Колесо Макинтоша» использовались магниты, которые постоянно вращали колесо. В современной версии, этого устройства используются неодимовые магниты, которые не теряют всего своего притяжения на протяжении многих лет, поддерживая таким образом беспрерывное вращение колеса. Однако эти устройства не вырабатывают энергию сами по себе, поскольку энергия не может быть создана из ничего, и не может исчезнуть без следа, согласно первому и второму закону термодинамики. Поэтому, они являются двигателями, работающими на протяжении очень долгого времени, но не вечными. Например, механизмы в водяном венте рано или поздно износится и устройство остановится, и то же самое случится с «Колесом Макинтоша», после потери магнитами силы притяжения.

Волчок «Тип-Топ»

Волчок — это одна из простейших детских игрушек на Земле, однако перевернутый китайский волчок «Тип-Топ» не так прост как кажется, поскольку он переворачивается с головки на ножку, в процессе вращения. Еще сложнее дела обстоят с «Тип-Топ», который разработал японские ученые Тадаши Такиеда, если этот волчок раскрутить в одном направлении, то в итоге он встанет на ножку, как и обычный китайский волчок, однако этого не произойдет если раскрутить его в другом направлении. Ученый не знает почему это происходит, но подозревает, что феномен связан с хиральностью, то есть асимметричностью правой и левой стороны «Тип-Топ».

Вождение на воде

Если бы машины и мотоциклы могли ездить по воде, то нам не пришлось бы строить мосты и переправы. Конечно, это невозможно, однако мы все же можем проехать несколько метров по воде на машине или мотоцикле, причем с мотоциклами это получается лучше.

При очень высокой скорости, вы можете проехать несколько десятков метров по воде на мотоцикле, и несколько метров на машине. Это происходит благодаря поверхностному натяжению воды, а также за счет того, что вода выталкивает автомобиль или мотоцикл, если они едут очень быстро и расчищают перед собой путь, разрезая воду.

Лодка с вентилятором на борту

В обычных парусных лодках, воздух дует в паруса, которые задают направление движения посредством этого воздуха, таким образом создается естественная тяга. Но как же создать тягу на лодке в штиль? Команда «Разрушителей мифов» решила проверить, как вентилятор сможет привести парусную лодку в движение.

Для создания тяги, ветер с вентилятора должен дуть в направлении парусов, а это значит, что вентилятор должен втягивать воздух позади лодки и себя, и направлять его в переднюю часть лодки, на паруса. Поскольку ветер втягивается сзади, это означает что лодка должна поплыть в обратном направлении, однако она все равно будет плыть вперед, что противоречит третьему закону ньютона. Это происходит потому, что вентилятор создает искусственную силу, которая приводит лодку в движение, даже несмотря на то, что часть ветра отталкивается от парусов назад к вентилятору.

Пылесос способный поднять машину

Однажды, команда «Разрушителей мифов» решила проверить насколько тяжелый объект способен поднять обычный пылесос, поэтому они провели эксперимент, по поднятию легковой машины с помощью пылесоса и присосок. Подъемная сила, растет линейно с площадью поперечного сечения крепления, с учетом создания должного уровня вакуума под креплениями. То есть, чем больше будет площадь засасывателя у пылесоса, тем больше будет сама сила засасывания.

Разрушители мифов прицепили 40 присосок по всему кузову автомобиля, и подсоединили к специальным насадкам на шланг пылесоса, в результате чего, сила засасывании пылесоса выросла в десятки раз, по сравнению с изначальной силой засасывания. В результате им удалось поднять машину в воздух на большую высоту. В теории, можно поднять автомобиль и с помощью соломинки, если, конечно, будет большая площадь крепления и плотный вакуум под креплением.

Космический лифт

Как известно, люди летают в космос на ракетах, не несмотря на их эффективность, они все равно требуют огромного количества ресурсов, даже для запуска новейших ракет «Space X», требуется около 4 миллионов тнт топлива. По этой причине, уже с давних времен люди задумывались о создании космического лифта, который был бы способен доставлять спутники и ресурсы в космос с поверхности Земли, через кабель, тянущейся через всю атмосферу.

Тем не менее высота такой структуры должна превышать сотни километров, и к тому же, сама структура должна подстраиваться под вращение Земли. Представители крупной японской строительной компании считают, что с помощью алмазных нанонитей, мы сможем построить космический лифт огромных размеров уже к 2050 году.

Ну а, в комментарии напишите, какой из фактов впечатлил вас больше всего? И если вам было интересно, то ставьте оценку этой статье и регистрируйтесь на сайте. Дальше будет ещё больше интересного.

Источник

11 величайших нерешенных проблем современной физики

В 1900 году британский физик лорд Кельвин объявил: «в физике больше нет ничего нового, все, что можно было открыть, уже открыто. То, что остается — это все более и более точное измерение старого». В течение трех десятилетий физика показала, что он серьезно ошибался: были открыты квантовая механика и теория относительности Эйнштейна, которые произвели революции в науке. Сегодня ни один физик не посмел бы утверждать, что мы знаем все о вселенной. Напротив, каждое новое открытие, кажется, открывает ящик Пандоры с еще более глубокими вопросами физики. В этой статье мы поговорим про те вопросы в физике, которые до сих пор остаются без ответа.

Темная материя и энергия

Как бы ученые не пытались объяснить нашу вселенную текущими законами физики, у них ничего не получается. Если учитывать только видимое вещество, то его гравитации не хватит, чтобы удерживать галактики от распада на части. И, дабы объяснить стабильность галактик во вселенной, была введена темная материя — гипотетическое вещество, которое не испускает электромагнитного излучения и взаимодействует с привычной материей только с помощью гравитации. Увы, хотя термину «темная материя» уже 90 лет, ее до сих пор не обнаружили, хотя и нашли потенциального претендента, возможно, полностью состоящего из нее.

Как это обычно бывает, темной материи не хватило, чтобы объяснить все несостыковки текущей физики и наблюдаемых явлений. Поэтому, чтобы объяснить расширение Вселенной с ускорением, была введена еще и темная энергия, являющейся космологической константой — иными словами, неизменной энергетической плотностью, равномерно распределенной по Вселенной. Причем, что самое любопытное, привычное нам вещество занимает по массе всего 4% Вселенной, когда темная материя — 22%, а темная энергия вообще 74%. Казалось бы, при таком распространении мы должны найти ее следы, но, увы, пока что этого не произошло.

Почему время идет только вперед?

Пожалуй, этот вопрос задавали себе многие — ведь так хотелось бы вернуться в прошлое и что-то исправить. Физики пытались объяснить эту «стрелу времени», направленную только вперед, энтропией: грубо говоря, мерой хаоса во вселенной. Все, что мы не делали, приводит к увеличению энтропии: это гласит второй закон термодинамики. Яйцо, будучи целым, имеет низкую энтропию. Разбив его на сковородку, вы ее увеличите. Но, казалось бы, в чем проблема собрать обратно желток и белок в скорлупу и склеить ее? Ведь тем самым можно будет уменьшить энтропию и как бы сделать для яйца «машину времени».

Увы, это не так — в итоге на «сборку» яйца снова вы потратите некоторое количество энергии, а, значит, снова увеличите общую энтропию Вселенной. Казалось бы, вот и ответ на вопрос: раз энтропия и время связаны, и энтропия может только увеличиваться, то время может идти только вперед. Но и тут хватает загвоздок: так, в будущем Вселенная достигнет равновесия и максимума энтропии — она будет полностью однородной и темной, без всяких звезд и галактик. Энтропия в ней навечно станет константой — значит, и время тоже? Ведь в таком мире без разницы, куда оно течет, в итоге все равно ничего не меняется!

С другой стороны, вспомним начало Вселенной из Большого Взрыва, когда энтропия была минимальной, и с тех пор постоянно растет. Возникает вопрос — почему это происходит именно так, а не наоборот? Увы — мы не знаем ответа на этот вопрос. Так что связь времени и энтропии, конечно, интересная, но все равно не отвечает нам на вопрос, почему время идет вперед и только вперед.

Есть ли параллельные вселенные?

Астрофизики предполагают, что на больших масштабах пространство-время плоское, а не искривленное, то есть оно бесконечно. Однако та область, которую мы видим и называем Вселенной, вполне себе конечна и простирается «всего» на 41 млрд световых лет. А, значит, все частицы нашей Вселенной могут комбинироваться хоть и крайне большим (10^10^122 степени), но все же конечным числом. А раз пространство-время бесконечно, то на нем будет бесконечной множество различных вселенных, и раз наша Вселенная конечна, то она будет иметь. бесконечное число своих копий. И бесконечное число копий, где вы позавтракали не йогуртом, а бутербродом с сыром. Но, конечно, это чисто математические выкладки, которые мы никак не можем проверить, так что этот вопрос так и остается вопросом.

Почему материи больше, чем антиматерии?

След первого обнаруженного позитрона в пузырьковой камере.

В привычном нам мире электрон заряжен отрицательно, а протон — положительно. А может ли быть наоборот? Вполне: последние 50 лет ученые создают антипротоны и позитроны (антиэлектроны), которые отличаются от своих «нормальных» братьев только зарядом и барионным числом (то есть позитрон заряжен положительно). При столкновении частицы с античастицей они аннигилируют, производят огромное количество энергии.

Но отсюда возникает вполне логичный вопрос: если материя и антиматерия максимально схожи, то после Большого Взрыва их должно было оказаться поровну. Разумеется, они бы аннигилировали полностью, и вселенная была бы пуста (ну, почти пуста — остались бы одни фотоны). А раз мы существуем, значит, материи в итоге было образовано больше, чем антиматерии. Почему? Никто не знает.

Как измерения разрушают квантовые волновые функции?

Микромир работает совсем не так, как привычная нам реальность. Частицы ведут себя не как шарики, а как волны. Каждая из частиц описывается так называемой волновой функцией — распределением вероятностей, которые говорят нам лишь о том, какими могут быть ее местоположение, скорость и другие свойства.

Фактически, частица имеет диапазон значений для каждого из свойств — но только до того момента, пока вы это свойство не станете измерять. Например, если вы захотите узнать местоположение частицы, то волновая функция коллапсирует, и вместо набора различных мест вы получите только одно, которое и образует привычную нам реальность. Этот парадокс, названный проблемой измерения, так и остается без решения.

Что происходит внутри черной дыры?

Куда исчезает информация внутри черной дыры? Если вы бросите в нее зонд, то вы не получите от него никаких данных, так как скорость убегания от черной дыры больше скорости света. Но черные дыры не вечны — существует излучение Хокинга, благодаря которому они медленно испаряются, и в итоге полностью исчезают. При этом само излучение зависит лишь от характеристик черной дыры (ее массы, скорости вращения и так далее), то есть, получается, данные о нашем зонде полностью теряются — без разницы, что вы кинете в черную дыру, зонд или камень с той же массой, на выходе излучение будет абсолютно одинаковое.

Но тут мы приходим к противоречию с квантовой физикой: она гласит, что квантовая информация не теряется и не копируется, и, если знать полную информацию о начальном состоянии любого объекта (например, зонда), то можно рассчитать и любое последующее. А «пережеванное» черной дырой вещество, получается, теряет всю свою информацию — парадокс, решение которого играет ключевую роль для построения законов квантовой гравитации, и пока что эта проблема остается без решения.

Что такое гравитация?

Почти все силы во вселенной определены различными частицами. Так, за электромагнетизм отвечают фотоны, за слабую ядерную силу — W- и Z-бозоны, за сильную ядерную силу — глюоны. Остается гравитация, и с ней есть одна проблема: гипотетическая частица, переносчик гравитации — гравитон — так и не была обнаружена. Теоретически, она не имеет массы и почти не взаимодействует с веществом, но на практике мы лишь получили ограничение сверху на ее массу благодаря гравитационным волнам от столкновения черных дыр, и это не ноль, хотя и очень близкая к нему цифра.

Пока мы не нашли гравитон, мы не можем работать с гравитацией так, как с другими фундаментальными взаимодействиями, которые по сути являются обменом частиц. Более того, некоторые физики даже предполагают, что гравитоны работают в дополнительных измерениях за пределами пространства-времени. В любом случае, ответа на вопрос у нас пока нет.

Мы живем в ложном вакууме?

Что мы подразумеваем под вакуумом? Отсутствие чего-либо в данной точке пространства. Ну хорошо, мы можем освободить от частиц небольшой объем (хотя сделать это в случае с нейтрино, которые практически не взаимодействуют с веществом, будет, мягко говоря, трудновато). Остаются еще различные излучения и поля — ладно, попробуем избавиться и от них. А вот это уже не получится — есть и темная энергия, и поле Хиггса, и различные квантовые флуктуации. То есть, получается, вакуум, который мы можем создать, все-таки имеет какую-то отличную от нуля энергию, поэтому он и называется ложным.

Отсюда возникает вполне логичный вопрос — раз наш вакуум ложный, то может где-то есть истинный, с нулевой энергией? Или хотя ты чуть менее ложный, где энергия вакуума чуть ниже? Вполне может быть, и отсюда приходит «белый пушной зверек».

Частицы имеют одно интересное свойство — возможность туннелировать сквозь вещество, не обращая на него внимание, в значение с другой энергией. Что произойдет, когда хотя бы одна частица переместится в значение с меньшей энергией вакуума, чем в окружающей нас вселенной? Правильно, она потянет за собой все другие, и, в конечном счете, всю вселенную. Чем это грозит нам? Да тем, что мы просто перестанем существовать: ведь все, что мы видим, и все, из чего мы состоим, подчиняется определенным законам физики с определенными константами. «Перескок» в область, где энергия ложного вакуума ниже, чем у нас, изменит и законы, и константы. Да, вселенная от этого существовать не перестанет, она просто изменится. Но вот не факт, что мы останемся жить.

Конечно, все написанное выше выглядит страшилкой на ночь — да, собственно, ей и является. По расчетам Хокинга, дабы хотя бы одна частица туннелировала в состояние с другим ложным вакуумом, требуется энергия порядка 100 миллионов ТэВ — это в 10 миллионов раз больше, чем может дать Большой Адронный Коллайдер. Такие значения энергий не встречаются даже в сверхмассивных звездах, так что можете быть спокойны — с крайне высокой вероятностью наша вселенная никуда не денется. Но все же может, если теория ложного вакуума верна.

Что лежит за пределами Стандартной модели?



Стандартная модель — одна из самых успешных физических теорий, которая проходит все проверки на протяжении вот уже больше 40 лет. Эта модель описывает поведение частиц вокруг нас и, например, объясняет, почему они имеют массу. К слову, открытие бозона Хиггса — частицы, которая дает материи массу — как раз является одним из тех экспериментов, в очередной раз подтвердивших Стандартную модель.

Но уже понятно, что вселенная устроена сложнее — взять, например, потерю квантовой информации в черной дыре. Поэтому становится очевидным, что нужно придумывать новые модели: например, существует Теория струн, которая говорит о том, что фундаментальные взаимодействия возникают в результате колебаний ультрамикроскопических струн с масштабами порядка 10 -35 метра. Это на пару десятков порядков меньше диаметра атомного ядра, и у нас нет абсолютно никаких инструментов для работы на таких масштабах, поэтому мы не можем проверить Теорию струн. Так что ответ на вопрос, что же лежит за пределами Стандартной модели, остается открытым.

Как звуковые волны излучают свет?


Синяя точка — не лазер и не ошибка камеры, это вспышка в пузырьке внутри воды.

Один из тех редких примеров загадок, которые можно наблюдать в лаборатории, но не получается объяснить. Сам эксперимент максимально прост: возьмите немного воды и направьте на нее звуковые волны — внутри нее образуются пузырьки, которые образуются из-за перепада давления от звуковых волн. Разумеется, эти пузырьки быстро схлопываются, однако в этот момент. они излучают свет в виде вспышек, длящихся триллионные доли секунды — явление, называемое сонолюминесценция.

Проблема тут в том, что неизвестен источник этого света. Ученые обнаружили, что внутри пузырьков на долю секунды температура достигает десятков тысяч градусов, откуда строятся абсолютно фантастические теории, начиная от крошечных реакций ядерного синтеза вплоть до электрического разряда. И хотя существует множество снимков этого процесса, до сих пор нет хорошего объяснения происходящего.

Есть ли порядок в водовороте хаоса?


Школьный пример — зная состояние воды в левой трубке, его можно вычислить для правой.

Отличным примером того, что даже в школьном курсе физики есть задачи тысячелетия, за решения которых предлагают миллион долларов, являются уравнения Навье-Стокса. По сути это система дифференциальных уравнений, которая описывает движение вязкой ньютоновской жидкости. Проблема в том, что нахождение общего решения в случае пространственного потока усложняется тем, что оно нелинейно и сильно зависит от начальных и граничных условий. И хотя в частных случаях решения есть (думаю, все в школе решали задачки по нахождению скорости потока воды в трубах разного диаметра), мы даже не знаем, есть ли оно в общем случае — а ведь это важно даже для таких, казалось бы, банальных вещей, как правильный прогноз погоды.

И это далеко не все проблемы, с которыми сталкивается современная физика, и чем больше мы в них углубляемся, тем больше понимаем, что все наши знания, накопленные за столетия и даже тысячелетия, или не верны, или крайне поверхностны. Но это не повод опускать руки — наоборот, это шанс узнать больше об окружающем нас мире и пустить эти знания нам же на благо.

Источник