Малые дети в дремучем лесу.

Довольно часто, особенно от людей верующих, можно слышать, что ученые не могут объяснить того или сего. Я даже читаль публикацию, где ученые критиковались за то, что не могут объяснить почему понедельник идет вслед за воскресением.

Вообще говоря, наука не отвечает на вопрос "почему", она отвечает на вопрос "как". Научная теория есть не объяснение, а описание.И эти описания отличаются удивительной точностью, проверяемостью, воспроизводимостью и предсказательной силой. В отличии от рассуждений о том, чего "нельзя объяснить".

Однако из сострадания я хочу подарить криткам науки еще пару вещей, которые ученые "не могут объяснить".

В принципе взрослым и уверенным в себе людям приятно думать, что они понимают окружающий мир. Это дает ощущение контроля над ним и увеличиает эту самую уверенность в себе.

Но Вселенная устроена весьма коварно. Она не обязана укладываться в человеческую логику. Всегда есть что то настолько пародоксальное и не понятное, что взрослые и уверенные в себе люди чувствуют себя как дети в дремучем лесу.

1. Нарушение симметрии времени.

Прежде всего следует пояснить, что такое симметрия времени. Это означает, что если в формулах, описывающих процессы окружающего мира поменять направление течения времени (т.е. заменить плюс на минус) они бы все равно описывали те же процессы. В отношении этой симметрии все процессы делятся на четные (такие, у которых при изменении направления течения времени не меняется вообще ничего) и нечетные (такие, у которых меняется знак, условно с плюса на минус). Проще всего представить это как пущенный в обратную сторону кинофильм.

Сушествуют еще 2 симметрии – симметрия заряда, ознающая, что античастицы обладают теми же свойствами, что и их нормальные аналоги и симметрия четности, означающая, что изменение знака физических координат тоже ничего не меняет. В сумме все три симметрии (это называется CPT-инвариантность) означают зеркальное отражение нашего мира, которое должно быть таким же точно, как и оригинал. Что бы вернуться в исходное состояние, нужно 2 отражения – сначала в зеркальное, потом обратно.

В январе 2014 года группа физиков из Массачусетского Технологического Института и Университета Рутгерса, работая с переохоажденным (-261) сплавом урана, рутения и кремния (URu2Si2), обнаружила, что его поведение при фазовом переходе в кристаллическое состояние нарушает это правило. Для того, что бы вернуть сплав в исходное состояние, нужно не 2, а 4 подобных отражения. Явление назвали «хаотическим порядком» и понятия не имеют, что с ним делать.

2. Нарушение закона тяготения.

В Солнечной системе чем лланета дальше от Солнца, тем медленнее она движется по орбите. Это прекрасно описывается Законом Тяготения Ньютона, из которого следует, что чем дальше от центра притяжения, тем сила притяжения слабее. Так что более быстрые объекты просто отрываются и улетают прочь.

Еще в 70х годах измерения скорости вращения галактик показали совершенно иную картину. Скорость движения звезд в галактиках оказалась практически независимой от удаленности от центра галактики.

Точнее, в относительно узкой области вокруг центра эта зависимость соблюдалась, но за ее пределами скорость движения звезд по своим оритам оставалась практиески постоянной не зависимо от удаленности. Уважение к Закону Всемирного Тяготения таково, что ради его спасения была придумана некая Темная Материя, нечто не имеющее ни вкуса, ни запаха, и вообще никак с прочей материей не взаимодействующее, кроме как посредством гравитации.

С тех пор вокруг этой вымышленной концепции создано масса теорий, включая даже классификацию Темной Материи на подвиды (так называемые Горячая, Теплая и Холодная Темные Материи). Одни частицы (в большинстве своем такие же гипотетические, как и сама Темная Материя) предлагаются в кандидаты на роль частицы Темной Материи, другие, наоборот, отвергаются (как, например, нейтрино). Астрономические наблюдения дали достаточно косвенных указаний на существование Темной Материи, так что с ней сейчас обходятся как с реальностью. Но пока никакие попытки ее прямого обнаружения результата не дали. Так что она пока остается скорее плодом фантазии.

3. Температура ниже абсолютного 0.

Теория очень проста – чем ниже температура, тем ниже скорость движения атомов вещества. Еще Лорд Кельвин посчитал, какова должна быть температура, что бы атомы остановились вовсе и назвал ее абсолютным нулем.

Впоследствии высянилось, что о полной остановке атомов не может быть и речи (это противоречит принципу неопределонности Гейзенберга) и что в районе абсолютного нуля с веществом происходят всякие странные вещи, находящие свое объяснение в рамках Квантовой Механики. Но сама величиеа абсолютного нуля сомнению не подвергалась.

И вот, сотрудникам Института Макса Планка удадось охладить группу атомов до температуры ниже абсолютного нуля. Сделано это было с помощью так называемой лазерной решетки. Луч лазера с помощью призм и зеркал манипулируется так, что создается реальная решетка из параллельных и перпендикулярный лучей. При этом «шаг» решетки (расстояние между лучами) равен атомному диаметру. Такая лазерная решетка способна удерживать в своих узлах отдельные атомы. Терерь, если подобрать частоту лазерного излучения, то она войдет в антирезонанс с колебаниями атомов и тем самым будет замедлять их движение. Или, говоря другими словами, охлаждать эти атомы.

Что бы объяснить это (и спасти понятие Абсолютного Нуля) пришлось пойти на разрыв связи энергии с энтропией. Это означает, что хотя температура (и тем самым энергия) частиц может оставаться постоянной, энтропию можно уменьшать и дальше, что соответсвует отрицательным величинам на абсолютной шкале температур. Поскольку согласно 3 закону термодинамики энтропия системы в целом уменьшаться не может, речь идет о том, что энтропию некоей группы атомов внутри системы можно передать другим атомам этой же системы. Тем самым большинство атомов системы будет иметь высокую энтропию, зато меньшинство очень низкую (в то время, как обычно бывает наоборот).

Опять же, что конкретно это означает, не понимают даже и авторы работы.