Có rất nhiều ý tưởng thú vị trong vật lý, đặc biệt là vật lý hiện đại. Vật chất tồn tại như một trạng thái năng lượng, trong khi các làn sóng xác suất lan truyền khắp vũ trụ. Bản thân sự tồn tại có thể chỉ tồn tại như những dao động trên các chuỗi vi mô, xuyên chiều. Dưới đây là một số ý tưởng thú vị nhất trong số những ý tưởng này, trong vật lý hiện đại. Một số là lý thuyết đầy đủ, chẳng hạn như thuyết tương đối, nhưng những lý thuyết khác là các nguyên tắc (giả định mà lý thuyết được xây dựng) và một số là kết luận được đưa ra bởi các khung lý thuyết hiện có.
1. Lưỡng tính sóng-hạt
Vật chất và ánh sáng có tính chất đồng thời là sóng và hạt. Kết quả của cơ học lượng tử làm rõ ràng rằng sóng thể hiện tính chất giống hạt và hạt thể hiện tính chất sóng, tùy thuộc vào thí nghiệm cụ thể. Do đó, vật lý lượng tử có thể mô tả vật chất và năng lượng dựa trên các phương trình sóng liên quan đến xác suất tồn tại của một hạt tại một điểm nhất định tại một thời điểm nhất định.
2. Thuyết tương đối của Einstein
Thuyết tương đối của Einstein dựa trên nguyên tắc rằng các định luật vật lý là giống nhau đối với tất cả những người quan sát, bất kể vị trí của chúng ở đâu hay tốc độ chúng đang chuyển động hay gia tốc. Nguyên lý có vẻ phổ biến này dự đoán các hiệu ứng cục bộ dưới dạng thuyết tương đối hẹp và định nghĩa lực hấp dẫn là một hiện tượng hình học dưới dạng thuyết tương đối rộng.
3. Xác suất lượng tử & Vấn đề đo lường
Vật lý lượng tử được định nghĩa về mặt toán học bởi phương trình Schroedinger, mô tả xác suất một hạt được tìm thấy tại một điểm nhất định. Xác suất này là cơ bản của hệ thống, không chỉ đơn thuần là kết quả của sự thiếu kiến thức hoặc thông tin. Tuy nhiên, khi một phép đo được thực hiện, bạn sẽ có một kết quả xác định.
Vấn đề đo lường là lý thuyết không hoàn toàn giải thích được hành động đo lường thực sự gây ra sự thay đổi này như thế nào. Những nỗ lực để giải quyết vấn đề đã dẫn đến một số lý thuyết hấp dẫn.
4. Nguyên lý bất định Heisenberg
Nhà vật lý Werner Heisenberg đã phát triển Nguyên lý bất định Heisenberg, nói rằng khi đo trạng thái vật lý của một hệ lượng tử, có một giới hạn cơ bản đối với lượng chính xác có thể đạt được.
Ví dụ, bạn đo động lượng của một hạt càng chính xác thì phép đo vị trí của nó càng kém chính xác. Một lần nữa, theo cách giải thích của Heisenberg, đây không chỉ là một lỗi đo lường hoặc giới hạn công nghệ, mà là một giới hạn vật lý thực tế.
5. Rối lượng tử & Bất định vị
Trong lý thuyết lượng tử, một số hệ thống vật lý nhất định có thể trở nên “vướng víu”, nghĩa là trạng thái của chúng có liên quan trực tiếp đến trạng thái của một vật thể khác ở một nơi khác. Khi một đối tượng được đo và hàm sóng Schroedinger sụp thành một trạng thái duy nhất, đối tượng kia sẽ sụp về trạng thái tương ứng của nó … bất kể các đối tượng ở xa bao nhiêu (tức là bất định vị).
Einstein, người đã gọi rối lượng tử này là “hành động ma quái ở khoảng cách xa”, đã chiếu sáng khái niệm này bằng Nghịch lý EPR của ông.
6. Lý thuyết trường thống nhất
Lý thuyết trường thống nhất là một loại lý thuyết cố gắng dung hòa vật lý lượng tử với lý thuyết tương đối rộng của Einstein.
Có một số lý thuyết cụ thể nằm dưới tiêu đề của lý thuyết trường thống nhất bao gồm Lực hấp dẫn lượng tử, Lý thuyết dây / Lý thuyết siêu dây / Lý thuyết M và Lực hấp dẫn lượng tử vòng (Quantum Gravity, String Theory / Superstring Theory / M-Theory, and Loop Quantum Gravity)
7. Vụ nổ lớn Big Bang
Khi Albert Einstein phát triển Thuyết Tương đối Tổng quát, nó đã tiên đoán về khả năng mở rộng của vũ trụ. Georges Lemaitre nghĩ rằng điều này cho thấy vũ trụ bắt đầu từ một điểm duy nhất. Cái tên “Big Bang” được đặt bởi Fred Hoyle khi chế nhạo lý thuyết này trong một buổi phát thanh.
Năm 1929, Edwin Hubble phát hiện ra dịch chuyển đỏ trong các thiên hà xa xôi, cho thấy rằng chúng đang lùi dần khỏi Trái đất. Bức xạ vi sóng nền vũ trụ, được phát hiện năm 1965, ủng hộ lý thuyết của Lemaitre.
8. Vật chất tối & Năng lượng tối
Trên các khoảng cách thiên văn, lực cơ bản quan trọng duy nhất của vật lý là lực hấp dẫn. Tuy nhiên, các nhà thiên văn học nhận thấy rằng các tính toán và quan sát của họ không hoàn toàn khớp với nhau.
Một dạng vật chất chưa được phát hiện, được gọi là vật chất tối, đã được lý thuyết để khắc phục điều này. Các bằng chứng gần đây ủng hộ vật chất tối.
Các nghiên cứu khác chỉ ra rằng có thể tồn tại một năng lượng tối.
Các ước tính hiện tại là vũ trụ có 70% là năng lượng tối, 25% là vật chất tối và chỉ 5% vũ trụ là vật chất hoặc năng lượng nhìn thấy được.
9. Ý thức lượng tử
Trong nỗ lực giải quyết vấn đề đo lường trong vật lý lượng tử, các nhà vật lý thường gặp vấn đề về ý thức. Mặc dù hầu hết các nhà vật lý cố gắng né tránh vấn đề, nhưng có vẻ như có mối liên hệ giữa sự lựa chọn có ý thức của thí nghiệm và kết quả của thí nghiệm.
Một số nhà vật lý, đáng chú ý nhất là Roger Penrose, tin rằng vật lý hiện tại không thể giải thích được ý thức và bản thân ý thức có mối liên hệ với lĩnh vực lượng tử kỳ lạ.
10. Nguyên lý vị nhân
Bằng chứng gần đây cho thấy rằng vũ trụ chỉ khác một chút, nó sẽ không tồn tại đủ lâu để bất kỳ sự sống nào phát triển. Tỷ lệ cược của một vũ trụ mà chúng ta có thể tồn tại là rất nhỏ, dựa trên cơ hội.
Nguyên lý vị nhân gây tranh cãi tuyên bố rằng vũ trụ chỉ có thể tồn tại sao cho sự sống dựa trên carbon có thể phát sinh.
Nguyên lý vị nhân, trong khi hấp dẫn, là một lý thuyết triết học hơn là một lý thuyết vật lý. Tuy nhiên, Nguyên lý vị nhân đặt ra một câu đố trí tuệ hấp dẫn.
