بدأ الإنسان في استكشاف الفضاء قبل أن يدخل مداره - من خلال تأليف قصص الخيال العلمي بـ 400 قصة أخرى
- هل صحيح أن الشمس صغيرة بالمقاييس النجمية؟
ليس بالتأكيد بهذه الطريقة.هناك نجوم حمراء عملاقة أكبر بألف مرة من الشمس - على سبيل المثال ، UY Shield و AH Scorpio و W Cepheus. لكن هناك أمثلة أخرى كذلك. على سبيل المثال ، النجم 2MASS J0523-1403 ، الذي تم اكتشافه في عام 2003 ، هو حجم كوكب المشتري (لكنه أكبر بمقدار 70 مرة). كتلته 15 مرة أقل من الشمس - وهذا هو الحد الأقصى للنجوم ، والتي تحتها ببساطة لا تشتعل التفاعلات النووية.
- كيف تتحول النجوم إلى ثقوب سوداء؟
هذا المصير ينتظر نجومًا كتلتها أكبر من 8-10شمسي. من انهيار الجاذبية (أي "الانهيار على نفسها") يتم الاحتفاظ بها بواسطة طاقة التفاعلات النووية. لكن عاجلاً أم آجلاً ، ينفد الوقود: تحرق هذه النجوم الهيدروجين أولاً ، ثم الهيليوم ، ثم الكربون - وهكذا حتى يتحول اللب إلى حديد. عند هذا تتوقف التفاعلات النووية فيه ، ويبدأ الضغط تحت تأثير الجاذبية. بمجرد أن تصل كتلة اللب الحديدي إلى ما يسمى بحد شاندراسيخار (حوالي كتلة شمسية ونصف) ، لا شيء يمكن أن يقاوم انهيار نجم في ثقب أسود.
- ما هو العملاق الغازي - هل هذا يعني أن الكوكب ليس له أساس متين ولا يمكن الهبوط عليه؟
نحن نتحدث عن كواكب كبيرة جدًا ، تتكون منفي الغالب الهيدروجين والهيليوم. يوجد اثنان منهم في نظامنا الشمسي: كوكب المشتري وزحل. ما إذا كان لديهم سطح صلب هو سؤال مثير للاهتمام للغاية يحاول العلماء الإجابة عليه باستخدام مركبة الفضاء جونو. إنه حاليًا في مدار حول كوكب المشتري.
عند الغوص إلى كوكب المشتري، سيتعين عليك أولا المرورالطبقة الخارجية من السحب الباردة الكثيفة المكونة من الأمونيا والماء. كلما انخفض الراصد، زاد الضغط ودرجة الحرارة في الغلاف الجوي. وفي مرحلة ما، سوف يتكثف الهيدروجين إلى الحالة السائلة ويشكل محيطًا ضخمًا. وحتى أعمق، يبدأ الهيدروجين تحت ضغط هائل في التصرف مثل المعدن السائل.
تشير بيانات جونو إلى أن جوهر الكوكب ليس له حدود واضحة ، ويبدو أنه قد تلاشى. ربما حدث هذا لأن العملاق اصطدم منذ بلايين السنين بكوكب آخر.
اصطدام كوكب المشتري الأولي بكوكب آخر.أ) قبل الاصطدام - نواة صلبة مرئية. ب) وقت الاصطدام ، ج) عشر ساعات بعد الاصطدام. بسبب الاصطدام والمزيد من الخلط ، تحول قلب المشتري إلى أن يكون ممتدًا و "مخففًا". الشكل مقتبس من Liu et al. (2019)
- هل من الممكن المرور عبر الثقب الأسود إلى بعد آخر؟
نحن لا نعلم.تفترض معادلات أينشتاين أن الثقب الأسود يتوافق مع ثقب أبيض معكوس ، والذي يمكن أن يؤدي إلى كون موازٍ (جسر روزن-أينشتاين). ولكن للوصول إلى هناك ، عليك التحرك بسرعة تفوق سرعة الضوء. يمكن أن تظهر الثقوب البيضاء نفسها في كوننا على شكل ومضات من الإشعاع الساطع في نطاق جاما - وهم يريدون العثور عليها من تلسكوب فيرمي لأشعة غاما الفضائية. اقترح الفيزيائي النظري لي سمولين أن الثقوب البيضاء هي الانفجار العظيم للأكوان الأخرى.
مخطط بنروز. يوجد أعلاه ثقب أسود وأسفله ثقب أبيض. وعلى الجانبين عالمان: عالمنا وعالم موازٍ
واقترح الفيزيائيان أوليج لونين وسمير ماثورحل الثقب الأسود ، بناءً على نظرية الأوتار الفائقة. في نظرية الأوتار الفائقة ، جميع الجسيمات المعروفة هي اهتزازات لأوتار الطاقة في فضاءات متعددة الأبعاد. في الثقب الأسود ، تتشابك هذه الأوتار والفراغات ، وتشكل بنية واحدة ، تشبه كرة الصوف التي يبصقها "قطة متعددة الأبعاد" من الفضاء الفائق.
على اليمين يوجد ثقب أسود "عادي" ذو تفرد وأفق الحدث ، على اليسار - ثقب أسود تم الحصول عليه من نظرية الأوتار ، بدون أفق حدث وبدون تفرد (كرة زغب - كرة صوفية). فن لأولينا شمهالو / مجلة كوانتا
- كيف اكتشف القدماء المجرات إذا لم يكن لديهم تلسكوبات حديثة؟
العين أداة حساسة.يمكننا أن ندرك مصادر في السماء تصل إلى الحجم السادس. بالمناسبة ، قدم هذا المقياس عالم الفلك الروماني كلاديوس بطليموس. في كتالوجه ، يشير الحجم الأول إلى ألمع النجوم ، والسادس يشير إلى الأغمق. لذلك ، نرى سديم أندروميدا ، الذي تبلغ قوته 3.44 ، بدون تلسكوب. بالمناسبة ، تم وصف هذه المجرة لأول مرة من قبل عالم الفلك والرياضيات الفارسي عبد الرحمن الصوفي منذ حوالي ألف عام. اكتشف أيضًا سحابة ماجلان الكبيرة.
- لماذا يقولون أن الزمن هو البعد الرابع؟ كم عدد الأبعاد المفتوحة؟
وحتى القرن العشرين، كان العلماء يعتقدون ذلك الوقتالعمليات الفضائية والفيزيائية مستقلة عن بعضها البعض. لكن في عام 1905، ابتكر ألبرت أينشتاين النظرية النسبية الخاصة، والتي بموجبها يمكن للزمان والمكان أن يتمددا وينكمشا. وبعد ذلك بقليل، قام معلمه هيرمان مينكوفسكي بربط المكان والزمان في سلسلة متصلة من الزمكان رباعية الأبعاد.
بناءً على هذه الأفكار ، طور أينشتاين جنرالًانظرية النسبية. كتب معادلة تصف كيف يمكن للكتلة والطاقة أن تؤثر على الزمكان ، وثنيها ، وكيف تتغير حركة المادة في ظل هذه الظروف. اتضح أن المكان والزمان مشاركان في العمليات الفيزيائية ، وليسا مرحلة بالنسبة لهم. لهذا السبب يعتقد العلماء أن الوقت هو البعد الرابع.
أما بالنسبة للأبعاد الإضافية ، النظريةتسمح الأوتار بوجودها على المستوى الجزئي ، والفكرة المرتبطة بعلم الكونيات على الغشاء (مشتقة من كلمة "غشاء") - على العكس من ذلك ، على نطاق واسع جدًا. يتم البحث عن أبعاد إضافية صغيرة في مصادم الهادرون الكبير ، والأبعاد الكبيرة - في الفضاء ، باستخدام هوائيات الجاذبية LIGO و VIRGO وتلسكوب أشعة غاما الفضائي Fermi-LAT. حتى الآن دون جدوى.
- هل صحيح أن الساعة على قمة جبل مرتفع تسير بشكل مختلف عن تلك الموجودة على سطح الأرض؟
يحدث التأخير الزمني في حالتين:عندما يتحرك جسم ما بسرعة عالية بالنسبة إلى مراقب خارجي ؛ بالقرب من مصدر الجاذبية (كوكب هائل ، ثقب أسود). مثال على ساعة من الفئة الثانية. يقع الجبل على سطح الأرض ، الذي له جاذبية ، والوقت على قمة الجبل سوف يتدفق بشكل أسرع بالنسبة لمراقب عند مستوى سطح البحر. صحيح أن هذا التأثير ضئيل جدًا: 83 نانوثانية يوميًا في تجربة إيفرست.
لكن الأقمار الصناعية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) تطير على ارتفاع حوالي 20 ألف متر.كم. هناك ، يكون تسارع الجاذبية للوقت أكثر أهمية. يتدفق الوقت بمعدل 40 ميكروثانية في اليوم أسرع منه على سطح الكوكب ، وهذا يجب أن يؤخذ في الاعتبار. بهذا المعنى ، تعتبر الأقمار الصناعية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بمثابة مختبر ممتاز لاختبار آثار نظرية النسبية.
- كيف يمكن تقوس الزمان والمكان؟
نحن نعلم أن الزمان والمكان تشوهلكن كيف يفعلون ذلك سؤال صعب. للإجابة عليه ، نحتاج إلى النظر في تأثير الجاذبية على المستوى الكمي ، لكن لا توجد نظرية عالمية لهذا حتى الآن.
هناك طرق منفصلة مثل نظرية الأوتارأو حلقة الجاذبية الكمومية. يمثل الأخير الفضاء ليس بشكل مستمر، ولكن يتكون من حلقات مغلقة من مجال الجاذبية. على المقاييس الكبيرة تبدو مثل الفضاء المعتاد في النسبية العامة، وعلى المقاييس الصغيرة تبدو وكأنها تتكون من بكسلات. الكتلة والطاقة الموضوعة في مثل هذا الفضاء الحلقي تؤثر عليه وبالتالي تشوهه.
- هل صحيح أن الفراغ ليس فارغًا بالفعل ، وأن الجسيمات نفسها تنشأ فيه؟
حسب نظرية المجال ومبدأ اللايقينHeisenberg ، لفترات زمنية قصيرة جدًا ، يمكن أن يكون الفراغ في مثل هذه الحالة من الطاقة حيث يكون قادرًا على توليد جسيمات مقترنة. يطلق عليهم العلماء اسم افتراضي. إنها تختلف إلى حد ما عن العادية ، لكنها في نفس الوقت تخضع لقوانين حفظ الكم.
لا يمكننا مراقبة الجسيمات الافتراضية ، هميولدون في أزواج ويهلكون بسرعة دون التأثير علينا بأي شكل من الأشكال. ومع ذلك ، يمكن أن يختل هذا التوازن في بعض الحالات ، على سبيل المثال ، في وجود مجال جاذبية قوي ، كما هو الحال في الثقب الأسود. أظهر ستيفن هوكينج أن الثقوب السوداء لا يمكنها امتصاص الجسيمات فحسب ، بل تنبعث منها أيضًا (معظمها من الفوتونات) ، وبالتالي تتبخر. قبل ذلك ، كان يُعتقد أنه لا شيء ، ولا حتى الضوء ، يمكنه "الهروب" من الثقب الأسود.
- ما هو الانفجار العظيم؟ لماذا حصل هذا؟
هذا هو النموذج النظري الذي يصفظهور الكون الحديث من حالة كثيفة وحارة جدًا. في البيكو ثانية (جزء من تريليون من الثانية) ، ظهرت فيه تفاعلات أساسية: الجاذبية أولاً ، ثم الكهرومغناطيسية ، ضعيفة وقوية. بعد ذلك ، عند درجات حرارة عالية جدًا ، بدأت ولادة أزواج الجسيمات المضادة للجسيمات ، وبعد ذلك تم القضاء عليها ، وناتجها عبارة عن فوتون (ضوء).
لحسن الحظ ، نشأ عدم تناسق:بالنسبة لمليار زوج من البروتون والبروتون المضاد ، تبين أن بروتون واحد "إضافي". كل النجوم والمجرات والكواكب وأنفسنا مكونون من جزء المليار. خلال مئات الآلاف من السنين التالية ، كان الضوء والمادة "متشابكين" وكان الكون معتمًا للغاية. بعد حوالي 400000 عام من الانفجار العظيم ، بردت الذرات وبدأت في التكون. لم تكن هناك إلكترونات حرة متبقية ، وأصبح الكون شفافًا للضوء. كان هناك انفجار قوي للإشعاع ، والذي نلاحظه الآن كإشعاع بقايا (الخلفية الكونية الميكروية الميكروية).
لماذا بدأ الكون في التوسع من حالة مضغوطة للغاية ، لا نعرف (وكذلك ما كان قبل الانفجار العظيم). ربما كان السبب هو التقلبات الكمومية للفراغ.
- لماذا لا تستطيع سفن الفضاء الطيران بسرعة الضوء؟
من النظرية النسبية الخاصة ما يلي:لتسريع جسم هائل إلى سرعة الضوء ، تحتاج إلى إنفاق كمية لا حصر لها من الطاقة. وهو بالطبع مستحيل. فقط الجسيمات عديمة الكتلة ، مثل الفوتون ، يمكنها التحرك بسرعة الضوء.
في عام 1994 ، الفيزيائي المكسيكي ميغيل ألكوبييراقترح فكرة محرك الاعوجاج (كما في سلسلة عبادة الخيال العلمي ستار تريك). بدلاً من السفر في FTL ، يجب أن تضغط المركبة الفضائية الزمكان أمامها وتوسعها خلفها ، بينما لا تزال في فقاعة من الزمكان المسطح. صحيح ، كان هناك العديد من القضايا العالقة. لإنشاء مثل هذه الفقاعة ، هناك حاجة إلى مادة غريبة ذات كتلة سالبة. الخبر السار هو أن ورقة بحثية حديثة قد وجدت حلولًا لفقاعات الالتواء فائقة اللمعان بكثافة طاقة موجبة. لكن المشكلة تبقى كيفية تشتيت الفقاعة نفسها على الأقل بسرعة الضوء ومكان الحصول على الكثير من الطاقة دون إنشاء ثقب أسود.
عرض ثنائي الأبعاد لمحرك Alcubierre
- ما هو الجوهر الأكثر في الكون؟
وفقا لأحدث البيانات التي حصل عليها الفضاءمرصد بلانك ، كوننا يتكون من 5٪ فقط من المواد العادية ، أو كما يقول العلماء ، المادة الباريونية ، أي النجوم ، والمجرات ، والغاز ، وأنت.
الجزء الأكثر أهمية - 26٪ - هوالمادة المظلمة. تم اكتشافه من خلال دراسة دوران المجرات وعناقيدها. لم تكن الكتلة والجاذبية كافيتين لتفسير "سلوكهم". لذلك ، كان من الضروري إدخال مفهوم المادة المظلمة ، التي تتجلى فقط من خلال الجاذبية ولا تتفاعل بطريقة أخرى مع المادة العادية. في الواقع ، لا يُعرف ما هي المادة المظلمة.
توجد على اليسار خريطة لإشعاع غاما بطاقة 1–3.16 GeV في مركز مجرتنا. النجوم النابضة المعروفة موقعة. إذا أزلنا جميع المصادر المعروفة لإشعاع غاما ، كما هو موضح على اليمين ، فسيكون هناك فائض من الإشعاع ، والذي يمكن تفسيره بإبادة المادة المظلمة
وأخيرا المادة الأكثر غموضا التيوتشكل الطاقة المظلمة 69% منها، والتي لا نعرف عنها شيئًا تقريبًا. يتجلى في المقام الأول من خلال توسع الكون. بالإضافة إلى ذلك، خلص العلماء إلى أن كثافة الكون قريبة من الحرجة. ومع ذلك، فإن المادة (العادية + المظلمة) تمثل 30% فقط من الكثافة الحرجة. أين الباقي؟ يمكن أن تكون هذه طاقة الفضاء أو الفراغ نفسه، أو قوة إضافية غير معروفة، والتي تسمى عادة الطاقة المظلمة.
- ما مدى احتمالية وجود كائنات ذكية أخرى في مجرتنا؟
هناك مؤشرات كثيرة على أن مجرتنايجب أن تمتلئ بالحياة. أولاً ، وفقًا لتلسكوب كبلر الفضائي ، هناك حوالي 40 مليار من الكواكب الشبيهة بالأرض تدور حول نجوم شبيهة بالشمس أو أقزام حمراء ، وهي أيضًا في المنطقة الصالحة للسكن (ظروف مواتية لأصل الحياة).
ثانيا، نشأت الحياة على كوكبنامباشرة بعد تكوين الأرض وظل موجودًا منذ 4 مليارات سنة. أما بالنسبة للكائنات الذكية، فالأمر أكثر تعقيدًا إلى حد ما. على المستوى المجري، يوجد الإنسان لفترة قصيرة جدًا.
قام بتجميع عالم الفلك الأمريكي فرانك دريكمعادلة لتقدير عدد الحضارات المتقدمة في مجرتنا ، ولكن بها العديد من المجهول. لذلك ، يختلف الحل لها اختلافًا كبيرًا - من 20 قطعة إلى 50 مليونًا! هذا الأخير غير محتمل ، لأن هناك أيضًا مفارقة فيرمي ، والتي تبدو حرفياً على هذا النحو: لماذا لا نلاحظ آثار الحضارات المتقدمة - الأقمار الصناعية ، وإشارات الراديو المختلفة ، وما إلى ذلك؟ ربما لا تزال الظروف على كوكبنا وفي النظام الشمسي فريدة من نوعها (على سبيل المثال ، لدينا كوكب المشتري الضخم ، الذي يحمي الأرض من النيازك الكبيرة والكويكبات بمجال الجاذبية الخاص بها). هذا ، ربما ، الحياة ليست قاعدة للكون ، لكنها استثناء كبير.
- ماذا سيحدث للكون في نهاية وجوده؟
الآن السيناريو الأكثر احتمالا هوالكون المتوسع بسرعة. وفي غضون تريليون سنة تقريبًا، ستطير جميع المجرات بعيدًا إلى ما هو أبعد من الكون المرئي. وبعد 100 تريليون سنة، سينفجر النجم الأخير، وهو القزم الأحمر. وفي غضون 10 كوانتيليون سنة، ستنهار المجرات، وستبدأ بقاياها بالسقوط في الثقوب السوداء. ماذا سيحدث للحياة الذكية؟ هذه حقبة طويلة جدًا، وقد تجد حضارة متقدمة جدًا طريقة لاستخدام الثقوب السوداء كمصادر للطاقة.
عاجلاً أم آجلاً، حتى الثقوب السوداء سوف تتبخرحساب إشعاع هوكينج (حسب الافتراضات المختلفة، خلال 1040-10106 سنة). بالطبع، يمكن أن ينتهي كل شيء بشكل أسرع بكثير إذا زادت كثافة الطاقة المظلمة بمرور الوقت. في هذه الحالة، في مرحلة ما، على سبيل المثال، خلال 20 إلى 70 مليار سنة، سيكون معدل توسع الكون مرتفعًا جدًا لدرجة أن كل المادة سوف تنفجر على المستوى دون الذري. هذا السيناريو يسمى التمزق الكبير.
وإذا نظرت إلى أبعد من ذلك في المستقبل الذي لا يمكن تصوره ، فقد تؤدي التقلبات الكمية ذات يوم مرة أخرى إلى ولادة الكون.
قد تؤدي هذه الإجابات إلى أسئلة جديدة -استكشاف الفضاء لا نهاية له. يمكنك الخوض في الموضوع بمساعدة الدورة التفاعلية "Space Printing" من "Uchi.ru". إنه لمن يريد إتقان مهارة الكتابة باللمس وإنقاذ الكون من الروبوتات المعتدية على طول الطريق.
قراءة المزيد:
أظهرت أكبر شجرة عائلة للبشرية تاريخ جنسنا البشري
وقود متطور صديق للبيئة يعتمد على ثاني أكسيد الكربون
سيتم دراسة الهرم الأكبر خوفو باستخدام الأشعة الكونية