Човекът започва да изследва космоса, преди да влезе в орбита - чрез създаването на научнофантастични истории още 400
- Вярно ли е, че Слънцето е малко по звездни стандарти?
Не със сигурност по този начин.Има червени гигантски звезди, които са хиляди пъти по-големи от Слънцето – например UY Shield, AH Scorpio и W Cepheus. Но има и други примери. Например, звездата 2MASS J0523-1403, открита през 2003 г., е с размерите на Юпитер (но 70 пъти по-масивна). Масата му е 15 пъти по-малка от слънчевата - това е границата за звездите, под която ядрените реакции просто не се запалват.
- Как звездите се превръщат в черни дупки?
Тази съдба очаква звезди с маса по-голяма от 8–10слънчева. От гравитационен колапс (тоест „срив в себе си“) те се задържат от енергията на ядрените реакции. Но рано или късно горивото свършва: такива звезди първо изгарят водород, след това хелий, след това въглерод - и така нататък, докато ядрото се превърне в желязо. При това ядрените реакции в него спират и компресията започва под въздействието на гравитацията. След като масата на желязното ядро достигне така наречената граница на Чандрасекар (около една и половина слънчеви маси), нищо не може да устои на колапса на звезда в черна дупка.
- Какво е газов гигант - това означава ли, че планетата няма здрава основа и не може да бъде кацана?
Говорим за много големи планети, състоящи се впредимно водород и хелий. В нашата слънчева система има две от тях: Юпитер и Сатурн. Дали имат твърда повърхност е много интересен въпрос, на който учените се опитват да отговорят с помощта на космическия кораб Juno. В момента е в орбита около Юпитер.
Когато се гмуркате до Юпитер, първо трябва да преминете през неговъншният слой от студени, плътни облаци, съставен от амоняк и вода. Колкото по-надолу се спуска наблюдателят, толкова по-високи са налягането и температурата в атмосферата. В един момент водородът ще кондензира до течно състояние и ще образува огромен океан. Още по-дълбоко и водородът под огромно налягане започва да се държи като течен метал.
Данните на Juno предполагат, че ядрото на планетата няма ясни граници, изглежда е разтворено. Може би това се е случило, защото преди милиарди години гигантът се е сблъскал с друга планета.
Сблъсък на прото-Юпитер с друга планета.а) преди сблъсъка - вижда се твърдо ядро. б) времето на сблъсъка, в) десет часа след сблъсъка. Поради сблъсъка и по-нататъшното смесване, ядрото на Юпитер се оказа удължено и "разредено". Фигура, адаптирана от Liu et al. (2019)
- Възможно ли е да се премине през черна дупка в друго измерение?
Ние незнаем.Уравненията на Айнщайн предполагат, че черна дупка съответства на обратна бяла дупка, което може да доведе до паралелна вселена (мостът Розен-Айнщайн). Но за да стигнете до там, трябва да се движите със скорост, по-бърза от светлината. Самите бели дупки могат да се проявят в нашата Вселена под формата на ярки светкавици на радиация в гама-обхвата - и те искат да ги намерят от космическия гама-телескоп на Ферми. Теоретичният физик Лий Смолин предположи, че белите дупки са Големият взрив за други вселени.
Диаграма на Пенроуз. Отгоре е черна дупка, а отдолу е бяла дупка. А отстрани има две вселени: нашата и паралелна
И физиците Олег Лунин и Самир Матур предложихарешение за черна дупка, базирано на теорията на суперструните. В теорията на суперструните всички известни частици са вибрации на енергийни струни в многомерни пространства. В черна дупка тези струни и пространства са преплетени, образувайки единна структура, подобна на топка вълна, изплюта от „многоизмерна котка“ от хиперпространството.
Вдясно е "обикновена" черна дупка с сингулярност ихоризонт на събитията, вляво - черна дупка, получена от теорията на струните, без хоризонт на събитията и без сингулярност (fuzzball - вълнена топка). Изкуство от Олена Шмахало/Списание Quanta
- Как древните хора са откривали галактики, ако не са имали съвременни телескопи?
Окото е чувствителен инструмент.Можем да възприемаме източници в небето до шеста величина. Между другото, тази скала е въведена от римския астроном Кладий Птолемей. В неговия каталог първата величина обозначава най-ярките звезди, а шестата – най-тъмните. Следователно виждаме мъглявината Андромеда, която е с магнитуд 3,44, без телескоп. Между другото, тази галактика е описана за първи път от персийския астроном и математик Абдурахман ал-Суфи преди около хиляда години. Той също така открива Големия Магеланов облак.
- Защо казват, че времето е четвъртото измерение? Колко измерения са отворени?
До двадесети век учените вярваха, че това времепространството и физическите процеси са независими един от друг. Но през 1905 г. Алберт Айнщайн създава специалната теория на относителността, според която времето и пространството могат да се разтягат и свиват. Малко по-късно неговият учител Херман Минковски свързва пространството и времето в общ четириизмерен пространствено-времеви континуум.
Въз основа на тези идеи Айнщайн разработва общтеория на относителността. Той написа уравнение, описващо как масата и енергията могат да повлияят на пространството-времето, огъвайки го и как движението на материята се променя при тези условия. Оказа се, че пространството и времето са участници във физическите процеси, а не сцена за тях. Ето защо учените смятат, че времето е четвъртото измерение.
Що се отнася до допълнителните измерения, теориятаструните позволяват тяхното съществуване на микрониво, а свързаната с тях идея за космология на брана (произлиза от думата "мембрана") - напротив, на много голямо. Малки допълнителни размери се търсят при Големия адронен колайдер, големи – в космоса, с помощта на гравитационните антени LIGO и VIRGO и космическия гама-телескоп Fermi-LAT. Засега без резултат.
- Вярно ли е, че часовникът на върха на висока планина тече по различен начин, отколкото на повърхността на Земята?
Времето закъснение възниква в два случая:когато обект се движи с висока скорост спрямо външен наблюдател; близо до източника на гравитацията (масивна планета, черна дупка). Пример с часовник от втора категория. Планината е на повърхността на Земята, която има гравитация и времето на върха на планината ще тече по-бързо в сравнение с наблюдател на морското равнище. Вярно е, че този ефект е много малък: 83 наносекунди на ден в експеримента на Еверест.
Но GPS сателитите летят на височина от около 20 хиляди метра.км. Там гравитационното ускорение на времето е по-значително. Времето тече с 40 микросекунди на ден по-бързо, отколкото на повърхността на планетата и това трябва да се има предвид. В този смисъл GPS сателитите са отлична лаборатория за тестване на ефектите от теорията на относителността.
- Как времето и пространството могат да бъдат извити?
Знаем, че времето и пространството се изкривяватно как го правят е труден въпрос. За да отговорим на него, трябва да разгледаме действието на гравитацията на квантово ниво, но все още няма универсална теория за това.
Има отделни подходи като теория на струнитеили кръгова квантова гравитация. Последното представя пространството не като непрекъснато, а като състоящо се от затворени контури на гравитационното поле. В големи мащаби изглежда като обичайното пространство на общата теория на относителността, а в малки мащаби изглежда, че се състои от пиксели. Масата и енергията, поставени в такова примково пространство, го влияят и по този начин го изкривяват.
- Вярно ли е, че вакуумът всъщност не е празен и че в него възникват самите частици?
Според теорията на полето и принципа на неопределеносттаХайзенберг, за много кратки периоди от време, вакуумът може да бъде в такова енергийно състояние, в което е в състояние да генерира сдвоени частици. Учените ги наричат виртуални. Те са малко по-различни от обикновените, но в същото време се подчиняват на квантовите закони за запазване.
Ние не можем да наблюдаваме виртуални частици, тесе раждат по двойки и бързо се унищожават, без да ни засягат по никакъв начин. Това равновесие обаче може да бъде нарушено в някои случаи, например при наличие на силно гравитационно поле, както в черна дупка. Стивън Хокинг показа, че черните дупки могат не само да абсорбират, но и да излъчват частици (предимно фотони) и следователно да се изпаряват. Преди това се смяташе, че нищо, дори светлина, не може да „избяга“ от черна дупка.
- Какво е Големият взрив? Защо се случи?
Това е теоретичен модел, който описвапоявата на съвременната Вселена от много плътно и много горещо състояние. За пикосекунда (трилионна част от секундата) в него се появиха фундаментални взаимодействия: първо гравитационни, а след това електромагнитни, слаби и силни. След това при много високи температури започва раждането на двойки частица-античастица и след това те се анихилират, чийто продукт е фотон (светлина).
За наш късмет се появи асиметрия:за милиард двойки протон-антипротон, един протон се оказа "екстра". Всички звезди, галактики, планети и ние самите сме изградени от тази една милиардна част. През следващите стотици хиляди години светлината и материята бяха „заплетени“ и Вселената беше много непрозрачна. Около 400 000 години след Големия взрив се охлажда и започват да се образуват атоми. Не останаха свободни електрони и Вселената стана прозрачна за светлина. Имаше мощен изблик на радиация, който сега наблюдаваме като реликтна радиация (космически микровълнов фон).
Защо Вселената започна да се разширява от много компресирано състояние, ние не знаем (както и какво е било преди Големия взрив). Може би причината са квантовите флуктуации на вакуума.
- Защо космическите кораби не могат да летят със скоростта на светлината?
От специалната теория на относителността следва:за да ускорите масивен обект до скоростта на светлината, трябва да изразходвате безкрайно количество енергия. Което, разбира се, е невъзможно. Само безмасови частици, като фотона, могат да се движат със скоростта на светлината.
През 1994 г. мексиканският физик Мигел Алкубиерепредложи идеята за варп задвижване (както в култовия научно-фантастичен сериал Star Trek). Вместо да пътува в FTL, космическият кораб трябва да компресира пространство-времето пред себе си и да го разшири зад него, докато все още е в балон от плоско пространство-време. Вярно е, че имаше няколко нерешени проблема. За да се създаде такъв балон, е необходима екзотична материя с отрицателна маса. Добрата новина е, че неотдавнашен документ намери решения за свръхсветлинни мехурчета с положителна енергийна плътност. Но остава проблемът как да се разпръсне самия балон поне до скоростта на светлината и откъде да се вземе много енергия, без да се създава черна дупка.
2D изобразяване на двигателя Alcubierre
- Какво вещество има повече във Вселената?
По последни данни, получени от космосаОбсерватория Планк, нашата Вселена се състои само от 5% от обикновена или, както казват учените, барионна материя, тоест звезди, галактики, газ и вие.
По-значителна част - 26% - етъмна материя. Той е открит чрез изследване на въртенето на галактиките и техните купове. Масата и гравитацията не бяха достатъчни, за да обяснят тяхното "поведение". Следователно беше необходимо да се въведе понятието тъмна материя, която се проявява само чрез гравитацията и не взаимодейства по друг начин с обикновената материя. Всъщност не е известно какво е тъмна материя.
Вляво е карта на гама лъчение с енергия 1–3.16 GeV в центъра на нашата галактика. Подписани известни пулсари. Ако премахнем всички известни източници на гама лъчение, както е показано вдясно, тогава ще има излишък на радиация, което може да се обясни с унищожаването на тъмната материя
И накрая, най-мистериозното вещество, коетокоето представлява 69% е тъмната енергия, за която не знаем почти нищо. Тя се проявява предимно чрез разширяването на Вселената. Освен това учените са стигнали до извода, че плътността на Вселената е близка до критичната. Въпреки това, материята (обикновена + тъмна) е само 30% от критичната плътност. Къде е останалото? Това може да е енергията на пространството или самия вакуум, или допълнителна неизвестна сила, която обикновено се нарича тъмна енергия.
- Колко вероятно е да има други интелигентни същества в нашата галактика?
Има много индикации, че нашата галактикатрябва да бъде изпълнен с живот. Първо, според космическия телескоп Кеплер има около 40 милиарда планети, подобни на Земята, които обикалят около слънчеви звезди или червени джуджета, а също така са в обитаемата зона (благоприятни условия за възникване на живота).
Второ, животът на нашата планета е възникналпочти веднага след образуването на Земята и съществува от 4 милиарда години. Що се отнася до интелигентните същества, това е малко по-сложно. В галактически мащаб човекът съществува пренебрежимо кратко.
Американският астроном Франк Дрейк съставиуравнение за оценка на броя на напредналите цивилизации в нашата галактика, но има много неизвестни. Следователно решението за него варира значително - от 20 броя до 50 милиона! Последното е малко вероятно, защото съществува и парадоксът на Ферми, който буквално звучи така: защо не наблюдаваме следи от напреднали цивилизации – спътници, различни радиосигнали и т.н.? Може би условията на нашата планета и в Слънчевата система все още са уникални (например имаме огромен Юпитер, който защитава Земята от големи метеорити и астероиди със своето гравитационно поле). Тоест животът може би не е правило за Вселената, а голямо изключение.
- Какво ще се случи с Вселената в края на нейното съществуване?
Сега най-вероятният сценарий ебързо разширяваща се вселена. След около трилион години всички галактики ще отлетят отвъд видимата Вселена. След 100 трилиона години последната звезда, червено джудже, ще избухне. В рамките на 10 квантилиона години галактиките ще се разпаднат и останките им ще започнат да падат в черни дупки. Какво ще се случи с интелигентния живот? Това е много дълга ера и една супер напреднала цивилизация може да намери начин да използва черните дупки като източници на енергия.
Рано или късно дори черните дупки ще се изпарятСметка за радиация на Хокинг (според различни предположения, в рамките на 1040-10106 години). Разбира се, всичко може да свърши много по-бързо, ако плътността на тъмната енергия нараства с времето. В този случай, в някакъв момент, да речем след 20–70 милиарда години, скоростта на разширяване на Вселената ще бъде толкова висока, че цялата материя ще се разпадне на субатомно ниво. Този сценарий се нарича Big Rip.
И ако погледнете още по-далеч в невъобразимото бъдеще, тогава един ден квантовите флуктуации могат отново да доведат до раждането на Вселената.
Тези отговори могат да доведат до нови въпросиизследването на космоса е безкрайно. Можете да се задълбочите в темата с помощта на интерактивния курс "Космически печат" от "Uchi.ru". Той е за тези, които искат да овладеят умението за писане с докосване и да спасят Вселената от роботи-агресори по пътя.
Прочетете още:
Най-голямото родословно дърво на човечеството показа историята на нашия вид
Разработено екологично гориво на базата на въглероден диоксид
Великата Хеопсова пирамида ще бъде изследвана с помощта на космически лъчи