Člověk začal zkoumat vesmír předtím, než vstoupil na oběžnou dráhu – vytvořením dalších 400 sci-fi příběhů
- Je pravda, že Slunce je podle hvězdných měřítek malé?
Tímto způsobem určitě ne.Existují rudé obry, které jsou tisíckrát větší než Slunce – například UY Shield, AH Scorpio a W Cepheus. Ale jsou i jiné příklady. Například hvězda 2MASS J0523-1403 objevená v roce 2003 je velká jako Jupiter (ale 70krát hmotnější). Jeho hmotnost je 15krát menší než hmotnost Slunce – to je pro hvězdy hranice, pod kterou jaderné reakce prostě nevzplanou.
- Jak se hvězdy mění v černé díry?
Tento osud čeká hvězdy s hmotností větší než 8–10sluneční. Od gravitačního kolapsu (tedy „zhroucení do sebe“) je drží energie jaderných reakcí. Ale dříve nebo později dojde palivo: takové hvězdy nejprve spalují vodík, pak helium, pak uhlík – a tak dále, dokud se jádro nezmění na železo. V tom se jaderné reakce v něm zastaví a pod vlivem gravitace začíná komprese. Jakmile hmotnost železného jádra dosáhne takzvaného Chandrasekharova limitu (asi jeden a půl hmotnosti Slunce), kolapsu hvězdy do černé díry už nic neodolá.
- Co je to plynný obr – znamená to, že planeta nemá pevné základy a nelze na ní přistát?
Hovoříme o velmi velkých planetách, sestávajících vvětšinou vodík a helium. V naší sluneční soustavě jsou dva: Jupiter a Saturn. Zda mají pevný povrch, je velmi zajímavá otázka, na kterou se vědci snaží odpovědět pomocí sondy Juno. V současné době je na oběžné dráze kolem Jupiteru.
Při potápění k Jupiteru budete muset nejprve projítvnější vrstva studených, hustých mraků složených z čpavku a vody. Čím níže se pozorovatel dostane, tím vyšší je tlak a teplota v atmosféře. V určitém okamžiku vodík zkondenzuje do kapalného stavu a vytvoří obrovský oceán. Ještě hlouběji a vodík se pod obrovským tlakem začne chovat jako tekutý kov.
Data Juno naznačují, že jádro planety nemá jasné hranice, zdá se, že je rozpuštěné. Možná se to stalo proto, že před miliardami let se obr srazil s jinou planetou.
Srážka proto-Jupiteru s jinou planetou.a) před srážkou - je vidět pevné jádro. b) čas srážky, c) deset hodin po srážce. Díky srážce a dalšímu míšení se jádro Jupiteru ukázalo jako prodloužené a „zředěné“. Obrázek upraven podle Liu et al. (2019)
- Je možné projít černou dírou do jiné dimenze?
Nevíme.Einsteinovy rovnice předpokládají, že černá díra odpovídá reverzní bílé díře, což může vést k paralelnímu vesmíru (Rosen-Einsteinův most). Ale abyste se tam dostali, musíte se pohybovat rychlostí vyšší než světlo. Samotné bílé díry se mohou v našem Vesmíru projevit v podobě jasných záblesků záření v rozsahu gama – a chtějí je najít z Fermiho vesmírného gama dalekohledu. Teoretický fyzik Lee Smolin navrhl, že bílé díry jsou velkým třeskem pro jiné vesmíry.
Penroseův diagram. Nahoře je černá díra a dole je bílá díra. A po stranách jsou dva vesmíry: náš a paralelní
A fyzici Oleg Lunin a Samir Mathur navrhliřešení pro černou díru, založené na teorii superstrun. V teorii superstrun jsou všechny známé částice vibracemi energetických strun ve vícerozměrných prostorech. V černé díře jsou tyto řetězce a prostory propleteny a tvoří jedinou strukturu podobnou klubku vlny vyplivnuté „multidimenzionální kočkou“ z hyperprostoru.
Vpravo je "obyčejná" černá díra se singularitou ahorizont událostí, vlevo - černá díra získaná z teorie strun, bez horizontu událostí a bez singularity (fuzzball - vlněná kulička). Art by Olena Shmahalo/Quanta Magazine
- Jak mohli starověcí lidé objevit galaxie, když neměli moderní dalekohledy?
Oko je citlivý nástroj.Zdroje na obloze můžeme vnímat až do šesté magnitudy. Mimochodem, tuto stupnici zavedl římský astronom Cladius Ptolemaios. V jeho katalogu první magnituda označovala nejjasnější hvězdy a šestá značila nejslabší. Mlhovinu Andromeda, která má magnitudu 3,44, proto vidíme bez dalekohledu. Mimochodem, tuto galaxii poprvé popsal perský astronom a matematik Abdurrahman al-Sufi asi před tisíci lety. Objevil také Velký Magellanův oblak.
- Proč říkají, že čas je čtvrtá dimenze? Kolik dimenzí je otevřených?
Až do dvacátého století tomu vědci věřiliprostor a fyzikální procesy jsou na sobě nezávislé. Ale v roce 1905 Albert Einstein vytvořil speciální teorii relativity, podle níž se čas a prostor mohou natahovat a smršťovat. O něco později jeho učitel Herman Minkowski propojil prostor a čas do společného čtyřrozměrného časoprostorového kontinua.
Na základě těchto myšlenek vyvinul Einstein generálateorie relativity. Napsal rovnici popisující, jak může hmota a energie ovlivňovat časoprostor, ohýbat jej a jak se za těchto podmínek mění pohyb hmoty. Ukázalo se, že prostor a čas jsou účastníky fyzikálních procesů, a nikoli jevištěm. To je důvod, proč vědci věří, že čas je čtvrtá dimenze.
Co se týče extra dimenzí, teoriestruny umožňují jejich existenci na mikroúrovni a s tím spojená myšlenka kosmologie na brane (odvozená od slova „membrána“) – naopak na velmi velké. Malé extra rozměry jsou hledány u Large Hadron Collider, velké - ve vesmíru, pomocí gravitačních antén LIGO a VIRGO a vesmírného gama dalekohledu Fermi-LAT. Zatím bezvýsledně.
- Je pravda, že hodiny na vrcholu vysoké hory běží jinak než na povrchu Země?
K časové prodlevě dochází ve dvou případech:když se objekt pohybuje vysokou rychlostí vzhledem k vnějšímu pozorovateli; v blízkosti zdroje gravitace (masivní planeta, černá díra). Příklad s hodinami z druhé kategorie. Hora je na povrchu Země, který má gravitaci, a čas na vrcholu hory bude plynout rychleji ve srovnání s pozorovatelem na hladině moře. Pravda, tento efekt je velmi malý: 83 nanosekund za den v experimentu na Everestu.
Satelity GPS ale létají ve výšce kolem 20 tisíc metrů.km. Tam je gravitační zrychlení času výraznější. Čas plyne o 40 mikrosekund denně rychleji než na povrchu planety a s tím je třeba počítat. V tomto smyslu jsou satelity GPS vynikající laboratoří pro testování účinků teorie relativity.
- Jak lze zakřivit čas a prostor?
Víme, že čas a prostor se křivíale jak to dělají, je těžká otázka. Abychom na ni odpověděli, musíme zvážit působení gravitace na kvantové úrovni, ale zatím na to neexistuje žádná univerzální teorie.
Existují samostatné přístupy, jako je teorie strunnebo smyčková kvantová gravitace. Ten představuje prostor ne jako spojitý, ale jako složený z uzavřených smyček gravitačního pole. Na velkých měřítcích to vypadá jako obvyklý prostor obecné relativity a na malých měřítcích to vypadá, že se skládá z pixelů. Hmota a energie umístěné v takovém prostoru smyčky jej ovlivňují a tím jej deformují.
- Je pravda, že vakuum vlastně není prázdné a že v něm samotné částice vznikají?
Podle teorie pole a principu neurčitostiHeisenberg, po velmi krátké časové úseky může být vakuum v takovém energetickém stavu, ve kterém je schopno generovat párové částice. Vědci jim říkají virtuální. Jsou poněkud odlišné od běžných, ale zároveň se řídí zákony kvantové ochrany.
Nemůžeme pozorovat virtuální částice, onise rodí v párech a rychle zanikají, aniž by nás to nějak ovlivnilo. Tato rovnováha však může být v některých případech narušena, například v přítomnosti silného gravitačního pole, jako v černé díře. Stephen Hawking ukázal, že černé díry mohou nejen absorbovat, ale také emitovat částice (většinou fotony), a tudíž se vypařovat. Předtím se věřilo, že nic, dokonce ani světlo, nemůže „utéct“ z černé díry.
- Co je Velký třesk? Proč se to stalo?
Toto je teoretický model, který popisujevznik moderního vesmíru z velmi hustého a velmi horkého stavu. Během pikosekundy (biliontiny sekundy) se v ní objevily zásadní interakce: nejprve gravitační a poté elektromagnetické, slabé a silné. Poté za velmi vysokých teplot začal zrod párů částice-antičástice a po jejich anihilaci, jejichž produktem je foton (světlo).
Naštěstí pro nás vznikla asymetrie:pro miliardu proton-antiprotonových párů se jeden proton ukázal jako "navíc". Tato jedna miliardtina se skládá ze všech hvězd, galaxií, planet a nás samých. Další stovky tisíc let byly světlo a hmota „propleteny“ a vesmír byl velmi neprůhledný. Asi 400 000 let po velkém třesku se ochladilo a začaly se tvořit atomy. Nezůstaly žádné volné elektrony a vesmír se pro světlo stal průhledným. Došlo k silnému výbuchu záření, které nyní pozorujeme jako reliktní záření (kosmické mikrovlnné pozadí).
Proč se Vesmír začal rozpínat z velmi stlačeného stavu, nevíme (stejně jako to, co bylo před Velkým třeskem). Možná důvodem byly kvantové fluktuace vakua.
- Proč nemohou vesmírné lodě létat rychlostí světla?
Ze speciální teorie relativity vyplývá:k urychlení masivního objektu na rychlost světla je potřeba vynaložit nekonečné množství energie. Což je ovšem nemožné. Pouze bezhmotné částice, jako je foton, se mohou pohybovat rychlostí světla.
V roce 1994 mexický fyzik Miguel Alcubierrenavrhl myšlenku warpového pohonu (jako v kultovní sci-fi sérii Star Trek). Místo cestování ve FTL musí kosmická loď stlačovat časoprostor před sebou a roztahovat jej za sebou, přičemž je stále v bublině plochého časoprostoru. Je pravda, že tam bylo několik nevyřešených problémů. K vytvoření takové bubliny je potřeba exotická hmota s negativní hmotou. Dobrou zprávou je, že nedávný článek našel řešení pro superluminální warp bubliny s pozitivní hustotou energie. Problémem ale zůstává, jak samotnou bublinu rozptýlit alespoň na rychlost světla a kde vzít spoustu energie, aniž by vznikla černá díra.
2D vykreslování motoru Alcubierre
- Kterých látek je ve vesmíru více?
Podle nejnovějších údajů získaných vesmíremPlanck Observatory, náš vesmír se skládá z pouhých 5 % obyčejné nebo, jak vědci říkají, baryonové hmoty, tedy hvězd, galaxií, plynu a vás.
Významnější část - 26 % - jetemná hmota. Bylo objeveno studiem rotace galaxií a jejich kup. Hmotnost a gravitace nestačily k vysvětlení jejich „chování“. Proto bylo nutné zavést pojem temná hmota, která se projevuje pouze gravitací a s běžnou hmotou jinak neinteraguje. Ve skutečnosti není známo, co je temná hmota.
Vlevo je mapa gama záření s energií 1–3.16 GeV ve středu naší galaxie. Známé pulsary podepsaly. Pokud odstraníme všechny známé zdroje gama záření, jak je znázorněno vpravo, bude záření přebytek, což lze vysvětlit zničením temné hmoty
Konečně nejzáhadnější látka, která69 % tvoří temná energie, o které téměř nic nevíme. Projevuje se především rozpínáním Vesmíru. Kromě toho vědci dospěli k závěru, že hustota vesmíru je téměř kritická. Hmota (běžná + tmavá) však tvoří pouze 30 % kritické hustoty. kde je zbytek? Může to být energie samotného prostoru nebo vakua nebo další neznámá síla, která se běžně nazývá temná energie.
- Jak pravděpodobné je, že v naší galaxii existují další inteligentní bytosti?
Existuje mnoho náznaků, že naše galaxiemusí být naplněn životem. Za prvé, podle vesmírného dalekohledu Kepler existuje asi 40 miliard planet podobných Zemi, které obíhají kolem hvězd podobných Slunci nebo červených trpaslíků a jsou také v obyvatelné zóně (příznivé podmínky pro vznik života).
Za druhé, život na naší planetě vznikltéměř bezprostředně po vzniku Země a existuje již 4 miliardy let. Co se týče inteligentních bytostí, je to poněkud složitější. V galaktickém měřítku člověk existuje zanedbatelně krátkou dobu.
Sestavil americký astronom Frank Drakerovnice pro odhad počtu vyspělých civilizací v naší galaxii, ale má mnoho neznámých. Proto se řešení pro něj velmi liší - od 20 kusů až po 50 milionů! To druhé je nepravděpodobné, protože existuje i Fermiho paradox, který doslova zní takto: proč nepozorujeme stopy vyspělých civilizací – satelity, různé rádiové signály a tak dále? Možná jsou podmínky na naší planetě a ve Sluneční soustavě stále jedinečné (např. máme obrovský Jupiter, který svým gravitačním polem chrání Zemi před velkými meteority a asteroidy). To znamená, že život možná není pro Vesmír pravidlem, ale velkou výjimkou.
- Co se stane s Vesmírem na konci jeho existence?
Nyní je nejpravděpodobnější scénářrychle se rozpínající vesmír. Přibližně za bilion let všechny galaxie odletí za viditelný vesmír. Za 100 bilionů let vybuchne poslední hvězda, červený trpaslík. Během 10 kvantiliónů let se galaxie rozpadnou a jejich zbytky začnou padat do černých děr. Co se stane s inteligentním životem? Toto je velmi dlouhá éra a super vyspělá civilizace může najít způsob, jak využít černé díry jako zdroje energie.
Dříve nebo později se vypaří i černé díryÚčet Hawkingova záření (podle různých předpokladů v rozmezí 1040-10106 let). Vše samozřejmě může skončit mnohem rychleji, pokud se hustota temné energie časem zvýší. V tomto případě bude v určitém okamžiku, řekněme za 20–70 miliard let, rychlost rozpínání vesmíru tak vysoká, že veškerá hmota praskne na subatomární úrovni. Tento scénář se nazývá Big Rip.
A pokud se podíváte ještě dále do nepředstavitelné budoucnosti, pak jednoho dne mohou kvantové fluktuace opět vést ke zrodu vesmíru.
Tyto odpovědi mohou vést k novým otázkám −průzkum vesmíru je nekonečný. Do tématu se můžete ponořit pomocí interaktivního kurzu „Vesmírný tisk“ od „Uchi.ru“. Je pro ty, kteří si chtějí osvojit dovednost dotykového psaní a zachránit vesmír před agresorskými roboty.
Přečtěte si více:
Největší rodokmen lidstva ukazoval historii našeho druhu
Vyvinuté ekologické palivo na bázi oxidu uhličitého
Velká Cheopsova pyramida bude studována pomocí kosmického záření