Mennesket begyndte at udforske rummet, før det gik i kredsløb - gennem skabelsen af science fiction-historier yderligere 400
- Er det rigtigt, at Solen er lille efter stjernestandarder?
Ikke sikkert på den måde.Der er røde kæmpestjerner, der er tusind gange større end Solen – for eksempel UY Shield, AH Scorpio og W Cepheus. Men der er også andre eksempler. For eksempel er stjernen 2MASS J0523-1403, opdaget i 2003, på størrelse med Jupiter (men 70 gange mere massiv). Dens masse er 15 gange mindre end solen - dette er grænsen for stjerner, under hvilke nukleare reaktioner simpelthen ikke antændes.
- Hvordan bliver stjerner til sorte huller?
Denne skæbne venter stjerner med en masse større end 8-10solenergi. Fra gravitationssammenbrud (det vil sige "sammenbrud i sig selv") holdes de af energien fra kernereaktioner. Men før eller siden løber brændstoffet op: Sådanne stjerner forbrænder først brint, så helium, så kulstof - og så videre, indtil kernen bliver til jern. Ved dette stopper kernereaktioner i det, og kompression begynder under påvirkning af tyngdekraften. Når først massen af jernkernen når den såkaldte Chandrasekhar-grænse (ca. halvanden solmasse), kan intet modstå en stjernes kollaps i et sort hul.
- Hvad er en gasgigant – betyder det, at planeten ikke har et solidt fundament og ikke kan landes på?
Vi taler om meget store planeter, bestående afmest brint og helium. Der er to af dem i vores solsystem: Jupiter og Saturn. Om de har en fast overflade er et meget interessant spørgsmål, som videnskabsmænd forsøger at besvare ved hjælp af Juno-rumfartøjet. Den er i øjeblikket i kredsløb om Jupiter.
Når du dykker til Jupiter, skal du først igennemdet yderste lag af kolde, tætte skyer sammensat af ammoniak og vand. Jo lavere observatøren går, jo højere er tryk og temperatur i atmosfæren. På et tidspunkt vil brinten kondensere til en flydende tilstand og danne et enormt hav. Endnu dybere, og brint under enormt tryk begynder at opføre sig som et flydende metal.
Juno-dataene tyder på, at planetens kerne ikke har klare grænser, den ser ud til at være opløst. Måske skete dette, fordi kæmpen for milliarder af år siden kolliderede med en anden planet.
Kollision af proto-Jupiter med en anden planet.a) før kollisionen - en fast kerne er synlig. b) tidspunktet for sammenstødet, c) ti timer efter sammenstødet. På grund af sammenstødet og yderligere sammenblanding viste Jupiters kerne sig at være forlænget og "fortyndet". Figur tilpasset fra Liu et al. (2019)
- Er det muligt at gå gennem et sort hul til en anden dimension?
Vi ved det ikke.Einsteins ligninger antager, at et sort hul svarer til et omvendt hvidt hul, som kan føre til et parallelt univers (Rosen-Einstein-broen). Men for at komme dertil skal du bevæge dig med en hastighed, der er hurtigere end lyset. Hvide huller selv kan manifestere sig i vores univers i form af lyse glimt af stråling i gammaområdet – og de vil gerne finde dem fra Fermi rumgamma-teleskopet. Teoretisk fysiker Lee Smolin foreslog, at hvide huller er Big Bang for andre universer.
Penrose diagram. Ovenfor er et sort hul og nedenunder er et hvidt hul. Og på siderne er to universer: vores og en parallel
Og fysikerne Oleg Lunin og Samir Mathur foreslogløsning for et sort hul, baseret på superstrengteori. I superstrengteori er alle kendte partikler vibrationer af energistrenge i flerdimensionelle rum. I et sort hul er disse strenge og mellemrum sammenflettet og danner en enkelt struktur, der ligner en kugle af uld, der spyttes ud af en "flerdimensionel kat" fra hyperrummet.
Til højre er et "almindeligt" sort hul med en singularitet ogbegivenhedshorisont, til venstre - et sort hul opnået fra strengteori, uden en begivenhedshorisont og uden en singularitet (fuzzball - uldkugle). Kunst af Olena Shmahalo/Quanta Magazine
- Hvordan opdagede oldtidens mennesker galakser, hvis de ikke havde moderne teleskoper?
Øjet er et følsomt instrument.Vi kan opfatte kilder på himlen op til sjette størrelsesorden. Forresten blev denne skala introduceret af den romerske astronom Cladius Ptolemæus. I hans katalog betegnede den første størrelsesorden de klareste stjerner, og den sjette betegnede de svageste. Derfor ser vi Andromedatågen, som har en størrelsesorden på 3,44, uden teleskop. Denne galakse blev i øvrigt først beskrevet af den persiske astronom og matematiker Abdurrahman al-Sufi for omkring tusind år siden. Han opdagede også den store magellanske sky.
- Hvorfor siger de, at tiden er den fjerde dimension? Hvor mange dimensioner er åbne?
Indtil det tyvende århundrede troede forskerne dengangrum og fysiske processer er uafhængige af hinanden. Men i 1905 skabte Albert Einstein den særlige relativitetsteori, ifølge hvilken tid og rum kan strække sig og trække sig sammen. Lidt senere forbandt hans lærer Herman Minkowski rum og tid til et fælles firedimensionelt rum-tidskontinuum.
Baseret på disse ideer udviklede Einstein en generalrelativitetsteori. Han skrev en ligning, der beskriver, hvordan masse og energi kan påvirke rum-tid, bøje det, og hvordan bevægelsen af stof ændrer sig under disse forhold. Det viste sig, at rum og tid er deltagere i fysiske processer, og ikke en scene for dem. Det er derfor, forskerne mener, at tiden er den fjerde dimension.
Hvad angår de ekstra dimensioner, teorienstrenge tillader deres eksistens på mikroniveau, og den tilhørende idé om kosmologi på branen (afledt af ordet "membran") - tværtimod, på det meget store. Små ekstra dimensioner søges ved Large Hadron Collider, store - i rummet ved hjælp af LIGO og VIRGO gravitationsantenner og Fermi-LAT rum gamma-stråleteleskopet. Indtil videre til ingen nytte.
- Er det rigtigt, at uret på toppen af et højt bjerg løber anderledes end på Jordens overflade?
Tidsforsinkelse opstår i to tilfælde:når et objekt bevæger sig med høj hastighed i forhold til en ekstern observatør; nær tyngdekraftskilden (massiv planet, sort hul). Et eksempel med et ur fra den anden kategori. Bjerget er på Jordens overflade, som har tyngdekraft, og tiden på toppen af bjerget vil flyde hurtigere i forhold til en observatør ved havoverfladen. Sandt nok er denne effekt meget lille: 83 nanosekunder om dagen i Everest-eksperimentet.
Men GPS-satellitter flyver i en højde på omkring 20 tusind meter.km. Der er tidens gravitationsacceleration mere signifikant. Tiden flyder 40 mikrosekunder om dagen hurtigere end på planetens overflade, og det skal der tages højde for. I denne forstand er GPS-satellitter et fremragende laboratorium til at teste virkningerne af relativitetsteorien.
- Hvordan kan tid og rum krummes?
Vi ved, at tid og rum fordrejermen hvordan de gør det er et svært spørgsmål. For at besvare det skal vi overveje tyngdekraftens virkning på kvanteniveauet, men der er endnu ingen universel teori for dette.
Der er separate tilgange som strengteorieller sløjfekvantetyngdekraft. Sidstnævnte repræsenterer rummet ikke som kontinuerligt, men som bestående af lukkede sløjfer af gravitationsfeltet. På store skalaer ser det ud som det sædvanlige rum i den generelle relativitetsteori, og på små skalaer ser det ud som om det består af pixels. Masse og energi placeret i et sådant sløjferum påvirker det og forvrænger det dermed.
- Er det rigtigt, at vakuumet faktisk ikke er tomt, og at der selv opstår partikler i det?
Efter feltteori og usikkerhedsprincippetHeisenberg, i meget korte perioder kan vakuumet være i en sådan energitilstand, hvor det er i stand til at generere parrede partikler. Forskere kalder dem virtuelle. De er noget anderledes end almindelige, men samtidig adlyder de kvantebevaringslove.
Vi kan ikke observere virtuelle partikler, deer født i par og tilintetgør hurtigt uden at påvirke os på nogen måde. Denne ligevægt kan dog forstyrres i nogle tilfælde, for eksempel ved tilstedeværelse af et stærkt gravitationsfelt, som i et sort hul. Stephen Hawking viste, at sorte huller ikke kun kan absorbere, men også udsende partikler (for det meste fotoner), og derfor fordampe. Før det mente man, at intet, ikke engang lys, kunne "undslippe" fra et sort hul.
- Hvad er Big Bang? Hvorfor skete det?
Dette er en teoretisk model, der beskriverfremkomsten af det moderne univers fra en meget tæt og meget varm tilstand. På et picosekund (en trilliontedel af et sekund) dukkede fundamentale interaktioner op i den: først gravitationel og derefter elektromagnetisk, svag og stærk. Så ved meget høje temperaturer begyndte fødslen af par af partikler-antipartikler, og efter deres udslettelse, hvis produkt er en foton (lys).
Heldigvis for os opstod der en asymmetri:for en milliard proton-antiproton-par viste en proton sig at være "ekstra". Denne en milliardtedel består af alle stjernerne, galakserne, planeterne og os selv. I de næste hundredtusinder af år var lys og stof "viklet ind", og universet var meget uigennemsigtigt. Omkring 400.000 år efter Big Bang afkølede det, og atomer begyndte at dannes. Der var ingen frie elektroner tilbage, og universet blev gennemsigtigt for lys. Der var et kraftigt udbrud af stråling, som vi nu ser som relikviestråling (kosmisk mikrobølgebaggrund).
Hvorfor universet begyndte at udvide sig fra en meget komprimeret tilstand, ved vi ikke (såvel som hvad der var før Big Bang). Måske var årsagen kvanteudsvingene i vakuumet.
- Hvorfor kan rumskibe ikke flyve med lysets hastighed?
Fra den særlige relativitetsteori følger:for at accelerere et massivt objekt til lysets hastighed, skal du bruge en uendelig mængde energi. Hvilket selvfølgelig er umuligt. Kun masseløse partikler - såsom fotonen - kan bevæge sig med lysets hastighed.
I 1994, den mexicanske fysiker Miguel Alcubierreforeslog ideen om et warp-drev (som i kult-science fiction-serien Star Trek). I stedet for at bevæge sig ved FTL, skal rumfartøjet komprimere rumtiden foran det og udvide det bag det, mens det stadig er i en boble af flad rumtid. Sandt nok var der flere uløste problemer. For at skabe en sådan boble er eksotisk stof med negativ masse nødvendig. Den gode nyhed er, at et nyligt papir har fundet løsninger til superluminale kædebobler med en positiv energitæthed. Men problemet er stadig, hvordan man spreder selve boblen i det mindste til lysets hastighed, og hvor man kan få en masse energi uden at skabe et sort hul.
2D-gengivelse af Alcubierre-motoren
- Hvilket stof er mere i universet?
Ifølge de seneste data opnået af rummetPlanck Observatory, vores univers består kun af 5% af almindeligt eller, som videnskabsmænd siger, baryonisk stof, det vil sige stjerner, galakser, gas og dig.
En mere væsentlig del - 26% - ermørkt stof. Det blev opdaget ved at studere rotationen af galakser og deres hobe. Masse og tyngdekraft var ikke nok til at forklare deres "adfærd". Derfor var det nødvendigt at introducere begrebet mørkt stof, som kun manifesterer sig gennem tyngdekraften og ikke ellers interagerer med almindeligt stof. Faktisk vides det ikke, hvad mørkt stof er.
Til venstre er et kort over gammastråling med en energi på 1–3.16 GeV i centrum af vores galakse. Kendte pulsarer signeret. Hvis vi fjerner alle kendte kilder til gammastråling, som vist til højre, så vil der være et overskud af stråling, hvilket kan forklares ved udslettelse af mørkt stof
Endelig det mest mystiske stof, derstår for 69% er mørk energi, som vi næsten intet ved om. Det manifesterer sig primært gennem universets udvidelse. Derudover har forskere konkluderet, at universets tæthed er tæt på kritisk. Imidlertid er stof (regelmæssig + mørk) kun 30% af den kritiske tæthed. Hvor er resten? Dette kan være energien fra rummet eller selve vakuumet eller en yderligere ukendt kraft, som almindeligvis kaldes mørk energi.
- Hvor sandsynligt er det, at der er andre intelligente væsener i vores galakse?
Meget tyder på, at vores galakseskal fyldes med liv. For det første er der ifølge Kepler-rumteleskopet omkring 40 milliarder jordlignende planeter, der kredser om sollignende stjerner eller røde dværge, og som også er i den beboelige zone (gunstige forhold for livets oprindelse).
For det andet opstod livet på vores planetnæsten umiddelbart efter Jordens dannelse og har eksisteret i 4 milliarder år. Hvad angår intelligente væsener, er det noget mere kompliceret. På en galaktisk skala eksisterer mennesket i ubetydeligt kort tid.
Den amerikanske astronom Frank Drake kompileredeen ligning til at estimere antallet af avancerede civilisationer i vores galakse, men den har mange ubekendte. Derfor varierer løsningen på det meget – fra 20 styk til 50 millioner! Det sidste er usandsynligt, for der er også Fermi-paradokset, som bogstaveligt talt lyder sådan: hvorfor observerer vi ikke spor af avancerede civilisationer - satellitter, forskellige radiosignaler og så videre? Måske er forholdene på vores planet og i solsystemet stadig unikke (vi har f.eks. en enorm Jupiter, som beskytter Jorden mod store meteoritter og asteroider med sit gravitationsfelt). Det vil sige, at livet måske ikke er en regel for universet, men en stor undtagelse.
- Hvad vil der ske med universet i slutningen af dets eksistens?
Nu er det mest sandsynlige scenariehastigt ekspanderende univers. Om omkring en billion år vil alle galakser flyve væk ud over det synlige univers. Om 100 billioner år vil den sidste stjerne, en rød dværg, eksplodere. Inden for 10 kvantillioner år vil galakserne falde fra hinanden, og deres rester vil begynde at falde ned i sorte huller. Hvad vil der ske med intelligent liv? Dette er en meget lang æra, og en superavanceret civilisation kan finde på at bruge sorte huller som energikilder.
Før eller siden vil selv sorte huller fordampeHawking-strålingsregnskab (ifølge forskellige antagelser inden for 1040-10106 år). Selvfølgelig kan alt ende meget hurtigere, hvis tætheden af mørk energi øges over tid. I dette tilfælde, på et tidspunkt, for eksempel om 20-70 milliarder år, vil universets ekspansionshastighed være så høj, at alt stof vil briste på subatomært niveau. Dette scenarie kaldes Big Rip.
Og hvis man ser endnu længere ind i den ufattelige fremtid, så kan kvanteudsving en dag igen føre til universets fødsel.
Disse svar kan føre til nye spørgsmål −udforskning af rummet er uendelig. Du kan dykke ned i emnet ved hjælp af det interaktive kursus "Space Printing" fra "Uchi.ru". Det er for dem, der ønsker at mestre evnen til berøringstastning og redde universet fra aggressorrobotter undervejs.
Læs mere:
Menneskehedens største stamtræ viste vores arts historie
Udviklet miljøvenligt brændstof baseret på kuldioxid
Den Store Keopspyramide vil blive studeret ved hjælp af kosmiske stråler