El hombre comenzó a explorar el espacio antes de entrar en órbita; mediante la creación de historias de ciencia ficción, otros 400
- ¿Es cierto que el Sol es pequeño según los estándares estelares?
No ciertamente de esa manera.Hay estrellas gigantes rojas que son mil veces más grandes que el Sol, por ejemplo, UY Shield, AH Scorpio y W Cepheus. Pero también hay otros ejemplos. Por ejemplo, la estrella 2MASS J0523-1403, descubierta en 2003, es del tamaño de Júpiter (pero 70 veces más masiva). Su masa es 15 veces menor que la del sol: este es el límite para las estrellas, por debajo del cual las reacciones nucleares simplemente no se encienden.
- ¿Cómo se convierten las estrellas en agujeros negros?
Este destino aguarda a las estrellas con una masa superior a 8-10solar. Del colapso gravitatorio (es decir, "colapso en sí mismo") se mantienen por la energía de las reacciones nucleares. Pero tarde o temprano, el combustible se acaba: estas estrellas primero queman hidrógeno, luego helio, luego carbono, y así sucesivamente hasta que el núcleo se convierte en hierro. En esto, las reacciones nucleares en él se detienen y comienza la compresión bajo la influencia de la gravedad. Una vez que la masa del núcleo de hierro alcanza el llamado límite de Chandrasekhar (alrededor de una masa solar y media), nada puede resistir el colapso de una estrella en un agujero negro.
- ¿Qué es un gigante gaseoso? ¿Significa esto que el planeta no tiene una base sólida y no se puede aterrizar?
Estamos hablando de planetas muy grandes, que consisten enprincipalmente hidrógeno y helio. Hay dos de ellos en nuestro sistema solar: Júpiter y Saturno. Si tienen una superficie sólida es una pregunta muy interesante que los científicos están tratando de responder utilizando la nave espacial Juno. Actualmente se encuentra en órbita alrededor de Júpiter.
Para bucear en Júpiter, primero tendrás que pasar porla capa exterior de nubes frías y densas compuestas de amoníaco y agua. Cuanto más bajo desciende el observador, mayores son la presión y la temperatura en la atmósfera. En algún momento, el hidrógeno se condensará a un estado líquido y formará un enorme océano. Aún más profundo, el hidrógeno, bajo una enorme presión, comienza a comportarse como un metal líquido.
Los datos de Juno sugieren que el núcleo del planeta no tiene límites claros, parece estar disuelto. Quizás esto sucedió porque hace miles de millones de años el gigante chocó con otro planeta.
Colisión de proto-Júpiter con otro planeta.a) antes de la colisión: se ve un núcleo sólido. b) el momento de la colisión, c) diez horas después de la colisión. Debido a la colisión y a una mayor mezcla, el núcleo de Júpiter resultó estar extendido y "diluido". Figura adaptada de Liu et al (2019)
- ¿Es posible atravesar un agujero negro hacia otra dimensión?
No sabemos.Las ecuaciones de Einstein asumen que un agujero negro corresponde a un agujero blanco inverso, lo que puede conducir a un universo paralelo (el puente Rosen-Einstein). Pero para llegar allí, debes moverte a una velocidad más rápida que la luz. Los propios agujeros blancos pueden manifestarse en nuestro Universo en forma de destellos brillantes de radiación en el rango gamma, y quieren encontrarlos desde el telescopio espacial de rayos gamma Fermi. El físico teórico Lee Smolin sugirió que los agujeros blancos son el Big Bang para otros universos.
Diagrama de Penrose. Arriba hay un agujero negro y abajo hay un agujero blanco. Y a los lados hay dos universos: el nuestro y un paralelo
Y los físicos Oleg Lunin y Samir Mathur propusieronsolución para un agujero negro, basada en la teoría de supercuerdas. En la teoría de supercuerdas, todas las partículas conocidas son vibraciones de cuerdas de energía en espacios multidimensionales. En un agujero negro, estas cuerdas y espacios están entrelazados, formando una sola estructura, similar a un ovillo de lana escupido por un "gato multidimensional" del hiperespacio.
A la derecha hay un agujero negro "ordinario" con una singularidad yhorizonte de eventos, a la izquierda: un agujero negro obtenido de la teoría de cuerdas, sin horizonte de eventos y sin singularidad (pelusa - una bola de lana). Arte de Olena Shmahalo/Revista Quanta
- ¿Cómo descubrieron los pueblos antiguos las galaxias si no tenían telescopios modernos?
El ojo es un instrumento sensible.Podemos percibir fuentes en el cielo hasta la sexta magnitud. Por cierto, esta escala fue introducida por el astrónomo romano Cladius Ptolomeo. En su catálogo, la primera magnitud denotaba las estrellas más brillantes y la sexta las más tenues. Por lo tanto, vemos la Nebulosa de Andrómeda, que tiene una magnitud de 3,44, sin telescopio. Por cierto, esta galaxia fue descrita por primera vez por el astrónomo y matemático persa Abdurrahman al-Sufi hace unos mil años. También descubrió la Gran Nube de Magallanes.
- ¿Por qué dicen que el tiempo es la cuarta dimensión? ¿Cuántas dimensiones están abiertas?
Hasta el siglo XX, los científicos creían que el tiempoEl espacio y los procesos físicos son independientes entre sí. Pero en 1905, Albert Einstein creó la teoría especial de la relatividad, según la cual el tiempo y el espacio pueden estirarse y contraerse. Un poco más tarde, su maestro Herman Minkowski conectó el espacio y el tiempo en un continuo espacio-temporal común de cuatro dimensiones.
Basándose en estas ideas, Einstein desarrolló una teoría generalteoría de la relatividad. Escribió una ecuación que describe cómo la masa y la energía pueden afectar el espacio-tiempo, doblarlo y cómo cambia el movimiento de la materia en estas condiciones. Resultó que el espacio y el tiempo son participantes en los procesos físicos, y no un escenario para ellos. Por eso los científicos creen que el tiempo es la cuarta dimensión.
En cuanto a las dimensiones extra, la teoríalas cuerdas permiten su existencia en el nivel micro y la idea asociada de cosmología en la brana (derivada de la palabra "membrana"), por el contrario, en lo muy grande. Las pequeñas dimensiones adicionales se buscan en el Gran Colisionador de Hadrones, las grandes, en el espacio, utilizando las antenas gravitacionales LIGO y VIRGO y el telescopio espacial de rayos gamma Fermi-LAT. Hasta ahora en vano.
- ¿Es cierto que el reloj en la cima de una alta montaña funciona de manera diferente que en la superficie de la Tierra?
El retardo de tiempo se produce en dos casos:cuando un objeto se mueve a gran velocidad en relación con un observador externo; cerca de la fuente de gravedad (planeta masivo, agujero negro). Un ejemplo con un reloj de la segunda categoría. La montaña está en la superficie de la Tierra, que tiene gravedad, y el tiempo en la cima de la montaña fluirá más rápido en relación con un observador al nivel del mar. Es cierto que este efecto es muy pequeño: 83 nanosegundos por día en el experimento del Everest.
Pero los satélites GPS vuelan a una altitud de unos 20 mil metros.kilómetros Allí, la aceleración gravitatoria del tiempo es más significativa. El tiempo fluye 40 microsegundos por día más rápido que en la superficie del planeta, y esto hay que tenerlo en cuenta. En este sentido, los satélites GPS son un excelente laboratorio para probar los efectos de la teoría de la relatividad.
- ¿Cómo se pueden curvar el tiempo y el espacio?
Sabemos que el tiempo y el espacio se deformanpero cómo lo hacen es una pregunta difícil. Para responderla, necesitamos considerar la acción de la gravedad a nivel cuántico, pero todavía no existe una teoría universal para esto.
Hay enfoques separados como la teoría de cuerdas.o gravedad cuántica de bucles. Este último representa el espacio no como continuo, sino como bucles cerrados del campo gravitacional. En escalas grandes parece el espacio habitual de la relatividad general, y en escalas pequeñas parece estar formado por píxeles. La masa y la energía colocadas en dicho espacio circular lo afectan y, por lo tanto, lo distorsionan.
- ¿Es cierto que el vacío no está realmente vacío y que las partículas mismas surgen en él?
Según la teoría de campos y el principio de incertidumbreHeisenberg, durante períodos de tiempo muy cortos, el vacío puede estar en tal estado de energía en el que es capaz de generar partículas apareadas. Los científicos los llaman virtuales. Son algo diferentes de los ordinarios, pero al mismo tiempo obedecen leyes cuánticas de conservación.
No podemos observar partículas virtuales, ellasnacen en parejas y rápidamente se aniquilan sin afectarnos en modo alguno. Sin embargo, este equilibrio puede verse perturbado en algunos casos, por ejemplo, en presencia de un fuerte campo gravitatorio, como en un agujero negro. Stephen Hawking demostró que los agujeros negros no solo pueden absorber, sino también emitir partículas (principalmente fotones) y, por lo tanto, evaporarse. Antes de eso, se creía que nada, ni siquiera la luz, podía “escapar” de un agujero negro.
- ¿Qué es el Big Bang? ¿Por qué sucedió?
Este es un modelo teórico que describela emergencia del Universo moderno desde un estado muy denso y muy caliente. En un picosegundo (una billonésima de segundo), aparecieron en él interacciones fundamentales: primero gravitatorias y luego electromagnéticas, débiles y fuertes. Luego, a muy altas temperaturas, comenzó el nacimiento de pares partícula-antipartícula, y luego se aniquilaron, cuyo producto es un fotón (luz).
Por suerte para nosotros, surgió una asimetría:para mil millones de pares protón-antiprotón, un protón resultó ser "extra". Todas las estrellas, galaxias, planetas y nosotros mismos estamos hechos de esta milmillonésima parte. Durante los siguientes cientos de miles de años, la luz y la materia estaban "entrelazadas" y el universo era muy opaco. Unos 400.000 años después del Big Bang, se enfrió y comenzaron a formarse átomos. No quedaron electrones libres y el Universo se volvió transparente a la luz. Hubo un poderoso estallido de radiación, que ahora observamos como radiación reliquia (fondo cósmico de microondas).
No sabemos por qué el Universo comenzó a expandirse desde un estado muy comprimido (así como qué sucedió antes del Big Bang). Quizás la razón fueron las fluctuaciones cuánticas del vacío.
- ¿Por qué las naves espaciales no pueden volar a la velocidad de la luz?
De la teoría especial de la relatividad se sigue:para acelerar un objeto masivo a la velocidad de la luz, necesitas gastar una cantidad infinita de energía. Lo cual, por supuesto, es imposible. Solo las partículas sin masa, como el fotón, pueden moverse a la velocidad de la luz.
En 1994, el físico mexicano Miguel Alcubierrepropuso la idea de un motor warp (como en la serie de ciencia ficción de culto Star Trek). En lugar de viajar en FTL, la nave espacial debe comprimir el espacio-tiempo frente a ella y expandirlo detrás de ella, mientras aún se encuentra en una burbuja de espacio-tiempo plano. Es cierto que había varios problemas sin resolver. Para crear tal burbuja, se necesita materia exótica con masa negativa. La buena noticia es que un artículo reciente ha encontrado soluciones para burbujas warp superlumínicas con una densidad de energía positiva. Pero el problema sigue siendo cómo dispersar la burbuja al menos a la velocidad de la luz y dónde obtener mucha energía sin crear un agujero negro.
Representación 2D del motor de Alcubierre
- ¿Qué sustancia hay más en el universo?
Según los últimos datos obtenidos por el espacioObservatorio Planck, nuestro Universo consta de solo el 5% de materia ordinaria o, como dicen los científicos, materia bariónica, es decir, estrellas, galaxias, gas y usted.
Una parte más significativa - 26% - esmateria oscura. Fue descubierto estudiando la rotación de las galaxias y sus cúmulos. La masa y la gravedad no fueron suficientes para explicar su "comportamiento". Por lo tanto, fue necesario introducir el concepto de materia oscura, que se manifiesta solo a través de la gravedad y no interactúa de otra manera con la materia ordinaria. De hecho, no se sabe qué es la materia oscura.
A la izquierda hay un mapa de radiación gamma con una energía de 1–3.16 GeV en el centro de nuestra galaxia. Púlsares conocidos firmados. Si eliminamos todas las fuentes conocidas de radiación gamma, como se muestra a la derecha, habrá un exceso de radiación, lo que puede explicarse por la aniquilación de la materia oscura.
Finalmente, la sustancia más misteriosa queEl 69% corresponde a energía oscura, de la que no sabemos casi nada. Se manifiesta principalmente a través de la expansión del Universo. Además, los científicos han llegado a la conclusión de que la densidad del Universo es casi crítica. Sin embargo, la materia (normal + oscura) tiene sólo el 30% de la densidad crítica. ¿Donde esta el resto? Podría ser la energía del espacio o del vacío mismo, o una fuerza adicional desconocida, que comúnmente se llama energía oscura.
- ¿Qué tan probable es que haya otros seres inteligentes en nuestra galaxia?
Hay muchos indicios de que nuestra galaxiadebe llenarse de vida. En primer lugar, según el telescopio espacial Kepler, existen unos 40 mil millones de planetas similares a la Tierra que orbitan estrellas similares al Sol o enanas rojas, y que además se encuentran en la zona habitable (condiciones favorables para el origen de la vida).
En segundo lugar, se originó la vida en nuestro planeta.casi inmediatamente después de la formación de la Tierra y existe desde hace 4 mil millones de años. En cuanto a los seres inteligentes, la cosa es algo más complicada. A escala galáctica, el hombre existe por un tiempo insignificante.
El astrónomo estadounidense Frank Drake compilóuna ecuación para estimar el número de civilizaciones avanzadas en nuestra galaxia, pero tiene muchas incógnitas. Por lo tanto, la solución varía mucho: ¡desde 20 piezas hasta 50 millones! Esto último es poco probable, porque también existe la paradoja de Fermi, que literalmente suena así: ¿por qué no observamos rastros de civilizaciones avanzadas: satélites, varias señales de radio, etc.? Quizás las condiciones en nuestro planeta y en el sistema solar todavía sean únicas (por ejemplo, tenemos un enorme Júpiter, que protege a la Tierra de grandes meteoritos y asteroides con su campo gravitatorio). Es decir, la vida, quizás, no es una regla para el Universo, sino una gran excepción.
- ¿Qué pasará con el Universo al final de su existencia?
Ahora el escenario más probable esuniverso en rápida expansión. En aproximadamente un billón de años, todas las galaxias volarán más allá del Universo visible. Dentro de 100 billones de años explotará la última estrella, una enana roja. Dentro de 10 cuantillones de años, las galaxias se desintegrarán y sus restos comenzarán a caer en agujeros negros. ¿Qué pasará con la vida inteligente? Esta es una era muy larga y una civilización súper avanzada puede encontrar una manera de utilizar los agujeros negros como fuente de energía.
Tarde o temprano, incluso los agujeros negros se evaporaránCuenta de radiación de Hawking (según diversas suposiciones, dentro de 1040-10106 años). Por supuesto, todo puede terminar mucho más rápido si la densidad de la energía oscura aumenta con el tiempo. En este caso, en algún momento, digamos entre 20 y 70 mil millones de años, la tasa de expansión del Universo será tan alta que toda la materia se romperá a nivel subatómico. Este escenario se llama el Gran Desgarro.
Y si miras aún más lejos en el futuro inimaginable, entonces, un día, las fluctuaciones cuánticas pueden conducir nuevamente al nacimiento del universo.
Estas respuestas pueden conducir a nuevas preguntas:la exploración espacial es interminable. Puede profundizar en el tema con la ayuda del curso interactivo "Impresión espacial" de "Uchi.ru". Es para aquellos que quieren dominar la habilidad de escribir al tacto y salvar al Universo de los robots agresores en el camino.
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