Ihminen alkoi tutkia avaruutta ennen kuin hän astui kiertoradalle – luomalla tieteiskirjallisia tarinoita vielä 400
- Onko totta, että aurinko on tähtien mittaan mitattuna pieni?
Ei varmasti sillä tavalla.On punaisia jättiläisiä tähtiä, jotka ovat tuhat kertaa suurempia kuin aurinko - esimerkiksi UY Shield, AH Scorpio ja W Cepheus. Mutta on myös muita esimerkkejä. Esimerkiksi vuonna 2003 löydetty tähti 2MASS J0523-1403 on Jupiterin kokoinen (mutta 70 kertaa massiivisempi). Sen massa on 15 kertaa pienempi kuin auringon - tämä on tähtien raja, jonka alapuolella ydinreaktiot eivät yksinkertaisesti syty.
- Miten tähdet muuttuvat mustiksi aukoiksi?
Tämä kohtalo odottaa tähtiä, joiden massa on suurempi kuin 8–10aurinko. Ydinreaktioiden energia säilyttää ne painovoiman romahtamisesta (eli "romahtaen itseensä"). Mutta ennemmin tai myöhemmin polttoaine loppuu: tällaiset tähdet polttavat ensin vetyä, sitten heliumia, sitten hiiltä - ja niin edelleen, kunnes ydin muuttuu raudaksi. Tällöin ydinreaktiot siinä pysähtyvät ja puristus alkaa painovoiman vaikutuksesta. Kun rautasydämen massa saavuttaa niin kutsutun Chandrasekhar-rajan (noin puolitoista auringon massaa), mikään ei voi vastustaa tähden romahtamista mustaksi aukoksi.
- Mikä on kaasujättiläinen - tarkoittaako tämä, että planeetalla ei ole vankkaa perustaa eikä sitä voida laskeutua?
Puhumme erittäin suurista planeetoista, jotka koostuvatenimmäkseen vetyä ja heliumia. Aurinkokunnassamme niitä on kaksi: Jupiter ja Saturnus. Se, onko niillä kiinteä pinta, on erittäin mielenkiintoinen kysymys, johon tutkijat yrittävät vastata Juno-avaruusaluksella. Se on tällä hetkellä Jupiterin kiertoradalla.
Kun sukeltat Jupiteriin, sinun täytyy ensin käydä läpikylmien, tiheiden pilvien ulkokerros, joka koostuu ammoniakista ja vedestä. Mitä alemmas tarkkailija menee, sitä korkeampi on ilmakehän paine ja lämpötila. Jossain vaiheessa vety tiivistyy nestemäiseen tilaan ja muodostaa valtavan valtameren. Vielä syvemmälle, ja vety valtavassa paineessa alkaa käyttäytyä kuin nestemäinen metalli.
Junon tiedot viittaavat siihen, että planeetan ytimellä ei ole selkeitä rajoja, se näyttää olevan liuennut. Ehkä tämä tapahtui, koska miljardeja vuosia sitten jättiläinen törmäsi toisen planeetan kanssa.
Proto-Jupiterin törmäys toisen planeetan kanssa.a) ennen törmäystä - kiinteä ydin on näkyvissä. b) törmäyksen aika, c) kymmenen tuntia törmäyksen jälkeen. Törmäyksen ja lisäsekoittumisen vuoksi Jupiterin ydin osoittautui laajentuneeksi ja "laimenneeksi". Kuva mukautettu Liu et al.:sta (2019)
- Onko mahdollista mennä mustan aukon läpi toiseen ulottuvuuteen?
Me emme tiedä.Einsteinin yhtälöt olettavat, että musta aukko vastaa käänteistä valkoista aukkoa, mikä voi johtaa rinnakkaisuniversumiin (Rosen-Einsteinin silta). Mutta päästäksesi sinne, sinun on liikuttava valoa nopeammin. Valkoiset aukot itse voivat ilmetä universumissamme kirkkaina säteilyn välähdyksenä gamma-alueella - ja ne haluavat löytää ne Fermin avaruusgammateleskoopista. Teoreettinen fyysikko Lee Smolin ehdotti, että valkoiset aukot ovat alkuräjähdys muille universumille.
Penrosen kaavio. Yläpuolella on musta aukko ja alla valkoinen aukko. Ja sivuilla on kaksi universumia: meidän ja rinnakkainen
Ja fyysikot Oleg Lunin ja Samir Mathur ehdottivatratkaisu mustalle aukolle, joka perustuu supermerkkijonoteoriaan. Supermerkkijonoteoriassa kaikki tunnetut hiukkaset ovat energiajonojen värähtelyjä moniulotteisissa tiloissa. Mustassa aukossa nämä nauhat ja tilat kietoutuvat yhteen muodostaen yhden rakenteen, joka on samanlainen kuin "moniulotteisen kissan" hyperavaruudesta sylkemä villapallo.
Oikealla on "tavallinen" musta aukko, jolla on singulaarisuus jatapahtumahorisontti, vasemmalla - merkkijonoteoriasta saatu musta aukko, ilman tapahtumahorisonttia ja ilman singulaarisuutta (fuzzball - villapallo). Taide Olena Shmahalo / Quanta Magazine
- Kuinka muinaiset ihmiset löysivät galakseja, jos heillä ei ollut nykyaikaisia teleskooppeja?
Silmä on herkkä instrumentti.Voimme havaita lähteitä taivaalla kuudenteen magnitudiin asti. Muuten, tämän asteikon esitteli roomalainen tähtitieteilijä Cladius Ptolemaios. Hänen luettelossaan ensimmäinen magnitudi merkitsi kirkkaimpia tähtiä ja kuudes himmeimpiä. Siksi näemme Andromeda-sumun, jonka magnitudi on 3,44, ilman kaukoputkea. Muuten, persialainen tähtitieteilijä ja matemaatikko Abdurrahman al-Sufi kuvasi tämän galaksin ensimmäisen kerran noin tuhat vuotta sitten. Hän löysi myös Suuren Magellanin pilven.
- Miksi he sanovat, että aika on neljäs ulottuvuus? Kuinka monta ulottuvuutta on auki?
1900-luvulle asti tiedemiehet uskoivat siihen aikaantila ja fyysiset prosessit ovat toisistaan riippumattomia. Mutta vuonna 1905 Albert Einstein loi erityisen suhteellisuusteorian, jonka mukaan aika ja tila voivat venyä ja supistua. Hieman myöhemmin hänen opettajansa Herman Minkowski yhdisti avaruuden ja ajan yhteiseksi neliulotteiseksi aika-avaruuden jatkumoksi.
Näiden ajatusten perusteella Einstein kehitti kenraalinsuhteellisuusteoria. Hän kirjoitti yhtälön, joka kuvaa kuinka massa ja energia voivat vaikuttaa aika-avaruuteen, taivuttaa sitä ja kuinka aineen liike muuttuu näissä olosuhteissa. Kävi ilmi, että tila ja aika ovat fyysisten prosessien osallistujia, eivät näytelmiä niille. Siksi tiedemiehet uskovat, että aika on neljäs ulottuvuus.
Mitä tulee ylimääräisiin mittoihin, teoriakielet mahdollistavat niiden olemassaolon mikrotasolla ja siihen liittyvän kosmologian idean braanissa (johdettu sanasta "kalvo") - päinvastoin, erittäin suuri. Pieniä lisämittoja etsitään Large Hadron Colliderista, suuria - avaruudessa LIGO- ja VIRGO-gravitaatioantennien sekä Fermi-LAT-avaruusgamma-teleskoopin avulla. Toistaiseksi turhaan.
- Onko totta, että kello korkean vuoren huipulla käy eri tavalla kuin maan pinnalla?
Aikaviive tapahtuu kahdessa tapauksessa:kun esine liikkuu suurella nopeudella suhteessa ulkoiseen tarkkailijaan; lähellä painovoiman lähdettä (massiivinen planeetta, musta aukko). Esimerkki toisen luokan kellosta. Vuori on Maan pinnalla, jossa on painovoima, ja vuoren huipulla oleva aika virtaa nopeammin merenpinnan tasolla olevaan tarkkailijaan nähden. Totta, tämä vaikutus on hyvin pieni: 83 nanosekuntia päivässä Everest-kokeessa.
Mutta GPS-satelliitit lentävät noin 20 tuhannen metrin korkeudessa.km. Siellä ajan painovoimakiihtyvyys on merkittävämpi. Aika virtaa 40 mikrosekuntia vuorokaudessa nopeammin kuin planeetan pinnalla, ja tämä on otettava huomioon. Tässä mielessä GPS-satelliitit ovat erinomainen laboratorio suhteellisuusteorian vaikutusten testaamiseen.
- Miten aika ja tila voidaan kaareuttaa?
Tiedämme, että aika ja tila vääntyvätmutta kuinka he tekevät sen, on vaikea kysymys. Vastataksemme siihen, meidän on tarkasteltava painovoiman toimintaa kvanttitasolla, mutta tälle ei ole vielä olemassa universaalia teoriaa.
On olemassa erillisiä lähestymistapoja, kuten merkkijonoteoriatai silmukan kvanttigravitaatio. Jälkimmäinen ei edusta avaruutta jatkuvana, vaan gravitaatiokentän suljetuista silmukoista koostuvana. Suuressa mittakaavassa se näyttää tavalliselta yleisen suhteellisuusteorian avaruudesta, ja pienessä mittakaavassa se näyttää koostuvan pikseleistä. Tällaiseen silmukkatilaan sijoitettu massa ja energia vaikuttavat siihen ja siten vääristävät sitä.
- Onko totta, että tyhjiö ei itse asiassa ole tyhjä ja että siihen syntyy itse hiukkasia?
Kenttäteorian ja epävarmuusperiaatteen mukaanHeisenbergin mukaan tyhjiö voi olla hyvin lyhyitä aikoja sellaisessa energiatilassa, että se pystyy muodostamaan parillisia hiukkasia. Tiedemiehet kutsuvat niitä virtuaalisiksi. Ne eroavat jonkin verran tavallisista, mutta samalla ne noudattavat kvantti säilymislakeja.
Emme voi tarkkailla virtuaalisia hiukkasiasyntyvät pareittain ja tuhoutuvat nopeasti vaikuttamatta meihin millään tavalla. Tämä tasapaino voi kuitenkin joissain tapauksissa häiriintyä, esimerkiksi voimakkaan gravitaatiokentän läsnä ollessa, kuten mustassa aukossa. Stephen Hawking osoitti, että mustat aukot eivät pysty vain absorboimaan, vaan myös emittoimaan hiukkasia (enimmäkseen fotoneja) ja siksi haihtumaan. Ennen sitä uskottiin, että mikään, ei edes valo, ei voinut "paeta" mustasta aukosta.
- Mikä on alkuräjähdys? Miksi se tapahtui?
Tämä on teoreettinen malli, joka kuvaanykyaikaisen maailmankaikkeuden syntyminen erittäin tiheästä ja erittäin kuumasta tilasta. Pikosekunnissa (sekunnin biljoonasosalla) siihen ilmestyi perustavanlaatuisia vuorovaikutuksia: ensin gravitaatiota ja sitten sähkömagneettista, heikkoa ja voimakasta. Sitten hyvin korkeissa lämpötiloissa alkoi hiukkas-antihiukkasparien syntyminen ja sen jälkeen ne tuhoutuivat, jonka tuote on fotoni (valo).
Onneksi meille syntyi epäsymmetria:miljardille protoni-antiprotoni-parille yksi protoni osoittautui "ylimääräiseksi". Kaikki tähdet, galaksit, planeetat ja me olemme tehty tästä yhdestä miljardisosasta. Seuraavien satojen tuhansien vuosien ajan valo ja aine "kietoutuivat" ja universumi oli hyvin läpinäkymätön. Noin 400 000 vuotta alkuräjähdyksen jälkeen se jäähtyi ja atomeja alkoi muodostua. Vapaita elektroneja ei ollut jäljellä, ja universumi muuttui valolle läpinäkyväksi. Siellä tapahtui voimakas säteilypurkaus, jonka nyt havaitsemme jäännössäteilynä (kosminen mikroaalto tausta).
Emme tiedä, miksi maailmankaikkeus alkoi laajentua hyvin puristetusta tilasta (sitäkään, mikä oli ennen alkuräjähdystä). Ehkä syynä oli tyhjiön kvanttivaihtelut.
- Miksi avaruusalukset eivät voi lentää valon nopeudella?
Erityisestä suhteellisuusteoriasta seuraa:kiihdyttääksesi massiivisen esineen valonnopeuteen, sinun on käytettävä ääretön määrä energiaa. Mikä on tietysti mahdotonta. Vain massattomat hiukkaset, kuten fotoni, voivat liikkua valon nopeudella.
Vuonna 1994 meksikolainen fyysikko Miguel Alcubierreehdotti ajatusta loimikäytöstä (kuten kulttiscifi-sarjassa Star Trek). Sen sijaan, että avaruusalus matkustaisi FTL:ssä, sen on tiivistettävä aika-avaruus edessään ja laajennettava sitä takanaan, samalla kun se on edelleen tasaisen aika-avaruuden kuplassa. On totta, että useita ratkaisemattomia ongelmia oli. Tällaisen kuplan luomiseksi tarvitaan eksoottista ainetta, jolla on negatiivinen massa. Hyvä uutinen on, että tuoreessa artikkelissa on löydetty ratkaisuja superluminaalisille loimikuplille, joilla on positiivinen energiatiheys. Mutta ongelmana on edelleen se, kuinka itse kupla hajotetaan ainakin valonnopeudelle ja mistä saada paljon energiaa luomatta mustaa aukkoa.
Alcubierre-moottorin 2D-mallinnus
- Mitä ainetta on enemmän universumissa?
Avaruuden saamien uusimpien tietojen mukaanPlanck Observatory, universumimme koostuu vain 5 % tavallisesta tai, kuten tiedemiehet sanovat, baryonisesta aineesta, eli tähdistä, galakseista, kaasusta ja sinusta.
Merkittävämpi osa - 26 % - onpimeä aine. Se löydettiin tutkimalla galaksien ja niiden ryhmien pyörimistä. Massa ja painovoima eivät riittäneet selittämään heidän "käyttäytymistään". Siksi oli tarpeen ottaa käyttöön pimeän aineen käsite, joka ilmenee vain painovoiman kautta eikä muuten ole vuorovaikutuksessa tavallisen aineen kanssa. Itse asiassa ei tiedetä, mikä pimeä aine on.
Vasemmalla on kartta gammasäteilystä, jonka energia on 1–3.16 GeV galaksimme keskustassa. Tunnetut pulsarit allekirjoitettu. Jos poistamme kaikki tunnetut gammasäteilyn lähteet, kuten oikealla näkyy, syntyy ylimääräistä säteilyä, mikä voidaan selittää pimeän aineen tuhoutumisella.
Lopuksi salaperäisin aine69 % on pimeää energiaa, josta emme tiedä juuri mitään. Se ilmenee ensisijaisesti maailmankaikkeuden laajenemisen kautta. Lisäksi tutkijat ovat päätyneet siihen, että maailmankaikkeuden tiheys on lähellä kriittistä. Aine (tavallinen + tumma) on kuitenkin vain 30 % kriittisestä tiheydestä. Missä loput ovat? Tämä voi olla itse avaruuden tai tyhjiön energiaa tai ylimääräistä tuntematonta voimaa, jota kutsutaan yleisesti pimeäksi energiaksi.
- Kuinka todennäköistä on, että galaksissamme on muita älykkäitä olentoja?
On monia merkkejä siitä, että galaksimmetäytyy olla täynnä elämää. Ensinnäkin Kepler-avaruusteleskoopin mukaan noin 40 miljardia Maan kaltaista planeettaa kiertää auringon kaltaisia tähtiä tai punaisia kääpiöitä ja jotka ovat myös asuttavalla alueella (suotuisat olosuhteet elämän syntymiselle).
Toiseksi elämä planeetallamme syntyilähes välittömästi Maan muodostumisen jälkeen ja on ollut olemassa 4 miljardia vuotta. Mitä tulee älykkäisiin olentoihin, se on hieman monimutkaisempi. Galaktisessa mittakaavassa ihminen on olemassa merkityksettömän lyhyen ajan.
Amerikkalainen tähtitieteilijä Frank Drake koonnutyhtälö, jolla voidaan arvioida kehittyneiden sivilisaatioiden lukumäärä galaksissamme, mutta siinä on monia tuntemattomia. Siksi ratkaisu siihen vaihtelee suuresti - 20 kappaleesta 50 miljoonaan! Jälkimmäinen on epätodennäköistä, koska on olemassa myös Fermin paradoksi, joka kuulostaa kirjaimellisesti tältä: miksi emme havaitse jälkiä kehittyneistä sivilisaatioista - satelliiteista, erilaisista radiosignaaleista ja niin edelleen? Ehkä olosuhteet planeetallamme ja aurinkokunnassamme ovat edelleen ainutlaatuiset (esimerkiksi meillä on valtava Jupiter, joka suojaa Maata suurilta meteoriiteilta ja asteroideilta gravitaatiokentällä). Eli elämä ei ehkä ole sääntö universumille, vaan suuri poikkeus.
- Mitä tapahtuu universumille sen olemassaolon lopussa?
Nyt todennäköisin skenaario onnopeasti laajeneva maailmankaikkeus. Noin biljoonassa vuodessa kaikki galaksit lentävät pois näkyvän maailmankaikkeuden ulkopuolelle. 100 biljoonan vuoden kuluttua viimeinen tähti, punainen kääpiö, räjähtää. 10 kvanttimiljoonassa vuodessa galaksit hajoavat ja niiden jäännökset alkavat pudota mustiin aukkoihin. Mitä älykkäälle elämälle tapahtuu? Tämä on hyvin pitkä aikakausi, ja erittäin kehittynyt sivilisaatio saattaa löytää tavan käyttää mustia aukkoja energialähteinä.
Ennemmin tai myöhemmin jopa mustat aukot haihtuvatHawkingin säteilytili (erilaisten oletusten mukaan 1040-10106 vuoden sisällä). Tietenkin kaikki voi päättyä paljon nopeammin, jos pimeän energian tiheys kasvaa ajan myötä. Tässä tapauksessa jossain vaiheessa, esimerkiksi 20–70 miljardin vuoden kuluttua, maailmankaikkeuden laajenemisnopeus on niin korkea, että kaikki aine repeää subatomitasolla. Tätä skenaariota kutsutaan nimellä Big Rip.
Ja jos katsot vielä pidemmälle käsittämättömään tulevaisuuteen, niin jonain päivänä kvanttivaihtelut voivat jälleen johtaa maailmankaikkeuden syntymiseen.
Nämä vastaukset voivat johtaa uusiin kysymyksiin −avaruustutkimus on loputonta. Voit syventää aihetta Uchi.ru:n interaktiivisen kurssin "Space Printing" avulla. Se on tarkoitettu niille, jotka haluavat hallita kosketuskirjoituksen taidon ja pelastaa maailmankaikkeuden hyökkääjiltä matkan varrella.
Lue lisää:
Ihmiskunnan suurin sukupuu esitti lajimme historian
Kehitetty ympäristöystävällinen hiilidioksidipohjainen polttoaine
Cheopsin suurta pyramidia tutkitaan kosmisten säteiden avulla