L'homme a commencé à explorer l'espace avant d'entrer en orbite - grâce à la création d'histoires de science-fiction. 400 autres
- Est-il vrai que le Soleil est petit par rapport aux normes stellaires ?
Pas certainement de cette façon.Il existe des étoiles géantes rouges qui sont mille fois plus grandes que le Soleil - par exemple, UY Shield, AH Scorpio et W Cepheus. Mais il y a aussi d'autres exemples. Par exemple, l'étoile 2MASS J0523-1403, découverte en 2003, est de la taille de Jupiter (mais 70 fois plus massive). Sa masse est 15 fois inférieure à celle du soleil - c'est la limite pour les étoiles, en dessous de laquelle les réactions nucléaires ne s'enflamment tout simplement pas.
- Comment les étoiles se transforment-elles en trous noirs ?
Ce destin attend les étoiles d'une masse supérieure à 8-10solaire. De l'effondrement gravitationnel (c'est-à-dire "s'effondrer sur lui-même"), ils sont conservés par l'énergie des réactions nucléaires. Mais tôt ou tard, le carburant s'épuise: ces étoiles brûlent d'abord de l'hydrogène, puis de l'hélium, puis du carbone - et ainsi de suite jusqu'à ce que le noyau se transforme en fer. À cela, les réactions nucléaires s'y arrêtent et la compression commence sous l'influence de la gravité. Une fois que la masse du noyau de fer atteint la limite dite de Chandrasekhar (environ une masse solaire et demie), rien ne peut résister à l'effondrement d'une étoile dans un trou noir.
- Qu'est-ce qu'une géante gazeuse ? Cela signifie-t-il que la planète n'a pas de fondation solide et qu'on ne peut pas y atterrir ?
On parle de très grosses planètes, consistant enprincipalement de l'hydrogène et de l'hélium. Il y en a deux dans notre système solaire : Jupiter et Saturne. Qu'ils aient une surface solide est une question très intéressante à laquelle les scientifiques tentent de répondre à l'aide du vaisseau spatial Juno. Il est actuellement en orbite autour de Jupiter.
Lorsque vous plongez vers Jupiter, vous devrez d'abord passer parla couche externe de nuages froids et denses composée d’ammoniac et d’eau. Plus l'observateur descend, plus la pression et la température de l'atmosphère sont élevées. À un moment donné, l’hydrogène se condensera à l’état liquide et formera un immense océan. Encore plus profondément, l'hydrogène sous une pression énorme commence à se comporter comme un métal liquide.
Les données Juno suggèrent que le noyau de la planète n'a pas de frontières claires, il semble être dissous. Cela s'est peut-être produit parce qu'il y a des milliards d'années, le géant est entré en collision avec une autre planète.
Collision du proto-Jupiter avec une autre planète.a) avant la collision - un noyau solide est visible. b) l'heure de la collision, c) dix heures après la collision. En raison de la collision et du mélange ultérieur, le noyau de Jupiter s'est avéré être étendu et "dilué". Figure adaptée de Liu et al (2019)
- Est-il possible de traverser un trou noir vers une autre dimension ?
Nous ne savons pas.Les équations d'Einstein supposent qu'un trou noir correspond à un trou blanc inversé, ce qui peut conduire à un univers parallèle (le pont Rosen-Einstein). Mais pour y arriver, vous devez vous déplacer à une vitesse plus rapide que la lumière. Les trous blancs eux-mêmes peuvent se manifester dans notre Univers sous la forme d'éclairs lumineux de rayonnement dans la gamme gamma - et ils veulent les trouver à partir du télescope à rayons gamma de l'espace Fermi. Le physicien théoricien Lee Smolin a suggéré que les trous blancs sont le Big Bang pour d'autres univers.
Diagramme de Penrose. Au-dessus se trouve un trou noir et en dessous se trouve un trou blanc. Et sur les côtés se trouvent deux univers : le nôtre et un parallèle
Et les physiciens Oleg Lunin et Samir Mathur ont proposésolution pour un trou noir, basée sur la théorie des supercordes. Dans la théorie des supercordes, toutes les particules connues sont des vibrations de cordes énergétiques dans des espaces multidimensionnels. Dans un trou noir, ces cordes et espaces sont entrelacés, formant une structure unique, semblable à une pelote de laine crachée par un "chat multidimensionnel" de l'hyperespace.
A droite se trouve un trou noir "ordinaire" avec une singularité ethorizon des événements, à gauche - un trou noir obtenu à partir de la théorie des cordes, sans horizon des événements et sans singularité (fuzzball - une pelote de laine). Art par Olena Shmahalo/Quanta Magazine
- Comment les anciens ont-ils découvert les galaxies s'ils n'avaient pas de télescopes modernes ?
L'œil est un instrument sensible.Nous pouvons percevoir des sources dans le ciel jusqu'à la sixième magnitude. Soit dit en passant, cette échelle a été introduite par l'astronome romain Cladius Ptolemy. Dans son catalogue, la première magnitude désignait les étoiles les plus brillantes et la sixième désignait les plus sombres. Par conséquent, nous voyons la nébuleuse d'Andromède, qui a une magnitude de 3,44, sans télescope. Soit dit en passant, cette galaxie a été décrite pour la première fois par l'astronome et mathématicien persan Abdurrahman al-Sufi il y a environ mille ans. Il a également découvert le Grand Nuage de Magellan.
- Pourquoi dit-on que le temps est la quatrième dimension ? Combien de dimensions sont ouvertes ?
Jusqu'au XXe siècle, les scientifiques pensaient que le tempsl’espace et les processus physiques sont indépendants les uns des autres. Mais en 1905, Albert Einstein a créé la théorie restreinte de la relativité, selon laquelle le temps et l'espace peuvent s'étirer et se contracter. Un peu plus tard, son professeur Herman Minkowski a relié l'espace et le temps en un continuum espace-temps commun à quatre dimensions.
Sur la base de ces idées, Einstein a développé une approche généralethéorie de la relativité. Il a écrit une équation décrivant comment la masse et l'énergie peuvent affecter l'espace-temps, le plier, et comment le mouvement de la matière change dans ces conditions. Il s'est avéré que l'espace et le temps sont des participants aux processus physiques, et non une scène pour eux. C'est pourquoi les scientifiques pensent que le temps est la quatrième dimension.
Quant aux dimensions supplémentaires, la théorieles cordes permettent leur existence au niveau micro, et l'idée associée de cosmologie sur la brane (dérivé du mot "membrane") - au contraire, sur le très grand. De petites dimensions supplémentaires sont recherchées au Grand collisionneur de hadrons, les grandes - dans l'espace, en utilisant les antennes gravitationnelles LIGO et VIRGO et le télescope à rayons gamma spatial Fermi-LAT. Jusqu'ici en vain.
- Est-il vrai que l'horloge au sommet d'une haute montagne fonctionne différemment de celle à la surface de la Terre ?
La temporisation se produit dans deux cas :lorsqu'un objet se déplace à grande vitesse par rapport à un observateur externe ; près de la source de gravité (planète massive, trou noir). Un exemple avec une horloge de la deuxième catégorie. La montagne est à la surface de la Terre, qui a de la gravité, et le temps au sommet de la montagne s'écoulera plus rapidement par rapport à un observateur au niveau de la mer. Certes, cet effet est très faible : 83 nanosecondes par jour dans l'expérience Everest.
Mais les satellites GPS volent à une altitude d'environ 20 000 mètres.km. Là, l'accélération gravitationnelle du temps est plus importante. Le temps s'écoule 40 microsecondes par jour plus vite qu'à la surface de la planète, et il faut en tenir compte. En ce sens, les satellites GPS sont un excellent laboratoire pour tester les effets de la théorie de la relativité.
- Comment le temps et l'espace peuvent-ils être courbés ?
Nous savons que le temps et l'espace se déformentmais comment ils le font est une question difficile. Pour y répondre, nous devons considérer l'action de la gravité au niveau quantique, mais il n'existe pas encore de théorie universelle pour cela.
Il existe des approches distinctes comme la théorie des cordesou la gravité quantique en boucle. Ce dernier représente l’espace non pas comme continu, mais comme constitué de boucles fermées du champ gravitationnel. À grande échelle, il ressemble à l’espace habituel de la relativité générale, et à petite échelle, il semble constitué de pixels. La masse et l'énergie placées dans un tel espace en boucle l'affectent et le déforment ainsi.
- Est-il vrai que le vide n'est pas réellement vide et que les particules elles-mêmes y surgissent ?
Selon la théorie des champs et le principe d'incertitudeHeisenberg, pendant de très courtes périodes de temps, le vide peut être dans un état d'énergie tel qu'il est capable de générer des particules appariées. Les scientifiques les appellent virtuels. Ils sont quelque peu différents des ordinaires, mais en même temps ils obéissent aux lois de conservation quantique.
On ne peut pas observer les particules virtuelles, ellesnaissent par paires et s'annihilent rapidement sans nous affecter en aucune façon. Cependant, cet équilibre peut être perturbé dans certains cas, par exemple en présence d'un fort champ gravitationnel, comme dans un trou noir. Stephen Hawking a montré que les trous noirs peuvent non seulement absorber, mais aussi émettre des particules (principalement des photons), et donc s'évaporer. Avant cela, on croyait que rien, pas même la lumière, ne pouvait « s'échapper » d'un trou noir.
- Qu'est-ce que le Big Bang ? Pourquoi est-ce arrivé?
Il s'agit d'un modèle théorique qui décritl'émergence de l'Univers moderne à partir d'un état très dense et très chaud. En une picoseconde (un trillionième de seconde), des interactions fondamentales y sont apparues : d'abord gravitationnelles, puis électromagnétiques, faibles et fortes. Puis, à des températures très élevées, la naissance de paires particule-antiparticule a commencé, puis s'est annihilée, dont le produit est un photon (lumière).
Heureusement pour nous, une asymétrie est apparue :pour un milliard de paires proton-antiproton, un proton s'est avéré "en plus". Toutes les étoiles, les galaxies, les planètes et nous-mêmes sommes constitués de cette milliardième partie. Pendant les centaines de milliers d'années suivantes, la lumière et la matière ont été "intriquées" et l'univers était très opaque. Environ 400 000 ans après le Big Bang, il s'est refroidi et des atomes ont commencé à se former. Il n'y avait plus d'électrons libres et l'Univers est devenu transparent à la lumière. Il y a eu une puissante rafale de rayonnement, que nous observons maintenant comme un rayonnement relique (fond cosmique de micro-ondes).
Pourquoi l'Univers a commencé à se développer à partir d'un état très comprimé, nous ne le savons pas (ainsi que ce qui se passait avant le Big Bang). La raison en était peut-être les fluctuations quantiques du vide.
- Pourquoi les vaisseaux spatiaux ne peuvent-ils pas voler à la vitesse de la lumière ?
De la théorie restreinte de la relativité découle :pour accélérer un objet massif à la vitesse de la lumière, vous devez dépenser une quantité infinie d'énergie. Ce qui, bien sûr, est impossible. Seules les particules sans masse, comme le photon, peuvent se déplacer à la vitesse de la lumière.
En 1994, le physicien mexicain Miguel Alcubierrea proposé l'idée d'un lecteur de distorsion (comme dans la série culte de science-fiction Star Trek). Au lieu de voyager à FTL, le vaisseau spatial doit compresser l'espace-temps devant lui et l'étendre derrière lui, tout en restant dans une bulle d'espace-temps plat. Certes, il y avait plusieurs problèmes non résolus. Pour créer une telle bulle, une matière exotique de masse négative est nécessaire. La bonne nouvelle est qu'un article récent a trouvé des solutions pour les bulles de distorsion superluminales avec une densité d'énergie positive. Mais le problème reste de savoir comment disperser la bulle elle-même au moins à la vitesse de la lumière et où obtenir beaucoup d'énergie sans créer de trou noir.
Rendu 2D du moteur Alcubierre
- Quelle substance est plus dans l'univers?
Selon les dernières données obtenues par l'espaceObservatoire Planck, notre Univers se compose de seulement 5% de matière ordinaire ou, comme disent les scientifiques, de matière baryonique, c'est-à-dire d'étoiles, de galaxies, de gaz et de vous.
Une part plus importante - 26 % - estmatière noire. Il a été découvert en étudiant la rotation des galaxies et de leurs amas. La masse et la gravité ne suffisaient pas à expliquer leur "comportement". Par conséquent, il était nécessaire d'introduire le concept de matière noire, qui ne se manifeste que par la gravité et n'interagit pas autrement avec la matière ordinaire. En fait, on ne sait pas ce qu'est la matière noire.
Sur la gauche se trouve une carte du rayonnement gamma avec une énergie de 1 à 3.16 GeV au centre de notre galaxie. Pulsars connus signés. Si nous supprimons toutes les sources connues de rayonnement gamma, comme indiqué à droite, il y aura alors un excès de rayonnement, qui peut s'expliquer par l'annihilation de la matière noire
Enfin, la substance la plus mystérieuse qui soitl’énergie noire, dont nous ne savons presque rien, représente 69 % de cette énergie. Elle se manifeste principalement à travers l’expansion de l’Univers. De plus, les scientifiques ont conclu que la densité de l’Univers est proche du point critique. Or, la matière (régulière + sombre) ne représente que 30 % de la densité critique. Où est le reste ? Il peut s’agir de l’énergie de l’espace ou du vide lui-même, ou d’une force inconnue supplémentaire, communément appelée énergie sombre.
- Quelle est la probabilité qu'il y ait d'autres êtres intelligents dans notre galaxie ?
Il y a de nombreuses indications que notre galaxiedoit être rempli de vie. Premièrement, selon le télescope spatial Kepler, il y a environ 40 milliards de planètes semblables à la Terre qui orbitent autour d'étoiles semblables au Soleil ou de naines rouges, et se trouvent également dans la zone habitable (conditions favorables à l'origine de la vie).
Deuxièmement, la vie sur notre planète est néepresque immédiatement après la formation de la Terre et existe depuis 4 milliards d'années. Quant aux êtres intelligents, c’est un peu plus compliqué. À l’échelle galactique, l’homme existe pour une période de temps négligeable.
L'astronome américain Frank Drake a compiléune équation pour estimer le nombre de civilisations avancées dans notre galaxie, mais elle comporte de nombreuses inconnues. Par conséquent, la solution varie considérablement - de 20 pièces à 50 millions ! Ce dernier est peu probable, car il y a aussi le paradoxe de Fermi, qui ressemble littéralement à ceci : pourquoi n'observons-nous pas de traces de civilisations avancées - satellites, divers signaux radio, etc. ? Peut-être que les conditions sur notre planète et dans le système solaire sont encore uniques (par exemple, nous avons un énorme Jupiter, qui protège la Terre des grosses météorites et des astéroïdes avec son champ gravitationnel). Autrement dit, la vie n'est peut-être pas une règle pour l'Univers, mais une grande exception.
- Qu'adviendra-t-il de l'Univers à la fin de son existence ?
Le scénario le plus probable est désormaisunivers en expansion rapide. Dans environ un billion d’années, toutes les galaxies s’envoleront au-delà de l’Univers visible. Dans 100 000 milliards d’années, la dernière étoile, une naine rouge, explosera. D’ici 10 millions d’années, les galaxies s’effondreront et leurs restes commenceront à tomber dans des trous noirs. Qu’arrivera-t-il à la vie intelligente ? Il s’agit d’une époque très longue et une civilisation très avancée pourrait trouver un moyen d’utiliser les trous noirs comme sources d’énergie.
Tôt ou tard, même les trous noirs s'évaporentCompte de rayonnement de Hawking (selon diverses hypothèses, d'ici 1040 à 10106 ans). Bien entendu, tout peut se terminer beaucoup plus rapidement si la densité de l’énergie noire augmente avec le temps. Dans ce cas, à un moment donné, disons dans 20 à 70 milliards d’années, le taux d’expansion de l’Univers sera si élevé que toute la matière se brisera au niveau subatomique. Ce scénario est appelé le Big Rip.
Et si vous regardez encore plus loin dans un avenir inimaginable, alors un jour, les fluctuations quantiques pourraient à nouveau conduire à la naissance de l'univers.
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