Čovjek je počeo istraživati svemir prije nego što je ušao u orbitu - kroz stvaranje znanstvenofantastičnih priča još 400
- Je li istina da je Sunce malo prema zvjezdanim standardima?
Ne sigurno na taj način.Postoje crvene divovske zvijezde koje su tisuću puta veće od Sunca - na primjer, UY Shield, AH Scorpio i W Cepheus. Ali ima i drugih primjera. Na primjer, zvijezda 2MASS J0523-1403, otkrivena 2003., veličine je Jupitera (ali 70 puta masivnija). Njegova masa je 15 puta manja od Sunca - to je granica za zvijezde, ispod koje se nuklearne reakcije jednostavno ne pale.
- Kako se zvijezde pretvaraju u crne rupe?
Ova sudbina čeka zvijezde s masom većom od 8-10solarni. Od gravitacijskog kolapsa (tj. "urušavanja u sebe") zadržava ih energija nuklearnih reakcija. No, prije ili kasnije, gorivo ponestane: takve zvijezde prvo spaljuju vodik, zatim helij, pa ugljik - i tako sve dok se jezgra ne pretvori u željezo. Pri tome se nuklearne reakcije u njemu zaustavljaju, a kompresija počinje pod utjecajem gravitacije. Jednom kada masa željezne jezgre dosegne takozvanu Chandrasekharovu granicu (oko jednu i pol solarne mase), ništa ne može odoljeti kolapsu zvijezde u crnu rupu.
- Što je plinski div – znači li to da planet nema čvrste temelje i da se na njega ne može spustiti?
Govorimo o vrlo velikim planetima, koji se sastoje oduglavnom vodik i helij. Dva su od njih u našem Sunčevom sustavu: Jupiter i Saturn. Imaju li čvrstu površinu vrlo je zanimljivo pitanje na koje znanstvenici pokušavaju odgovoriti pomoću letjelice Juno. Trenutno je u orbiti oko Jupitera.
Kada ronite do Jupitera, prvo ćete morati proćivanjski sloj hladnih, gustih oblaka koji se sastoje od amonijaka i vode. Što se promatrač spušta niže, to su tlak i temperatura u atmosferi viši. U nekom trenutku, vodik će se kondenzirati u tekuće stanje i formirati ogroman ocean. Čak i dublje, a vodik pod ogromnim pritiskom počinje se ponašati kao tekući metal.
Podaci Juno sugeriraju da jezgra planeta nema jasne granice, čini se da je otopljena. Možda se to dogodilo zato što se prije više milijardi godina div sudario s drugim planetom.
Sudar proto-Jupitera s drugim planetom.a) prije sudara - vidljiva je čvrsta jezgra. b) vrijeme sudara, c) deset sati nakon sudara. Uslijed sudara i daljnjeg miješanja Jupiterova jezgra se pokazala produženom i "razrijeđenom". Slika prilagođena od Liua i dr. (2019.)
- Je li moguće proći kroz crnu rupu u drugu dimenziju?
Ne znamo.Einsteinove jednadžbe pretpostavljaju da crna rupa odgovara obrnutoj bijeloj rupi, što može dovesti do paralelnog svemira (Rosen-Einsteinov most). Ali da biste stigli tamo, morate se kretati brzinom bržom od svjetlosti. Same bijele rupe mogu se manifestirati u našem Svemiru u obliku svijetlih bljeskova zračenja u gama rasponu – i žele ih pronaći iz Fermijevog svemirskog gama-teleskopa. Teoretski fizičar Lee Smolin sugerirao je da su bijele rupe Veliki prasak za druge svemire.
Penroseov dijagram. Iznad je crna rupa, a ispod je bijela rupa. A sa strane su dva svemira: naš i paralelni
A predložili su fizičari Oleg Lunin i Samir Mathurrješenje za crnu rupu, temeljeno na teoriji superstruna. U teoriji superstruna, sve poznate čestice su vibracije energetskih struna u višedimenzionalnim prostorima. U crnoj rupi, ti nizovi i prostori su isprepleteni, tvoreći jedinstvenu strukturu, sličnu klupku vune koju je ispljunula "višedimenzionalna mačka" iz hiperprostora.
S desne strane je "obična" crna rupa sa singularitetom ihorizont događaja, lijevo - crna rupa dobivena iz teorije struna, bez horizonta događaja i bez singulariteta (fuzzball - vunena lopta). Umjetnost Olene Shmahalo/Časopis Quanta
- Kako su drevni ljudi otkrili galaksije ako nisu imali moderne teleskope?
Oko je osjetljiv instrument.Izvore na nebu možemo uočiti do šeste magnitude. Inače, ovu ljestvicu uveo je rimski astronom Kladije Ptolomej. U njegovom katalogu prva magnituda označava najsjajnije zvijezde, a šesta najsjajnije. Stoga vidimo Andromedinu maglicu, koja ima magnitudu 3,44, bez teleskopa. Inače, ovu galaksiju prvi je opisao perzijski astronom i matematičar Abdurrahman al-Sufi prije otprilike tisuću godina. Također je otkrio Veliki Magelanov oblak.
- Zašto kažu da je vrijeme četvrta dimenzija? Koliko je dimenzija otvoreno?
Sve do dvadesetog stoljeća znanstvenici su vjerovali u to vrijemeprostor i fizički procesi neovisni su jedni o drugima. Ali 1905. godine Albert Einstein stvorio je posebnu teoriju relativnosti, prema kojoj se vrijeme i prostor mogu rastezati i skupljati. Nešto kasnije njegov učitelj Herman Minkowski povezao je prostor i vrijeme u zajednički četverodimenzionalni prostorno-vremenski kontinuum.
Na temelju tih ideja Einstein je razvio općuteorija relativnosti. Napisao je jednadžbu koja opisuje kako masa i energija mogu utjecati na prostor-vrijeme, savijajući ga i kako se gibanje tvari mijenja u tim uvjetima. Pokazalo se da su prostor i vrijeme sudionici fizičkih procesa, a ne pozornica za njih. Zato znanstvenici vjeruju da je vrijeme četvrta dimenzija.
Što se tiče dodatnih dimenzija, teorijažice dopuštaju njihovo postojanje na mikro razini, a povezana ideja kozmologije na branu (izvedena od riječi "membrana") - naprotiv, na vrlo velikoj. Male dodatne dimenzije traže se na Velikom hadronskom sudaraču, velike - u svemiru, pomoću gravitacijskih antena LIGO i VIRGO i svemirskog teleskopa gama zraka Fermi-LAT. Za sada bezuspješno.
- Je li istina da sat na vrhu visoke planine teče drugačije nego na površini Zemlje?
Vremensko kašnjenje se javlja u dva slučaja:kada se objekt kreće velikom brzinom u odnosu na vanjskog promatrača; u blizini izvora gravitacije (masivni planet, crna rupa). Primjer sa satom iz druge kategorije. Planina je na površini Zemlje, koja ima gravitaciju, a vrijeme na vrhu planine će teći brže u odnosu na promatrača na razini mora. Istina, ovaj učinak je vrlo mali: 83 nanosekunde dnevno u eksperimentu na Everestu.
Ali GPS sateliti lete na visini od oko 20 tisuća metara.km. Tu je gravitacijsko ubrzanje vremena značajnije. Vrijeme teče 40 mikrosekundi dnevno brže nego na površini planeta, i to se mora uzeti u obzir. U tom su smislu GPS sateliti izvrstan laboratorij za ispitivanje učinaka teorije relativnosti.
- Kako se vrijeme i prostor mogu zakriviti?
Znamo da se vrijeme i prostor iskrivljujuali kako to rade teško je pitanje. Da bismo odgovorili na njega, moramo razmotriti djelovanje gravitacije na kvantnoj razini, ali za to još ne postoji univerzalna teorija.
Postoje zasebni pristupi poput teorije strunaili petlja kvantne gravitacije. Ovo posljednje predstavlja prostor ne kao kontinuiran, već kao da se sastoji od zatvorenih petlji gravitacijskog polja. U velikim mjerilima izgleda kao uobičajeni prostor opće relativnosti, a u malim kao da se sastoji od piksela. Masa i energija smještene u takvom prostoru petlje utječu na njega i tako ga iskrivljuju.
- Je li istina da vakuum zapravo nije prazan i da u njemu nastaju same čestice?
Prema teoriji polja i principu nesigurnostiHeisenberg, za vrlo kratko vrijeme, vakuum može biti u takvom energetskom stanju u kojem je u stanju generirati uparene čestice. Znanstvenici ih nazivaju virtualnim. Oni se donekle razlikuju od običnih, ali se u isto vrijeme pokoravaju kvantnim zakonima očuvanja.
Ne možemo promatrati virtualne čestice, onirađaju se u parovima i brzo se uništavaju, a da na nas na bilo koji način ne utječu. Međutim, ova ravnoteža može biti poremećena u nekim slučajevima, na primjer, u prisutnosti jakog gravitacijskog polja, kao u crnoj rupi. Stephen Hawking je pokazao da crne rupe mogu ne samo apsorbirati, već i emitirati čestice (uglavnom fotone), te stoga ispariti. Prije toga se vjerovalo da ništa, pa ni svjetlost, ne može "pobjeći" iz crne rupe.
- Što je Veliki prasak? Zašto se to dogodilo?
Ovo je teorijski model koji opisujenastanak modernog Svemira iz vrlo gustog i vrlo vrućeg stanja. U pikosekundi (trilijunti dio sekunde) u njemu su se pojavile temeljne interakcije: prvo gravitacijske, a zatim elektromagnetske, slabe i jake. Tada je na vrlo visokim temperaturama počelo rađanje parova čestica-antičestica, a nakon toga su se oni anihilirali, čiji je produkt foton (svjetlost).
Na našu sreću, nastala je asimetrija:za milijardu parova proton-antiproton jedan proton se pokazao "ekstra". Sve zvijezde, galaksije, planeti i mi sami smo napravljeni od ovog jednog milijarditog dijela. Sljedećih stotina tisuća godina svjetlost i materija su bili "zapleteni" i svemir je bio vrlo neproziran. Otprilike 400 000 godina nakon Velikog praska ohladio se i počeli su se stvarati atomi. Više nije bilo slobodnih elektrona, a Svemir je postao proziran za svjetlost. Došlo je do snažnog praska zračenja, koje sada promatramo kao reliktnu radijaciju (kozmička mikrovalna pozadina).
Zašto se Svemir počeo širiti iz vrlo komprimiranog stanja, ne znamo (kao ni ono što je bilo prije Velikog praska). Možda su razlog bile kvantne fluktuacije vakuuma.
- Zašto svemirski brodovi ne mogu letjeti brzinom svjetlosti?
Iz specijalne teorije relativnosti slijedi:da biste ubrzali masivni objekt do brzine svjetlosti, trebate potrošiti beskonačnu količinu energije. Što je, naravno, nemoguće. Samo čestice bez mase, kao što je foton, mogu se kretati brzinom svjetlosti.
Godine 1994. meksički fizičar Miguel Alcubierrepredložio je ideju warp pogona (kao u kultnoj znanstvenofantastičnoj seriji Zvjezdane staze). Umjesto da putuje na FTL-u, letjelica mora komprimirati prostor-vrijeme ispred sebe i proširiti ga iza sebe, dok je još uvijek u mjehuriću ravnog prostor-vremena. Istina, bilo je nekoliko neriješenih pitanja. Za stvaranje takvog mjehurića potrebna je egzotična tvar s negativnom masom. Dobra vijest je da je nedavni rad pronašao rješenja za superluminalne warp mjehuriće s pozitivnom gustoćom energije. No ostaje problem kako raspršiti sam mjehur barem do brzine svjetlosti i gdje dobiti puno energije bez stvaranja crne rupe.
2D prikaz Alcubierreovog motora
- Koje tvari ima više u svemiru?
Prema posljednjim podacima do kojih je došao prostorPlanck Observatory, naš Svemir se sastoji od samo 5% obične ili, kako znanstvenici kažu, barionske materije, odnosno zvijezda, galaksija, plina i vas.
Značajniji dio - 26% - jesttamna tvar. Otkriveno je proučavanjem rotacije galaksija i njihovih skupova. Masa i gravitacija nisu bile dovoljne da objasne njihovo "ponašanje". Stoga je bilo potrebno uvesti pojam tamne materije, koja se očituje samo kroz gravitaciju i inače ne stupa u interakciju s običnom materijom. Zapravo, nije poznato što je tamna tvar.
S lijeve strane je karta gama zračenja s energijom 1–3.16 GeV u središtu naše galaksije. Poznati pulsari potpisani. Ako uklonimo sve poznate izvore gama zračenja, kao što je prikazano na desnoj strani, tada će doći do viška zračenja, što se može objasniti anihilacijom tamne tvari
Konačno, najtajanstvenija tvar kojačini 69% tamna energija, o kojoj ne znamo gotovo ništa. Manifestira se prvenstveno kroz širenje Svemira. Osim toga, znanstvenici su zaključili da je gustoća Svemira blizu kritične. Međutim, materija (obična + tamna) ima samo 30% kritične gustoće. Gdje je ostatak? To bi mogla biti sama energija prostora ili vakuuma ili dodatna nepoznata sila, koja se obično naziva tamna energija.
- Koliko je vjerojatno da u našoj galaksiji postoje druga inteligentna bića?
Postoje mnoge naznake da je naša galaksijamora biti ispunjen životom. Prvo, prema svemirskom teleskopu Kepler, postoji oko 40 milijardi planeta sličnih Zemlji koji kruže oko zvijezda nalik suncu ili crvenih patuljaka, a također su u zoni pogodnoj za život (povoljni uvjeti za nastanak života).
Drugo, život na našem planetu je nastaogotovo odmah nakon nastanka Zemlje i postoji već 4 milijarde godina. Što se tiče inteligentnih bića, to je nešto kompliciranije. U galaktičkim razmjerima čovjek postoji zanemarivo kratko.
Američki astronom Frank Drake sastaviojednadžba za procjenu broja naprednih civilizacija u našoj galaksiji, ali ima mnogo nepoznanica. Stoga se rješenje za njega jako razlikuje - od 20 komada do 50 milijuna! Potonje je malo vjerojatno, jer postoji i Fermijev paradoks, koji doslovno zvuči ovako: zašto ne opažamo tragove naprednih civilizacija – satelite, razne radio signale i tako dalje? Možda su uvjeti na našem planetu i u Sunčevom sustavu još uvijek jedinstveni (npr. imamo ogroman Jupiter, koji svojim gravitacijskim poljem štiti Zemlju od velikih meteorita i asteroida). Odnosno, život, možda, nije pravilo za Svemir, već velika iznimka.
- Što će se dogoditi sa Svemirom na kraju njegovog postojanja?
Sada je najvjerojatniji scenarijsvemir koji se brzo širi. Za oko trilijun godina sve će galaksije odletjeti izvan vidljivog svemira. Za 100 bilijuna godina eksplodirat će posljednja zvijezda, crveni patuljak. Unutar 10 kvantilijuna godina galaksije će se raspasti, a njihovi ostaci počet će padati u crne rupe. Što će se dogoditi s inteligentnim životom? Ovo je vrlo duga era, a supernapredna civilizacija bi mogla pronaći način da koristi crne rupe kao izvore energije.
Prije ili kasnije, čak će i crne rupe isparitiHawkingov račun zračenja (prema različitim pretpostavkama, unutar 1040-10106 godina). Naravno, sve može završiti puno brže ako se gustoća tamne energije s vremenom povećava. U ovom slučaju, u nekom trenutku, recimo 20-70 milijardi godina od sada, stopa širenja Svemira bit će toliko visoka da će sva materija puknuti na subatomskoj razini. Ovaj scenarij se zove Big Rip.
A ako pogledate još dalje u nezamislivu budućnost, jednog dana kvantne fluktuacije mogu opet dovesti do rođenja svemira.
Ovi odgovori mogu dovesti do novih pitanja −istraživanje svemira je beskrajno. Možete se udubiti u temu uz pomoć interaktivnog tečaja "Svemirski ispis" s "Uchi.ru". Namijenjen je onima koji žele svladati vještinu tipkanja na dodir i usput spasiti svemir od robota agresora.
Čitaj više:
Najveće obiteljsko stablo čovječanstva pokazalo je povijest naše vrste
Razvijeno ekološki prihvatljivo gorivo na bazi ugljičnog dioksida
Velika Keopsova piramida će se proučavati pomoću kozmičkih zraka