Az ember még azelőtt kezdte felfedezni az űrt, mielőtt pályára állt volna – újabb 400 tudományos-fantasztikus történet létrehozásával
- Igaz, hogy a Nap csillag mércével mérve kicsi?
Nem biztos, hogy ilyen módon.Vannak vörös óriáscsillagok, amelyek ezerszer nagyobbak a Napnál – például az UY Shield, az AH Scorpio és a W Cepheus. De vannak más példák is. Például a 2003-ban felfedezett 2MASS J0523-1403 csillag akkora, mint a Jupiter (de 70-szer nagyobb tömegű). Tömege 15-ször kisebb, mint a Napé - ez a csillagok határa, amely alatt a nukleáris reakciók egyszerűen nem gyulladnak ki.
- Hogyan válnak a csillagok fekete lyukakká?
Ez a sors vár a 8-10-nél nagyobb tömegű csillagokranap. A gravitációs összeomlástól (azaz „önmagába omlástól”) a nukleáris reakciók energiája tartja meg őket. De előbb-utóbb elfogy az üzemanyag: az ilyen csillagok először hidrogént égetnek, majd héliumot, majd szenet – és így tovább, amíg a mag vassá nem válik. Ekkor leállnak benne a nukleáris reakciók, és a gravitáció hatására megindul a kompresszió. Amint a vasmag tömege eléri az úgynevezett Chandrasekhar határt (körülbelül másfél naptömeg), semmi sem tud ellenállni annak, hogy egy csillag fekete lyukba omoljon.
- Mi az a gázóriás - ez azt jelenti, hogy a bolygónak nincs szilárd alapja, és nem lehet rászállni?
Nagyon nagy bolygókról beszélünk, amelyek a következőkből állnaktöbbnyire hidrogén és hélium. Naprendszerünkben kettő van belőlük: a Jupiter és a Szaturnusz. Az, hogy szilárd felülettel rendelkeznek-e, egy nagyon érdekes kérdés, amelyet a tudósok a Juno űrszonda segítségével próbálnak megválaszolni. Jelenleg a Jupiter körüli pályán áll.
Amikor a Jupiterbe merül, először át kell menniea hideg, sűrű felhők külső rétege, amely ammóniából és vízből áll. Minél lejjebb megy a megfigyelő, annál magasabb a nyomás és a hőmérséklet a légkörben. Egy ponton a hidrogén folyékony halmazállapotúvá kondenzálódik, és hatalmas óceánt alkot. Még mélyebbre, és a hidrogén hatalmas nyomás alatt folyékony fémként kezd viselkedni.
A Juno adatok arra utalnak, hogy a bolygó magjának nincsenek egyértelmű határai, feloldódni látszik. Talán azért történt ez, mert évmilliárdokkal ezelőtt az óriás egy másik bolygóval ütközött.
A proto-Jupiter ütközése egy másik bolygóval.a) az ütközés előtt - szilárd mag látható. b) az ütközés időpontja, c) az ütközés után tíz óra. Az ütközés és a további keveredés miatt kiderült, hogy a Jupiter magja kitágult és „felhígult”. Az ábra Liu és munkatársai (2019) alapján készült
- Lehetséges átjutni egy fekete lyukon egy másik dimenzióba?
Nem tudjuk.Az Einstein-egyenletek feltételezik, hogy a fekete lyuk egy fordított fehér lyuknak felel meg, ami egy párhuzamos univerzumhoz (a Rosen-Einstein hídhoz) vezethet. De ahhoz, hogy odaérj, a fénynél gyorsabb sebességgel kell haladnod. Maguk a fehér lyukak univerzumunkban a gamma tartományban felvillanó fényes sugárzások formájában jelenhetnek meg – és a Fermi űr-gamma-teleszkóp segítségével akarják megtalálni őket. Lee Smolin elméleti fizikus azt javasolta, hogy a fehér lyukak az ősrobbanás más univerzumok számára.
Penrose diagram. Felül egy fekete lyuk, alul egy fehér lyuk. És az oldalakon két univerzum van: a miénk és egy párhuzam
És Oleg Lunin és Samir Mathur fizikusok javasoltákmegoldás egy fekete lyukra, szuperhúrelmélet alapján. A szuperhúrelméletben minden ismert részecske energiahúrok rezgése többdimenziós terekben. A fekete lyukban ezek a húrok és terek összefonódnak, egyetlen szerkezetet alkotva, hasonlóan egy gyapjúgolyóhoz, amelyet egy „többdimenziós macska” köp ki a hipertérből.
A jobb oldalon egy "közönséges" fekete lyuk szingularitás éseseményhorizont, bal oldalon - a húrelméletből nyert fekete lyuk, eseményhorizont és szingularitás nélkül (fuzzball - gyapjúgolyó). Olena Shmahalo/Quanta Magazin művészete
- Hogyan fedezték fel az ókori emberek a galaxisokat, ha nem voltak modern távcsöveik?
A szem érzékeny műszer.A hatodik magnitúdóig észlelhetünk forrásokat az égbolton. Ezt a skálát egyébként Cladius Ptolemaiosz római csillagász vezette be. Katalógusában az első magnitúdó a legfényesebb csillagokat, a hatodik pedig a leghalványabb csillagokat jelölte. Ezért látjuk az Androméda-ködöt, amelynek magnitúdója 3,44, távcső nélkül. Egyébként ezt a galaxist először Abdurrahman al-Sufi perzsa csillagász és matematikus írta le körülbelül ezer évvel ezelőtt. Felfedezte a Nagy Magellán-felhőt is.
- Miért mondják, hogy az idő a negyedik dimenzió? Hány dimenzió van nyitva?
A huszadik századig a tudósok azt hitték, hogy az időtér és fizikai folyamatok függetlenek egymástól. De 1905-ben Albert Einstein megalkotta a speciális relativitáselméletet, amely szerint az idő és a tér megnyúlhat és összehúzódhat. Kicsit később tanára, Herman Minkowski összekapcsolta a teret és az időt egy közös négydimenziós tér-idő kontinuummá.
Ezen elképzelések alapján Einstein kidolgozott egy tábornokotrelativitás-elmélet. Írt egy egyenletet, amely leírja, hogy a tömeg és az energia hogyan befolyásolhatja a téridőt, meghajlítva azt, és hogyan változik az anyag mozgása ilyen körülmények között. Kiderült, hogy a tér és az idő a fizikai folyamatok résztvevői, nem pedig színpad számukra. Ezért gondolják a tudósok, hogy az idő a negyedik dimenzió.
Ami az extra dimenziókat illeti, az elméleta húrok lehetővé teszik létezésüket mikroszinten, és a hozzá kapcsolódó kozmológia gondolata a bránon (a "membrán" szóból származik) - éppen ellenkezőleg, nagyon nagy. Kis extra méreteket a Large Hadron Collidernél keresnek, nagyokat - az űrben, a LIGO és VIRGO gravitációs antennák és a Fermi-LAT űrgamma-teleszkóp segítségével. Eddig hiába.
- Igaz, hogy egy magas hegy tetején másképp jár az óra, mint a Föld felszínén?
Az időkésés két esetben fordul elő:amikor egy tárgy nagy sebességgel mozog egy külső megfigyelőhöz képest; a gravitációs forrás közelében (masszív bolygó, fekete lyuk). Példa a második kategóriába tartozó órával. A hegy a Föld felszínén található, aminek gravitációja van, és a hegy tetején az idő gyorsabban fog folyni a tengerszinten lévő megfigyelőhöz képest. Igaz, ez a hatás nagyon kicsi: az Everest kísérletben napi 83 nanoszekundum.
De a GPS-műholdak körülbelül 20 ezer méteres magasságban repülnek.km. Ott az idő gravitációs gyorsulása jelentősebb. Az idő naponta 40 mikromásodperccel gyorsabban telik, mint a bolygó felszínén, és ezt figyelembe kell venni. Ebben az értelemben a GPS műholdak kiváló laboratóriumot jelentenek a relativitáselmélet hatásainak tesztelésére.
- Hogyan lehet görbíteni az időt és a teret?
Tudjuk, hogy az idő és a tér elhajlikde hogyan csinálják, az nehéz kérdés. A válaszadáshoz a gravitáció kvantumszintű hatását kell figyelembe vennünk, de erre még nincs univerzális elmélet.
Különféle megközelítések léteznek, mint például a húrelméletvagy hurokkvantumgravitáció. Ez utóbbi a teret nem folytonosként, hanem a gravitációs tér zárt hurkaiból állóként ábrázolja. Nagy léptékben úgy néz ki, mint az általános relativitáselmélet szokásos tere, kis léptékben pedig úgy, hogy pixelekből áll. Az ilyen huroktérben elhelyezett tömeg és energia hat rá, és így torzítja azt.
- Igaz-e, hogy a vákuum valójában nem üres, és maguk a részecskék keletkeznek benne?
A térelmélet és a bizonytalansági elv szerintHeisenberg szerint a vákuum nagyon rövid ideig lehet olyan energiaállapotban, hogy képes páros részecskéket generálni. A tudósok virtuálisnak nevezik őket. Némileg eltérnek a hétköznapiaktól, ugyanakkor betartják a kvantummegmaradási törvényeket.
Nem tudjuk megfigyelni a virtuális részecskéket, őkpárban születnek és gyorsan megsemmisülnek anélkül, hogy bármiféle hatással lenne ránk. Ez az egyensúly azonban bizonyos esetekben felborulhat, például erős gravitációs tér jelenlétében, például egy fekete lyukban. Stephen Hawking kimutatta, hogy a fekete lyukak nem csak elnyelik, hanem ki is bocsátanak részecskéket (főleg fotonokat), és ezért elpárolognak. Azelőtt azt hitték, hogy a fekete lyukból semmi, még a fény sem „szökhet ki”.
- Mi az a Big Bang? Miért történt ez?
Ez egy elméleti modell, amely leírjaa modern Univerzum kialakulása egy nagyon sűrű és nagyon forró állapotból. Egy pikoszekundum (a másodperc trilliod része) alatt alapvető kölcsönhatások jelentek meg benne: először gravitációs, majd elektromágneses, gyenge és erős. Aztán nagyon magas hőmérsékleten megindultak a részecske-antirészecske párok születése, majd ezek megsemmisülnek, aminek a terméke egy foton (fény).
Szerencsére nálunk aszimmetria alakult ki:egymilliárd proton-antiproton pár esetében egy proton "extrának" bizonyult. Minden csillag, galaxis, bolygó és mi magunk is ebből az egymilliárd részből állunk. A következő több százezer évben a fény és az anyag "összegabalyodott", és az univerzum nagyon átláthatatlan volt. Körülbelül 400 000 évvel az Ősrobbanás után lehűlt, és atomok keletkeztek. Nem maradt szabad elektron, és az Univerzum átlátszóvá vált a fény számára. Erőteljes sugárzási kitörés következett be, amelyet most ereklye sugárzásként (kozmikus mikrohullámú háttérként) figyelünk meg.
Nem tudjuk, hogy az Univerzum miért kezdett tágulni egy nagyon összenyomott állapotból (mint ahogy azt sem, hogy mi volt az ősrobbanás előtt). Az ok talán a vákuum kvantumingadozása volt.
- Miért nem tudnak az űrhajók fénysebességgel repülni?
A speciális relativitáselméletből ez következik:egy hatalmas tárgy fénysebességre gyorsításához végtelen mennyiségű energiát kell elköltenie. Ami persze lehetetlen. Csak a tömeg nélküli részecskék, például a foton, képesek fénysebességgel mozogni.
1994-ben Miguel Alcubierre mexikói fizikusjavasolta a warp drive ötletét (mint a Star Trek kultikus sci-fi sorozatban). Ahelyett, hogy FTL-en utazna, az űrszondának a téridőt előtte össze kell sűrítenie, mögötte pedig ki kell terjesztenie, miközben továbbra is a lapos téridő buborékában van. Igaz, több megoldatlan probléma is volt. Egy ilyen buborék létrehozásához negatív tömegű egzotikus anyagokra van szükség. A jó hír az, hogy egy nemrégiben megjelent tanulmány megoldást talált a pozitív energiasűrűségű szuperluminális láncbuborékokra. A probléma azonban továbbra is az, hogyan lehet magát a buborékot legalább fénysebességre eloszlatni, és honnan lehet sok energiát nyerni fekete lyuk létrehozása nélkül.
Az Alcubierre motor 2D renderelése
- Melyik anyag van több az univerzumban?
A tér által szerzett legfrissebb adatok szerintA Planck Obszervatórium, Univerzumunk mindössze 5%-a közönséges vagy – ahogy a tudósok mondják – barion anyagból, vagyis csillagokból, galaxisokból, gázból és önből áll.
Jelentősebb része - 26% - azsötét anyag. A galaxisok és halmazaik forgásának tanulmányozásával fedezték fel. A tömeg és a gravitáció nem volt elegendő „viselkedésük” magyarázatára. Ezért szükséges volt bevezetni a sötét anyag fogalmát, amely csak a gravitáció révén nyilvánul meg, és egyébként nem lép kölcsönhatásba a közönséges anyaggal. Valójában nem ismert, mi a sötét anyag.
A bal oldalon a gammasugárzás térképe látható 1-3 energiával.16 GeV galaxisunk középpontjában. Ismert pulzárok aláírva. Ha eltávolítjuk az összes ismert gamma sugárzás forrást, ahogy a jobb oldalon látható, akkor többlet sugárzás lesz, ami a sötét anyag megsemmisülésével magyarázható.
Végül a legtitokzatosabb anyag69%-át a sötét energia teszi ki, amiről szinte semmit sem tudunk. Elsősorban az Univerzum tágulásán keresztül nyilvánul meg. Ezenkívül a tudósok arra a következtetésre jutottak, hogy az Univerzum sűrűsége közel van a kritikushoz. Az anyag (normál + sötét) azonban csak a kritikus sűrűség 30%-a. Hol van a többi? Ez lehet maga a tér vagy a vákuum energiája, vagy egy további ismeretlen erő, amelyet általában sötét energiának neveznek.
- Mennyire valószínű, hogy vannak más intelligens lények a galaxisunkban?
Számos jel utal arra, hogy galaxisunkmeg kell tölteni élettel. Először is, a Kepler űrteleszkóp szerint körülbelül 40 milliárd Föld-szerű bolygó kering napszerű csillagok vagy vörös törpék körül, és szintén a lakható zónában (az élet keletkezésének kedvező feltételei) vannak.
Másodszor, az élet a bolygónkon keletkezettszinte közvetlenül a Föld kialakulása után, és 4 milliárd éve létezik. Ami az intelligens lényeket illeti, ez valamivel bonyolultabb. Galaktikus léptékben az ember elhanyagolhatóan rövid ideig létezik.
Frank Drake amerikai csillagász összeállítottaegy egyenlet a galaxisunkban lévő fejlett civilizációk számának becslésére, de sok ismeretlen van benne. Ezért a megoldás nagyon változó - 20 darabtól 50 millióig! Ez utóbbi nem valószínű, mert ott van a Fermi-paradoxon is, ami szó szerint így hangzik: miért nem figyeljük meg a fejlett civilizációk nyomait - műholdakat, különféle rádiójeleket, stb? Talán még mindig egyedülállóak a körülmények bolygónkon és a Naprendszerben (például van egy hatalmas Jupiterünk, amely gravitációs mezőjével védi a Földet a nagy meteoritoktól és aszteroidáktól). Vagyis az élet talán nem szabály az Univerzum számára, hanem nagy kivétel.
- Mi lesz az univerzummal a létezése végén?
Most a legvalószínűbb forgatókönyvgyorsan táguló univerzum. Körülbelül egy billió éven belül minden galaxis elrepül a látható Univerzumon túlra. 100 billió év múlva az utolsó csillag, egy vörös törpe felrobban. 10 quantimillió éven belül a galaxisok szétesnek, és maradványaik fekete lyukakba kezdenek hullani. Mi lesz az intelligens élettel? Ez egy nagyon hosszú korszak, és egy szuperfejlett civilizáció megtalálhatja a módját a fekete lyukak energiaforrásként való felhasználásának.
Előbb-utóbb még a fekete lyukak is elpárolognakHawking sugárzási számla (különböző feltételezések szerint 1040-10106 éven belül). Természetesen minden sokkal gyorsabban véget érhet, ha a sötét energia sűrűsége idővel nő. Ebben az esetben valamikor, mondjuk 20-70 milliárd év múlva, az Univerzum tágulási sebessége olyan magas lesz, hogy az összes anyag felszakad szubatomi szinten. Ezt a forgatókönyvet Big Ripnek hívják.
És ha még messzebbre tekintünk az elképzelhetetlen jövőbe, akkor egy napon a kvantumfluktuációk ismét az univerzum születéséhez vezethetnek.
Ezek a válaszok új kérdéseket vethetnek fel −az űrkutatás végtelen. A témában az Uchi.ru "Space Printing" interaktív kurzusa segítségével elmélyülhet. Azoknak szól, akik szeretnék elsajátítani az érintéses gépelés készségeit, és útjuk során meg akarják menteni az Univerzumot az agresszor robotoktól.
Olvass tovább:
Az emberiség legnagyobb családfája fajunk történetét mutatta be
Környezetbarát szén-dioxid alapú üzemanyagot fejlesztettek ki
A Kheopsz Nagy Piramist kozmikus sugarak segítségével fogják tanulmányozni