האדם החל לחקור את החלל לפני שנכנס למסלול - דרך יצירת סיפורי מדע בדיוני נוספים 400
- האם זה נכון שהשמש קטנה בסטנדרטים של כוכבים?
לא בוודאי בצורה כזו.ישנם כוכבי ענק אדומים שגדולים פי אלף מהשמש - למשל, UY Shield, AH Scorpio ו-W Cepheus. אבל יש גם דוגמאות אחרות. לדוגמה, הכוכב 2MASS J0523-1403, שהתגלה בשנת 2003, הוא בגודל של צדק (אך מסיבי פי 70). המסה שלו קטנה פי 15 מהשמש - זה הגבול לכוכבים, שמתחתיו פשוט לא מתלקחות תגובות גרעיניות.
- איך כוכבים הופכים לחורים שחורים?
גורל זה מצפה לכוכבים בעלי מסה גדולה מ-8-10סוֹלָרִי. מקריסה כבידתית (כלומר, "התמוטטות לתוך עצמה") הם נשמרים על ידי האנרגיה של תגובות גרעיניות. אבל במוקדם או במאוחר, הדלק אוזל: כוכבים כאלה שורפים קודם מימן, אחר כך הליום, ואז פחמן - וכך הלאה עד שהליבה הופכת לברזל. בשלב זה, תגובות גרעיניות בו מפסיקות, והדחיסה מתחילה בהשפעת כוח הכבידה. ברגע שמסת ליבת הברזל מגיעה למה שנקרא גבול צ'נדראסקהאר (בערך מסה שמש וחצי), שום דבר לא יכול לעמוד בפני קריסת כוכב לתוך חור שחור.
- מה זה ענק גז - האם זה אומר שלכוכב הלכת אין בסיס מוצק ולא ניתן לנחות עליו?
אנחנו מדברים על כוכבי לכת גדולים מאוד, המורכבים מבעיקר מימן והליום. ישנם שניים מהם במערכת השמש שלנו: צדק ושבתאי. האם יש להם משטח מוצק היא שאלה מאוד מעניינת שמדענים מנסים לענות עליה באמצעות החללית ג'ונו. הוא נמצא כעת במסלול סביב צדק.
כאשר צוללים ליופיטר, תצטרך קודם כל לעבורהשכבה החיצונית של עננים קרים וצפופים המורכבת מאמוניה ומים. ככל שהצופה יורד נמוך יותר, כך הלחץ והטמפרטורה באטמוספרה גבוהים יותר. בשלב מסוים, המימן יתעבה למצב נוזלי ויוצר אוקיינוס ענק. אפילו עמוק יותר, ומימן בלחץ עצום מתחיל להתנהג כמו מתכת נוזלית.
נתוני Juno מצביעים על כך שלליבת כוכב הלכת אין גבולות ברורים, נראה שהוא מומס. אולי זה קרה בגלל שלפני מיליארדי שנים הענק התנגש בכוכב אחר.
התנגשות של פרוטו-צדק עם כוכב לכת אחר.א) לפני ההתנגשות - נראית ליבה מוצקה. ב) זמן ההתנגשות, ג) עשר שעות לאחר ההתנגשות. עקב ההתנגשות וערבוב נוסף, הליבה של צדק התבררה כמורחבת ו"מדוללת". איור מותאם מ-Liu et al. (2019)
- האם אפשר לעבור דרך חור שחור למימד אחר?
אנחנו לא יודעים.המשוואות של איינשטיין מניחות שחור שחור מתאים לחור לבן הפוך, שיכול להוביל ליקום מקביל (גשר רוזן-איינשטיין). אבל כדי להגיע לשם, אתה צריך לנוע במהירות גבוהה מהאור. חורים לבנים עצמם יכולים להתבטא ביקום שלנו בצורה של הבזקי קרינה בהירים בטווח הגמא - והם רוצים למצוא אותם מטלסקופ קרני הגמא של החלל פרמי. הפיזיקאי התיאורטי לי סמולין הציע שחורים לבנים הם המפץ הגדול עבור יקומים אחרים.
דיאגרמת פנרוז. למעלה יש חור שחור ולמטה חור לבן. ובצדדים שני יקומים: שלנו ומקבילה
והפיזיקאים אולג לונין וסמיר מאתור הציעופתרון לחור שחור, מבוסס על תורת מיתרי העל. בתורת מיתרי העל, כל החלקיקים הידועים הם תנודות של מיתרי אנרגיה במרחבים רב-ממדיים. בחור שחור, המיתרים והחללים הללו שזורים זה בזה, ויוצרים מבנה יחיד, בדומה לכדור צמר שירק "חתול רב-ממדי" מההיפר-חלל.
בצד ימין יש חור שחור "רגיל" עם ייחוד ואופק אירועים, משמאל - חור שחור המתקבל מתורת המיתרים, ללא אופק אירועים וללא ייחוד (fuzzball - כדור צמר). אמנות מאת אולנה שמאלו/מגזין קוונטה
- איך אנשים קדומים גילו גלקסיות אם לא היו להם טלסקופים מודרניים?
העין היא מכשיר רגיש.אנו יכולים לתפוס מקורות בשמים עד לדרגה השישית. אגב, קנה מידה זה הוצג על ידי האסטרונום הרומי קלדיוס תלמי. בקטלוג שלו, הגודל הראשון סימן את הכוכבים הבהירים ביותר, והשישי סימן את העמום ביותר. לכן, אנו רואים את ערפילית אנדרומדה, שגודלה 3.44, ללא טלסקופ. אגב, הגלקסיה הזו תוארה לראשונה על ידי האסטרונום והמתמטיקאי הפרסי עבדורהמן אל-סופי לפני כאלף שנים. הוא גם גילה את הענן המגלן הגדול.
- למה אומרים שהזמן הוא הממד הרביעי? כמה מידות פתוחות?
עד המאה העשרים, מדענים האמינו בתקופה ההיאהחלל והתהליכים הפיזיים אינם תלויים זה בזה. אבל ב-1905 יצר אלברט איינשטיין את תורת היחסות המיוחדת, לפיה זמן ומרחב יכולים להימתח ולהתכווץ. מעט מאוחר יותר, המורה שלו הרמן מינקובסקי חיבר את המרחב והזמן לרצף מרחב-זמן משותף ארבעה ממדי.
בהתבסס על רעיונות אלו פיתח איינשטיין גנרלתורת היחסות. הוא כתב משוואה המתארת כיצד מסה ואנרגיה יכולים להשפיע על המרחב-זמן, לכופף אותו וכיצד תנועת החומר משתנה בתנאים אלה. התברר שהמרחב והזמן הם משתתפים בתהליכים פיזיים, ולא במה עבורם. לכן מדענים מאמינים שהזמן הוא הממד הרביעי.
לגבי המימדים הנוספים, התיאוריהמיתרים מאפשרים את קיומם ברמת המיקרו, והרעיון הקשור לקוסמולוגיה על הבראן (נגזר מהמילה "ממברנה") - להיפך, בגדול מאוד. ממדים קטנים נוספים מחפשים במאיץ האדרון הגדול, גדולים - בחלל, באמצעות אנטנות הכבידה LIGO ו-VIRGO וטלסקופ קרני הגמא החלל Fermi-LAT. עד כאן ללא הועיל.
- האם זה נכון שהשעון על ראש הר גבוה פועל אחרת מאשר על פני כדור הארץ?
עיכוב זמן מתרחש בשני מקרים:כאשר חפץ נע במהירות גבוהה ביחס למתבונן חיצוני; ליד מקור הכבידה (כוכב לכת מסיבי, חור שחור). דוגמה עם שעון מהקטגוריה השנייה. ההר נמצא על פני כדור הארץ, שיש לו כוח משיכה, והזמן על פסגת ההר יזרום מהר יותר ביחס לצופה בגובה פני הים. נכון, ההשפעה הזו קטנה מאוד: 83 ננו-שניות ליום בניסוי האוורסט.
אבל לווייני GPS טסים בגובה של כ-20 אלף מטרים.ק"מ. שם, האצת הכבידה של הזמן משמעותית יותר. הזמן זורם 40 מיקרו-שניות ליום מהר יותר מאשר על פני כדור הארץ, ויש לקחת זאת בחשבון. במובן זה, לווייני GPS הם מעבדה מצוינת לבדיקת ההשפעות של תורת היחסות.
- כיצד ניתן לעקם זמן ומרחב?
אנחנו יודעים שהזמן והחלל מתעוותיםאבל איך הם עושים את זה היא שאלה קשה. כדי לענות עליה, עלינו לשקול את פעולת הכבידה ברמה הקוונטית, אך אין עדיין תיאוריה אוניברסלית לכך.
ישנן גישות נפרדות כמו תורת המיתריםאו כוח הכבידה הקוונטית בלולאה. האחרון מייצג את המרחב לא כרציף, אלא כמורכב מלולאות סגורות של שדה הכבידה. בקנה מידה גדול זה נראה כמו המרחב הרגיל של תורת היחסות הכללית, ובקנה מידה קטן זה נראה כאילו הוא מורכב מפיקסלים. מסה ואנרגיה הממוקמים בחלל לולאה כזה משפיעות עליו ובכך מעוותות אותו.
- האם זה נכון שהוואקום בעצם לא ריק, ושמתעוררים בו חלקיקים עצמם?
על פי תורת השדה ועקרון אי הוודאותהייזנברג, לפרקי זמן קצרים מאוד, הוואקום יכול להיות במצב אנרגטי כזה שבו הוא מסוגל ליצור חלקיקים זוגיים. מדענים קוראים להם וירטואליים. הם שונים במקצת מאלה הרגילים, אך יחד עם זאת הם מצייתים לחוקי שימור קוונטים.
אנחנו לא יכולים לצפות בחלקיקים וירטואליים, הםנולדים בזוגות ומחסלים במהירות מבלי להשפיע עלינו בשום צורה. עם זאת, שיווי משקל זה יכול להיות מופרע במקרים מסוימים, למשל, בנוכחות שדה כבידה חזק, כמו בחור שחור. סטיבן הוקינג הראה שחורים שחורים יכולים לא רק לספוג, אלא גם לפלוט חלקיקים (בעיקר פוטונים), ולכן להתאדות. לפני כן, האמינו ששום דבר, אפילו לא אור, יכול "לברוח" מחור שחור.
- מהו המפץ הגדול? למה זה קרה?
זהו מודל תיאורטי שמתארהופעתו של היקום המודרני ממצב צפוף וחם מאוד. תוך פיקו שנייה (טריליון שניה) הופיעו בו אינטראקציות בסיסיות: תחילה כבידה, ואחר כך אלקטרומגנטיות, חלשות וחזקות. ואז, בטמפרטורות גבוהות מאוד, החלה לידתם של זוגות חלקיקים-אנטי-חלקיקים, ולאחר מכן הם הושמדו, שהתוצר שלהם הוא פוטון (אור).
למזלנו, נוצרה אסימטריה:עבור מיליארד זוגות פרוטון-אנטיפרוטון, פרוטון אחד התברר כ"נוסף". כל הכוכבים, הגלקסיות, כוכבי הלכת ועצמנו עשויים מהחלק המיליארדי הזה. במשך מאות אלפי השנים הבאות, האור והחומר "הסתבכו" והיקום היה אטום מאוד. כ-400,000 שנים לאחר המפץ הגדול, הוא התקרר והחלו להיווצר אטומים. לא נותרו אלקטרונים חופשיים, והיקום הפך שקוף לאור. היה פרץ עוצמתי של קרינה, שאנו רואים כעת כקרינת שריד (רקע מיקרוגל קוסמי).
מדוע היקום החל להתרחב ממצב דחוס מאוד, איננו יודעים (כמו גם מה היה לפני המפץ הגדול). אולי הסיבה הייתה התנודות הקוונטיות של הוואקום.
- למה חלליות לא יכולות לעוף במהירות האור?
מתורת היחסות המיוחדת עולה:כדי להאיץ עצם מסיבי למהירות האור, אתה צריך להוציא כמות אינסופית של אנרגיה. מה שכמובן בלתי אפשרי. רק חלקיקים חסרי מסה, כמו הפוטון, יכולים לנוע במהירות האור.
בשנת 1994, הפיזיקאי המקסיקני מיגל אלקוביירהציע את הרעיון של כונן עיוות (כמו בסדרת המדע הבדיוני הקאלטי מסע בין כוכבים). במקום לנסוע ב-FTL, על החללית לדחוס את המרחב-זמן לפניה ולהרחיב אותו מאחוריה, תוך כדי שהיא עדיין בבועה של מרחב-זמן שטוח. נכון, היו כמה בעיות לא פתורות. כדי ליצור בועה כזו, יש צורך בחומר אקזוטי בעל מסה שלילית. החדשות הטובות הן שמאמר לאחרונה מצא פתרונות לבועות עיוות על-לומינליות עם צפיפות אנרגיה חיובית. אבל הבעיה נשארת איך לפזר את הבועה עצמה לפחות למהירות האור והיכן להשיג הרבה אנרגיה מבלי ליצור חור שחור.
עיבוד דו מימדי של מנוע אלקובייר
- איזה חומר יש יותר ביקום?
לפי הנתונים העדכניים ביותר שהגיעו לחללמצפה הכוכבים של פלאנק, היקום שלנו מורכב מ-5% בלבד מחומר רגיל או, כפי שאומרים מדענים, חומר בריוני, כלומר, כוכבים, גלקסיות, גז ואתם.
חלק משמעותי יותר - 26% - הואחומר אפל. הוא התגלה על ידי חקר הסיבוב של גלקסיות וצביריהן. המסה והכבידה לא הספיקו כדי להסביר את ה"התנהגות" שלהם. לכן, היה צורך להציג את המושג חומר אפל, שמתבטא רק באמצעות כוח הכבידה ואינו מקיים אינטראקציה אחרת עם חומר רגיל. למעשה, לא ידוע מהו חומר אפל.
בצד שמאל יש מפה של קרינת גמא באנרגיה של 1-3.16 GeV במרכז הגלקסיה שלנו. חתומים פולסרים ידועים. אם נסיר את כל המקורות הידועים לקרינת גמא, כפי שמוצג בצד ימין, אז יהיה עודף של קרינה, שניתן להסביר על ידי השמדת החומר האפל
לבסוף, החומר הכי מסתורי ש69% היא אנרגיה אפלה, שעליה אנחנו כמעט לא יודעים כלום. זה מתבטא בעיקר באמצעות התפשטות היקום. בנוסף, מדענים הגיעו למסקנה שצפיפות היקום קרובה לקריטית. עם זאת, החומר (רגיל + כהה) הוא רק 30% מהצפיפות הקריטית. איפה השאר? זו יכולה להיות האנרגיה של החלל או הוואקום עצמו, או כוח לא ידוע נוסף, הנקרא בדרך כלל אנרגיה אפלה.
- מה הסיכוי שיש יצורים תבוניים אחרים בגלקסיה שלנו?
יש הרבה אינדיקציות לכך שהגלקסיה שלנוחייב להיות מלא בחיים. ראשית, לפי טלסקופ החלל קפלר, ישנם כ-40 מיליארד כוכבי לכת דמויי כדור הארץ המקיפים כוכבים דמויי שמש או ננסים אדומים, ונמצאים גם הם באזור המגורים (תנאים נוחים למקור החיים).
שנית, החיים על הפלנטה שלנו נוצרוכמעט מיד לאחר היווצרות כדור הארץ וקיים כבר 4 מיליארד שנים. לגבי יצורים תבוניים, זה קצת יותר מסובך. בקנה מידה גלקטי, האדם קיים לזמן קצר באופן זניח.
האסטרונום האמריקאי פרנק דרייק חיברמשוואה להערכת מספר התרבויות המתקדמות בגלקסיה שלנו, אבל יש לה הרבה לא ידועים. לכן, הפתרון עבורו משתנה מאוד - מ-20 חתיכות ועד 50 מיליון! זה לא סביר, כי ישנו גם פרדוקס פרמי, שממש נשמע כך: למה אנחנו לא רואים עקבות של תרבויות מתקדמות - לוויינים, אותות רדיו שונים וכו'? אולי התנאים על הפלנטה שלנו ובמערכת השמש עדיין ייחודיים (לדוגמה, יש לנו צדק ענק, שמגן על כדור הארץ ממטאוריטים גדולים ואסטרואידים עם שדה הכבידה שלו). כלומר, החיים, אולי, אינם כלל עבור היקום, אלא חריג גדול.
- מה יקרה ליקום בסוף קיומו?
כעת התרחיש הסביר ביותר הואהיקום המתרחב במהירות. בעוד כטריליון שנים, כל הגלקסיות יעופו מעבר ליקום הנראה לעין. בעוד 100 טריליון שנה, הכוכב האחרון, גמד אדום, יתפוצץ. בתוך 10 קוונטיליון שנים, הגלקסיות יתפרקו, ושרידיהן יתחילו ליפול לחורים שחורים. מה יקרה לחיים תבוניים? זהו עידן ארוך מאוד, וציוויליזציה סופר מתקדמת עשויה למצוא דרך להשתמש בחורים שחורים כמקורות אנרגיה.
במוקדם או במאוחר, אפילו חורים שחורים יתאדוחשבון קרינת הוקינג (על פי הנחות שונות, תוך 1040-10106 שנים). כמובן, הכל יכול להסתיים הרבה יותר מהר אם צפיפות האנרגיה האפלה תגדל עם הזמן. במקרה זה, בשלב מסוים, נניח בעוד 20-70 מיליארד שנים, קצב ההתפשטות של היקום יהיה כה גבוה עד שכל החומר יקרע ברמה התת-אטומית. תרחיש זה נקרא "הקרע הגדול".
ואם אתה מסתכל עוד יותר אל העתיד הבלתי נתפס, אז יום אחד תנודות קוונטיות עלולות להוביל שוב להולדת היקום.
תשובות אלו עשויות להוביל לשאלות חדשות -חקר החלל הוא אינסופי. ניתן להתעמק בנושא בעזרת הקורס האינטראקטיבי "הדפסת שטח" מבית "Uchi.ru". זה מיועד למי שרוצה לשלוט במיומנות של הקלדת מגע ולהציל את היקום מרובוטים תוקפניים לאורך הדרך.
קרא עוד:
עץ המשפחה הגדול ביותר של האנושות הראה את ההיסטוריה של המין שלנו
דלק ידידותי לסביבה פותח על בסיס פחמן דו חמצני
הפירמידה הגדולה של צ'אופס תיחקר באמצעות קרניים קוסמיות