人類は軌道に入る前に宇宙探査を開始 - SF 小説の創作を通じてさらに 400
- 太陽が恒星の基準からすると小さいというのは本当ですか?
確かにそのようではありません。太陽の1000倍の大きさの赤色巨星があります。たとえば、UYシールド、AH蠍座、Wケフェウス座などです。しかし、他の例もあります。たとえば、2003年に発見された星2MASS J0523-1403は、木星のサイズです（ただし、70倍の大きさです）。その質量は太陽の15分の1です-これは星の限界であり、それを下回ると核反応は単に発火しません。
- 星はどのようにしてブラックホールに変わりますか？
この運命は、質量が8〜10を超える星を待っています太陽。重力崩壊（つまり、「それ自体への崩壊」）から、それらは核反応のエネルギーによって維持されます。しかし遅かれ早かれ、燃料はなくなります。そのような星は最初に水素を燃やし、次にヘリウム、次に炭素を燃やし、コアが鉄に変わるまで続きます。これで核反応が止まり、重力の影響で圧縮が始まります。鉄心の質量がいわゆるチャンドラセカール限界（約1.5太陽質量）に達すると、ブラックホールへの星の崩壊に抵抗することはできません。
- ガスジャイアントとは何ですか？これは、惑星がしっかりした基盤を持たず、着陸できないことを意味しますか？
私たちは非常に大きな惑星について話している主に水素とヘリウム。私たちの太陽系には、木星と土星の2つがあります。彼らがしっかりした表面を持っているかどうかは、科学者がジュノー宇宙船を使って答えようとしている非常に興味深い質問です。現在、木星の周りを周回しています。
木星にダイビングするときは、まず通過する必要があります。アンモニアと水で構成される冷たく濃い雲の外層。観測者が下に行くほど、大気中の圧力と温度が高くなります。ある時点で、水素は液体状態に凝縮し、巨大な海を形成します。さらに深くなると、巨大な圧力下の水素は液体金属のように振る舞い始めます。
Junoのデータは、惑星のコアに明確な境界がなく、溶解しているように見えることを示唆しています。おそらくこれは、数十億年前に巨人が別の惑星と衝突したために起こったのでしょう。
原木星と別の惑星との衝突。a）衝突前-固体コアが表示されます。 b）衝突の時間、c）衝突から10時間後。衝突とさらなる混合により、木星のコアは伸びて「希釈」されたことが判明しました。 Liu et al。（2019）から引用した図
- ブラックホールを通って別の次元に行くことは可能ですか？
我々は知りません。アインシュタインの方程式は、ブラックホールが逆ホワイトホールに対応し、それが平行宇宙（ローゼン-アインシュタイン橋）につながる可能性があることを前提としています。しかし、そこにたどり着くには、光よりも速い速度で移動する必要があります。ホワイトホール自体は、ガンマ範囲の明るい放射の閃光の形で私たちの宇宙に現れる可能性があります-そして彼らはフェルミ宇宙ガンマ線望遠鏡からそれらを見つけたいと思っています。理論物理学者のリー・スモーリンは、ホワイトホールが他の宇宙のビッグバンであると示唆しました。
ペンローズ図。上はブラックホール、下はホワイトホールです。そして側面には2つの宇宙があります：私たちの宇宙と平行
そして物理学者のオレグ・ルニンとサミル・マトゥールが提案した超弦理論に基づくブラックホールの解。超弦理論では、すべての既知の粒子は多次元空間におけるエネルギーストリングの振動です。ブラックホールでは、これらのストリングとスペースが絡み合って単一の構造を形成します。これは、ハイパースペースから「多次元の猫」が吐き出す羊毛のボールに似ています。
右側には、特異点と左側の事象の地平線-弦理論から得られたブラックホール、事象の地平線なし、特異点なし（ファズボール-羊毛の球）。アート：OlenaShmahalo / Quanta Magazine
- 現代の望遠鏡がなかったら、古代の人々はどのようにして銀河を発見したのでしょうか？
目は敏感な道具です。6等までの空の光源を知覚することができます。ちなみに、このスケールはローマの天文学者クラディオス・プトレマイオスによって導入されました。彼のカタログでは、最初の大きさは最も明るい星を示し、6番目の大きさは最も暗い星を示しました。したがって、望遠鏡なしで、マグニチュード3.44のアンドロメダ星雲が見えます。ちなみに、この銀河は、約千年前にペルシャの天文学者で数学者のアブドゥルラフマンアルスフィによって最初に記述されました。彼はまた、大マゼラン雲を発見しました。
- なぜ彼らは時間は四次元だと言うのでしょうか?開いている次元は何次元ですか?
20世紀まで、科学者たちはその時が来ると信じていた空間プロセスと物理プロセスは互いに独立しています。しかし、1905 年にアルバート アインシュタインは、時間と空間が伸縮できるという特殊相対性理論を作成しました。少し後、彼の教師ハーマン ミンコフスキーは空間と時間を共通の 4 次元時空連続体に接続しました。
これらのアイデアに基づいて、アインシュタインは一般的な相対性理論。彼は、質量とエネルギーが時空にどのように影響し、時空を曲げ、これらの条件下で物質の運動がどのように変化するかを説明する方程式を書きました。空間と時間は物理的なプロセスの参加者であり、彼らの舞台ではないことが判明しました。科学者が時間は4次元であると信じているのはそのためです。
余分な次元に関しては、理論文字列は、ミクロレベルでの存在を可能にし、（「膜」という言葉から派生した）ブレーンの宇宙論の関連するアイデア-それどころか、非常に大きなものです。大型ハドロン衝突型加速器では、LIGOおよびVIRGO重力アンテナとFermi-LAT宇宙ガンマ線望遠鏡を使用して、宇宙空間で小さな余分な寸法が求められます。これまでのところ役に立たない。
- 高山の頂上にある時計は、地球の表面にある時計とは異なって動くというのは本当ですか？
時間遅延は次の2つの場合に発生します。オブジェクトが外部のオブザーバーに対して高速で移動しているとき。重力の源の近く（巨大な惑星、ブラックホール）。 2番目のカテゴリの時計の例。山は重力のある地球の表面にあり、山の頂上の時間は海面の観測者に比べて速く流れます。確かに、この効果は非常に小さく、エベレスト実験では1日あたり83ナノ秒です。
しかし、GPS衛星は約2万メートルの高度で飛行します。km。そこでは、時間の重力加速度がより重要になります。時間は惑星の表面よりも1日あたり40マイクロ秒速く流れます。これを考慮に入れる必要があります。この意味で、GPS衛星は相対性理論の効果をテストするための優れた実験室です。
- 時間と空間をどのように曲げることができますか？
時間と空間が歪むことを私たちは知っていますしかし、彼らがどのようにそれを行うかは難しい質問です。それに答えるには、重力の作用を量子レベルで考える必要がありますが、これに対する普遍的な理論はまだありません。
弦理論などの別のアプローチがありますまたはループ量子重力。後者は、空間を連続的なものとしてではなく、重力場の閉ループから構成されるものとして表します。大きなスケールでは一般相対性理論の通常の空間のように見え、小さなスケールではピクセルで構成されているように見えます。このようなループ空間に置かれた質量とエネルギーはループ空間に影響を与え、それによって歪めます。
- 真空が実際に空ではなく、粒子自体がその中に発生するというのは本当ですか？
フィールド理論と不確定性原理によるとハイゼンベルグは、非常に短い期間、真空が対の粒子を生成できるようなエネルギー状態にある可能性があります。科学者はそれらを仮想と呼んでいます。それらは通常のものとは多少異なりますが、同時に量子保存則に従います。
私たちは仮想粒子を観察することはできません、彼らはペアで生まれ、私たちに影響を与えることなくすぐに消滅します。ただし、この平衡は、たとえばブラックホールのように強い重力場が存在する場合など、場合によっては乱れる可能性があります。スティーブンホーキングは、ブラックホールが粒子（主に光子）を吸収するだけでなく放出することもできるため、蒸発することを示しました。その前は、光さえも、ブラックホールから「逃げる」ことはできないと信じられていました。
- ビッグバンとは何ですか？なぜそれが起こったのですか？
これは、を説明する理論モデルです。非常に密で非常に暑い状態からの現代の宇宙の出現。ピコ秒（1兆分の1秒）で、基本的な相互作用が現れました。最初は重力、次に電磁気、弱くて強いです。その後、非常に高い温度で、粒子と反粒子のペアの誕生が始まり、その後、それらは消滅し、その生成物は光子（光）になります。
私たちにとって幸運なことに、非対称性が生じました。10億の陽子-反陽子ペアの場合、1つの陽子は「余分」であることが判明しました。すべての星、銀河、惑星、そして私たち自身は、この10億分の1の部分でできています。次の数十万年の間、光と物質は「絡み合って」おり、宇宙は非常に不透明でした。ビッグバンから約40万年後、それは冷えて原子が形成され始めました。自由電子は残っておらず、宇宙は光に対して透明になりました。強力な放射バーストがあり、現在は遺物放射（宇宙マイクロ波背景放射）として観測されています。
なぜ宇宙が非常に圧縮された状態から拡大し始めたのか、私たちは知りません（そしてビッグバンの前に何があったのか）。おそらくその理由は、真空の量子ゆらぎでした。
- なぜ宇宙船は光速で飛べないのですか？
特殊相対性理論から次のようになります。巨大な物体を光速まで加速するには、無限のエネルギーを消費する必要があります。もちろん、これは不可能です。光速で動くことができるのは、光子などの質量のない粒子だけです。
1994年、メキシコの物理学者ミゲルアルクビエールワープドライブのアイデアを提案しました（カルトサイエンスフィクションシリーズのスタートレックのように）。 FTLで移動する代わりに、宇宙船は、平坦な時空の泡の中にいる間に、その前で時空を圧縮し、後ろでそれを拡張する必要があります。確かに、いくつかの未解決の問題がありました。このような泡を作るには、負の質量を持つエキゾチック物質が必要です。幸いなことに、最近の論文では、正のエネルギー密度を持つ超光速ワープバブルの解決策が見つかりました。しかし、問題は、バブル自体を少なくとも光速まで分散させる方法と、ブラックホールを作成せずに多くのエネルギーをどこで得るかということです。
アルクビエレエンジンの2Dレンダリング
- 宇宙にはどんな物質がありますか？
宇宙で得られた最新のデータによるとプランク天文台、私たちの宇宙は、通常の、または科学者が言うように、バリオン物質、つまり、星、銀河、ガス、そしてあなたのわずか5％で構成されています。
より重要な部分（26％）は暗黒物質。それは銀河とそのクラスターの回転を研究することによって発見されました。質量と重力は彼らの「行動」を説明するのに十分ではありませんでした。そのため、重力によってのみ現れ、通常の物質と相互作用しない暗黒物質の概念を導入する必要がありました。実際、暗黒物質が何であるかはわかりません。
左側は、エネルギーが1〜3のガンマ線のマップです。私たちの銀河の中心にある16GeV。既知のパルサーが署名しました。右に示すように、すべての既知のガンマ線源を取り除くと、過剰な放射線が発生します。これは、暗黒物質の消滅によって説明できます。
最後に、最も謎に満ちた物質は、69％を占めるのはダークエネルギーですが、それについてはほとんど何もわかっていません。それは主に宇宙の膨張を通じて現れます。さらに、科学者たちは宇宙の密度が臨界に近いと結論付けています。ただし、物質 (通常 + 暗黒) は臨界密度の 30% にすぎません。残りはどこにありますか？これは、空間または真空自体のエネルギー、または一般にダーク エネルギーと呼ばれる追加の未知の力である可能性があります。
- 私たちの銀河に他の知的な存在がいる可能性はどのくらいありますか？
私たちの銀河は多くの兆候があります人生で満たされている必要があります。まず、ケプラー宇宙望遠鏡によると、太陽のような星や赤い矮星を周回する約400億の地球のような惑星があり、ハビタブルゾーン（生命の起源にとって好ましい条件）にもあります。
第二に、私たちの地球上の生命は誕生した地球の形成直後から40億年間存在しています。知的存在の場合はもう少し複雑です。銀河規模で見ると、人類が存在するのは無視できるほど短い時間です。
アメリカの天文学者フランク・ドレイクが編集私たちの銀河の高度な文明の数を推定するための方程式ですが、それは多くの未知数を持っています。したがって、その解決策は大きく異なります-20個から5000万個まで！文字通り次のように聞こえるフェルミのパラドックスもあるため、後者はありそうにありません。衛星やさまざまな無線信号など、高度な文明の痕跡を観察しないのはなぜですか。おそらく、私たちの惑星と太陽系の状態はまだ独特です（たとえば、重力場で大きな隕石や小惑星から地球を保護する巨大な木星があります）。つまり、生命はおそらく宇宙のルールではなく、大きな例外です。
- その存在の終わりに宇宙はどうなりますか？
今、最も可能性の高いシナリオは、急速に膨張する宇宙。約1兆年後には、すべての銀河が目に見える宇宙の彼方へ飛び去ってしまうでしょう。 100兆年後には最後の星である赤色矮星が爆発するでしょう。 10京年以内に銀河は崩壊し、その残骸はブラックホールに落ち始めるだろう。知的生命体はどうなるでしょうか？これは非常に長い時代であり、超高度な文明はブラックホールをエネルギー源として使用する方法を見つけるかもしれません。
遅かれ早かれブラックホールも蒸発するホーキング放射線の説明 (さまざまな仮定によると、1040 ～ 10106 年以内)。もちろん、時間の経過とともに暗黒エネルギーの密度が増加すれば、すべてがより早く終わる可能性があります。この場合、ある時点、たとえば 200 ～ 700 億年後、宇宙の膨張率が非常に高くなり、すべての物質が亜原子レベルで破壊されるでしょう。このシナリオはビッグリップと呼ばれます。
そして、想像を絶する未来をさらに詳しく見てみると、ある日、量子ゆらぎが再び宇宙の誕生につながる可能性があります。
これらの答えは新しい質問につながる可能性があります-宇宙探査は無限大です。 「Uchi.ru」のインタラクティブコース「SpacePrinting」を利用して、トピックを掘り下げることができます。タッチタイピングのスキルを習得し、途中で攻撃者のロボットから宇宙を救いたい人のためのものです。
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