Žmogus pradėjo tyrinėti kosmosą prieš patekdamas į orbitą – kurdamas mokslinės fantastikos istorijas dar 400
- Ar tiesa, kad pagal žvaigždžių standartus Saulė yra maža?
Tikrai ne tokiu būdu.Yra raudonųjų milžiniškų žvaigždžių, kurios yra tūkstantį kartų didesnės už Saulę – pavyzdžiui, UY Shield, AH Scorpio ir W Cepheus. Tačiau yra ir kitų pavyzdžių. Pavyzdžiui, 2003 metais atrasta žvaigždė 2MASS J0523-1403 yra Jupiterio dydžio (bet 70 kartų masyvesnė). Jo masė 15 kartų mažesnė už saulės – tokia yra žvaigždžių riba, žemiau kurios branduolinės reakcijos tiesiog neužsidega.
- Kaip žvaigždės virsta juodosiomis skylėmis?
Toks likimas laukia žvaigždžių, kurių masė didesnė nei 8–10saulės. Nuo gravitacinio kolapso (tai yra „sugriūti į save“) juos išlaiko branduolinių reakcijų energija. Tačiau anksčiau ar vėliau degalai baigiasi: tokios žvaigždės pirmiausia degina vandenilį, tada helią, tada anglį – ir taip toliau, kol šerdis virsta geležimi. Tuo metu branduolinės reakcijos jame sustoja, o suspaudimas prasideda veikiant gravitacijai. Kai geležies šerdies masė pasiekia vadinamąją Čandrasekharo ribą (apie pusantros Saulės masės), niekas negali atsispirti žvaigždės griūtims į juodąją skylę.
- Kas yra dujų milžinas – ar tai reiškia, kad planeta neturi tvirto pagrindo ir ant jos negalima nusileisti?
Mes kalbame apie labai dideles planetas, kurias sudarodaugiausia vandenilio ir helio. Mūsų saulės sistemoje yra du iš jų: Jupiteris ir Saturnas. Ar jie turi tvirtą paviršių – labai įdomus klausimas, į kurį mokslininkai bando atsakyti naudodami erdvėlaivį Juno. Šiuo metu jis skrieja orbitoje aplink Jupiterį.
Nardydami į Jupiterį pirmiausia turėsite pereitiišorinis šaltų, tankių debesų sluoksnis, sudarytas iš amoniako ir vandens. Kuo žemiau nusileidžia stebėtojas, tuo aukštesnis slėgis ir temperatūra atmosferoje. Tam tikru momentu vandenilis kondensuosis į skystą būseną ir sudarys didžiulį vandenyną. Dar giliau, o vandenilis, esant didžiuliam slėgiui, pradeda elgtis kaip skystas metalas.
Juno duomenys rodo, kad planetos branduolys neturi aiškių ribų, atrodo, kad jis ištirpęs. Galbūt taip atsitiko todėl, kad prieš milijardus metų milžinas susidūrė su kita planeta.
Proto-Jupiterio susidūrimas su kita planeta.a) prieš susidūrimą – matoma vientisa šerdis. b) susidūrimo laikas, c) dešimt valandų po susidūrimo. Dėl susidūrimo ir tolesnio maišymosi Jupiterio šerdis pasirodė išsiplėtusi ir „atskiesta“. Paveikslas pritaikytas iš Liu ir kt. (2019 m.)
- Ar įmanoma per juodąją skylę patekti į kitą dimensiją?
Mes nežinome.Einšteino lygtys daro prielaidą, kad juodoji skylė atitinka atvirkštinę baltąją skylę, o tai gali sukelti lygiagrečią visatą (Rozeno-Einšteino tiltą). Tačiau norint ten patekti, reikia judėti didesniu nei šviesos greičiu. Pačios baltosios skylės gali pasireikšti mūsų Visatoje ryškių spinduliuotės blyksnių pavidalu gama diapazone - ir jie nori jas rasti iš Fermi kosminio gama spindulių teleskopo. Teorinis fizikas Lee Smolinas teigė, kad baltosios skylės yra didysis sprogimas kitoms visatoms.
Penrose diagrama. Viršuje yra juodoji skylė, o apačioje - balta skylė. Ir iš šonų yra dvi visatos: mūsų ir paralelė
O fizikai Olegas Luninas ir Samiras Mathuras pasiūlėjuodosios skylės sprendimas, pagrįstas superstygų teorija. Superstygų teorijoje visos žinomos dalelės yra energetinių stygų virpesiai daugiamatėse erdvėse. Juodojoje skylėje šios stygos ir erdvės yra susipynusios, sudarydamos vieną struktūrą, panašią į vilnos rutulį, kurį išspjauna „daugiamatė katė“ iš hipererdvės.
Dešinėje yra „įprasta“ juodoji skylė, turinti išskirtinumą irįvykių horizontas, kairėje - juodoji skylė, gauta iš stygų teorijos, be įvykių horizonto ir be singuliarumo (fuzzball - vilnonis rutulys). Olenos Shmahalo / Quanta žurnalo menas
- Kaip senovės žmonės atrado galaktikas, jei neturėjo šiuolaikinių teleskopų?
Akys yra jautrus instrumentas.Mes galime suvokti šaltinius danguje iki šeštojo dydžio. Beje, šią skalę įvedė romėnų astronomas Kladijus Ptolemėjus. Jo kataloge pirmasis dydis žymėjo ryškiausias žvaigždes, o šeštasis – silpniausias. Todėl mes matome Andromedos ūką, kurio dydis yra 3,44, be teleskopo. Beje, šią galaktiką maždaug prieš tūkstantį metų pirmą kartą aprašė persų astronomas ir matematikas Abdurrahmanas al-Sufis. Jis taip pat atrado Didįjį Magelano debesį.
- Kodėl jie sako, kad laikas yra ketvirtoji dimensija? Kiek matmenų yra atvirų?
Iki XX amžiaus mokslininkai tuo laiku tikėjoerdvė ir fizikiniai procesai nepriklauso vienas nuo kito. Tačiau 1905 m. Albertas Einšteinas sukūrė specialiąją reliatyvumo teoriją, pagal kurią laikas ir erdvė gali išsitempti ir susitraukti. Kiek vėliau jo mokytojas Hermanas Minkovskis erdvę ir laiką sujungė į bendrą keturmatį erdvės-laiko kontinuumą.
Remdamasis šiomis idėjomis, Einšteinas sukūrė generoląReliatyvumo teorija. Jis parašė lygtį, aprašančią, kaip masė ir energija gali paveikti erdvėlaikį, jį sulenkti ir kaip keičiasi medžiagos judėjimas tokiomis sąlygomis. Paaiškėjo, kad erdvė ir laikas yra fizinių procesų dalyviai, o ne jų scena. Štai kodėl mokslininkai mano, kad laikas yra ketvirtoji dimensija.
Kalbant apie papildomus matmenis, teorijastygos leidžia jiems egzistuoti mikro lygiu, o su ja susijusi kosmologijos idėja branoje (kilusi iš žodžio „membrana“) - priešingai, labai didelė. Mažų papildomų matmenų ieškoma prie didžiojo hadronų greitintuvo, didelių – kosmose, naudojant LIGO ir VIRGO gravitacines antenas bei kosminį gama spindulių teleskopą Fermi-LAT. Kol kas nesėkmingai.
- Ar tiesa, kad laikrodis aukšto kalno viršūnėje veikia kitaip nei Žemės paviršiuje?
Laiko uždelsimas atsiranda dviem atvejais:kai objektas juda dideliu greičiu išorinio stebėtojo atžvilgiu; netoli gravitacijos šaltinio (masyvi planeta, juodoji skylė). Pavyzdys su laikrodžiu iš antros kategorijos. Kalnas yra Žemės paviršiuje, kuris turi gravitaciją, o laikas kalno viršūnėje tekės greičiau, palyginti su stebėtoju jūros lygyje. Tiesa, šis efektas labai mažas: 83 nanosekundės per dieną Everesto eksperimente.
Tačiau GPS palydovai skrenda maždaug 20 tūkstančių metrų aukštyje.km. Ten gravitacinis laiko pagreitis yra reikšmingesnis. Laikas per dieną teka 40 mikrosekundžių greičiau nei planetos paviršiuje, ir į tai reikia atsižvelgti. Šia prasme GPS palydovai yra puiki laboratorija reliatyvumo teorijos poveikiui patikrinti.
- Kaip laikas ir erdvė gali būti išlenkti?
Žinome, kad laikas ir erdvė krypstabet kaip jie tai daro – sunkus klausimas. Norėdami atsakyti į jį, turime apsvarstyti gravitacijos veikimą kvantiniame lygmenyje, tačiau kol kas nėra universalios teorijos.
Yra atskirų požiūrių, tokių kaip stygų teorijaarba kilpos kvantinė gravitacija. Pastarasis vaizduoja erdvę ne kaip ištisinę, o kaip sudarytą iš uždarų gravitacinio lauko kilpų. Didelėse skalėse tai atrodo kaip įprasta bendrosios reliatyvumo teorijos erdvė, o mažose skalėse atrodo, kad ji susideda iš pikselių. Masė ir energija, patalpinta į tokią kilpos erdvę, ją veikia ir taip ją iškreipia.
- Ar tiesa, kad vakuumas iš tikrųjų nėra tuščias ir jame kyla pačios dalelės?
Pagal lauko teoriją ir neapibrėžtumo principąHeisenbergo, labai trumpą laiką vakuumas gali būti tokios energijos būsenos, kurioje jis gali generuoti suporuotas daleles. Mokslininkai juos vadina virtualiais. Jie šiek tiek skiriasi nuo įprastų, tačiau tuo pat metu paklūsta kvantinės išsaugojimo dėsniams.
Mes negalime stebėti virtualių daleliųgimsta poromis ir greitai sunaikina, niekaip nepaveikdami mūsų. Tačiau ši pusiausvyra kai kuriais atvejais gali būti sutrikdyta, pavyzdžiui, esant stipriam gravitaciniam laukui, pavyzdžiui, juodojoje skylėje. Stephenas Hawkingas parodė, kad juodosios skylės gali ne tik sugerti, bet ir išspinduliuoti daleles (dažniausiai fotonus), todėl išgaruoti. Prieš tai buvo manoma, kad niekas, net šviesa, negali „pabėgti“ iš juodosios skylės.
- Kas yra Didysis sprogimas? Kodėl taip atsitiko?
Tai teorinis modelis, aprašantisšiuolaikinės Visatos atsiradimas iš labai tankios ir labai karštos būsenos. Per pikosekundę (trilijonąją sekundės dalį) jame atsirado esminės sąveikos: iš pradžių gravitacinė, o vėliau elektromagnetinė, silpna ir stipri. Tada, esant labai aukštai temperatūrai, prasidėjo dalelių-antidalelių porų gimimas, o po to jos anihiliuojasi, kurių produktas yra fotonas (šviesa).
Mūsų laimei, atsirado asimetrija:milijardui protonų-antiprotonų porų vienas protonas pasirodė esąs „papildomas“. Visos žvaigždės, galaktikos, planetos ir mes esame sudaryti iš šios milijardinės dalies. Kitus šimtus tūkstančių metų šviesa ir materija buvo „susipainioję“, o visata buvo labai nepermatoma. Praėjus maždaug 400 000 metų po Didžiojo sprogimo, jis atvėso ir pradėjo formuotis atomai. Neliko laisvų elektronų, ir Visata tapo skaidri šviesai. Įvyko galingas spinduliuotės pliūpsnis, kurį dabar stebime kaip reliktinę spinduliuotę (kosminis mikrobangų fonas).
Kodėl Visata pradėjo plėstis iš labai suspaustos būsenos, mes nežinome (taip pat ir to, kas buvo prieš Didįjį sprogimą). Galbūt priežastis buvo kvantiniai vakuumo svyravimai.
- Kodėl erdvėlaiviai negali skristi šviesos greičiu?
Iš specialiosios reliatyvumo teorijos išplaukia:norint pagreitinti masyvų objektą iki šviesos greičio, reikia išleisti be galo daug energijos. Kas, žinoma, neįmanoma. Tik bemasės dalelės, tokios kaip fotonas, gali judėti šviesos greičiu.
1994 m. meksikiečių fizikas Miguelis Alcubierre'aspasiūlė metmenų pavaros idėją (kaip kultiniame mokslinės fantastikos seriale „Star Trek“). Vietoj to, kad keliautų FTL, erdvėlaivis turi suspausti erdvėlaikį priešais ir išplėsti jį už jo, vis dar būdamas plokščio erdvės laiko burbule. Tiesa, buvo keletas neišspręstų problemų. Norint sukurti tokį burbulą, reikia egzotiškos medžiagos su neigiama masė. Geros naujienos yra tai, kad neseniai paskelbtame dokumente buvo rasti sprendimai dėl superluminalinių metmenų burbulų, turinčių teigiamą energijos tankį. Tačiau problema išlieka, kaip patį burbulą išsklaidyti bent šviesos greičiu ir iš kur gauti daug energijos nesukuriant juodosios skylės.
Alcubierre variklio 2D atvaizdavimas
- Kokios medžiagos yra daugiau visatoje?
Pagal naujausius kosmoso gautus duomenisPlancko observatorijoje, mūsų Visatoje yra tik 5% paprastos arba, kaip teigia mokslininkai, barioninės medžiagos, tai yra žvaigždės, galaktikos, dujos ir jūs.
Reikšmingesnė dalis – 26% – yraJuodoji medžiaga. Jis buvo atrastas tiriant galaktikų ir jų spiečių sukimąsi. Masės ir gravitacijos nepakako paaiškinti jų „elgesiui“. Todėl reikėjo įvesti tamsiosios materijos sampratą, kuri pasireiškia tik per gravitaciją ir kitaip su įprasta medžiaga nesąveikauja. Tiesą sakant, nežinoma, kas yra tamsioji medžiaga.
Kairėje pusėje yra gama spinduliuotės, kurios energija yra 1–3, žemėlapis.16 GeV mūsų galaktikos centre. Žinomi pulsarai pasirašyti. Jei pašalinsime visus žinomus gama spinduliuotės šaltinius, kaip parodyta dešinėje, bus radiacijos perteklius, kurį galima paaiškinti tamsiosios medžiagos sunaikinimu.
Pagaliau pati paslaptingiausia medžiaga69 % sudaro tamsioji energija, apie kurią beveik nieko nežinome. Ji pirmiausia pasireiškia per Visatos plėtimąsi. Be to, mokslininkai padarė išvadą, kad Visatos tankis yra artimas kritiniam. Tačiau medžiaga (įprasta + tamsi) sudaro tik 30% kritinio tankio. Kur likusieji? Tai gali būti pati erdvės ar vakuumo energija arba papildoma nežinoma jėga, kuri paprastai vadinama tamsiąja energija.
- Kokia tikimybė, kad mūsų galaktikoje yra kitų protingų būtybių?
Yra daug požymių, kad mūsų galaktikaturi būti pripildytas gyvybės. Pirma, Keplerio kosminio teleskopo duomenimis, yra apie 40 milijardų į Žemę panašių planetų, kurios sukasi aplink į saulę panašias žvaigždes arba raudonąsias nykštukes, taip pat yra gyvenamojoje zonoje (palankios sąlygos gyvybei atsirasti).
Antra, gyvybė mūsų planetoje atsiradobeveik iš karto po Žemės susiformavimo ir gyvuoja 4 milijardus metų. Kalbant apie protingas būtybes, tai yra šiek tiek sudėtingiau. Galaktikos mastu žmogus egzistuoja nežymiai trumpą laiką.
Amerikiečių astronomas Frankas Drake'as sudarėlygtis, skirta įvertinti išsivysčiusių civilizacijų skaičių mūsų galaktikoje, tačiau ji turi daug nežinomųjų. Todėl sprendimas jam labai įvairus – nuo 20 vienetų iki 50 milijonų! Pastarasis mažai tikėtinas, nes egzistuoja ir Fermio paradoksas, kuris pažodžiui skamba taip: kodėl nepastebime išsivysčiusių civilizacijų pėdsakų – palydovų, įvairių radijo signalų ir pan.? Galbūt sąlygos mūsų planetoje ir Saulės sistemoje vis dar unikalios (pavyzdžiui, turime didžiulį Jupiterį, kuris savo gravitaciniu lauku saugo Žemę nuo didelių meteoritų ir asteroidų). Tai yra, gyvenimas, ko gero, nėra Visatos taisyklė, o didelė išimtis.
- Kas atsitiks su Visata jos egzistavimo pabaigoje?
Dabar labiausiai tikėtinas scenarijussparčiai besiplečianti visata. Maždaug po trilijono metų visos galaktikos išskris už matomos Visatos. Po 100 trilijonų metų sprogs paskutinė žvaigždė – raudonoji nykštukė. Per 10 kvantilijonų metų galaktikos subyrės, o jų liekanos pradės kristi į juodąsias skyles. Kas nutiks protingam gyvenimui? Tai labai ilga era, o ypač pažengusi civilizacija gali rasti būdą panaudoti juodąsias skyles kaip energijos šaltinius.
Anksčiau ar vėliau net juodosios skylės išgaruosHokingo radiacijos sąskaita (pagal įvairias prielaidas, per 1040-10106 metus). Žinoma, viskas gali baigtis daug greičiau, jei tamsiosios energijos tankis laikui bėgant didėja. Tokiu atveju tam tikru momentu, tarkime, po 20–70 milijardų metų, Visatos plėtimosi greitis bus toks didelis, kad visa materija suplyš subatominiame lygmenyje. Šis scenarijus vadinamas Didžiuoju Plyšimu.
Ir jei pažvelgsite dar toliau į neįsivaizduojamą ateitį, vieną dieną kvantiniai svyravimai vėl gali sukelti visatos gimimą.
Šie atsakymai gali sukelti naujų klausimų –kosmoso tyrinėjimai yra begaliniai. Į temą galite įsigilinti pasitelkę interaktyvų kursą „Space Printing“ iš „Uchi.ru“. Jis skirtas tiems, kurie nori įvaldyti spausdinimo liečiant įgūdžius ir pakeliui išgelbėti Visatą nuo agresorių robotų.
Skaityti daugiau:
Didžiausias žmonijos šeimos medis parodė mūsų rūšies istoriją
Sukurtas aplinkai nekenksmingas kuras anglies dioksido pagrindu
Didžioji Cheopso piramidė bus tiriama naudojant kosminius spindulius