Cilvēks sāka pētīt kosmosu pirms nokļūšanas orbītā — izveidojot zinātniskās fantastikas stāstus, vēl 400
- Vai tā ir taisnība, ka Saule pēc zvaigžņu standartiem ir maza?
Noteikti ne tādā veidā.Ir sarkanās milzu zvaigznes, kas ir tūkstoš reižu lielākas par Sauli - piemēram, UY Shield, AH Scorpio un W Cepheus. Bet ir arī citi piemēri. Piemēram, 2003. gadā atklātā zvaigzne 2MASS J0523-1403 ir Jupitera lielumā (bet 70 reizes masīvāka). Tās masa ir 15 reizes mazāka par sauli – tā ir zvaigžņu robeža, zem kuras kodolreakcijas vienkārši neaizdegas.
- Kā zvaigznes pārvēršas melnos caurumos?
Šāds liktenis gaida zvaigznes, kuru masa pārsniedz 8–10saules. No gravitācijas sabrukuma (tas ir, "sabrukšanas sevī") tos notur kodolreakciju enerģija. Taču agrāk vai vēlāk degviela beidzas: šādas zvaigznes vispirms sadedzina ūdeņradi, tad hēliju, tad oglekli – un tā tālāk, līdz kodols pārvēršas dzelzē. Tajā kodolreakcijas tajā apstājas, un gravitācijas ietekmē sākas saspiešana. Kad dzelzs kodola masa sasniedz tā saukto Čandrasekhara robežu (apmēram pusotru Saules masu), nekas nevar pretoties zvaigznes sabrukšanai melnajā caurumā.
- Kas ir gāzes gigants - vai tas nozīmē, ka planētai nav stabila pamata un uz tās nevar nolaisties?
Mēs runājam par ļoti lielām planētām, kas sastāv nopārsvarā ūdeņradis un hēlijs. Mūsu Saules sistēmā ir divi no tiem: Jupiters un Saturns. Tas, vai tiem ir cieta virsma, ir ļoti interesants jautājums, uz kuru zinātnieki cenšas atbildēt, izmantojot Juno kosmosa kuģi. Pašlaik tas atrodas orbītā ap Jupiteru.
Nirstot uz Jupiteru, vispirms būs jāiziet cauriaukstu, blīvu mākoņu ārējais slānis, kas sastāv no amonjaka un ūdens. Jo zemāk atrodas novērotājs, jo augstāks ir spiediens un temperatūra atmosfērā. Kādā brīdī ūdeņradis kondensēsies šķidrā stāvoklī un veidos milzīgu okeānu. Pat dziļāk, un ūdeņradis zem milzīga spiediena sāk uzvesties kā šķidrs metāls.
Juno dati liecina, ka planētas kodolam nav skaidru robežu, šķiet, ka tas ir izšķīdis. Varbūt tas notika tāpēc, ka pirms miljardiem gadu milzis sadūrās ar citu planētu.
Proto-Jupitera sadursme ar citu planētu.a) pirms sadursmes - ir redzams ciets kodols. b) sadursmes laiks, c) desmit stundas pēc sadursmes. Sadursmes un tālākas sajaukšanās dēļ Jupitera kodols izrādījās pagarināts un "atšķaidīts". Attēls pielāgots no Liu et al. (2019)
- Vai ir iespējams iziet cauri melnajam caurumam citā dimensijā?
Mēs nezinām.Einšteina vienādojumos tiek pieņemts, ka melnais caurums atbilst reversajam baltajam caurumam, kas var novest pie paralēlā Visuma (Rozena-Einšteina tilta). Bet, lai tur nokļūtu, jums jāpārvietojas ar ātrumu, kas ir lielāks par gaismu. Baltie caurumi paši var izpausties mūsu Visumā spožu starojuma uzplaiksnījumu veidā gamma diapazonā - un viņi vēlas tos atrast no Fermi kosmiskā gamma staru teleskopa. Teorētiskais fiziķis Lī Smolins ierosināja, ka baltie caurumi ir Lielais sprādziens citiem Visumiem.
Penrose diagramma. Augšpusē ir melnais caurums, bet apakšā - baltais caurums. Un sānos ir divi Visumi: mūsu un paralēle
Un fiziķi Oļegs Luņins un Samirs Mathurs ierosinājaMelnā cauruma risinājums, kas balstīts uz superstīgu teoriju. Superstīgu teorijā visas zināmās daļiņas ir enerģijas virkņu vibrācijas daudzdimensionālās telpās. Melnajā caurumā šīs virknes un telpas ir savstarpēji saistītas, veidojot vienotu struktūru, kas ir līdzīga vilnas kamoliņai, ko no hipertelpas izspļāvis “daudzdimensionāls kaķis”.
Labajā pusē ir "parasts" melnais caurums ar singularitāti unnotikumu horizonts, pa kreisi - melnais caurums, kas iegūts no stīgu teorijas, bez notikumu horizonta un bez singularitātes (fuzzball - vilnas bumba). Olenas Šmahalo/žurnāla Quanta māksla
- Kā senie cilvēki atklāja galaktikas, ja viņiem nebija modernu teleskopu?
Acs ir jutīgs instruments.Mēs varam uztvert avotus debesīs līdz sestajai magnitūdai. Starp citu, šo skalu ieviesa romiešu astronoms Klādijs Ptolemajs. Viņa katalogā pirmais lielums apzīmēja spožākās zvaigznes, bet sestais apzīmēja vājākās zvaigznes. Tāpēc mēs redzam Andromedas miglāju, kura magnitūda ir 3,44, bez teleskopa. Starp citu, šo galaktiku pirms aptuveni tūkstoš gadiem pirmo reizi aprakstīja persiešu astronoms un matemātiķis Abdurrahmans al-Sufi. Viņš arī atklāja Lielo Magelāna mākoni.
- Kāpēc viņi saka, ka laiks ir ceturtā dimensija? Cik dimensijas ir atvērtas?
Līdz divdesmitajam gadsimtam zinātnieki uzskatīja, ka laikstelpa un fiziskie procesi ir neatkarīgi viens no otra. Bet 1905. gadā Alberts Einšteins izveidoja īpašo relativitātes teoriju, saskaņā ar kuru laiks un telpa var stiepties un sarauties. Nedaudz vēlāk viņa skolotājs Hermanis Minkovskis savienoja telpu un laiku kopējā četrdimensiju telpas-laika kontinuumā.
Pamatojoties uz šīm idejām, Einšteins izstrādāja ģenerālirelativitātes teorija. Viņš uzrakstīja vienādojumu, aprakstot, kā masa un enerģija var ietekmēt telpu-laiku, saliekot to un kā šādos apstākļos mainās matērijas kustība. Izrādījās, ka telpa un laiks ir fizisko procesu dalībnieki, nevis tiem skatuve. Tāpēc zinātnieki uzskata, ka laiks ir ceturtā dimensija.
Kas attiecas uz papildu izmēriem, teorijastīgas ļauj tām pastāvēt mikrolīmenī, un ar to saistītā kosmoloģijas ideja uz branas (atvasināta no vārda "membrāna") - gluži pretēji, ļoti liela. Mazie papildu izmēri tiek meklēti Lielajā hadronu paātrinātājā, lielie - kosmosā, izmantojot LIGO un VIRGO gravitācijas antenas un Fermi-LAT kosmosa gamma staru teleskopu. Pagaidām bez rezultātiem.
- Vai tā ir taisnība, ka pulkstenis augsta kalna virsotnē darbojas savādāk nekā uz Zemes virsmas?
Laika aizkave notiek divos gadījumos:kad objekts pārvietojas lielā ātrumā attiecībā pret ārēju novērotāju; netālu no gravitācijas avota (masīva planēta, melnais caurums). Piemērs ar pulksteni no otrās kategorijas. Kalns atrodas uz Zemes virsmas, kurai ir gravitācija, un laiks kalna galā plūdīs ātrāk, salīdzinot ar novērotāju jūras līmenī. Tiesa, šis efekts ir ļoti mazs: Everesta eksperimentā 83 nanosekundes dienā.
Bet GPS satelīti lido aptuveni 20 tūkstošu metru augstumā.km. Tur laika gravitācijas paātrinājums ir nozīmīgāks. Dienā laiks plūst par 40 mikrosekundēm ātrāk nekā uz planētas virsmas, un tas ir jāņem vērā. Šajā ziņā GPS satelīti ir lieliska laboratorija, lai pārbaudītu relativitātes teorijas ietekmi.
- Kā laiku un telpu var izliekt?
Mēs zinām, ka laiks un telpa deformējasbet kā viņi to dara, ir grūts jautājums. Lai uz to atbildētu, mums jāapsver gravitācijas darbība kvantu līmenī, taču vēl nav universālas teorijas par to.
Ir atsevišķas pieejas, piemēram, stīgu teorijavai cilpas kvantu gravitācija. Pēdējais apzīmē telpu nevis kā nepārtrauktu, bet gan kā sastāv no slēgtām gravitācijas lauka cilpām. Lielos mērogos tā izskatās kā parastā vispārējās relativitātes teorijas telpa, un mazos mērogos izskatās, ka tā sastāv no pikseļiem. Masa un enerģija, kas novietota šādā cilpas telpā, ietekmē to un tādējādi to deformē.
- Vai tā ir taisnība, ka vakuums patiesībā nav tukšs un tajā rodas pašas daļiņas?
Saskaņā ar lauka teoriju un nenoteiktības principuHeisenberg, ļoti īsu laika periodu vakuums var būt tādā enerģijas stāvoklī, kurā tas spēj radīt pārī savienotas daļiņas. Zinātnieki tos sauc par virtuāliem. Tie nedaudz atšķiras no parastajiem, taču tajā pašā laikā tie ievēro kvantu saglabāšanas likumus.
Mēs nevaram novērot virtuālās daļiņas, tāsdzimst pa pāriem un ātri iznīcina, mūs nekādi neietekmējot. Tomēr šis līdzsvars dažos gadījumos var tikt izjaukts, piemēram, spēcīga gravitācijas lauka klātbūtnē, piemēram, melnajā caurumā. Stīvens Hokings parādīja, ka melnie caurumi var ne tikai absorbēt, bet arī emitēt daļiņas (galvenokārt fotonus) un tāpēc iztvaikot. Pirms tam tika uzskatīts, ka nekas, pat gaisma, nevar “izkļūt” no melnā cauruma.
- Kas ir Lielais sprādziens? Kāpēc tas notika?
Šis ir teorētiskais modelis, kas aprakstamūsdienu Visuma rašanās no ļoti blīva un ļoti karsta stāvokļa. Pikosekundē (sekundes triljonajā daļā) tajā parādījās fundamentālas mijiedarbības: vispirms gravitācijas, bet pēc tam elektromagnētiskā, vāja un spēcīga. Tad ļoti augstā temperatūrā sākās daļiņu-pretdaļiņu pāru dzimšana, un pēc tam tie anihilējās, kura produkts ir fotons (gaisma).
Par laimi mums radās asimetrija:miljardam protonu-antiprotonu pāru viens protons izrādījās "papildus". Visas zvaigznes, galaktikas, planētas un mēs paši esam izgatavoti no šīs vienas miljardās daļas. Nākamos simtiem tūkstošu gadu gaisma un matērija bija "sapinušās", un Visums bija ļoti necaurredzams. Apmēram 400 000 gadu pēc Lielā sprādziena tas atdzisa un sāka veidoties atomi. Nebija brīvu elektronu, un Visums kļuva caurspīdīgs gaismai. Bija spēcīgs starojuma uzliesmojums, ko mēs tagad novērojam kā reliktu starojumu (kosmisko mikroviļņu fonu).
Kāpēc Visums sāka paplašināties no ļoti saspiesta stāvokļa, mēs nezinām (tāpat kā tas, kas bija pirms Lielā sprādziena). Iespējams, iemesls bija vakuuma kvantu svārstības.
- Kāpēc kosmosa kuģi nevar lidot ar gaismas ātrumu?
No īpašās relativitātes teorijas izriet:lai paātrinātu masīvu objektu līdz gaismas ātrumam, ir nepieciešams iztērēt bezgalīgi daudz enerģijas. Kas, protams, nav iespējams. Tikai bezmasas daļiņas, piemēram, fotons, var pārvietoties ar gaismas ātrumu.
1994. gadā meksikāņu fiziķis Migels Alkubjērsierosināja ideju par šķēru piedziņu (kā kulta zinātniskās fantastikas sērijā Star Trek). Tā vietā, lai ceļotu pa FTL, kosmosa kuģim ir jāsaspiež telpas laiks priekšā un jāpaplašina tas aiz tā, vienlaikus atrodoties plakana telpas-laika burbulī. Tiesa, bija vairākas neatrisinātas problēmas. Lai izveidotu šādu burbuli, ir nepieciešama eksotiska viela ar negatīvu masu. Labā ziņa ir tā, ka nesen publicētajā rakstā ir atrasti risinājumi superlumināliem deformācijas burbuļiem ar pozitīvu enerģijas blīvumu. Bet problēma paliek, kā izkliedēt pašu burbuli vismaz līdz gaismas ātrumam un kur iegūt daudz enerģijas, neradot melno caurumu.
Alcubierre dzinēja 2D renderēšana
- Kādas vielas Visumā ir vairāk?
Saskaņā ar jaunākajiem datiem, kas iegūti kosmosāPlanka observatorija, mūsu Visums sastāv tikai no 5% parastās jeb, kā saka zinātnieki, barioniskās matērijas, tas ir, zvaigznes, galaktikas, gāzes un jūs.
Būtiskāka daļa - 26% - irtumšā matērija. Tas tika atklāts, pētot galaktiku un to kopu rotāciju. Ar masu un gravitāciju nepietika, lai izskaidrotu viņu "uzvedību". Tāpēc bija nepieciešams ieviest tumšās matērijas jēdzienu, kas izpaužas tikai caur gravitāciju un citādi nesadarbojas ar parasto matēriju. Patiesībā nav zināms, kas ir tumšā matērija.
Kreisajā pusē ir gamma starojuma karte ar enerģiju no 1 līdz 3.16 GeV mūsu galaktikas centrā. Zināmi pulsāri parakstīti. Ja mēs noņemsim visus zināmos gamma starojuma avotus, kā parādīts labajā pusē, tad radīsies pārmērīgs starojums, ko var izskaidrot ar tumšās vielas iznīcināšanu.
Visbeidzot, visnoslēpumainākā viela, kas69% veido tumšā enerģija, par kuru mēs gandrīz neko nezinām. Tas izpaužas galvenokārt caur Visuma izplešanos. Turklāt zinātnieki secinājuši, ka Visuma blīvums ir tuvu kritiskajam. Tomēr matērija (parastā + tumšā) ir tikai 30% no kritiskā blīvuma. Kur ir pārējais? Tā varētu būt pati kosmosa vai vakuuma enerģija vai papildu nezināms spēks, ko parasti sauc par tumšo enerģiju.
- Cik liela ir iespēja, ka mūsu galaktikā ir citas saprātīgas būtnes?
Ir daudz pazīmju, ka mūsu galaktikajābūt piepildītam ar dzīvību. Pirmkārt, saskaņā ar Keplera kosmosa teleskopu ir aptuveni 40 miljardi Zemei līdzīgu planētu, kas riņķo ap saulei līdzīgām zvaigznēm vai sarkanajiem punduriem, kā arī atrodas apdzīvojamajā zonā (labvēlīgi apstākļi dzīvības izcelsmei).
Otrkārt, uz mūsu planētas radās dzīvībagandrīz uzreiz pēc Zemes veidošanās un pastāv jau 4 miljardus gadu. Kas attiecas uz saprātīgām būtnēm, tas ir nedaudz sarežģītāk. Galaktiskā mērogā cilvēks pastāv nenozīmīgi īsu laiku.
Amerikāņu astronoms Frenks Dreiks apkopojisvienādojums, lai novērtētu attīstīto civilizāciju skaitu mūsu galaktikā, taču tajā ir daudz nezināmo. Tāpēc risinājums tam ir ļoti atšķirīgs - no 20 gabaliem līdz 50 miljoniem! Pēdējais ir maz ticams, jo pastāv arī Fermi paradokss, kas burtiski izklausās šādi: kāpēc mēs nenovērojam attīstītu civilizāciju pēdas - satelītus, dažādus radio signālus utt. Iespējams, apstākļi uz mūsu planētas un Saules sistēmas joprojām ir unikāli (piemēram, mums ir milzīgs Jupiters, kas ar savu gravitācijas lauku aizsargā Zemi no lieliem meteorītiem un asteroīdiem). Tas ir, dzīve, iespējams, nav noteikums Visumam, bet gan liels izņēmums.
- Kas notiks ar Visumu tā pastāvēšanas beigās?
Tagad visticamākais scenārijs irstrauji paplašinās Visums. Apmēram triljona gadu laikā visas galaktikas aizlidos aiz redzamā Visuma. Pēc 100 triljoniem gadu eksplodēs pēdējā zvaigzne, sarkanais punduris. 10 kvantimiljonu gadu laikā galaktikas sabruks, un to atliekas sāks krist melnos caurumos. Kas notiks ar inteliģento dzīvi? Šis ir ļoti garš laikmets, un īpaši attīstīta civilizācija var atrast veidu, kā izmantot melnos caurumus kā enerģijas avotus.
Agrāk vai vēlāk pat melnie caurumi iztvaikoHokinga radiācijas konts (pēc dažādiem pieņēmumiem 1040-10106 gadu laikā). Protams, viss var beigties daudz ātrāk, ja laika gaitā palielinās tumšās enerģijas blīvums. Šajā gadījumā kādā brīdī, piemēram, pēc 20–70 miljardiem gadu, Visuma izplešanās ātrums būs tik augsts, ka visa matērija plīsīs subatomiskā līmenī. Šo scenāriju sauc par Big Rip.
Un, ja paskatās vēl tālāk neiedomājamajā nākotnē, tad kādu dienu kvantu svārstības atkal var novest pie Visuma rašanās.
Šīs atbildes var radīt jaunus jautājumuskosmosa izpēte ir bezgalīga. Tēmā var iedziļināties ar interaktīvo kursu "Space Printing" no "Uchi.ru". Tas ir paredzēts tiem, kuri vēlas apgūt skārienrakstīšanas prasmi un pa ceļam glābt Visumu no agresoriem.
Lasīt vairāk:
Lielākais cilvēces ciltskoks parādīja mūsu sugas vēsturi
Izstrādāta videi draudzīga degviela uz oglekļa dioksīda bāzes
Lielā Heopsa piramīda tiks pētīta, izmantojot kosmiskos starus