De mens begon de ruimte te verkennen voordat hij in een baan om de aarde kwam - door het creëren van nog eens 400 sciencefictionverhalen
- Is het waar dat de zon klein is naar stellaire normen?
Niet zeker op die manier.Er zijn rode reuzensterren die duizend keer groter zijn dan de zon - bijvoorbeeld UY Shield, AH Scorpio en W Cepheus. Maar er zijn ook andere voorbeelden. De ster 2MASS J0523-1403, ontdekt in 2003, is bijvoorbeeld zo groot als Jupiter (maar 70 keer massiever). Zijn massa is 15 keer minder dan die van de zon - dit is de limiet voor sterren, waaronder kernreacties eenvoudigweg niet ontbranden.
- Hoe veranderen sterren in zwarte gaten?
Dit lot wacht sterren met een massa groter dan 8-10zonne. Van zwaartekrachtinstorting (dat wil zeggen, "instorten in zichzelf") worden ze vastgehouden door de energie van kernreacties. Maar vroeg of laat raakt de brandstof op: zulke sterren verbranden eerst waterstof, dan helium, dan koolstof - enzovoort totdat de kern in ijzer verandert. Hierbij stoppen de kernreacties erin en begint de compressie onder invloed van de zwaartekracht. Zodra de massa van de ijzeren kern de zogenaamde Chandrasekhar-limiet bereikt (ongeveer anderhalve zonsmassa), kan niets de ineenstorting van een ster in een zwart gat weerstaan.
- Wat is een gasreus - betekent dit dat de planeet geen solide basis heeft en er niet op kan worden geland?
We hebben het over zeer grote planeten, bestaande uitmeestal waterstof en helium. Er zijn er twee in ons zonnestelsel: Jupiter en Saturnus. Of ze een vast oppervlak hebben, is een zeer interessante vraag die wetenschappers proberen te beantwoorden met behulp van het Juno-ruimtevaartuig. Het bevindt zich momenteel in een baan rond Jupiter.
Wanneer je naar Jupiter duikt, zul je er eerst doorheen moetende buitenste laag van koude, dichte wolken bestaande uit ammoniak en water. Hoe lager de waarnemer gaat, hoe hoger de druk en temperatuur in de atmosfeer. Op een gegeven moment zal de waterstof condenseren tot een vloeibare toestand en een enorme oceaan vormen. Nog dieper, en waterstof onder enorme druk begint zich te gedragen als een vloeibaar metaal.
De Juno-gegevens suggereren dat de kern van de planeet geen duidelijke grenzen heeft, het lijkt te zijn opgelost. Misschien gebeurde dit omdat de reus miljarden jaren geleden in botsing kwam met een andere planeet.
Botsing van proto-Jupiter met een andere planeet.a) voor de botsing - een vaste kern is zichtbaar. b) het tijdstip van de aanvaring, c) tien uur na de aanvaring. Door de botsing en verdere vermenging bleek de kern van Jupiter te zijn verlengd en "verdund". Figuur aangepast van Liu et al. (2019)
- Is het mogelijk om door een zwart gat naar een andere dimensie te gaan?
We weten het niet.De vergelijkingen van Einstein gaan ervan uit dat een zwart gat overeenkomt met een omgekeerd wit gat, wat kan leiden tot een parallel universum (de Rosen-Einstein-brug). Maar om daar te komen, moet je met een snelheid sneller dan het licht bewegen. Witte gaten zelf kunnen zich in ons heelal manifesteren in de vorm van heldere flitsen van straling in het gammabereik - en ze willen ze vinden met de Fermi-ruimte-gammastraaltelescoop. Theoretisch natuurkundige Lee Smolin suggereerde dat witte gaten de oerknal zijn voor andere universums.
Penrose-diagram. Boven is een zwart gat en beneden is een wit gat. En aan de zijkanten zijn twee universums: de onze en een parallel
En natuurkundigen Oleg Lunin en Samir Mathur stelden voor:oplossing voor een zwart gat, gebaseerd op supersnaartheorie. In de supersnaartheorie zijn alle bekende deeltjes trillingen van energiesnaren in multidimensionale ruimten. In een zwart gat zijn deze snaren en ruimtes met elkaar verweven en vormen ze een enkele structuur, vergelijkbaar met een bol wol die wordt uitgespuwd door een "multidimensionale kat" uit de hyperruimte.
Rechts is een "gewoon" zwart gat met een singulariteit enevent horizon, links - een zwart gat verkregen uit snaartheorie, zonder event horizon en zonder singulariteit (fuzzball - een wollen bal). Kunst door Olena Shmahalo/Quanta Magazine
- Hoe ontdekten oude mensen sterrenstelsels als ze geen moderne telescopen hadden?
Het oog is een gevoelig instrument.We kunnen bronnen in de lucht tot de zesde magnitude waarnemen. Trouwens, deze schaal werd geïntroduceerd door de Romeinse astronoom Cladius Ptolemaeus. In zijn catalogus duidde de eerste magnitude de helderste sterren aan en de zesde de zwakste. Daarom zien we de Andromedanevel, die een magnitude van 3,44 heeft, zonder telescoop. Trouwens, dit sterrenstelsel werd ongeveer duizend jaar geleden voor het eerst beschreven door de Perzische astronoom en wiskundige Abdurrahman al-Sufi. Hij ontdekte ook de Grote Magelhaense Wolk.
- Waarom zeggen ze dat tijd de vierde dimensie is? Hoeveel dimensies zijn open?
Tot de twintigste eeuw geloofden wetenschappers die tijdruimte en fysieke processen zijn onafhankelijk van elkaar. Maar in 1905 creëerde Albert Einstein de speciale relativiteitstheorie, volgens welke tijd en ruimte kunnen uitrekken en inkrimpen. Even later verbond zijn leraar Herman Minkowski ruimte en tijd tot een gemeenschappelijk vierdimensionaal ruimte-tijd-continuüm.
Op basis van deze ideeën ontwikkelde Einstein een algemenerelativiteitstheorie. Hij schreef een vergelijking waarin hij beschrijft hoe massa en energie de ruimte-tijd kunnen beïnvloeden, deze kunnen buigen, en hoe de beweging van materie onder deze omstandigheden verandert. Het bleek dat ruimte en tijd deelnemers zijn aan fysieke processen, en geen podium voor hen. Daarom geloven wetenschappers dat tijd de vierde dimensie is.
Wat betreft de extra dimensies, de theoriesnaren laten hun bestaan op microniveau toe, en het bijbehorende idee van kosmologie op de braan (afgeleid van het woord "membraan") - integendeel, op het zeer grote. Kleine extra dimensies worden gezocht bij de Large Hadron Collider, grote - in de ruimte, met behulp van de LIGO- en VIRGO-zwaartekrachtantennes en de Fermi-LAT-ruimte-gammastraaltelescoop. Tot nu toe tevergeefs.
- Klopt het dat de klok op de top van een hoge berg anders loopt dan op het aardoppervlak?
Tijdsvertraging treedt op in twee gevallen:wanneer een object met hoge snelheid beweegt ten opzichte van een externe waarnemer; nabij de bron van de zwaartekracht (zware planeet, zwart gat). Een voorbeeld met een klok uit de tweede categorie. De berg bevindt zich op het aardoppervlak, dat zwaartekracht heeft, en de tijd op de top van de berg zal sneller stromen in vergelijking met een waarnemer op zeeniveau. Toegegeven, dit effect is erg klein: 83 nanoseconden per dag in het Everest-experiment.
Maar GPS-satellieten vliegen op een hoogte van ongeveer 20 duizend meter.kilometer. Daar is de zwaartekrachtversnelling van de tijd belangrijker. De tijd gaat 40 microseconden per dag sneller dan op het aardoppervlak en daar moet rekening mee worden gehouden. In die zin zijn GPS-satellieten een uitstekend laboratorium om de effecten van de relativiteitstheorie te testen.
- Hoe kunnen tijd en ruimte worden gekromd?
We weten dat tijd en ruimte warpmaar hoe ze het doen is een moeilijke vraag. Om het te beantwoorden, moeten we de werking van de zwaartekracht op kwantumniveau beschouwen, maar hier is nog geen universele theorie voor.
Er zijn afzonderlijke benaderingen, zoals de snaartheorieof lus-kwantumzwaartekracht. Dit laatste vertegenwoordigt de ruimte niet als continu, maar als bestaande uit gesloten lussen van het zwaartekrachtveld. Op grote schaal lijkt het op de gebruikelijke ruimte van de algemene relativiteitstheorie, en op kleine schaal lijkt het alsof het uit pixels bestaat. Massa en energie die in zo'n lusruimte worden geplaatst, beïnvloeden deze en vervormen deze dus.
- Klopt het dat het vacuüm eigenlijk niet leeg is, en dat er zelf deeltjes in ontstaan?
Volgens de veldentheorie en het onzekerheidsprincipeHeisenberg kan het vacuüm gedurende zeer korte tijd in zo'n energietoestand zijn dat het in staat is om gepaarde deeltjes te genereren. Wetenschappers noemen ze virtueel. Ze zijn enigszins anders dan gewone, maar tegelijkertijd gehoorzamen ze aan de wetten van het behoud van kwantum.
We kunnen virtuele deeltjes niet waarnemen, zeworden in paren geboren en vernietigen snel zonder ons op enige manier te beïnvloeden. Dit evenwicht kan in sommige gevallen echter worden verstoord, bijvoorbeeld in de aanwezigheid van een sterk zwaartekrachtveld, zoals in een zwart gat. Stephen Hawking toonde aan dat zwarte gaten niet alleen deeltjes (meestal fotonen) kunnen absorberen, maar ook kunnen uitstoten en daardoor verdampen. Daarvoor geloofde men dat niets, zelfs licht niet, uit een zwart gat kon 'ontsnappen'.
- Wat is de oerknal? Waarom gebeurde het?
Dit is een theoretisch model dat beschrijft:de opkomst van het moderne heelal vanuit een zeer dichte en zeer hete staat. In een picoseconde (een biljoenste van een seconde) verschenen er fundamentele interacties: eerst zwaartekracht, dan elektromagnetisch, zwak en sterk. Toen, bij zeer hoge temperaturen, begon de geboorte van deeltjes-antideeltje-paren, en daarna vernietigden ze, waarvan het product een foton (licht) is.
Gelukkig voor ons ontstond er een asymmetrie:voor een miljard proton-antiproton-paren bleek één proton "extra". Alle sterren, sterrenstelsels, planeten en wijzelf zijn gemaakt van dit miljardste deel. Gedurende de volgende honderdduizenden jaren waren licht en materie "verstrengeld" en was het universum erg ondoorzichtig. Ongeveer 400.000 jaar na de oerknal koelde het af en begonnen zich atomen te vormen. Er waren geen vrije elektronen meer over en het heelal werd transparant voor licht. Er was een krachtige uitbarsting van straling, die we nu waarnemen als relikwiestraling (kosmische microgolfachtergrond).
Waarom het heelal begon uit te breiden vanuit een zeer gecomprimeerde toestand, weten we niet (evenals wat er vóór de oerknal was). Misschien was de reden de kwantumfluctuaties van het vacuüm.
- Waarom kunnen ruimteschepen niet met de snelheid van het licht vliegen?
Uit de speciale relativiteitstheorie volgt:om een massief object tot de lichtsnelheid te versnellen, moet je een oneindige hoeveelheid energie verbruiken. Wat natuurlijk onmogelijk is. Alleen massaloze deeltjes, zoals het foton, kunnen met de snelheid van het licht bewegen.
In 1994, de Mexicaanse natuurkundige Miguel Alcubierrestelde het idee voor van een warpdrive (zoals in de cult-sciencefictionserie Star Trek). In plaats van met FTL te reizen, moet het ruimtevaartuig de ruimtetijd ervoor comprimeren en erachter uitzetten, terwijl het zich nog steeds in een bubbel van platte ruimtetijd bevindt. Toegegeven, er waren verschillende onopgeloste problemen. Om zo'n bubbel te creëren, is exotische materie met negatieve massa nodig. Het goede nieuws is dat een recent artikel oplossingen heeft gevonden voor superluminale warp-bellen met een positieve energiedichtheid. Maar het probleem blijft hoe je de bel zelf kunt verspreiden, tenminste tot de snelheid van het licht en waar je veel energie kunt krijgen zonder een zwart gat te creëren.
2D-weergave van de Alcubierre-motor
- Welke stof is er meer in het heelal?
Volgens de laatste gegevens verkregen door de ruimtePlanck Observatory, bestaat ons heelal slechts voor 5% uit gewone of, zoals wetenschappers zeggen, baryonische materie, dat wil zeggen, sterren, sterrenstelsels, gas en jij.
Een belangrijker deel - 26% - isdonkere materie. Het werd ontdekt door de rotatie van sterrenstelsels en hun clusters te bestuderen. Massa en zwaartekracht waren niet genoeg om hun "gedrag" te verklaren. Daarom was het nodig om het concept van donkere materie te introduceren, dat zich alleen door zwaartekracht manifesteert en op andere wijze geen interactie heeft met gewone materie. Het is zelfs niet bekend wat donkere materie is.
Aan de linkerkant is een kaart van gammastraling met een energie van 1-3.16 GeV in het centrum van onze melkweg. Bekende pulsars gesigneerd. Als we alle bekende bronnen van gammastraling verwijderen, zoals rechts weergegeven, dan ontstaat er een overschot aan straling, wat verklaard kan worden door de vernietiging van donkere materie
Eindelijk de meest mysterieuze stof die dat is69% hiervan is donkere energie, waarover we bijna niets weten. Het manifesteert zich voornamelijk door de uitdijing van het heelal. Bovendien hebben wetenschappers geconcludeerd dat de dichtheid van het heelal bijna kritiek is. Materie (normaal + donker) bedraagt echter slechts 30% van de kritische dichtheid. Waar is de rest? Dit kan de energie van de ruimte of het vacuüm zelf zijn, of een extra onbekende kracht, die gewoonlijk donkere energie wordt genoemd.
- Hoe waarschijnlijk is het dat er andere intelligente wezens in onze melkweg zijn?
Er zijn veel aanwijzingen dat onze melkwegmoet gevuld zijn met leven. Ten eerste zijn er volgens de Kepler-ruimtetelescoop ongeveer 40 miljard aardachtige planeten die om zonachtige sterren of rode dwergen draaien en zich ook in de bewoonbare zone bevinden (gunstige omstandigheden voor het ontstaan van leven).
Ten tweede is het leven op onze planeet ontstaanvrijwel onmiddellijk na het ontstaan van de aarde en bestaat al 4 miljard jaar. Wat intelligente wezens betreft, is het iets ingewikkelder. Op galactische schaal bestaat de mens slechts een verwaarloosbaar korte tijd.
Amerikaanse astronoom Frank Drake samengesteldeen vergelijking voor het schatten van het aantal geavanceerde beschavingen in onze melkweg, maar het heeft veel onbekenden. Daarom varieert de oplossing ervoor enorm - van 20 stuks tot 50 miljoen! Dat laatste is onwaarschijnlijk, want er is ook de Fermi-paradox, die letterlijk zo klinkt: waarom nemen we geen sporen waar van geavanceerde beschavingen - satellieten, verschillende radiosignalen, enzovoort? Misschien zijn de omstandigheden op onze planeet en in het zonnestelsel nog steeds uniek (we hebben bijvoorbeeld een enorme Jupiter, die met zijn zwaartekrachtveld de aarde beschermt tegen grote meteorieten en asteroïden). Dat wil zeggen, leven is misschien geen regel voor het universum, maar een grote uitzondering.
- Wat gebeurt er met het heelal aan het einde van zijn bestaan?
Het meest waarschijnlijke scenario is nusnel uitdijend heelal. Over ongeveer een biljoen jaar zullen alle sterrenstelsels voorbij het zichtbare heelal wegvliegen. Over 100 biljoen jaar zal de laatste ster, een rode dwerg, ontploffen. Binnen 10 quantillion jaar zullen de sterrenstelsels uit elkaar vallen en zullen hun overblijfselen in zwarte gaten beginnen te vallen. Wat zal er gebeuren met intelligent leven? Dit is een heel lang tijdperk, en een supergeavanceerde beschaving zou een manier kunnen vinden om zwarte gaten als energiebron te gebruiken.
Vroeg of laat zullen zelfs zwarte gaten verdampenHawking-stralingsverslag (volgens verschillende aannames, binnen 1040-10106 jaar). Natuurlijk kan alles veel sneller eindigen als de dichtheid van donkere energie in de loop van de tijd toeneemt. In dit geval zal de uitdijing van het heelal op een gegeven moment, bijvoorbeeld over 20 tot 70 miljard jaar, zo hoog zijn dat alle materie op subatomair niveau zal scheuren. Dit scenario wordt de Big Rip genoemd.
En als je nog verder in de onvoorstelbare toekomst kijkt, dan kunnen op een dag kwantumfluctuaties opnieuw leiden tot de geboorte van het universum.
Deze antwoorden kunnen leiden tot nieuwe vragen −ruimteverkenning is eindeloos. U kunt zich in het onderwerp verdiepen met behulp van de interactieve cursus "Space Printing" van "Uchi.ru". Het is voor degenen die de vaardigheid van blind typen onder de knie willen krijgen en het universum onderweg willen redden van agressieve robots.
Lees verder:
De grootste stamboom van de mensheid toonde de geschiedenis van onze soort
Milieuvriendelijke brandstof ontwikkeld op basis van koolstofdioxide
De Grote Piramide van Cheops zal worden bestudeerd met behulp van kosmische straling