Mennesket begynte å utforske verdensrommet før det gikk i bane – gjennom opprettelsen av science fiction-historier ytterligere 400
- Er det sant at solen er liten etter stjernestandarder?
Ikke sikkert på den måten.Det er røde kjempestjerner som er tusen ganger større enn Solen – for eksempel UY Shield, AH Scorpio og W Cepheus. Men det finnes også andre eksempler. For eksempel er stjernen 2MASS J0523-1403, oppdaget i 2003, på størrelse med Jupiter (men 70 ganger mer massiv). Massen er 15 ganger mindre enn solen - dette er grensen for stjerner, under hvilke kjernefysiske reaksjoner rett og slett ikke antennes.
- Hvordan blir stjerner til sorte hull?
Denne skjebnen venter stjerner med en masse større enn 8–10solenergi. Fra gravitasjonskollaps (det vil si "kollaps inn i seg selv") holdes de av energien fra kjernefysiske reaksjoner. Men før eller siden går drivstoffet tomt: slike stjerner brenner først hydrogen, så helium, så karbon – og så videre til kjernen blir til jern. Ved dette stopper kjernefysiske reaksjoner i den, og kompresjonen begynner under påvirkning av tyngdekraften. Når massen til jernkjernen når den såkalte Chandrasekhar-grensen (omtrent halvannen solmasse), kan ingenting motstå kollapsen av en stjerne i et svart hull.
- Hva er en gassgigant – betyr dette at planeten ikke har et solid fundament og ikke kan landes på?
Vi snakker om veldig store planeter, bestående avmest hydrogen og helium. Det er to av dem i vårt solsystem: Jupiter og Saturn. Om de har en solid overflate er et veldig interessant spørsmål som forskere prøver å svare på ved hjelp av Juno-romfartøyet. Den er for tiden i bane rundt Jupiter.
Når du dykker til Jupiter, må du først gjennomdet ytre laget av kalde, tette skyer som består av ammoniakk og vann. Jo lavere observatøren går, jo høyere trykk og temperatur i atmosfæren. På et tidspunkt vil hydrogenet kondensere til flytende tilstand og danne et enormt hav. Enda dypere, og hydrogen under enormt trykk begynner å oppføre seg som et flytende metall.
Juno-dataene antyder at planetens kjerne ikke har klare grenser, den ser ut til å være oppløst. Kanskje dette skjedde fordi kjempen kolliderte med en annen planet for milliarder av år siden.
Kollisjon av proto-Jupiter med en annen planet.a) før kollisjonen - en solid kjerne er synlig. b) tidspunktet for kollisjonen, c) ti timer etter kollisjonen. På grunn av sammenstøtet og ytterligere blanding viste det seg at Jupiters kjerne var forlenget og "fortynnet". Figur tilpasset fra Liu et al. (2019)
- Er det mulig å gå gjennom et sort hull til en annen dimensjon?
Vi vet ikke.Einsteins ligninger antar at et svart hull tilsvarer et omvendt hvitt hull, som kan føre til et parallelt univers (Rosen-Einstein-broen). Men for å komme dit må du bevege deg i en hastighet som er raskere enn lyset. Hvite hull i seg selv kan manifestere seg i universet vårt i form av lyse glimt av stråling i gammaområdet – og de ønsker å finne dem fra Fermi romgamma-teleskop. Teoretisk fysiker Lee Smolin antydet at hvite hull er Big Bang for andre universer.
Penrose diagram. Over er et svart hull og under er et hvitt hull. Og på sidene er to universer: vårt og en parallell
Og fysikerne Oleg Lunin og Samir Mathur foresloløsning for et sort hull, basert på superstrengteori. I superstrengteori er alle kjente partikler vibrasjoner av energistrenger i flerdimensjonale rom. I et svart hull er disse strengene og mellomrommene sammenflettet, og danner en enkelt struktur, lik en ullkule spyttet ut av en "flerdimensjonal katt" fra hyperrommet.
Til høyre er et "vanlig" sort hull med en singularitet oghendelseshorisont, til venstre - et svart hull hentet fra strengteori, uten en hendelseshorisont og uten en singularitet (fuzzball - ullball). Kunst av Olena Shmahalo/Quanta Magazine
- Hvordan oppdaget eldgamle mennesker galakser hvis de ikke hadde moderne teleskoper?
Øyet er et følsomt instrument.Vi kan oppfatte kilder på himmelen opp til sjette størrelsesorden. Forresten, denne skalaen ble introdusert av den romerske astronomen Cladius Ptolemaios. I katalogen hans angir den første størrelsen de lyseste stjernene, og den sjette angir de svakeste. Derfor ser vi Andromedatåken, som har en styrke på 3,44, uten teleskop. Denne galaksen ble forresten først beskrevet av den persiske astronomen og matematikeren Abdurrahman al-Sufi for rundt tusen år siden. Han oppdaget også den store magellanske skyen.
- Hvorfor sier de at tid er den fjerde dimensjonen? Hvor mange dimensjoner er åpne?
Fram til det tjuende århundre trodde forskerne den tidenrom og fysiske prosesser er uavhengige av hverandre. Men i 1905 skapte Albert Einstein den spesielle relativitetsteorien, ifølge hvilken tid og rom kan strekke seg og trekke seg sammen. Litt senere koblet læreren hans Herman Minkowski rom og tid til et felles firedimensjonalt rom-tidskontinuum.
Basert på disse ideene utviklet Einstein en generalrelativitetsteorien. Han skrev en ligning som beskriver hvordan masse og energi kan påvirke rom-tid, bøye den og hvordan materiens bevegelse endres under disse forholdene. Det viste seg at rom og tid er deltakere i fysiske prosesser, og ikke en scene for dem. Det er derfor forskerne tror at tid er den fjerde dimensjonen.
Når det gjelder de ekstra dimensjonene, teorienstrenger tillater deres eksistens på mikronivå, og den tilhørende ideen om kosmologi på branen (avledet fra ordet "membran") - tvert imot, på det veldig store. Små ekstra dimensjoner søkes ved Large Hadron Collider, store - i verdensrommet, ved å bruke LIGO- og VIRGO-gravitasjonsantennene og Fermi-LAT-romgamma-stråleteleskopet. Så langt til ingen nytte.
- Er det sant at klokken på toppen av et høyt fjell går annerledes enn på jordens overflate?
Tidsforsinkelse oppstår i to tilfeller:når et objekt beveger seg i høy hastighet i forhold til en ekstern observatør; nær kilden til tyngdekraften (massiv planet, svart hull). Et eksempel med en klokke fra den andre kategorien. Fjellet er på jordoverflaten, som har gravitasjon, og tiden på toppen av fjellet vil flyte raskere i forhold til en observatør på havnivå. Riktignok er denne effekten veldig liten: 83 nanosekunder per dag i Everest-eksperimentet.
Men GPS-satellitter flyr i en høyde på rundt 20 tusen meter.km. Der er tidens gravitasjonsakselerasjon mer betydelig. Tiden flyter 40 mikrosekunder per dag raskere enn på planetens overflate, og dette må tas i betraktning. Slik sett er GPS-satellitter et utmerket laboratorium for å teste effekten av relativitetsteorien.
- Hvordan kan tid og rom krummes?
Vi vet at tids- og romspredningmen hvordan de gjør det er et vanskelig spørsmål. For å svare på det, må vi vurdere tyngdekraftens virkning på kvantenivå, men det er ingen universell teori for dette ennå.
Det finnes separate tilnærminger som strengteorieller løkkekvantegravitasjon. Sistnevnte representerer rommet ikke som kontinuerlig, men som bestående av lukkede løkker av gravitasjonsfeltet. På store skalaer ser det ut som det vanlige rommet for generell relativitet, og på små skalaer ser det ut som det består av piksler. Masse og energi plassert i et slikt løkkerom påvirker det og forvrenger det dermed.
- Er det sant at vakuumet faktisk ikke er tomt, og at partikler selv oppstår i det?
I følge feltteori og usikkerhetsprinsippetHeisenberg, i svært korte perioder kan vakuumet være i en slik energitilstand der det er i stand til å generere sammenkoblede partikler. Forskere kaller dem virtuelle. De er noe forskjellige fra vanlige, men samtidig adlyder de kvantebevaringslover.
Vi kan ikke observere virtuelle partikler, deer født i par og tilintetgjør raskt uten å påvirke oss på noen måte. Imidlertid kan denne likevekten forstyrres i noen tilfeller, for eksempel i nærvær av et sterkt gravitasjonsfelt, som i et svart hull. Stephen Hawking viste at sorte hull ikke bare kan absorbere, men også sende ut partikler (for det meste fotoner), og derfor fordampe. Før det ble det antatt at ingenting, ikke engang lys, kunne "unnslippe" fra et svart hull.
- Hva er Big Bang? Hvorfor skjedde det?
Dette er en teoretisk modell som beskriverfremveksten av det moderne universet fra en veldig tett og veldig varm tilstand. I løpet av et pikosekund (en trilliondel av et sekund) dukket det opp grunnleggende interaksjoner i den: først gravitasjonsmessig, og deretter elektromagnetisk, svak og sterk. Så, ved svært høye temperaturer, begynte fødselen av par av partikler-antipartikler, og etter deres utslettelse, produktet av dette er et foton (lys).
Heldigvis for oss oppsto det en asymmetri:for en milliard proton-antiproton-par viste ett proton seg å være "ekstra". Denne en milliarddelen består av alle stjernene, galaksene, planetene og oss selv. I de neste hundretusener av år ble lys og materie "viklet inn" og universet var veldig ugjennomsiktig. Omtrent 400 000 år etter Big Bang ble det avkjølt og atomer begynte å dannes. Det var ingen frie elektroner igjen, og universet ble gjennomsiktig for lys. Det var et kraftig utbrudd av stråling, som vi nå ser som relikviestråling (kosmisk mikrobølgebakgrunn).
Hvorfor universet begynte å utvide seg fra en veldig komprimert tilstand, vet vi ikke (så vel som hva som var før Big Bang). Årsaken var kanskje kvantesvingningene i vakuumet.
- Hvorfor kan ikke romskip fly med lysets hastighet?
Fra den spesielle relativitetsteorien følger:for å akselerere et massivt objekt til lysets hastighet, må du bruke uendelig mye energi. Noe som selvfølgelig er umulig. Bare masseløse partikler, som fotonet, kan bevege seg med lysets hastighet.
I 1994, den meksikanske fysikeren Miguel Alcubierreforeslo ideen om en warp-drift (som i kult-science fiction-serien Star Trek). I stedet for å reise på FTL, må romfartøyet komprimere romtid foran det og utvide det bak det, mens det fortsatt er i en boble av flat romtid. Riktignok var det flere uløste problemer. For å lage en slik boble er det nødvendig med eksotisk materie med negativ masse. Den gode nyheten er at en fersk artikkel har funnet løsninger for superluminale varpbobler med positiv energitetthet. Men problemet gjenstår hvordan man kan spre selve boblen i det minste til lysets hastighet og hvor man kan få mye energi uten å lage et sort hull.
2D-gjengivelse av Alcubierre-motoren
- Hvilket stoff er mer i universet?
I følge de siste dataene innhentet av rommetPlanck-observatoriet, vårt univers består av bare 5% av vanlig eller, som forskerne sier, baryonisk materie, det vil si stjerner, galakser, gass og deg.
En mer betydelig del - 26% - ermørk materie. Det ble oppdaget ved å studere rotasjonen til galakser og deres klynger. Masse og tyngdekraft var ikke nok til å forklare deres "atferd". Derfor var det nødvendig å introdusere begrepet mørk materie, som manifesterer seg kun gjennom tyngdekraften og ellers ikke samhandler med vanlig materie. Faktisk er det ikke kjent hva mørk materie er.
Til venstre er et kart over gammastråling med en energi på 1–3.16 GeV i sentrum av galaksen vår. Kjente pulsarer signert. Hvis vi fjerner alle kjente kilder til gammastråling, som vist til høyre, vil det være et overskudd av stråling, som kan forklares med utslettelse av mørk materie
Til slutt, det mest mystiske stoffet somstår for 69 % er mørk energi, som vi nesten ikke vet noe om. Det manifesterer seg først og fremst gjennom utvidelsen av universet. I tillegg har forskere konkludert med at tettheten til universet er nær kritisk. Imidlertid er materie (vanlig + mørk) bare 30 % av den kritiske tettheten. Hvor er resten? Dette kan være energien til rommet eller selve vakuumet, eller en ekstra ukjent kraft, som vanligvis kalles mørk energi.
- Hvor sannsynlig er det at det er andre intelligente vesener i galaksen vår?
Mye tyder på at vår galaksemå fylles med liv. For det første, ifølge Kepler-romteleskopet, er det rundt 40 milliarder jordlignende planeter som går i bane rundt sollignende stjerner eller røde dverger, og som også er i den beboelige sonen (gunstige forhold for livets opprinnelse).
For det andre oppsto livet på planeten vårnesten umiddelbart etter dannelsen av jorden og har eksistert i 4 milliarder år. Når det gjelder intelligente vesener, er det noe mer komplisert. På galaktisk skala eksisterer mennesket i ubetydelig kort tid.
Den amerikanske astronomen Frank Drake kompilerteen ligning for å estimere antall avanserte sivilisasjoner i vår galakse, men den har mange ukjente. Derfor varierer løsningen for det veldig - fra 20 stykker til 50 millioner! Det siste er usannsynlig, for det er også Fermi-paradokset, som bokstavelig talt høres slik ut: hvorfor observerer vi ikke spor av avanserte sivilisasjoner - satellitter, forskjellige radiosignaler og så videre? Kanskje er forholdene på planeten vår og i solsystemet fortsatt unike (for eksempel har vi en enorm Jupiter, som beskytter jorden mot store meteoritter og asteroider med gravitasjonsfeltet). Det vil si at livet kanskje ikke er en regel for universet, men et stort unntak.
- Hva vil skje med universet på slutten av dets eksistens?
Nå er det mest sannsynlige scenarietraskt ekspanderende univers. Om omtrent en billion år vil alle galakser fly bortover det synlige universet. Om 100 billioner år vil den siste stjernen, en rød dverg, eksplodere. I løpet av 10 kvantillioner år vil galaksene falle fra hverandre, og restene deres vil begynne å falle ned i sorte hull. Hva vil skje med intelligent liv? Dette er en veldig lang epoke, og en super avansert sivilisasjon kan finne en måte å bruke sorte hull som energikilder.
Før eller siden vil selv sorte hull fordampeHawking-strålingsregnskap (i henhold til ulike forutsetninger, innen 1040-10106 år). Selvfølgelig kan alt ende mye raskere hvis tettheten av mørk energi øker over tid. I dette tilfellet, på et tidspunkt, si om 20–70 milliarder år, vil ekspansjonshastigheten til universet være så høy at all materie vil briste på subatomært nivå. Dette scenariet kalles Big Rip.
Og hvis du ser enda lenger inn i den ufattelige fremtiden, kan kvantesvingninger en dag igjen føre til universets fødsel.
Disse svarene kan føre til nye spørsmål −romutforskning er uendelig. Du kan fordype deg i emnet ved hjelp av det interaktive kurset "Space Printing" fra "Uchi.ru". Det er for de som ønsker å mestre ferdighetene med berøringsskriving og redde universet fra aggressorroboter underveis.
Les mer:
Menneskehetens største slektstre viste historien til arten vår
Utviklet miljøvennlig drivstoff basert på karbondioksid
Den store Keopspyramiden vil bli studert ved hjelp av kosmiske stråler