O homem começou a explorar o espaço antes de entrar em órbita - através da criação de tramas fantásticas para outros 400
- É verdade que o Sol é pequeno para os padrões estelares?
Não certamente dessa maneira.Existem estrelas gigantes vermelhas que são mil vezes maiores que o Sol - por exemplo, UY Shield, AH Scorpio e W Cepheus. Mas há outros exemplos também. Por exemplo, a estrela 2MASS J0523-1403, descoberta em 2003, é do tamanho de Júpiter (mas 70 vezes mais massiva). Sua massa é 15 vezes menor que a do sol - este é o limite para as estrelas, abaixo do qual as reações nucleares simplesmente não se inflamam.
- Como as estrelas se transformam em buracos negros?
Este destino aguarda estrelas com uma massa superior a 8-10solar. Do colapso gravitacional (ou seja, "colapso em si mesmo") eles são mantidos pela energia das reações nucleares. Mas, mais cedo ou mais tarde, o combustível acaba: essas estrelas primeiro queimam hidrogênio, depois hélio, depois carbono - e assim por diante, até que o núcleo se transforme em ferro. Com isso, as reações nucleares param e a compressão começa sob a influência da gravidade. Uma vez que a massa do núcleo de ferro atinge o chamado limite de Chandrasekhar (cerca de uma massa e meia solar), nada pode resistir ao colapso de uma estrela em um buraco negro.
- O que é um gigante gasoso - isso significa que o planeta não tem uma base sólida e não pode ser pousado?
Estamos falando de planetas muito grandes, consistindo emprincipalmente hidrogênio e hélio. Existem dois deles em nosso sistema solar: Júpiter e Saturno. Se eles têm uma superfície sólida é uma questão muito interessante que os cientistas estão tentando responder usando a espaçonave Juno. Atualmente está em órbita ao redor de Júpiter.
Ao mergulhar em Júpiter, você primeiro terá que passar pela camada externa de nuvens frias e densas que consistem em amônia e água.Quanto menor a queda do observador, maior a pressão e a temperatura na atmosfera.Em algum momento, o hidrogênio se condensará em um estado líquido e se formaráMais profundo ainda, o hidrogênio sob enorme pressão começa acomportar-se como um metal líquido.
Os dados da Juno sugerem que o núcleo do planeta não tem limites claros, parece estar dissolvido. Talvez isso tenha acontecido porque bilhões de anos atrás o gigante colidiu com outro planeta.
Colisão do proto-Júpiter com outro planeta.a) antes da colisão - um núcleo sólido é visível. b) a hora da colisão, c) dez horas após a colisão. Devido à colisão e mistura adicional, o núcleo de Júpiter acabou sendo estendido e "diluído". Figura adaptada de Liu et al. (2019)
- É possível entrar em outra dimensão através de um buraco negro?
Nós não sabemos.As equações de Einstein assumem que um buraco negro corresponde a um buraco branco reverso, que pode levar a um universo paralelo (a ponte Rosen-Einstein). Mas para chegar lá, você precisa se mover a uma velocidade mais rápida que a da luz. Os próprios buracos brancos podem se manifestar em nosso Universo na forma de flashes brilhantes de radiação na faixa gama - e eles querem encontrá-los no telescópio espacial de raios gama Fermi. O físico teórico Lee Smolin sugeriu que os buracos brancos são o Big Bang para outros universos.
Diagrama de Penrose. Acima está um buraco negro e abaixo está um buraco branco. E nas laterais estão dois universos: o nosso e um paralelo
E os físicos Oleg Lunin e Samir Mathur propuseramsolução para um buraco negro, com base na teoria das supercordas. Na teoria das supercordas, todas as partículas conhecidas são vibrações de cordas de energia em espaços multidimensionais. Em um buraco negro, essas cordas e espaços se entrelaçam, formando uma estrutura única, semelhante a uma bola de lã cuspida por um “gato multidimensional” do hiperespaço.
À direita está um buraco negro "comum" com uma singularidade ehorizonte de eventos, à esquerda - um buraco negro obtido da teoria das cordas, sem horizonte de eventos e sem singularidade (fuzzball - uma bola de lã). Arte de Olena Shmahalo/Revista Quanta
- Como os povos antigos descobriram galáxias se não tinham telescópios modernos?
O olho é um instrumento sensível.Podemos perceber fontes no céu até a sexta magnitude. By the way, esta escala foi introduzida pelo astrônomo romano Cladius Ptolomeu. Em seu catálogo, a primeira magnitude denotava as estrelas mais brilhantes, e a sexta, as mais fracas. Portanto, vemos a Nebulosa de Andrômeda, que tem magnitude de 3,44, sem telescópio. A propósito, esta galáxia foi descrita pela primeira vez pelo astrônomo e matemático persa Abdurrahman al-Sufi há cerca de mil anos. Ele também descobriu a Grande Nuvem de Magalhães.
- Por que se diz que o tempo é a quarta dimensão?
Até o século XX, os cientistas acreditavam que tempo, espaço e processos físicos eram independentes uns dos outrosMas em 1905, Albert Einstein criou uma teoria especial da relatividade, segundo a qual o tempo e o espaço podem serUm pouco mais tarde, seu professor Hermann Minkowski combinou espaço e tempo em um continuum espaço-tempo comum de quatro dimensões.
Com base nessas ideias, Einstein desenvolveu umteoria da relatividade. Ele escreveu uma equação descrevendo como a massa e a energia podem afetar o espaço-tempo, dobrando-o e como o movimento da matéria muda sob essas condições. Descobriu-se que espaço e tempo são participantes de processos físicos, e não um palco para eles. É por isso que os cientistas acreditam que o tempo é a quarta dimensão.
Quanto às dimensões extras, a teoriacordas permitem sua existência no nível micro, e a ideia associada de cosmologia na brana (derivada da palavra "membrana") - pelo contrário, muito grande. Pequenas dimensões extras são procuradas no Grande Colisor de Hádrons, grandes - no espaço, usando as antenas gravitacionais LIGO e VIRGO e o telescópio espacial de raios gama Fermi-LAT. Até agora sem sucesso.
- É verdade que o relógio no topo de uma alta montanha funciona de forma diferente do que na superfície da Terra?
O atraso de tempo ocorre em dois casos:quando um objeto está se movendo em alta velocidade em relação a um observador externo; perto da fonte de gravidade (planeta massivo, buraco negro). Um exemplo com um relógio da segunda categoria. A montanha está na superfície da Terra, que tem gravidade, e o tempo no topo da montanha fluirá mais rápido em relação a um observador ao nível do mar. É verdade que esse efeito é muito pequeno: 83 nanossegundos por dia no experimento do Everest.
Mas os satélites GPS voam a uma altitude de cerca de 20 mil metros.km. Lá, a aceleração gravitacional do tempo é mais significativa. O tempo flui 40 microssegundos por dia mais rápido do que na superfície do planeta, e isso deve ser levado em consideração. Nesse sentido, os satélites GPS são um excelente laboratório para testar os efeitos da teoria da relatividade.
- Como o tempo e o espaço podem ser curvados?
Sabemos que o tempo e o espaço se distorcemmas como eles fazem isso é uma questão difícil. Para respondê-la, precisamos considerar a ação da gravidade no nível quântico, mas ainda não existe uma teoria universal para isso.
Existem abordagens separadas, como a teoria das cordas ou a gravidade quântica em loop.Este último não representa o espaço como contínuo, mas como consistindo de laços fechados do campo gravitacional.Em grandes escalas, parece um espaço comum da relatividade geral e, em pequenas escalas, parece que consiste em pixels.A massa e a energia colocadas em tal espaço de loop o afetam e, portanto, o distorcem.
- É verdade que o vácuo não é realmente vazio e que as próprias partículas surgem nele?
De acordo com a teoria de campo e o princípio da incertezaHeisenberg, por períodos de tempo muito curtos, o vácuo pode estar em um estado de energia em que é capaz de gerar partículas emparelhadas. Os cientistas os chamam de virtuais. Eles são um pouco diferentes dos comuns, mas ao mesmo tempo obedecem às leis de conservação quântica.
Não podemos observar partículas virtuais, elasnascem em pares e rapidamente aniquilam sem nos afetar de forma alguma. No entanto, esse equilíbrio pode ser perturbado em alguns casos, por exemplo, na presença de um forte campo gravitacional, como em um buraco negro. Stephen Hawking mostrou que os buracos negros podem não apenas absorver, mas também emitir partículas (principalmente fótons) e, portanto, evaporar. Antes disso, acreditava-se que nada, nem mesmo a luz, poderia “escapar” de um buraco negro.
- O que é o Big Bang? Por que aconteceu?
Este é um modelo teórico que descreveo surgimento do Universo moderno de um estado muito denso e muito quente. Em um picossegundo (um trilionésimo de segundo), as interações fundamentais apareceram nele: primeiro gravitacional e depois eletromagnética, fraca e forte. Então, em temperaturas muito altas, começou o nascimento de pares partícula-antipartícula, e depois disso eles se aniquilaram, cujo produto é um fóton (luz).
Para nossa sorte, surgiu uma assimetria:para um bilhão de pares próton-antipróton, um próton acabou sendo "extra". Todas as estrelas, galáxias, planetas e nós mesmos são feitos dessa bilionésima parte. Nas próximas centenas de milhares de anos, a luz e a matéria ficaram "emaranhadas" e o universo ficou muito opaco. Cerca de 400.000 anos após o Big Bang, esfriou e os átomos começaram a se formar. Não havia mais elétrons livres e o Universo tornou-se transparente à luz. Houve uma poderosa explosão de radiação, que agora observamos como radiação relíquia (fundo cósmico de microondas).
Por que o Universo começou a se expandir a partir de um estado muito comprimido, não sabemos (assim como o que era antes do Big Bang). Talvez o motivo tenha sido as flutuações quânticas do vácuo.
- Por que as naves espaciais não podem voar na velocidade da luz?
Da teoria da relatividade especial segue:para acelerar um objeto massivo à velocidade da luz, você precisa gastar uma quantidade infinita de energia. O que, claro, é impossível. Apenas partículas sem massa, como o fóton, podem se mover na velocidade da luz.
Em 1994, o físico mexicano Miguel Alcubierrepropôs a ideia de um warp drive (como na série cult de ficção científica Star Trek). Em vez de viajar em FTL, a espaçonave deve comprimir o espaço-tempo à sua frente e expandi-lo atrás, enquanto ainda está em uma bolha de espaço-tempo plano. É verdade que havia vários problemas não resolvidos. Para criar essa bolha, é necessária matéria exótica com massa negativa. A boa notícia é que um artigo recente encontrou soluções para bolhas de dobra superluminais com densidade de energia positiva. Mas o problema permanece como dispersar a própria bolha pelo menos à velocidade da luz e onde obter muita energia sem criar um buraco negro.
Renderização 2D do motor Alcubierre
- Que substância existe mais no universo?
De acordo com os últimos dados obtidos pelo espaçoObservatório Planck, nosso Universo consiste em apenas 5% de matéria comum ou, como dizem os cientistas, bariônica, ou seja, estrelas, galáxias, gás e você.
Uma parte mais significativa - 26% - ématéria escura. Foi descoberto estudando a rotação de galáxias e seus aglomerados. Massa e gravidade não foram suficientes para explicar seu "comportamento". Portanto, foi necessário introduzir o conceito de matéria escura, que se manifesta apenas por meio da gravidade e não interage de outra forma com a matéria comum. Na verdade, não se sabe o que é a matéria escura.
À esquerda está um mapa de radiação gama com uma energia de 1–3.16 GeV no centro da nossa galáxia. Pulsares conhecidos assinados. Se removermos todas as fontes conhecidas de radiação gama, como mostrado à direita, haverá um excesso de radiação, o que pode ser explicado pela aniquilação da matéria escura
Por fim, a substância mais misteriosa, responsável por 69%, é a energia escura, sobre a qual não sabemos quase nada.Além disso, os cientistas chegaram à conclusão de que a densidade do Universo está próxima da crítica.No entanto, a matéria (comum escura) é apenas 30% doOnde está o resto?seja a energia do espaço ou do próprio vácuo ou uma força adicional desconhecida, que é comumente chamada de energia escura.
- Qual a probabilidade de existirem outros seres inteligentes em nossa galáxia?
Há muitas indicações de que nossa galáxiadeve ser preenchido com vida. Primeiro, de acordo com o telescópio espacial Kepler, existem cerca de 40 bilhões de planetas semelhantes à Terra que orbitam estrelas semelhantes ao Sol ou anãs vermelhas, e também estão na zona habitável (condições favoráveis para a origem da vida).
Em segundo lugar, a vida em nosso planeta se originou quase imediatamente após a formação da Terra e existeQuanto aos seres inteligentes,Em uma escala galáctica, o homem existe por um tempo insignificante.
O astrônomo americano Frank Drake compilouuma equação para estimar o número de civilizações avançadas em nossa galáxia, mas tem muitas incógnitas. Portanto, a solução para isso varia muito - de 20 peças a 50 milhões! O último é improvável, porque há também o paradoxo de Fermi, que literalmente soa assim: por que não observamos vestígios de civilizações avançadas - satélites, vários sinais de rádio e assim por diante? Talvez as condições em nosso planeta e no sistema solar ainda sejam únicas (por exemplo, temos um enorme Júpiter, que protege a Terra de grandes meteoritos e asteróides com seu campo gravitacional). Ou seja, a vida, talvez, não seja uma regra para o Universo, mas uma grande exceção.
- O que acontecerá com o Universo no final de sua existência?
Agora, o cenário mais provável pode ser chamado de Universe.In em rápida expansão de cerca de um trilhão de anosTodas as galáxias voarão para fora do Universe.In visível a 100 trilhões de anosA última estrela, uma anã vermelha, explodirá dentro de 10 anosAs galáxias desmoronarão e seus restos começarão a cair em buracos negros.Esta é uma época muito longa, e uma civilização super-avançada pode encontraruma forma de usar buracos negros como fontes de energia.
Mais cedo ou mais tarde, até os buracos negros irão evaporarConta de radiação Hawking (de acordo com várias suposições, dentro de 1.040-10.106 anos). Claro, tudo pode acabar muito mais rápido se a densidade da energia escura aumentar com o tempo. Neste caso, em algum momento, digamos, daqui a 20-70 mil milhões de anos, a taxa de expansão do Universo será tão elevada que toda a matéria irá romper-se a nível subatómico. Este cenário é chamado de Big Rip.
E se você olhar ainda mais para o futuro inimaginável, então um dia as flutuações quânticas podem novamente levar ao nascimento do universo.
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