Människan började utforska rymden innan hon gick in i omloppsbanan - genom skapandet av science fiction-berättelser ytterligare 400
- Är det sant att solen är liten med stjärnmått?
Inte säkert på det sättet.Det finns röda jättestjärnor som är tusen gånger större än solen – till exempel UY Shield, AH Scorpio och W Cepheus. Men det finns andra exempel också. Till exempel är stjärnan 2MASS J0523-1403, upptäckt 2003, storleken på Jupiter (men 70 gånger mer massiv). Dess massa är 15 gånger mindre än solen - detta är gränsen för stjärnor, under vilka kärnreaktioner helt enkelt inte antänds.
- Hur förvandlas stjärnor till svarta hål?
Detta öde väntar stjärnor med en massa större än 8–10sol. Från gravitationskollaps (det vill säga "kollaps in i sig själv") hålls de av energin från kärnreaktioner. Men förr eller senare tar bränslet slut: sådana stjärnor bränner först väte, sedan helium, sedan kol - och så vidare tills kärnan förvandlas till järn. Vid detta slutar kärnreaktionerna i den, och kompressionen börjar under påverkan av gravitationen. När massan av järnkärnan når den så kallade Chandrasekhar-gränsen (cirka en och en halv solmassa), kan ingenting motstå en stjärnas kollaps i ett svart hål.
- Vad är en gasjätte – betyder det att planeten inte har en solid grund och inte går att landa på?
Vi talar om mycket stora planeter, bestående avmestadels väte och helium. Det finns två av dem i vårt solsystem: Jupiter och Saturnus. Huruvida de har en solid yta är en mycket intressant fråga som forskare försöker besvara med hjälp av Juno-rymdfarkosten. Den är för närvarande i omloppsbana runt Jupiter.
När du dyker till Jupiter måste du först gå igenomdet yttre lagret av kalla, täta moln som består av ammoniak och vatten. Ju lägre observatören går, desto högre är trycket och temperaturen i atmosfären. Vid någon tidpunkt kommer vätet att kondensera till ett flytande tillstånd och bilda ett enormt hav. Ännu djupare, och väte under enormt tryck börjar bete sig som en flytande metall.
Juno-data tyder på att planetens kärna inte har tydliga gränser, den verkar vara upplöst. Kanske hände detta för att jätten för miljarder år sedan kolliderade med en annan planet.
Kollision av proto-Jupiter med en annan planet.a) före kollisionen - en solid kärna är synlig. b) tidpunkten för kollisionen, c) tio timmar efter kollisionen. På grund av kollisionen och ytterligare blandning visade sig Jupiters kärna vara förlängd och "utspädd". Figur anpassad från Liu et al. (2019)
- Är det möjligt att gå igenom ett svart hål till en annan dimension?
Vi vet inte.Einsteins ekvationer tillåter att ett svart hål motsvarar ett omvänt vitt hål, vilket kan leda till ett parallellt universum (Rosen-Einstein-bron). Men för att komma dit måste du röra dig i en hastighet som är snabbare än ljuset. Vita hål själva kan manifestera sig i vårt universum i form av ljusa strålningsblixtar i gammaområdet – och de vill hitta dem från Fermi rymdgammastrålningsteleskop. Den teoretiska fysikern Lee Smolin föreslog att vita hål är Big Bang för andra universum.
Penrose diagram. Ovan är ett svart hål och under är ett vitt hål. Och på sidorna finns två universum: vårt och en parallell
Och fysikerna Oleg Lunin och Samir Mathur föresloglösning för ett svart hål, baserad på supersträngteori. I supersträngteorin är alla kända partiklar vibrationer av energisträngar i flerdimensionella utrymmen. I ett svart hål är dessa strängar och utrymmen sammanflätade och bildar en enda struktur, liknande en boll av ull som spottas ut av en "flerdimensionell katt" från hyperrymden.
Till höger finns ett "vanligt" svart hål med en singularitet ochhändelsehorisont, till vänster - ett svart hål erhållet från strängteorin, utan en händelsehorisont och utan en singularitet (fuzzball - en ullboll). Konst av Olena Shmahalo/Quanta Magazine
- Hur upptäckte forntida människor galaxer om de inte hade moderna teleskop?
Ögat är ett känsligt instrument.Vi kan uppfatta källor på himlen upp till den sjätte magnituden. Förresten, denna skala introducerades av den romerske astronomen Cladius Ptolemaios. I hans katalog betecknade den första magnituden de ljusaste stjärnorna och den sjätte den mörkaste. Därför ser vi Andromeda-nebulosan, som har en magnitud på 3,44, utan teleskop. Förresten, denna galax beskrevs första gången av den persiske astronomen och matematikern Abdurrahman al-Sufi för ungefär tusen år sedan. Han upptäckte också det stora magellanska molnet.
- Varför säger de att tiden är den fjärde dimensionen? Hur många dimensioner är öppna?
Fram till 1900-talet trodde forskarna den tidenrymd och fysiska processer är oberoende av varandra. Men 1905 skapade Albert Einstein den speciella relativitetsteorin, enligt vilken tid och rum kan sträcka sig och dra ihop sig. Lite senare kopplade hans lärare Herman Minkowski rum och tid till ett gemensamt fyrdimensionellt rum-tidskontinuum.
Baserat på dessa idéer utvecklade Einstein en generalrelativitetsteorin. Han skrev en ekvation som beskriver hur massa och energi kan påverka rumtiden, böja den och hur materiens rörelse förändras under dessa förhållanden. Det visade sig att rum och tid är deltagare i fysiska processer, och inte ett stadium för dem. Det är därför forskare tror att tiden är den fjärde dimensionen.
När det gäller de extra dimensionerna, teorinsträngar tillåter sin existens på mikronivå, och den associerade idén om kosmologi på branen (härledd från ordet "membran") - tvärtom, på det mycket stora. Små extra dimensioner eftersträvas vid Large Hadron Collider, stora - i rymden, med hjälp av LIGO- och VIRGO-gravitationsantennerna och Fermi-LAT-rymdgammastrålningsteleskopet. Hittills till ingen nytta.
- Är det sant att klockan på toppen av ett högt berg går annorlunda än på jordens yta?
Tidsfördröjning uppstår i två fall:när ett föremål rör sig med hög hastighet i förhållande till en extern observatör; nära gravitationskällan (massiv planet, svart hål). Ett exempel med en klocka från den andra kategorin. Berget ligger på jordens yta, som har gravitation, och tiden på toppen av berget kommer att flyta snabbare i förhållande till en observatör vid havsnivån. Det är sant att denna effekt är mycket liten: 83 nanosekunder per dag i Everest-experimentet.
Men GPS-satelliter flyger på en höjd av cirka 20 tusen meter.km. Där är tidens gravitationsacceleration mer betydande. Tiden flyter 40 mikrosekunder per dag snabbare än på planetens yta, och detta måste man ta hänsyn till. I denna mening är GPS-satelliter ett utmärkt laboratorium för att testa effekterna av relativitetsteorin.
- Hur kan tid och rum krökas?
Vi vet att tids- och rymdförvrängningmen hur de gör det är en svår fråga. För att svara på det måste vi överväga gravitationens verkan på kvantnivå, men det finns ingen universell teori för detta ännu.
Det finns separata tillvägagångssätt som strängteorieller loop kvantgravitation. Den senare representerar rymden inte som kontinuerlig, utan som bestående av slutna slingor av gravitationsfältet. På stora skalor ser det ut som det vanliga utrymmet för allmän relativitetsteori, och på små skalor ser det ut som om det består av pixlar. Massa och energi som placeras i ett sådant slingutrymme påverkar det och förvränger det därmed.
- Är det sant att vakuumet faktiskt inte är tomt, och att partiklar själva uppstår i det?
Enligt fältteorin och osäkerhetsprincipenHeisenberg, under mycket korta tidsperioder kan vakuumet vara i ett sådant energitillstånd där det kan generera parade partiklar. Forskare kallar dem virtuella. De skiljer sig något från vanliga, men samtidigt lyder de kvantbevarandelagar.
Vi kan inte observera virtuella partiklar, deföds i par och förintar snabbt utan att påverka oss på något sätt. Denna jämvikt kan dock störas i vissa fall, till exempel i närvaro av ett starkt gravitationsfält, som i ett svart hål. Stephen Hawking visade att svarta hål inte bara kan absorbera, utan också avge partiklar (mest fotoner), och därför avdunsta. Innan dess trodde man att ingenting, inte ens ljus, kunde "rymma" från ett svart hål.
- Vad är Big Bang? Varför hände det?
Detta är en teoretisk modell som beskriveruppkomsten av det moderna universum från ett mycket tätt och mycket varmt tillstånd. På en pikosekund (en biljondels sekund) dök grundläggande interaktioner upp i den: först gravitationell och sedan elektromagnetisk, svag och stark. Sedan, vid mycket höga temperaturer, började födelsen av partikel-antipartikelpar, och efter det förintades de, vars produkt är en foton (ljus).
Lyckligtvis för oss uppstod en asymmetri:för en miljard proton-antiprotonpar visade sig en proton vara "extra". Alla stjärnor, galaxer, planeter och vi själva är gjorda av denna en miljarddel. Under de kommande hundratusentals åren var ljus och materia "intrasslade" och universum var mycket ogenomskinligt. Cirka 400 000 år efter Big Bang svalnade det och atomer började bildas. Det fanns inga fria elektroner kvar, och universum blev genomskinligt för ljus. Det kom en kraftfull strålning, som vi nu ser som relikstrålning (kosmisk mikrovågsbakgrund).
Varför universum började expandera från ett mycket komprimerat tillstånd vet vi inte (liksom vad som var före Big Bang). Kanske var orsaken kvantfluktuationerna i vakuumet.
- Varför kan inte rymdskepp flyga med ljusets hastighet?
Från den speciella relativitetsteorin följer:för att accelerera ett massivt föremål till ljusets hastighet måste du förbruka en oändlig mängd energi. Vilket naturligtvis är omöjligt. Endast masslösa partiklar, som fotonen, kan röra sig med ljusets hastighet.
1994, den mexikanske fysikern Miguel Alcubierreföreslog idén om en warp-drift (som i kult-science fiction-serien Star Trek). Istället för att resa vid FTL måste rymdfarkosten komprimera rumtiden framför sig och expandera den bakom sig, samtidigt som den fortfarande befinner sig i en bubbla av platt rumtid. Det var sant att det fanns flera olösta problem. För att skapa en sådan bubbla behövs exotisk materia med negativ massa. Den goda nyheten är att en färsk tidning har hittat lösningar för superluminala varpbubblor med en positiv energitäthet. Men problemet kvarstår hur man sprider själva bubblan åtminstone till ljusets hastighet och var man kan få mycket energi utan att skapa ett svart hål.
2D-rendering av Alcubierre-motorn
- Vilket ämne finns mer i universum?
Enligt de senaste uppgifterna som erhållits av utrymmetPlanck Observatory, vårt universum består av endast 5% av vanlig eller, som forskare säger, baryonisk materia, det vill säga stjärnor, galaxer, gas och du.
En mer betydande del - 26% - ärmörk materia. Det upptäcktes genom att studera rotationen av galaxer och deras kluster. Massa och gravitation var inte tillräckligt för att förklara deras "beteende". Därför var det nödvändigt att introducera begreppet mörk materia, som visar sig endast genom gravitationen och inte i övrigt interagerar med vanlig materia. I själva verket är det inte känt vad mörk materia är.
Till vänster finns en karta över gammastrålning med en energi på 1–3.16 GeV i mitten av vår galax. Kända pulsarer signerade. Om vi tar bort alla kända källor till gammastrålning, som visas till höger, kommer det att finnas ett överskott av strålning, vilket kan förklaras av förintelsen av mörk materia
Slutligen, det mest mystiska ämnet somstår för 69 % är mörk energi, som vi nästan inte vet något om. Det manifesterar sig främst genom universums expansion. Dessutom har forskare kommit fram till att universums densitet är nära kritisk. Materia (vanlig + mörk) är dock bara 30 % av den kritiska densiteten. Var är resten? Detta kan vara energin från rymden eller själva vakuumet, eller en ytterligare okänd kraft, som vanligtvis kallas mörk energi.
- Hur troligt är det att det finns andra intelligenta varelser i vår galax?
Det finns mycket som tyder på att vår galaxmåste fyllas med liv. För det första, enligt rymdteleskopet Kepler, finns det cirka 40 miljarder jordliknande planeter som kretsar kring solliknande stjärnor eller röda dvärgar, och som också befinner sig i den beboeliga zonen (gynnsamma förhållanden för livets uppkomst).
För det andra uppstod livet på vår planetnästan omedelbart efter jordens bildande och har funnits i 4 miljarder år. När det gäller intelligenta varelser är det något mer komplicerat. På galaktisk skala existerar människan under en försumbar kort tid.
Den amerikanske astronomen Frank Drake sammanställdeen ekvation för att uppskatta antalet avancerade civilisationer i vår galax, men den har många okända. Därför varierar lösningen för det mycket - från 20 stycken till 50 miljoner! Det senare är osannolikt, eftersom det också finns Fermi-paradoxen, som bokstavligen låter så här: varför observerar vi inte spår av avancerade civilisationer - satelliter, olika radiosignaler och så vidare? Kanske är förhållandena på vår planet och i solsystemet fortfarande unika (vi har till exempel en enorm Jupiter, som skyddar jorden från stora meteoriter och asteroider med sitt gravitationsfält). Det vill säga, livet kanske inte är en regel för universum, utan ett stort undantag.
- Vad kommer att hända med universum i slutet av dess existens?
Nu är det mest troliga scenariotsnabbt expanderande universum. Om ungefär en biljon år kommer alla galaxer att flyga bort bortom det synliga universum. Om 100 biljoner år kommer den sista stjärnan, en röd dvärg, att explodera. Inom 10 kvantillioner år kommer galaxerna att falla isär, och deras kvarlevor kommer att börja falla i svarta hål. Vad kommer att hända med intelligent liv? Detta är en mycket lång era, och en superavancerad civilisation kan hitta ett sätt att använda svarta hål som energikällor.
Förr eller senare kommer även svarta hål att avdunstaHawking-strålningskonto (enligt olika antaganden, inom 1040-10106 år). Naturligtvis kan allt sluta mycket snabbare om tätheten av mörk energi ökar med tiden. I det här fallet, vid någon tidpunkt, säg om 20–70 miljarder år, kommer universums expansionshastighet att vara så hög att all materia kommer att brista på subatomär nivå. Detta scenario kallas Big Rip.
Och om du ser ännu längre in i den ofattbara framtiden, så en dag kan kvantfluktuationer åter leda till universums födelse.
Dessa svar kan leda till nya frågor −utforskning av rymden är oändlig. Du kan fördjupa dig i ämnet med hjälp av den interaktiva kursen "Space Printing" från "Uchi.ru". Det är för dem som vill bemästra skickligheten att trycka på och rädda universum från aggressorrobotar på vägen.
Läs mer:
Mänsklighetens största släktträd visade vår arts historia
Utvecklat miljövänligt bränsle baserat på koldioxid
Den stora Keopspyramiden kommer att studeras med hjälp av kosmiska strålar