Что самое удивительное во Вселенной?
Наша Вселенная — удивительное место, и ученые не перестают нас радовать интересными фактами о ней каждый день. Однако, пожалуй, больше всего восхищает одна вещь: универсальность физических законов и теорий.
Всего несколько не самых сложных уравнений — достаточно маленьких, чтобы поместиться на вашей любимой футболке — могут объяснить множество явлений от микроскопического мира до масштабов галактик, от самых ранних моментов Большого взрыва до непостижимого будущего. Давайте попробуем понять, насколько мощной может быть современная физика.
Общая теория относительности Альберта Эйнштейна — это современная и наилучшая теория того, как работает гравитация: материя и энергия искривляют четырехмерное пространство-время, в котором мы живем, а искривление пространства-времени, в свою очередь, указывает материи, как двигаться. Математика здесь не самая простая для обывателя: требуется набор из 10 взаимосвязанных уравнений, чтобы описать все нюансы материи и времени. Но в этих уравнениях заключена огромная сила.
Теория относительности позволяет описать Вселенную от рождения и до текущего момента. Более того, она позволяет «предсказать» будущее.
Например, при небольших скоростях и массах эти сложные уравнения гравитации Эйнштейна сводятся к знакомым многим по школе законам Ньютона, которые люди знают уже много столетий. И старый в данном случае — точно не бесполезный: до сих пор эти простые формулы используются для расчетов очень многих вещей на земле, начиная от броска мяча и заканчивая плотинами гидроэлектростанций.
Лишь за пределами Земли законы Ньютона начинают сбоить: так, наши спутники GPS летают достаточно быстро, чтобы расчеты по старым формулам быстро начинали давать ощутимые погрешности. И в таком случае на помощь приходит общая теория относительности, которая помогает точно рассчитать как траектории полета спутников, так и прогнозировать орбиты далеких тел.
Более того, те же самые уравнения, без единой модификации, позволяют нам совершать интересные глобальные открытия: именно благодаря им мы понимаем принципы работы черных дыр, объясняем необходимость существования темной материи внутри галактик и раскрываем тайны физики Большого взрыва. Ну и под конец, этот же набор из 10 уравнений, описывающий как материю, так и время на масштабах целых галактик, четко показал, что Вселенная имеет конечный возраст.
Лишь в доли секунды после взрыва атомной бомбы мы получаем условия, близкие к таковым в ядрах звезд.
Когда в 1940-х годах физики «изобрели» ядерный синтез, они понятия не имели, что их махинации закончатся раскрытием одной из самых загадочных тайн астрономии: как работают звезды. До этого ученые испробовали всевозможные попытки согласовать возраст Земли, исчисляемый в миллиардах лет, установленный геологией и палеонтологией, со всеми известными физическими процессами, позволяющими поддерживать яркое горение Солнца. Эти попытки, как правило, терпели неудачу, и даже самые лучшие объяснения доходили в лучшем случае до нескольких миллионов лет.
Но ядерная физика буквально перевернула наши знания о мире, и, как только ученые выяснили условия, необходимые для начала ядерного синтеза (а именно крайне высокие давления, температуры и плотности), они поняли, что такие условия, которые человек может создать всего на долю секунды при взрыве ядерной бомбы, могут миллиарды лет поддерживаться в звездах.
Ядерный синтез водорода — это именно тот процесс, благодаря которому звезды получают энергию в течение миллиардов лет, и уравнения, которые физики используют для понимания этого процесса, абсолютно идентичны тем, которые они используют для превращения ядерных реакций в полезную энергию. От мельчайших атомов и до самых больших звезд именно ядерная физика — относительный новая область — удивительным образом объединяет космос.
Законы движения
Наблюдения, проведенные с помощью Очень Большого телескопа Европейской южной обсерватории в Чили, впервые показали, что звезда, вращающаяся вокруг сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути, движется так, как предсказывает общая теория относительности Эйнштейна. Ее орбита имеет форму розочки, а не эллипса, как предсказывает теория гравитации Ньютона. Этот эффект, известный как прецессия Шварцшильда, никогда ранее не измерялся для звезды вокруг сверхмассивной черной дыры. Картинка, разумеется, фантазия художника на эту тему.
Но давайте отойдем от сложных уравнений теории относительности и не менее сложных вычислений, необходимых для создания и поддержания ядерных реакций. Понять всю универсальность физики можно. буквально кидая мяч в стену.
При столкновении мяча и стены работают законы сохранения энергии и импульса: общее количество энергии и импульс (если считать удар упругим) до и после контакта мяча со стеной являются константами, то есть не меняются. И, разумеется, во Вселенной сталкиваются не только мячи со стенами, однако законы сохранения от этого не меняются.
Столкновения звезд. Слияния галактик. Смешивание газовых облаков. Редко можно найти статью по астрономии или астрофизике, в которой каким-либо образом не упоминаются законы сохранение энергии и импульса. Ученые используют эти принципы, чтобы понять практически все взаимодействия, которые происходят в космосе.
Почему это газовое облако излучает энергию? Сохранение энергии и импульса. Почему эта нейтронная звезда меняет скорость вращения? Сохранение энергии и импульса. Что произойдет, когда эти галактики столкнутся? Конечный результат подскажут законы сохранения энергии и импульса.
Так что в следующий раз, подбрасывая мячик, подумайте об инвариантности законов сохранения — пожалуй, самом универсальном и удивительном явлении во Вселенной.
Источник
60 удивительных фактов о Вселенной, которые вы должны знать
Наша Вселенная – удивительное и странное место. Часто очень трудно поверить в то, что говорят ученые! Поэтому сегодня, вместо того, чтобы писать о какой-то конкретную теме, мы решили написать о случайных и интересных фактах Вселенной.
Поверьте нам, это будет весело!
№1. Если вы распутаете свою ДНК, то она окажется длиной в 54,72 миллиарда километров, и будет простираться от Земли до Плутона, и обратно на Землю 13 раз!
№2. Знаете ли вы, что 99,99% обычной материи состоит из пустого пространства? Если вы удалите всё пустое пространство, вся человеческая раса (население мира) поместится в крошечный кусочек сахара.
№3. Атомы, из которых состоит наше тело, такие как кальций, железо и другие, были созданы в центре взрывающихся звезд несколько миллиардов лет назад.
№4. Фактически, атомы водорода, которые присутствуют в нашем организме, образовались в результате Большого взрыва, который произошел около 13,7 миллиардов лет назад.
№5. Одним из самых странных фактов Вселенной является то, что только 5% всей Вселенной видимы, а остальные, то есть 95%, составляют темная материя и темная энергия. Видимая Вселенная – это нечто, что очевидно видно (звезды, галактики и т. д.). Из оставшихся 95% Вселенной темная энергия составляет 68%, а темная материя – 27%. Это означает, что мы знаем только 5% всей нашей Вселенной…
Туманность Пузырь (также именуется как NGC 7635) относится к группе эмиссионных туманностей.
№6. Вы знаете, что такое нейтронная звезда? Когда взрывается огромная звезда (звезда с минимум 8 солнечными массами), ядро образует другую звезду, называемую нейтронной звездой. Вы знаете, насколько они плотны? Чайная ложка их материи или материала может перевесить Эверест!
№7. Из-за взрыва, у нейтронной звезды может быть ошеломляющая скорость вращения, способная достигать 600 оборотов в секунду.
№8. Хотите знать, сколько звезд в нашей Вселенной? Во всей нашей Вселенной существует три секстиллионов звезд, то есть 300 000 000 000 000 000 000 000. Для ленивых – 23 нуля после 3!
№9. Общее количество звезд в нашей Вселенной больше, чем общее количество песчинок, присутствующих на Земле.
№10. Солнце огромно, но насколько оно велико? Оно составляет 99,86% массы Солнечной системы.
№11 .Один день на Венере длиннее одного года Венеры! Да, вы правильно прочитали. Один год Венеры составляет 224 земных дня, а один день Венеры – 243 земных дня.
№12. Еще один интересный факт заключается в том, что Венера – единственная планета нашей Солнечной системы, которая вращается в обратно направлении!
№13. Если вы просто дотронетесь до двух кусков одного и того же вида металла вместе в вакууме или пространстве, они будут плавиться и объединяться.
Космическому телескопу НАСА Хабблу удалось заново взглянуть на одно из наиболее знаковых и популярных мест во Вселенной. Речь идет о Столпах Творения в туманности Орел.
№14. Мы полагаем, что вы знаете, что звуку нужна среда, чтобы путешествовать, и он не может путешествовать в вакууме. Пространство – это вакуум, и поэтому космическое пространство чрезвычайно тихо.
№15. Некоторые звезды настолько далеки от нас, что нам потребуются годы, чтобы увидеть их свет, а это значит, что мы смотрим в прошлое в нашем настоящем! Телескоп НАСА Хаббл может видеть во Вселенной события, которые произошли около 100 миллионов лет назад.
№16. Возникает некоторая статичность, если мы настраиваем телевизор между станциями. Небольшой процент этой статики, которую мы наблюдаем, — послесвечение Большого взрыва.
№17. Знаете ли вы, что наша Вселенная расширяется? Эдвин Хаббл сделал это удивительное открытие в 1920-х годах.
№18. В 1998 году космический телескоп Хаббл сделал еще одно удивительное открытие. Он изучал чрезвычайно далекие сверхновые и обнаружил, что Вселенная расширялась с ускорением. Предполагается, что темная энергия – это та сила, которая заставляет Вселенную расширяться.
№19. В том же году было также доказано, что Вселенная не только расширяется, но и ускоряется. Снова предполагается, что темная энергия разрывает таким образом космос на части. По мнению двух групп исследователей, чем дальше галактики находятся от Земли, тем быстрее они удаляются от Земли.
№20. Один из не менее удивительных фактов Вселенной – то, что форма Вселенной зависит от ее плотности. Она зависит от силы тяжести и скорости расширения. Если плотность Вселенной превышает критическое значение, Вселенная считается замкнутой, как сфера. И это означает, что Вселенная в конечном итоге прекратит расширяться и начнет взрываться. Это один из сценарий будущего и называется он – Большое Сжатие (Большой Хлопок).
№21. Если плотность Вселенной меньше критического значения, тогда Вселенная называется открытой. Вселенная бесконечна и может расширяться вечно.
№122. Если ее плотность в точности равна критической плотности, то форма Вселенной считается плоской. Даже здесь Вселенная продолжает расширяться медленнее с течением времени и в конечном итоге перестает расширяться после бесконечного периода времени.
Порой космические туманности на фото приобретают удивительные формы. Кажется, будто перед нами невиданное чудовище, поднявшее голову из малинового моря. Однако в реальности это всего лишь прекрасный столп газа и пыли, именованный туманностью Конус (NGC 2264).
№23. Если верить недавним исследованиям или измерениям, форма Вселенной плоская с погрешностью 2%.
№24. Знаете ли вы, что некоторые ученые разработали нечто, называемое теорией Мультивселенной? По их словам, когда произошел Большой взрыв, пространство и время по-разному расширялись в разных местах. Это породило нечто, называемое пузырьковыми Вселенными, которые могли функционировать независимо друг от друга, и у каждой Вселенной свой набор законов физики. Однако эта теория противоречива, и доказательств ее пока нет.
№25. Черные дыры образуются, когда очень массивные звезды сжимаются. Такой коллапс звезды также приводит к взрыву сверхновой. Гравитационная сила черных дыр настолько сильна, что ничто, буквально ничто не может вырваться из черных дыр. Даже свет.
№26. Ближайшая к Земле черная дыра находится на расстоянии около 10 000 световых лет от Земли.
№27. Скафандры, которые носят космонавты, сначала должны быть нагреты, затем охлаждены, затем герметизированы и, наконец, снабжены свежим воздухом.
№28. Астронавтам требуется шесть долгих часов, чтобы надеть эти скафандры.
№29. Луна является одной из основных причин, почему у нас есть приливы и волны на нашей планете.
№30. Как и на Венере, день на Меркурии длиннее года на Меркурии. Год на Меркурии заканчивается 88 земными днями, а день на Меркурии — 176 земными днями!
№31. С 1930 по 2006 год Плутон считался планетой, но с 2006 года он был реклассифицирован как карликовая планета. Теперь люди снова хотят, чтобы он был классифицирован, как планета.
№32. Вселенная была очень горячей, пока была молодой. В настоящее время доказано, что по мере расширения Вселенной она охлаждается и может в конечном итоге привести к так называемой Большой Заморозке. Эта большая заморозка также называется «жаркой смертью».
В глубоком пространстве можно отыскать настоящую драгоценность, представленную планетарной туманностью IC 418 (Спирограф).
№33. Измерения, сделанные с помощью WMAP, т. е. микроволнового анизотропного зонда Уилкинсона, посвященного современной плотности и геометрии Вселенной, поддерживают теорию Большой Заморозки.
№34. Диаметр нашей Вселенной составляет ошеломляющие 150 миллиардов световых лет. Разве мы не говорили, что эта статья о Вселенских фактах поразит вас?
№35. Поскольку Вселенная расширяется – у нее нет центра. Многие когда-то думали, что Земля была центром Вселенной. Но нет.
№36. Знаете ли вы, что Луна удаляется от Земли? Луна удаляется примерно на 3,8 сантиметра от Земли каждый год.
№37. Мы дали вам общее количество звезд, присутствующих во вселенной. И удивительно то, что каждый день рождаются новые 275 миллионов звезд!
№38. Путь фотона от ядра Солнца к поверхности Солнца длится 170 000 лет.
№39. У центр нашей галактики вкус малины и запах рома. Как мы узнали? Конечно, изучая пыль из центра нашей галактики.
№40. У Марса самая большая гора во всей Солнечной системе. Чтобы вам было проще понять, гора Эверест в высоту 8 844 метра, а гора Олимп (самая высокая гора Марса) — 22 500 метров.
№41. Земля находится на расстоянии 149,67 миллионов километров от Солнца. Земле потребуется 177 лет, чтобы достичь Солнца, если ее постоянная скорость будет 60 километров в час.
№42. Люди установили на Луне зеркала, которые помогают нам рассчитать точное расстояние Луны от Земли.
Космический телескоп Хаббл предоставил новое качественное фото удивительной туманности Кошачий Глаз. Здесь она действительно выглядит как пугающее око бесплотного колдуна Саурона из «Властелина колец».
№43. Наша галактика, Млечный Путь, вращается со скоростью 250 километров в секунду, и время, необходимое для завершения одного оборота, составляет 200 миллионов лет.
№44. Знаете ли вы, что в созвездии Орла находится газовое облако, в котором содержится огромное количество алкоголя? Мы можем сделать 400 триллионов пинт пива в этом газовом облаке. Похоже, это место, где мы должны жить!
№45. Если бы звезды в любой галактике были сжаты до размера теннисного мяча, то они были бы на расстоянии 4800 километров друг от друга (в среднем).
№46. Астрономы и ученые считают, что во Вселенной около 2 триллионов галактик.
№47. У большинства галактик черные дыры в центре, и масса таких черных дыр составляет 1/1000 массы материнской галактики.
№48. Первая черная дыра, которую мы сфотографировали, находится на расстоянии 500 миллионов триллионов километров от Земли. По оценкам, она в 3 миллиона раз больше Земли.
№49. Большое Красное Пятно на Юпитере сжимается. Раньше туда могло втиснуться три Земли, но теперь он может вместить только одну.
№50. Знаете ли вы, что Плутон меньше, чем Соединенные Штаты? Диаметр экватора Плутона равен расстоянию от Лондона до Денвера.
№51. Астрономы нашли гигантское облако водяного пара во Вселенной. Оно находится на расстоянии 10 миллиардов световых лет от Земли. Облако в 140 триллионов раз превышает массу воды, присутствующей в океанах Земли.
№52. Вот один из забавных фактов – скафандр NASA стоит 12 000 000 долларов. Модуль рюкзака и управления составляет 70% от общей стоимости.
№53. Астрономы обнаружили самый большой алмаз в нашей галактике. Алмаз называется BPM 37093. Это переменная звезда белого карлика, и у нее есть имя – Люси в честь известной песни Битлз «Люси в Небе с Алмазами». Ее диаметр около 40 000 километров, а вес составляет 10 миллиардов триллионов триллионов каратов.
Перед вами фото красивой туманности Яйцо (CRL2688) из космоса. Находится на удаленности в 3000 световых лет.
№54. Солнцу требуется около 225 миллионов лет, чтобы совершить оборот вокруг галактики Млечный путь.
№55. Уран вращается на боку, т.е. она одном полюсе в течение 42 земных лет длится лето, а на другом зима.
№56. Нейтронные звезды — самые быстрые вращающиеся объекты Вселенной.
№57. Вояджер-1 запечатлел самую дальнюю фотографию нашей планеты на расстоянии около 6 миллиардов километров от Земли.
№58. Только в нашей галактике 500 миллионов планет имеют потенциал или способность поддерживать жизнь! Эти планеты находятся в так называемой зоне Златовласки.
№59. Человеческий мозг — самый сложный объект, который известен в видимой Вселенной.
№60. Когда Вселенной было всего 10-43 секунды, она была меньше атома и составляла всего миллион миллиардов миллиардных размера атома.
Мы завершаем эту статью и позволим вам переварить некоторые из этих невероятных фактов.
Источник