Есть ли у Вселенной более высокие измерения?
Мир, где мы живем — трехмерный. Мы можем перемещаться в нем влево-вправо, вперед-назад и вверх-вниз. Посмотрите в угол своей комнаты. Видите? Взаимно перпендикулярных направлений всего три! Но почему не 7? Или не 26? Ответ на этот вопрос никто не знает. Ладно. Никто не знает, почему пространство имеет три измерения. Но может ли оно иметь их еще больше? Этот вопрос задает себе несколько раз в день каждый усердный школьник🙄. Об этом мы сегодня и поговорим.
Другие измерения
Идея о том, что пространство имеет более трех измерений , может показаться, на первый взгляд совершенно безумной. Однако этот вопрос физики серьезно изучают уже более века.
Давайте, для начала, вспомним, как мы описываем пространство и предметы в нем. В двух измерениях мы можем нанести сетку на плоскость, а затем каждую ее точку описать парой чисел. Это координаты. Зная их, Вы будете понимать, сколько нужно пройти в горизонтальном и вертикальном направлении, чтобы достичь этой точки. Стрелка, указывающая на эту точку, называется «вектором».
Эта конструкция справедлива не только по отношению к двум измерениям. Вы можете добавить и третье направление . И проделать все то же самое. Но зачем останавливаться на достигнутом? А дальше? Дальше все немного усложняется. Вы больше не можете нарисовать сетку для четырехмерного пространства. Но вы определенно можете записать векторы. Это просто ряд из четырех чисел. Хм, это что же получается? Мы можем строить векторные пространства с любым количеством измерений? И даже с бесконечным их множеством? Да. Математика дает нам такую возможность.
Странные фигуры
И когда у Вас есть векторы в этих более высоких измерениях, Вы можете создавать с их использованием любые геометрические фигуры. Например — строить плоскости или кубы более высоких измерений. Или вычислять объемы, или формы кривых. И так далее. И хотя мы не можем напрямую рисовать объекты более высоких измерений, мы можем рисовать их проекции в более низкие измерения. Например — проекцию четырехмерного куба на двухмерную плоскость.
Такие абстрактные математические концепции часто оказываются полезными для физиков. И геометрия высоких измерений очень пригодилась им. Потому что в физике мы часто имеем дело не только с телами, которые находятся в определенных местах, но и с телами, движущимися в определенных направлениях.
Например, у Вас есть некая частица. И Вы хотите описать ее свойства. Для этого Вам понадобятся информация о ее позиции и импульсе, где импульс сообщает Вам направление ее движения. И такая частица описывается вектором в шестимерном пространстве с тремя элементами для позиции и тремя элементами для импульса. Это шестимерное пространство называется фазовым.
Странные пространства
Работая с такими фазовыми пространствами, физики начали задаваться вопросом — может ли реальное пространство иметь больше измерений? Эта идея была впервые предложена финским физиком Гуннаром Нордстрёмом. В 1914 году он попытался использовать четвертое измерение пространства для описания гравитации. Но это не сработало. Потому что другой человек выяснил, как работает гравитация. Этим человеком был Альберт Эйнштейн 😁.
Он считал, что гравитации не нужно дополнительное измерение пространства. Ей хватит трех измерений. Просто нужно добавить еще одно измерение — время. И позволить всем этим измерениям искривляться.
Но тогда, если не нужны никакие дополнительные измерения для гравитации, быть может их можно использовать для чего-то другого?
Немецкий ученый Теодор Калуца именно так и считал. В 1921 году он написал статью, в которой попытался использовать четвертое измерение пространства для описания электромагнитной силы. И сделал он это очень похоже на то, как Эйнштейн описал гравитацию . Но Калуца использовал бесконечно большое дополнительное измерение. И никак не объяснил, почему мы обычно не теряемся в нем.
Эта проблема была решена несколькими годами позже шведским физиком Оскаром Клейном. Он предположил, что четвертое измерение пространства нужно свернуть до небольшого радиуса, чтобы в нем нельзя было заблудиться. Вы просто не заметите, если войдете в него. Настолько оно мало. Идея о том, что электромагнетизм вызван свернутым четвертым измерением пространства, называется сейчас теорией Калуцы-Клейна.
Свернутые измерения
Как же это работает? Примерно так — Вы берете дополнительное измерение пространства, сворачиваете его, и из него выходит гравитация вместе с электромагнетизмом. Вы можете объяснить обе силы полностью геометрически. Вероятно, именно поэтому Эйнштейн в последние годы своей жизни пришел к выводу, что геометрия — это ключ к созданию так называемой Теории всего, лежащей в основе физики нашего мира . Однако, по крайней мере пока, эти идея не подтверждены. Потому, что у теории Калуцы-Клейна есть серьезные проблемы.
Первая проблема заключается в том, что, хотя геометрия дополнительного измерения правильно дает нам описания электрических и магнитных полей, она никак не отвечает на вопрос о природе заряженных частиц. Таких, например, как электроны. Вторая проблема заключается в том, что радиус дополнительного измерения по всем расчетам должен быть нестабилен. И если он вдруг начнет меняться, это может иметь наблюдаемые последствия. Например — изменение гравитационной постоянной . Однако ничего подобного мы не наблюдали. Третья проблема заключается в том, что теория не квантуется. И никто так и не придумал, как квантовать геометрию, не сталкиваясь с серьезными проблемами. Однако, при этом, можно спокойно квантовать старый добрый электромагнетизм.
Одиннадцать друзей супергравитации
Сегодня мы, конечно, знаем, что электромагнитная сила на самом деле спокойно объединяется со слабой ядерной силой в то, что называется электрослабой силой. Что интересно, это вовсе не проблема для теории Калуцы-Клейна. Поскольку еще в 60-х прошлого века физики выяснили, что теория Калуцы-Клейна может применяться не только для электромагнетизма, но и для любых подобных взаимодействий. Включая сильное и слабое ядерное взаимодействие. Просто нужно добавить еще несколько измерений.
Сколько? Для слабого ядерного взаимодействия нужно еще два. А для сильного ядерного взаимодействия еще четыре. Таким образом, что у нас получается? У нас есть одно измерение времени. 3 измерения для гравитации. Одно для электромагнетизма. 2 для слабого ядерного взаимодействия. И 4 для сильного ядерного взаимодействия, что в сумме дает 11. Хм.
В 1981 году американский физик-теоретик Эдвард Виттен заметил, что 11 — это именно то количество измерений, которое является максимальным для теории супергравитации.
Не кажется ли Вам, что это очень странное совпадение?😉
Друзья! Если вам понравилась эта статья, обязательно оставьте комментарий вот по этой ссылке . Это можно сделать с использованием Вашей учетной записи Яндекс, Вконтакте, Фейсбук, Одноклассники.
Ставьте лайк и обязательно поделитесь ей в социальных сетях!
А еще Вам могут понравиться эти статьи:
Источник
Реальные фотографии космоса, в которые трудно поверить.
Сегодня мы хотим показать вам подборку самых удивительных и невероятных изображений космоса.
С первого взгляда кажется, что на этой фотографии запечатлён атом или какая-то другая микрочастица, но это не так.
Американское национальное аэрокосмическое агентство (NASA) 14 февраля 1990 года дало зонду Voyager 1 особую команду, что просил сделать известный астроном Карл Саган. В этот момент зонд уже завершил свои основные задачи, пересёк орбиту Нептуна и двигался в сторону пояса Койпера. Он перенаправил камеру и сделал серию снимков Солнечной системы, среди которых был и данный снимок. На нём отобразилась едва заметная голубая точка – Земля, находившаяся в тот момент на расстоянии 6,05 млрд км от зонда.
Очередная интересная фотография из серии фотоснимков NASA. Вокруг неё разгорелось немало споров: многие сторонники теорий заговора посчитали, что данная фотография является доказательством отсутствия космоса как такового, что все мы живём под инопланетным или божественным куполом. Они пришли к такому выводу, так как на фото Луна выглядит не реалистично и имеет необычный цвет.
Эта фотография была сделана при помощи камеры DSCOVR, которая не предназначена для красочных снимков, а используется для исследования химического состава земной атмосферы. Её 10 сенсоров позволяют получать снимки в узких диапазонах, разбросанных от инфракрасного до ультрафиолетового, что необходимо для определения содержания кислорода, водорода, углекислого газа и различных летучих соединений в атмосфере.
В связи с этим DSCOVR не может похвастаться хорошей цветопередачей. Обрабатывая изображения из различных участков спектра и соединяя их в один снимок, удаётся получить привычное нам изображение Земли.
Но на Луне нет ни кислорода, ни водорода ни других газов, только породы, а DSCOVR и его камера не предназначены для идентификации горных пород и не могут нормально предать их цвет. Поэтому Луна выглядит на снимках, как низкосортная компьютерная графика.
На следующем космическом снимке мы можем увидеть северный полюс Солнца. Это композитный снимок, полученный европейскими учёными ESA (European Space Agency) при помощи зонда Улисс (Одиссей). С Земли невозможно увидеть эту часть поверхности Солнца.
Что интересно, зонд Улисс вообще не имеет обычных видео или фотокамеры. Он производит съёмку в ультрафиолетовом, гамма и рентгеновском диапазонах, а данное фото было получено после обработки данных с зонда учёными из ESA.
Уникальный комплекс из радиотелескопов EHT (Event Horizon Telescope) позволил получить первую фотографию огромной чёрной дыры в центральной части галактики М87. Для создания этого уникального изображения пришлось на суперкомпьютерах обработать просто невероятное количество данных, порядка 5 петабайт, это настолько много, что проще оказалось перевезти жёсткие диски самолётом, чем пересылать данные через интернет. Все радиотелескопы системы тщательным образом откалибровали, чтобы в итоге получить единое изображение. На данный момент это единственное в мире прямое изображение чёрной дыры.
Если сравнивать полученное изображение чёрной дыры с изображениями, полученными в результате моделирования, то видно, что они очень похожи.
Это необычное явление запечатлено космическим зондом Галилео на Ио – спутнике Юпитера. Ио имеет наибольшую вулканическую активность среди всех тел солнечной системы, на её поверхности насчитали более 400 действующих вулканов. Это обусловлено близостью Ио к Юпитеру и её сильно вытянутой орбитой, в связи с чем возникает сильное приливное трение в недрах спутника и, как следствие, их разогрев.
Вселенная необъятна – вот что сразу же приходит на ум, когда смотришь на эту фотографию. Это самый глубокий снимок космоса, сделанный на сегодняшний день в оптическом диапазоне, если постараться, то на нём можно насчитать порядка 5,5 тысяч галактик.
Этот снимок опубликовали в 2012 году, он представляет собой совсем маленький участок ночного неба. Этот участок столь мал, что если вытянуть руку, его можно будет перекрыть ногтем одного пальца. При этом все видимые на снимке объекты настолько тусклые, что мы не можем их рассмотреть не то что невооружённым глазом, а даже при помощи любительских телескопов. Поэтому если просто взглянуть на данный участок неба, то мы увидим лишь темноту.
Ставьте палец вверх, чтобы видеть в своей ленте больше статей о космосе и науке!
Подписывайтесь на мой канал здесь, а также на мои каналы в телеграме и на youtube . Там вы можете почитать большое количество интересных материалов, а также задать свой вопрос. Поддержать наш канал материально можно через patreon .
Источник
10 самых необычных космических открытий 2020 года
Ни для кого не секрет, что космос оказывается невероятно странным, каждый год астрономы превосходят сами себя в обнаружении новых причудливых объектов и событий. От экстремальных экзопланет до звезд со странной судьбой, разгадки старых загадок и начало для совершенно новых — вот 10 самых странных астрономических открытий, поразивших умы ученых (и наши также) в прошлом году.
Самая необитаемая экзопланета
K2-141b является каменистой экзопланетой, похожей на нашу Землю. Астрономы оценили погодные условия на этой экзопланете. На ней, как и на Земле, существуют жидкие океаны. Они испаряются в облака, затем после конденсации выпадают обратно в виде дождя. Но мы говорим здесь не о воде — все это происходит со скалой. Именно она выпадает на поверхность планеты в виде каменного дождя.
По прогнозам учёных, огромные участки поверхности K2-141b будут покрыты лавовыми морями. Очень близкое расположение звезды делает погоду на планете достаточно жаркой для того, чтобы испарять каменную породу в атмосферу. Облака из диоксида кремния переносятся сильнейшими ветрами на ночную сторону планеты, где лава остывает и выпадает каменистым дождем.
Так что мы помешаем эту экзопланету в самый конец нашего списка планет, которые нам следует посетить.
Планета, которой никогда не было
Фомальгаут b была одной из первых открытых экзопланет, но и в этом году астрономы вновь не открыли ее. Оказалось, что её не существует. Команда учёных, проанализировавшая десятилетние наблюдения телескопа «Хаббл», обнаружила, что то, что было ярким пятном в 2004 году, полностью исчезло к 2014 году.
Очевидно, что планеты не могут исчезнуть просто так, и исследователи предложили довольно изящное объяснение — Фомальгаута b никогда не существовало. Во всяком случае, как планеты. Компьютерное моделирование показало, что это, скорее всего, было плотное пылевое облако, образовавщееся в результате столкновения двух астероидов или комет, которое затем разошлось в течение десятилетия.
Пусть, возможно, это и не было планетой, но наблюдение такого случайного кратковременного космического события очень впечатляет.
Звезда просто исчезла
Не только планеты исчезают без следа — гигантская яркая звезда также недавно взяла и совершенно бесследно пропала.
Объект, ранее известный как светящаяся синяя переменная звезда, находился в небольшой галактике Кинмана, расположенной от нас на расстоянии около 75 миллионов световых лет.
При такой удалённости он обладал невероятно большой светимостью, примерно в 2,5 миллиона раз ярче Солнца. Пока не произошло это.
Последний раз звезду видели в 2011 году, но когда астрономы вновь решили начать ее изучать по прошествии менее десяти лет, она взяла и просто исчезла. Обычно можно было бы ожидать, что такая звезда погаснет с мощным взрывом и станет очередной сверхновой, но эта привела астрономов в полное замешательство своим исчезновением.
Выживший белый карлик
Некоторые звезды имеют странную судьбу. В этом году учёные обнаружили, что белый карлик взорвался сверхновой, но выжил вопреки всему тому, что мы знаем о нём.
Воображение рисует нам очень странную картину. Эта звезда может иметь очень необычный состав. В ней нет водорода или гелия, но есть углерод, натрий и алюминий, чего обычно не бывает в белых карликах. Он совсем небольшой, его масса составляет 40 процентов от массы Солнца, но летит по галактике с огромной скоростью 900 000 км/ч.
Единственное объяснение, которое смогли придумать учёные, заключалось в том, что звезда каким-то образом пережила взрыв частичной сверхновой и при этом смогла выжить. Это сожгло в ней некоторые элементы, привело к неожиданным изменениям, уменьшило её массу и отправило звезду в полет с невероятной скоростью.
Черная дыра превращает звезду в планету
Но самая неожиданная судьба предстоит звезде из галактики GSN 069. Из-за очень близкого соседства с черной дырой, звезда может превратиться в подобную Юпитеру планету через триллион лет.
Эта странная история была раскрыта благодаря тому, что астрономы заметили мощные вспышки рентгеновского излучения, происходящие каждые девять часов, как часы. При ближайшем рассмотрении они поняли, что это была звезда, которую бросило на орбиту вокруг черной дыры по спирографической орбите. Вспышки происходили из-за материала, отрывающегося от неё при каждом пролёте мимо своего голодного хозяина.
Этот медленный, но постоянный пир за миллионы лет уже превратил звезду в белого карлика из красного гиганта, и ученые предсказали, что через триллион лет она может достаточно остыть, чтобы стать планетой. Если предположить, что Вселенная даже просуществует так долго.
Колоссальный космический кратер
Черные дыры чем-то напоминают галактические вулканы. Иногда они вспыхивают и производят выброс огромнейшего количества энергии, пробивая дыры в окружающем пространстве. В этом году радиотелескопы и рентгеновские обсерватории обнаружили в центре скопления галактик в созвездии Змееносца один из самых огромных «кратеров» за всё время существования Вселенной. «Кратер» имеет очень огромные размеры, в него можно было бы вместить более 15-ти галактик размером с Млечный Путь.
Из-за его огромных размеров астрономы изначально исключали возможность взрыва, но когда было обнаружено, что кратер виден как в рентгеновских лучах, так и в радиодиапазоне, то любые другие версии уже не смогли бы объяснить его появление. Количество энергии, необходимое для формирования такого гигантского межгалактического следа, является просто непостижимым.
Быстрые радиовсплески (FRB) – это одна из самых захватывающих космических загадок за последние десятилетия, и в этом году были обнаружены новые ключи к разгадке их тайны.
Большинство этих сигналов являются разовыми событиями, длящимися всего миллисекунды, но некоторые из них, как было замечено, повторяются через случайные интервалы. По крайней мере, астрономы считали их случайными. В начале 2020 года астрономы обнаружили один FRB, который имеет 16-дневный цикл, «стреляя очередями» около четырех дней, а затем исчезая на двенадцать дней.
Спустя несколько месяцев в другом исследовании также была обнаружена скрытая закономерность для другого известного источника радиоизлучения, за которым внимательно следили с 2012 года и считали его радиовсплески случайными. Наблюдения показали, что этот FRB находится в 157-дневном цикле, он активен в течение 90 дней, а затем замолкает на 67 дней. Команда учёных спрогнозировала следующую активную фазу радиовсплесков на август месяц. И, о чудо случилось, все пошло по расписанию.
Поймали с поличным
Самый большой вклад в разгадку тайны быстрых радиовсплесков (FRB) внесло первое обнаружение этого сигнала, исходящее из нашей собственной галактики.
28 апреля астрономы зафиксировали активность магнетара, чрезвычайно плотной нейтронной звезды с мощным магнитным полем. Наряду с обычными рентгеновскими лучами, этот излучал яркую вспышку радиоволн, подозрительно напоминающую FRB. Магнетары уже занимали одно из первых мест в списке подозреваемых, и это новое наблюдение лишь подкрепило существующие доказательства.
Самый магнитный объект
В этом году внимание учёных привлёк также другой тип нейтронной звезды – пульсар. У него было обнаружено самое сильное магнитное поле из тех, которые нам доводилось наблюдать во Вселенной.
Учёные подсчитали, что магнитное поле пульсара достигало одного миллиарда тесла (Тл). Например: магнитное поле Солнца — около 0,4 Тл, Земли — крошечные 30 микротесла. Магнитное поле среднего белого карлика может достигать 100 Тл, а самый сильный магнит, когда-либо созданный в лаборатории на Земле — 1200 Тл.
Однако не подходите слишком близко — магнитного поля этого пульсара в 1 миллиард Тл будет достаточно, чтобы разорвать вас на отдельные атомы.
Совершенно новая космическая тайна
Когда вопрос с быстрыми радиовсплесками почти закрыт, у нас появилась потребность в новой космической загадке. И космос, зная это, сразу же её предоставил. Странные радиокружности (ORC) — это непонятные сгустки радиоизлучения, которые кажутся совершенно новым астрономическим объектом либоявлением.
Пока обнаружено всего несколько ORC на радиоизображениях. Оптических, инфракрасных и рентгеновских сигналов они не излучают.
Учёные пока не могут сказать, насколько они удалены и каков их размер. ORC могут быть размером в несколько световых лет и находиться в пределах Млечного Пути, либо они могут быть далеко за пределами нашей галактики и иметь ширину в миллионы световых лет.
Эти странные радиокружности возможно являются совершенно новым астрономическим объектом, хотя они могут быть связаны с чем-то, о чем мы уже знаем. В любом случае будет интересно наблюдать за исследованиями, которые появятся в ближайшие несколько лет.
Подписывайтесь на канал Глубины космоса , будет много интересного!
Источник