Рубрика «спросите итана»

Спросите Итана: может ли Вселенная всё-таки прийти к Большому сжатию? - 1
Для Большого отскока требуется фаза повторного схлопывания (Большое сжатие), за которой следует расширение (новый Большой взрыв)

Одним из крупнейших прорывов XX века стало определение того, насколько на самом деле наша Вселенная богатая, обширная и массивная. В объёме радиуса порядка 46 млрд световых лет содержится примерно два триллиона галактик. Наша наблюдаемая Вселенная позволяет нам воссоздать всю историю нашей космической истории, протянувшуюся назад вплоть до Большого взрыва и даже, вероятно, немножечко дальше. А что насчёт будущего? Что насчёт судьбы Вселенной? Определённая ли она? Именно это и хочет знать наш читатель:

Вы писали, что Вселенная расширяется с замедляющейся скоростью. Я думал, что Нобелевскую премию выдали за открытие того, что Вселенная расширяется с ускорением. Можете ли вы уточнить ведущие теории? Есть ли среди возможностей Большое сжатие?

Лучшее предсказание будущего поведения находится в прошлом. Но как люди, так и Вселенная иногда могут нас удивить.
Читать полностью »

Спросите Итана: как далеко край Вселенной отстоит от самой далёкой галактики? - 1
Изучение самых далёких галактик может показать нам объекты, расположенные в миллиардах световых лет от нас, но даже с идеальной технологией пространственный промежуток между самой далёкой галактикой и Большим взрывом будет оставаться огромным

Вглядываясь во Вселенную, мы видим свет везде, на всех расстояниях, на которые только способны заглянуть наши телескопы. Но в какой-то момент мы наткнёмся на ограничения. Одно из них накладывается космической структурой, формирующейся во Вселенной: мы можем видеть только звёзды, галактики и прочее, только если они излучают свет. Без этого наши телескопы ничего не способны разглядеть. Другое ограничение, при использовании видов астрономии, не ограничивающихся светом — это ограничение того, какая часть Вселенной доступна для нас с момента Большого взрыва. Две эти величины могут не быть связанными друг с другом, и именно по этой теме нам задаёт вопрос наш читатель:

Почему красное смещение реликтового излучения находится в пределах 1000, хотя самое большое красное смещение любой галактики из тех, что мы видели, равно 11?

Сначала мы должны разобраться с тем, что происходит в нашей Вселенной с момента Большого взрыва.
Читать полностью »

Спросите Итана: почему Меркурий не видно без телескопа? - 1
Восемь планет нашей Солнечной системы и Солнце, в масштабе по размеру тел, но не по диаметру орбит. Из всех планет Меркурий тяжелее всего увидеть невооружённым глазом.

С древних времён людям было известно пять планет, или «блуждающих звёзд»: Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн. Каждая из них двигалась на фоне звёзд от ночи к ночи, вместо того, чтобы оставаться неподвижной, как делали все остальные светящиеся точки. Но если Венеру, Марс, Юпитер и Сатурн легко увидеть невооружённым глазом, большинство из нас никогда не видело Меркурия. Это очень не нравится нашему читателю:

Я сидел на берегу, следя за закатом Солнца, и думал — как же можно увидеть Меркурий невооружённым глазом? Я знаю, что это возможно, но как можно наблюдать за ним достаточно долго для того, чтобы понять, что это «блуждающая звезда»? Это единственная из классических планет, которую я никогда не видел!

Меркурий с большим отрывом лидирует в списке планет, которые сложнее всего увидеть невооружённым глазом, и тому есть уважительная причина.
Читать полностью »

Спросите Итана: как должен выглядеть горизонт событий чёрной дыры? - 1
Изображение чёрной дыры. Несмотря на её тёмный цвет, считается, что все чёрные дыры были сформированы из обычной материи, но подобные иллюстрации не совсем точны

В апреле 2017 телескопы всего мира одновременно собрали данные по центральной чёрной дыре Млечного Пути. Из всех известных во вселенной ЧД та, что находится в центре Галактики — Стрелец A* — особенная. С нашей точки зрения её горизонт событий крупнейший из всех доступных нам ЧД. Он настолько большой, что телескопы, расположенные в разных местах Земли, должны были бы его увидеть, если бы посмотрели на него все одновременно. И хотя на комбинирование и анализ данных, полученных с разных телескопов, уйдут месяцы, к концу 2017 года мы должны получить наше первое изображение горизонта событий. Так как он должен выглядеть? Такой вопрос задаёт один из наших читателей, запутавшийся в иллюстрациях:
Разве горизонт событий не должен полностью окружать чёрную дыру на манер яичной скорлупы? Все художники рисуют чёрные дыры в виде разрезанных яиц, сваренных вкрутую. Почему горизонт событий не окружает чёрную дыру полностью?
Конечно, в интернете можно найти иллюстрации разного рода. Но какие из них правильные?
Читать полностью »

Спросите Итана: почему у физических предсказаний есть ограничения? - 1
Чёрная дыра в представлении художника. Мы довольно хорошо понимаем, что происходит снаружи чёрной дыры, но внутри неё мы сталкиваемся с ограничениями фундаментальной физики, и, вероятно, законов, по которым работает Вселенная

Если делить материю Вселенной на всё меньшие и меньшие составляющие, вы в итоге достигнете предела, дойдя до фундаментальной, неделимой частицы. Все макроскопические объекты можно делить на молекулы, затем атомы, затем электроны (фундаментальные частицы) и ядра, затем протоны и нейтроны, и затем, внутри них, найти кварки и глюоны. Электроны, кварки и глюоны — примеры фундаментальных частиц, которые нельзя делить далее. Но каким образом получается, что даже у самого пространства и времени существуют подобные ограничения? Наш читатель спрашивает:

Почему существуют длины (планковские размеры), которые нельзя делить далее?

Чтобы понять, откуда взялись планковские длины, нужно разобраться с двумя законами, управляющими нашей реальностью: общей теорией относительности и квантовой физикой.
Читать полностью »

image
Частицы стандартной модели, с массами, указанными в левом верхнем углу. Три левых столбца занимают фермионы, два правых — бозоны

Во всей Вселенной есть только два типа фундаментальных частиц: фермионы и бозоны. Каждая частица, в дополнение к обычным, известным вам свойствам, вроде массы и электрического заряда, обладает присущим ей количеством углового момента, известного, как спин. Частицы с полуцелыми спинами (±1/2, ±3/2, ±5/2,..) известны, как фермионы. Частицы с целыми спинами (0, ±1, ±2,..) — бозоны. Других частиц, фундаментальных или составных, во Вселенной нет. Но почему это имеет значение? Наш читатель спрашивает:

Не могли бы вы объяснить разницу между фермионами и бозонами? Что меняется при переходе от целого спина к полуцелому?

На первый взгляд, разбитие частиц на категории по таким свойствам кажется случайным.
Читать полностью »

Спросите Итана: насколько яркой кажется Земля с Луны? - 1
Первое изображение Земли, видимой с Луны, которое увидел человек. Заметьте, насколько Земля кажется яркой по сравнению с Луной.

Когда астронавты с «Аполло» летали к Луне, им открывались невиданные ранее человеком картины: вид на Землю с ближайшего нам мира. Практически все мы видели обратную картину – Луна, как её видно с поверхности Земли – лишь пара десятков человек (и спутников) видело, как Земля выглядит с поверхности Луны. В чём разница? Наш читатель желает знать:

Что будет ярче: полная луна или полная земля с луны? Останется ли эта яркость постоянной?

Если вы наблюдали Луну тёмной и ясной ночью, её яркость вам уже известна.
Читать полностью »

Спросите Итана: если Вселенная расширяется, почему не расширяемся мы? - 1
Если Вселенная расширяется, можно понять, почему далёкие галактики удаляются от нас. Но почему не расширяются звёзды, планеты и атомы?

Одним из крупнейших научных сюрпризов XX века стало открытие расширения Вселенной. Удалённые галактики разбегаются от нас и друг от друга быстрее, чем ближе расположенные, будто бы растягивается сама ткань пространства. На крупнейших масштабах плотность материи и энергии Вселенной падали миллиарды лет, и продолжают это делать. А если мы заглянем достаточно далеко, мы увидим галактики, разлетающиеся так быстро, что ничто, что мы могли бы отправить к ним сегодня, не сможет их догнать – не хватит даже скорости света. Но нет ли в этом парадокса? Именно об этом спрашивает читатель:

Если вселенная расширяется быстрее скорости света, почему это не влияет на нашу солнечную систему и расстояния от Солнца до планет? И почему относительное расстояние между звёздами нашей галактики не увеличивается… или оно увеличивается?

Мысль читателя верна, и Солнечная система, расстояния между планетами и звёздами не увеличиваются при расширении Вселенной. Так что же расширяется в расширяющейся Вселенной? Давайте разбираться.
Читать полностью »

Спросите Итана: какие сюрпризы могут обнаружить будущие космические телескопы НАСА? - 1
Примеры телескопов (функционирующих на февраль 2013), работающих на длинах волн по всему электромагнитному спектру. Обсерватории расположены над или под той частью спектра, которую они обычно наблюдают.

Когда в 1990-м был запущен космический телескоп Хаббл, с его помощью мы собирались провести целый вагон измерений. Мы собирались увидеть отдельные звёзды в дальних галактиках, которых до этого не видели; измерить глубокую Вселенную так, как до этого не получалось; заглянуть в регионы звёздного формирования и увидеть туманности в беспрецедентном разрешении; поймать извержения на лунах Юпитера и Сатурна так подробно, как не получалось ранее. Но самыми крупными открытиями – тёмная энергия, сверхмассивные чёрные дыры, экзопланеты, протопланетные диски – стали непредвиденные. Продолжится ли эта тенденция с телескопами Джеймс Уэбб и WFIRST? Наш читатель спрашивает:

Без фантазий по поводу какой-то радикально новой физики, какие результаты от Уэбба и WFIRST смогут больше всего удивить вас?

Чтобы сделать подобное предсказание, нам необходимо знать, на какие измерения способны эти телескопы.
Читать полностью »

Спросите Итана: приводят ли эффекты тёмной энергии к потере информации о Вселенной? - 1
Различные варианты судьбы Вселенной, среди которых наш реальный вариант с ускорением показан справа

Возможно, крупнейший сюрприз, связанный с нашей Вселенной, ждал нас в конце XX века: тогда было сделано открытие тёмной энергии и ускоренного расширения. Самые удалённый от нас галактики Вселенной вовсе не притягиваются к нам из-за гравитации, а с ускорением удаляются от нас со всё возрастающими скоростями, и им суждено исчезнуть из поля нашего зрения. Но не создаёт ли это некую форму информационного парадокса? Один из наших читателей спрашивает:

Расширение вселенной означает, что наш горизонт видимости отступает – за ним постоянно исчезают из виду удалённые объекты. Из этого вроде бы следует, что мы теряем информацию о вселенной. Так почему идея о потере информации за горизонтом событий чёрной дыры вызывает столько споров, если мы постоянно теряем информацию за другим горизонтом?

Это довольно многогранный вопрос, так что начнём с ускоряющегося расширения Вселенной.
Читать полностью »