Рубрика «спросите итана»

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 »

Спросите Итана: есть ли у Вселенной центр? - 1
Вселенная выглядит примерно одинаково по всем направлениям, но удалённые галактики выглядят болеем молодыми и менее эволюционировавшими, чем те, что находятся ближе

Мы знаем, что наша Вселенная началась с Большого Взрыва, но это не значит, что мы все правильно его себе представляем. Большая часть людей представляет себе его, как взрыв: когда всё началось с горячего и плотного состояния, а потом расширялось в стороны и остывало, в то время, как различные фрагменты-осколки удалялись друг от друга. Но, какой бы ни была эта картина притягательной, она неверная. Наш читатель задаёт связанный с этим вопрос?

Интересно, как получается, что у вселенной нет центра и реликтовое излучение отдалено в любую сторону на равное от нас расстояние. Мне кажется, что если вселенная расширяется, то всегда можно найти место, откуда она начала расширяться.

Давайте для начала подумаем о физике взрыва, и о том, какой бы была наша Вселенная, если бы она началась со взрыва.
Читать полностью »