Рубрика «спросите итана»

Спросите Итана: как будет выглядеть наша первая прямая фотография землеподобной экзопланеты? - 1

Фото земли, полученное камерой DSCOVR-EPIC, и оно же, ухудшенное до разрешения 3х3 пикселя – примерно в таком виде исследователи будущего увидят экзопланеты

За последнее десятилетия, в основном благодаря миссии Кеплер, наши знания касательно планет других звёздных систем чрезвычайно сильно увеличились. От всего нескольких миров – в основном массивных, с быстрыми, внутренними орбитами, вращающихся вокруг звёзд с небольшой массой – к буквально тысячам планет совершенно разных размеров. Теперь мы знаем, что миры размером с Землю и чуть побольше встречаются чрезвычайно часто. Обсерватории из следующего поколения, которые появятся как в космосе (например, телескоп Джеймса Уэбба), так и на земле (ГМТ и ELT), смогут напрямую сфотографировать ближайшие из этих миров. Как же они будут выглядеть? Об этом спрашивает наш читатель:

Какого рода разрешение можно ожидать от этих фото? Несколько пикселей, или каких-нибудь видимых подробностей?

Сами по себе фотографии не будут очень впечатляющими. Однако из них мы сможем узнать всё, о чём можно мечтать (в разумных пределах).
Читать полностью »

Спросите Итана: если свет сжимается и расширяется вместе с пространством, как мы можем засечь гравитационные волны? - 1
Вид с воздуха на детектор гравитационных волн Virgo, расположенный в муниципалитете Кашина близ города Пиза в Италии. Virgo – это гигантский лазерный интерферометр Майкельсона с плечами длиной по 3 км, дополняющий два одинаковых детектора LIGO длиной по 4 км.

За последние три года у человечества появился новый тип астрономии, отличающийся от традиционных. Для изучения Вселенной мы уже не просто ловим свет телескопом или нейтрино при помощи огромных детекторов. Кроме этого, мы также впервые можем видеть рябь, присущую самому пространству: гравитационные волны. Детекторы LIGO, которые теперь дополняет Virgo, и скоро будут дополнять ещё KAGRA и LIGO India, обладают чрезвычайно длинными плечами, которые расширяются и сжимаются при проходе гравитационных волн, выдавая обнаруживаемый сигнал. Но как это работает? Наш читатель спрашивает:

Если длины волн света растягиваются и сжимаются вместе с самим пространством-временем, как LIGO может обнаружить гравитационные волны? Они ведь расширяют и сжимают два плеча детектора, поэтому волны внутри них тоже должны расширяться и сжиматься. Разве укладывающееся в плечо количество длин волн не будет оставаться постоянным, в результате чего интерференционная картина не будет меняться, и волны будет нельзя засечь?

Это один из самых распространённых парадоксов, которые представляют себе люди, размышляющие о гравитационных волнах. Давайте разберёмся и найдём ему решение!
Читать полностью »

Спросите Итана: в каких фильмах правильно показаны путешествия во времени? - 1
Поезд «Жюль Верн» из третьей части «Назад в будущее». Возможно, Эйнштейн представлял себе совсем не это, когда формулировал свои мысленные эксперименты, связанные с теорией относительности, но степень научности всё же оценить можно.

То, как мы путешествуем во времени, со скоростью одна секунда за секунду, настолько скучно, что мы принимаем это, как само собой разумеющееся. Однако, согласно Эйнштейновской теории относительности, мы можем путешествовать во времени не только с разными скоростями (если увеличим скорость до величин, близких к скорости света), но и в разных направлениях, вперёд или назад, построив мост между двумя не связанными между собой местами пространства-времени. Путешествия во времени, вперёд или назад, давно уже были одним из лейтмотивов для нашего воображения и рассказов; кому не хотелось бы изучать неизвестное будущее или вернуться во времени, чтобы исправить прошлые ошибки? Однако сочинить корректную с научной точки зрения историю – это совершенно другая задача. Какие фильмы справились с этим лучше всего? Это и хочет узнать наш читатель:

Я – большой любитель фильмов про путешествия во времени (как бы их ни объясняли). Какие из фильмов лучше и точнее всего используют этот сюжетный инструмент?

Давайте подумаем над тем, что должно быть в хорошем фильме про путешествия во времени, и как с этим обходятся ваши любимые фильмы.
Читать полностью »

Спросите Итана: могут ли потери на излучение звёзд объяснить тёмную энергию? - 1
Представление художника о тех временах Вселенной, в которые формировались первые звёзды. Из-за их света и слияний они будут испускать излучение, как электромагнитное, так и гравитационное. Но способно ли преобразование материи в энергию создавать антигравитацию?

На пути нашего познания Вселенной встречаются загадки, ответ на которых пока никому не известен. Тёмная материя, тёмная энергия, космическая инфляция – все эти идеи неполны, и мы не знаем, какого типа частицы или поля отвечают за них. Вполне возможно, хотя большая часть профессионалов считает это маловероятным, что одна или несколько из этих загадок могут иметь нестандартное решение, которое никто из нас не ожидает.

Впервые в истории колонки «Спросите Итана» я получил вопрос от нобелевского лауреатаДжона Кромвелла Мазера – который хочет знать, не могут ли звёзды, преобразуя массу в энергию, отвечать за эффекты, приписываемые тёмной энергии:

Что происходит с гравитацией, которую оказывает исчезающая масса, в процессе преобразования её в свет и нейтрино путём ядерных реакций, происходящих в звёздах, или когда масса собирается в чёрную дыру, или когда она превращается в гравитационные волны? Иначе говоря, являются ли гравитационные волны, электромагнитные волны и нейтрино источником гравитации, точно совпадающим с существовавшей до этого массой, которая в них превратилась, или нет?

Потрясающая идея. Давайте разбираться, почему.
Читать полностью »

Спросите Итана: откуда нам известен возраст Солнечной системы? - 1
Представление художника о молодой звезде, окружённой протопланетным диском. У протопланетных дисков, принадлежащих солнцеподобным звёздам, есть множество неизвестных свойств, включая и элементарную сегрегацию различных типов атомов

Миллиарды лет назад, в каком-то забытом уголке Млечного Пути, молекулярное облако, не отличающееся от множества остальных, сжалось и сформировало новые звёзды. Одна из них появилась в относительной изоляции, собирая материал из окружающего её протопланетного диска, который, в итоге, превратился в наше Солнце, восемь планет и всю остальную Солнечную систему. Сегодня учёные заявляют, что Солнечной системе 4,6 млрд лет, плюс-минус несколько миллионов. Но откуда мы это знаем? Равен ли возраст, допустим, Земли и Солнца? Именно это хочет узнать наш читатель:

Откуда нам известен возраст Солнечной системы? Я весьма смутно представляю себе процесс измерения возраста камня с тех пор, как он был жидким, но примерно 4,5 млрд лет назад Тейя столкнулась с протоземлёй, сделав жидким практически всё. Откуда мы знаем, что мы определяем возраст Солнечной системы, а не просто находим десятки новых способов определения даты столкновения с Тейей?

Отличный вопрос, полный нюансов – но наука справится с такой задачей. Вот вам история того, как всё было.
Читать полностью »

Спросите Итана: можем ли мы сделать солнечный экран для борьбы с изменением климата? - 1
Обычно такие структуры, как показанный здесь IKAROS, рассматриваются, как потенциальные космические паруса. Но другим их применением, если расположить их в нужной точке, может стать блокирование части солнечного света, что поможет охладить Землю.

Глобальное изменение климата – одна из наиболее неотложных сегодняшних проблем человечества. Наука чрезвычайно ясно говорит, что происходит: Земля разогревается, причиной тому служат испускаемые в результате человеческой деятельности парниковые газы, и концентрация этих газов со временем только продолжает расти, не переставая. И хотя раздаётся множество призывов по уменьшению выбросов, сбору углерода, отказа от ископаемого топлива, мало чего эффективного было сделано. Земля продолжает разогреваться, уровень моря повышается, и глобальный климат изменяется. Можем ли мы предпринять иной подход, и частично закрыть свет, идущий от Солнца? Такой вопрос задаёт нам наш читатель:

Почему бы нам не рассмотреть строительство солнечного экрана в космосе, изменяющего количество света (энергии), приходящей на Землю? Все, испытывавшие полное затмение, знают, что температура уменьшается, а свет приглушается. Идея в том, чтобы сделать что-нибудь, располагающееся между нами и Солнцем целый год.

Это один из наиболее амбициозных, но также и наиболее разумных вариантов, которые мы можем рассмотреть в области борьбы с глобальным изменением климата.
Читать полностью »

Спросите Итана: как близко друг к другу могут появиться инопланетные цивилизации? - 1
Ближайшим к нашей Земле миром служит бесплодная, необитаемая Луна. Но можно представить себе, как недалеко от нас располагался бы другой населённый мир – возможно, даже в Солнечной системе. А как близко он мог бы быть к нам?

На нашей Земле, движущейся по орбите вокруг Солнца, мы представляем единственную разумную жизнь. Существует возможность того, что где-то в Солнечной системе раньше была жизнь, или до сих пор есть микробы – но то, что касается разумной, сложной, разнообразной и многоклеточной жизни, наш мир обогнал всё, что мы можем надеяться здесь отыскать. Разумные инопланетяне, если они живут где-то на другом мире, расположены, по меньшей мере, в световых годах от нас. Но обязательно ли так должно быть по всей Галактике? Именно это хочет узнать наш читатель:

Насколько близко могут существовать две независимых разумных цивилизации, без учёта межзвёздных путешествий, и если они развивались в разных звёздных системах, примерно следуя по тому пути, что мы называем «жизнь»? В шаровых скоплениях плотность звёзд может быть очень большой – но исключает ли слишком большая плотность возможность обитаемости миров? У астрофизика, живущего в плотном скоплении, было бы совсем другое представление о Вселенной и о поисках экзопланет.

Для появления жизни необходимо пройти несколько этапов, но ингредиенты для неё есть буквально повсюду. Даже если ограничиться жизнью, химически близкой к нашей, во Вселенной найдётся полно возможностей.
Читать полностью »

Спросите Итана: как быстро во Вселенной могла появиться жизнь? - 1
Органические молекулы находят в регионах формирования звёзд, в остатках звёзд и в межзвёздном газе, по всему Млечному Пути. В принципе, ингредиенты скалистых планет и жизни на них могли появиться в нашей Вселенной достаточно быстро, и задолго до появления Земли

История о том, как Вселенная стала такой, какой мы видим её сегодня, от Большого взрыва до огромного пространства, заполненного скоплениями, галактиками, звёздами, планетами и жизнью, объединяет нас всех. С точки зрения жителей планеты Земля, до момента появления Солнца и Земли прошло 2/3 космической истории. Однако жизнь появилась на нашем мире настолько давно, насколько мы способны заглядывать в прошлое при помощи измерений – возможно, даже 4,4 млрд лет назад. Это заставляет задуматься: не появлялась ли жизнь во Вселенной раньше нашей планеты, и в принципе, насколько давно она могла появиться? Это хочет узнать наш читатель:

Как скоро после Большого взрыва могло накопиться достаточно тяжёлых элементов для формирования планет, и, возможно, жизни?

И даже если мы ограничимся тем типом жизни, который мы считаем «похожим на наш», ответ на этот вопрос отправит нас дальше в прошлое, чем вы могли бы себе представить.
Читать полностью »

Спросите Итана: где проходит грань между математикой и физикой? - 1
Симуляции того, как чёрная дыра в центре Млечного Пути может выглядеть для телескопа Event Horizon Telescope. В симуляциях предполагается, что горизонт событий существует, что релятивистские уравнения верны, и что мы используем правильные параметры интересующей нас системы.

Когда речь идёт об описании физического мира, мы можем делать это эпизодически, как это часто бывает, или использовать науку. Последний вариант подразумевает сбор численных данных, поиск корреляций между наблюдениями, формулирование физических законов и теорий, запись уравнений, позволяющих предсказать результаты развития различных ситуаций. Чем более продвинутые физические явления мы описываем, тем более абстрактными и сложными становятся уравнения и теоретические платформы. Но во время формулирования этих теорий и записи уравнений, описывающих, что произойдёт при различных условиях – не перемещаемся ли мы из мира физики в мир математики? Где расположена граница между ними? Именно такой вопрос задаёт наш читатель:

Где провести линию между абстрактной математикой и физикой? Теорема Нётер относится к научному знанию или к математике? А что насчёт теории Малдасены об AdS/CFT-соответствии?

К счастью, чтобы найти различие, нам не обязательно обращаться к таким сложным примерам.
Читать полностью »

Спросите Итана: может ли лазер в самом деле разорвать пустое пространство? - 1
В экспериментах с настольными лазерами, возможно, энергии и не самые большие, но по мощности они могут поспорить даже с лазерами, зажигающими реакции синтеза. Может ли поддаться действию такого лазера квантовый вакуум?

Пустое пространство, как выясняется, не такое уж и пустое. Флуктуации в вакууме означают, что даже если устранить всю материю и излучение из участка пространства, там всё равно останется конечное количество энергии, присущее самому пространству. Если выстрелить в него достаточно мощным лазером, можно ли, как написали в журнале Science Magazine, «разорвать вакуум и пустое пространство»? Именно об этом спрашивает наш читатель:

Science Magazine недавно опубликовал статью о том, что китайские физики в этом году собираются сделать лазер мощностью в 100 ПВт (!!!) Можете ли вы объяснить, как они планируют это сделать, и какие уникальные явления это может помочь исследовать? И что значит «разорвать вакуум»?

Эта история реальна, она подтверждена, и немного преувеличена в части «разрыва вакуума», — можно подумать, такое в принципе возможно сделать. Давайте углубимся в реальную науку и выясним, что на самом деле происходит.
Читать полностью »