Метка: вселенная

Спросите Итана: можно ли спасти нашу Галактику от «неминуемой» судьбы?


Галактики, в которых за миллиарды лет не появилось ни одной новой звезды, и в которых не осталось свободного газа, считаются “красными и мёртвыми”. При ближайшем рассмотрении галактика NGC 1277 (на фото выше) может оказаться первой подобной галактикой поблизости от нас. Наша Галактика тоже станет такой, звёзды в ней умрут, и будут выброшены гравитацией наружу, и в итоге наша Местная группа галактик перестанет существовать.

Мы появились во Вселенной в весьма выгодный момент. Появись мы на пару миллиардов лет раньше, и мы не смогли бы увидеть признаки существования тёмной материи, из-за чего не узнали бы судьбу Вселенной. Родись мы через несколько десятков миллиардов лет – всего через несколько промежутков времени, равных текущему возрасту Вселенной – наша Местная группа стала бы просто одной гигантской эллиптической галактикой, а других галактик на сотни миллиардов лет вокруг видно бы не было. Судя по всем наблюдениям, наша Вселенная угасает, и её ожидает “тепловая смерть“. Возможно, остановить этот процесс не удастся, но не могли бы мы как-нибудь, используя достаточно развитые технологии, отсрочить этот конец? Такой вопрос задаёт наш читатель:

Прочитав вашу статью о естественной кончине Вселенной, я задумался: не могла бы очень продвинутая цивилизация третьего типа сделать что-то, чтобы галактика или местная группа галактик “эффективно” и с пользой существовала дольше? Есть ли способы создать нечто вроде гигантского демона Максвелла, который бы управлял энтропией и контролировал энергетический бюджет галактики?

(далее…)

Спросите Итана: почему Вселенная плоская?


Двигаясь по прямой линии в гиперторовой модели Вселенной, вы вернётесь в исходную точку, даже если пространство-время не будет искривлённым. Также Вселенная может быть замкнутой, имея положительную кривизну – как гиперсфера.

Какой формы Вселенная? Если бы вы жили до XIX века, вам бы, наверное, не пришло в голову, что у Вселенной вообще может быть какая-то форма. Вы, как и все остальные, начали бы изучать геометрию с правил Евклида, для которого пространство было всего лишь трёхмерной решёткой. Затем вы применяли бы физические законы Ньютона, и предполагали, что взаимодействия двух любых объектов направлены вдоль одной прямой линии, их соединяющей. Но с тех пор мы очень многое поняли. Пространство не просто искривляется в присутствии материи и энергии – мы можем это наблюдать. И всё же, если речь заходит о Вселенной в целом, пространство ничем не отличается от идеально плоского. Почему? На эту тему задаёт вопрос и наш читатель:

Почему вселенная относительно плоская, а не имеет форму сферы? Разве вселенная не будет расширяться перпендикулярно к плоской поверхности?

Давайте начнём со старого определения пространства, которое большинство из нас и представляет: в виде некоей трёхмерной решётки.
(далее…)

Учёные планируют использовать линзы из тёмной материи для наблюдения за отдалёнными уголками Вселенной

Возможно, в галактических скоплениях существует гораздо больше линз из тёмной материи, искажающих и усиливающих свет расположенных за ними объектов, чем считалось ранее


Гравитационная линза

Одна из самых мучительных загадок науки – это тёмная материя, причудливая субстанция, отвечающая за 85% массы Вселенной. Тёмную материю сложно наблюдать, поскольку она не испускает свет, но это не значит, что она со светом вообще не взаимодействует.

Более того, гравитационные поля сгустков тёмной материи могут в изобилии обеспечить нам “эффективные линзы”, способные усиливать свет, идущий от отдалённых объектов – такой вывод сделан в исследовании, опубликованном в журнале Science в сентябре.

Эти линзы из тёмной материи, искажающие свет на манер космических кривых зеркал, могут помочь астрономам наблюдать удалённые объекты, расположенные, с нашей точки зрения, за этими линзами, и проверять фундаментальные теории, связанные со Вселенной.

Под руководством Массимо Менегетти, космолога из астрофизической и космологической обсерватории в Болонье, учёные решили оценить, сколько таких небольших линз из тёмной материи можно найти в галактических скоплениях – огромных структурах, которые могут состоять из тысяч гравитационно связанных между собой галактик.

“Изучать распределение материи в галактических скоплениях важно по многим причинам, – пояснил нам Менегетти. – Во-первых, мы можем проверить предсказания модели холодной тёмной материи. Это общепринятая модель тёмной материи, поскольку она очень точно воспроизводит несколько свойств Вселенной на крупных масштабах (гораздо больших, чем масштабы галактик и их скоплений)”.
(далее…)

Найдены последние остатки обычной материи Вселенной

Десятилетиями астрономы не могли найти всю атомную материю Вселенной. Но в нескольких новых работах учёные раскрыли места, в которых она пряталась


Компьютерная симуляция горячего газа между галактиками намекает на местоположение недостающей материи Вселенной

Астрономы, наконец, обнаружили последние недостающие части Вселенной. Они прятались от нас с середины 1990-х, когда исследователи решили провести инвентаризацию всей “обычной” материи в космосе – звёзд, планет, газа, всего, что сделано из атомных частичек. (Это не “тёмная материя“, остающаяся совершенно отдельной загадкой). Они довольно неплохо представляли себе, сколько материи должно быть в сумме, на основе теоретического изучения процессов сотворения материи во время Большого взрыва. Изучение реликтового излучения (РИ) – остаточного свечения Большого взрыва – должно было подтвердить эти изначальные оценки.
(далее…)

Почему Хаббл не видит самые первые галактики


Впечатляюще огромное скопление галактик MACS J1149.5+223, свету которого потребовалось более 5 млрд лет для того, чтобы дойти до нас, было целью одной из программ серии Hubble Frontier Fields [осмотр рубежей Хабблом]. Этот массивный объект действует как гравитационная линза для объектов, расположенных за ним, вытягивая и увеличивая их изображение, что позволяет нам заглядывать в самую глушь космоса, находящуюся в относительно пустом регионе.

Даже мощнейший телескоп в истории человечества, космический телескоп им. Хаббла, не способен увидеть всё.
(далее…)

Найдено прямое доказательство того, что первые звёзды появились не позже 250 млн лет после Большого взрыва


Большое изображение слева заполнено множеством галактик массивного скопления MACS J1149+2223. Гравитационное линзирование гигантского скопления усиливает свет недавно обнаруженной галактики, MACS 1149-JD, примерно в 15 раз. Справа вверху частичное увеличение демонстрирует MACS 1149-JD крупнее, а справа внизу увеличение ещё больше. Всё это полностью соответствует Общей теории относительности и не зависит от того, как мы визуализируем космос

Как бы далеко мы ни заглядывали во Вселенную, пока мы не можем напрямую наблюдать первые звёзды или галактики.
(далее…)

Что происходит при столкновении планет, звёзд и чёрных дыр?


Столкновение двух нейтронных звёзд – основной источник многих из тяжелейших элементов периодической таблицы во Вселенной. При таком столкновении выбрасывается 3-5% массы; всё остальное превращается в чёрную дыру.

Вселенная в известном нам виде существует уже почти 14 млрд лет: достаточно времени для того, чтобы гравитация стянула материю в скопления, комки и схлопнувшиеся объекты. К сегодняшнему дню Вселенная заполнена планетами, звёздами, галактиками, и ещё более крупными структурами, связанными гравитацией на фоне расширяющейся Вселенной.

Но всё не так уж ясно и просто. Хоть космос и огромен, в нашей галактике существуют триллионы объектов, двигающиеся миллиарды лет. Некоторые сформировавшиеся системы содержат в себе по нескольку объектов, и их столкновения не просто вероятны – они неизбежны. А при столкновении или слиянии они меняются навсегда. И вот космическая история того, что при этом происходит.
(далее…)

Простейшее разрешение противоречия, связанного с расширением Вселенной


Расширяющаяся Вселенная, полная галактик и сложных структур, которую мы наблюдаем сегодня, раньше была более мелкой, горячей, плотной и однородной. Тысячи учёных работали сотни лет, чтобы мы пришли к этой картине, и всё же мы до сих пор не можем сойтись на том, насколько быстро расширяется сегодняшняя Вселенная.

В 1915 году общая теория относительности Эйнштейна дала нам совершенно новую теорию гравитации, основанную на геометрической концепции искривлённого пространства-времени. Материя и энергия сообщали пространству, как ему искривляться; искривлённое пространство сообщало материи и энергии, как им двигаться. К 1922 году учёные обнаружили, что если равномерно заполнить Вселенную материей и энергией, она не сможет оставаться статичной, а будет либо расширяться, либо сжиматься. К концу 1920-х годов благодаря наблюдениям Эдвина Хаббла мы обнаружили, что наша Вселенная расширяется, и впервые измерили скорость её расширения.

Однако по пути к точному определению этой скорости мы наткнулись на препятствие – две различных техники измерения дают несовпадающие результаты. Это может свидетельствовать о наличии новой физики. Но может существовать и более простое решение, о котором никто не хочет говорить.
(далее…)

10 физических фактов, которые вы должны были узнать в школе, но, возможно, не узнали

1. Энтропия измеряет не беспорядок, а вероятность

Идея о том, что энтропия – это мера беспорядка, совсем не помогает разобраться в вопросе. Допустим, я делаю тесто, для чего я разбиваю яйцо и выливаю его на муку. Затем добавляю сахар, масло, и смешиваю их до тех пор, пока тесто не становится однородным. Какое состояние является более упорядоченным – разбитое яйцо и масло на муке, или получившееся тесто?

Я бы сказала, что тесто. Но это состояние с большей энтропией. А если вы выберете вариант с яйцом на муке – как насчёт воды и масла? Энтропия выше, когда они разделены, или после того, как вы их яростно потрясёте, чтобы смешать? В данном примере энтропия выше у варианта с разделёнными веществами.

Энтропия определяется как количество “микросостояний”, дающих одно и то же “макросостояние”. В микросостояниях содержатся все детали по поводу отдельных составляющих системы. Макросостояние же характеризуется только общей информацией, вроде “разделено на два слоя” или “в среднем однородное”. У ингредиентов теста есть много разных состояний, и все они при смешивании превратятся в тесто, однако очень мало состояний сможет при смешивании разделиться на яйца и муку. Поэтому, у теста энтропия выше. То же работает для примера с водой и маслом. Их легче разделить, тяжелее смешать, поэтому у разделённого варианта энтропия выше.
(далее…)

Спросите Итана: откуда берётся “энергия” в тёмной энергии?


Чем дальше мы заглядываем, тем ближе то, что мы видим, оказывается к Большому взрыву. Текущий рекордсмен среди квазаров виден нам таким, каким он был, когда Вселенной было всего 690 млн лет. А ещё эти сверхдальние космологические зонды показывают нам Вселенную, в которой содержится тёмная материя и тёмная энергия, но не объясняют, откуда эта энергия берётся.

Если ваша вселенная заполнена всяческим материалом – будь то атомы, тёмная материя, излучение, нейтрино или что-то ещё – её практически невозможно сохранять в статичном состоянии. Ткань такой вселенной, по крайней мере, судя по Общей теории относительности, на крупных масштабах обязана либо расширяться, либо сжиматься. Но если вселенная заполнена тёмной энергией, как это, судя по всему, есть у нас, то происходит нечто ещё более странное: общее количество энергии, содержащейся внутри наблюдаемой нами Вселенной, со временем увеличивается, и конца этому не видно. Не нарушает ли это закон сохранения энергии? Именно об этом спрашивает наш читатель:

Общая энергия Вселенной увеличивается, поскольку энергия, присущая пространству-времени, постоянна, а Вселенная расширяется. Получается, что для создания дополнительного кубического километра пространства-времени требуется определённое количество энергии, ни больше, ни меньше. Эта энергия должна откуда-то браться. Во всех остальных случаях, известных нам, энергия (включая материю посредством E = mc2) не может появляться ниоткуда. Получается, что что-то отдаёт энергию нашей Вселенной, что заставляет её расширяться. Остановится ли этот процесс?

Но реальная научная истина по поводу всего происходящего гораздо более неприятна, чем вы могли бы себе представить.
(далее…)