Всесвіт

Що найдивніше у всесвіті?

Спостереження, зроблені за допомогою дуже великого телескопа Європейської південної обсерваторії в Чилі, вперше показали, що зірка, що обертається навколо надмасивної чорної діри в центрі Чумацького шляху, рухається точно так само, як пророкує теорія загальної теорії відносності Ейнштейна. (Зображення: © ESO / L. Calçada)Можливо, самий потужний аспект фізики – і, можливо, найдивовижніша річ у космосі в цілому – це універсальність фізичних законів і теорій.

 Кілька мізерних рівнянь – досить маленьких, щоб поміститися на вашій улюбленій футболці – можуть пояснити різні явища від одного краю всесвіту до іншого і від самих ранніх моментів Великого вибуху до незбагненного майбутнього. Давайте спробуємо зрозуміти, наскільки потужною може бути сучасна фізика.Ігри гравитацииОбщая теорія відносності Альберта Ейнштейна – це наша сучасна теорія про те, як працює гравітація: матерія і енергія згинають простір-час, і, в свою чергу, вигин простору-часу вказує матерії, як рухатися.

Математика трохи складна: для опису всього цього вигину, деформації та переміщення потрібно набір з 10 взаємопов’язаних рівнянь. Але ці рівняння містять величезну силу.Наприклад, в межі слабкою гравітації рівняння Ейнштейна зводяться до більш знайомим виразами ньютонівської гравітації, яка використовується для пояснення всього – від траєкторій кинутих бейсбольних м’ячів до гідроелектростанцій.

За межами поверхні Землі Ейнштейн отримує більший контроль, де рівняння теорії відносності використовуються для забезпечення точного позиціювання за допомогою системи GPS і точного прогнозування орбіт планет.Ті ж самі рівняння, без єдиної модифікації, переходять до великих подвигів, розкриває існування чорних дір і їх роботи, зростання найбільших структур у всесвіті, присутність темної матерії всередині галактик і сам Великий Вибух.Все це з набору з 10 рівнянь, що охоплюють як космічний простір і час, – факт і в першу чергу показує, що Всесвіт має кінцевий вік.

Ядерна энергияКогда фізики почали зламувати ядерний код в 1940-х роках, вони не знали, що їх махінації закінчаться відкриттям однієї з найзагадковіших загадок астрономії: як працюють зірки. До цього вчені робили всілякі спроби узгодити вік Землі, виявлений геологією і палеонтологією (мільярди років), з усіма відомими фізичними способами підтримання такого яскравого сонячного світла. Ці спроби, як правило, зазнавали повний провал, і навіть найкращі пояснення досягали лише декількох мільйонів років.

Але ядерна фізика ввела в гру нові правила, і як тільки фізики з’ясували умови, необхідні для запуску ядерного синтезу (а саме, шалено високі тиски, температури і щільності), вони зрозуміли, що такі умови не завжди створюються людиною (всередині ядерних бомб і реакторів), але можуть бути знайдені в самій природі: в серцях зірок.Ядерний синтез водню – це те, як зірки живлять себе протягом мільярдів років, і рівняння, які фізики використовують для розуміння цього процесу, – це ті ж самі рівняння, які вони використовують для перетворення ядерних реакцій в корисну енергію. Від найдрібніших атомів до найбільших зірок, ядерна фізика — відносний новачок в світі фізики — об’єднує космос дивним чином.

Закони движенияНо вам не потрібно використовувати загадкові рівняння теорії відносності або складні обчислення ядерних реакцій, щоб відкрити універсальність фізики. Це може бути так само просто і зрозуміло, як, скажімо, автомобільна аварія.При зіткненні двох транспортних засобів діють закони збереження енергії та імпульсу: загальна кількість енергії і імпульсу до зіткнення має дорівнювати загальній кількості енергії і імпульсу після зіткнення.

Використовуючи ці прості твердження, слідчі можуть відновити місце події, з’ясувавши, який водій винен, а що призвело до зіткнення.І машини – не єдине, що розбивається у всесвіті.Зіткнулися зірки.

Злиття галактик. Змішування газових хмар. В астрономії чи фізики рідко можна знайти статтю, в якій якимось чином не згадується збереження енергії та імпульсу.

Вчені використовують ці принципи, щоб зрозуміти практично все в космосі.Чому це газова хмара випромінює енергію? Збереження енергії та імпульсу. Чому ця нейтронна зірка змінює швидкість обертання? Збереження енергії та імпульсу.
Що станеться, коли ці галактики зіткнуться? Збереження енергії та імпульсу.Наступного разу, коли ви потрапите в автомобільну аварію (але краще будьте акуратніше), приділіть хвилинку, щоб подумати про імпульсі і про те, як він застосовується у всьому всесвіті, де б ви не знаходилися.

Related posts

Leave a Comment