Каждую неделю вы присылаете вопросы и предложения в мою рубрику, и на этой неделе было много отличных кандидатов, но я выбрал самый короткий и милый вопрос, но и одновременно самый глубокий. Задаёт его Стив:
Сколько времени потребуется звёздам, чтобы остынуть после того, как они израсходуют своё ядерное топливо? Будут ли у нас «чёрные карлики»? Есть ли они сегодня?
Начнём разговор с жизни звёзд и пройдёмся по ней до самого конца, чтобы подробно изучить этот момент.
Я вскоре убедился, что всё теоретизирование будет лишь пустым упражнением мозгов, а следовательно, и потерей времени, если только вначале не выяснить, чем же на самом деле заполнена Вселенная.
— Фриц Цвикки
В конце недели я роюсь в ваших письмах с вопросами и предложениями. На этой неделе мне более всего понравилось письмо, содержащее больше всех других возможности для обучения, от Райана Шульйца, который спрашивает:
В последнем номере журнала Discover была длинная статья по радикальной теории MOND и о том, как её предсказательные возможности прекрасно справляются с задачей, а тёмную материю никто ещё не нашёл. Мне интересно, что такое MOND, приемлемая ли это теория, и если она такая успешная, почему мы все слышали о тёмной материи, а не о MOND?
Чтобы понять, о чём речь, нужно отправиться в XIX век и обсудить проблемы, существовавшие задолго до проблемы «недостающей массы» (или «недостающего света»), которые пытается решить MOND: проблемы Урана и Меркурия.
Ничто не теряется, всё только преобразовывается.
— Михаэль Энде
В конце каждой недели мы выбираем из присланных вопросов один для ответа на него. На этой неделе честь отходит к школьному учителю Камерону Питерсу, который спрашивает:
Я учу наукам 8-й класс и мои школьники проходят понятие температуры. В частности мы рассматривали концепцию абсолютного нуля, что это значит и как это связано с движением атомов. Мои ученики хотят знать, существует ли максимальная достижимая в природе температура, или же верхнего ограничения не существует.
Начнём с тех позиций, которые должны быть известны восьмикласснику, и будем постепенно повышать градус.
Как одна из первых проверок специальной теории относительности может привести к созданию величайшего ускорителя частиц всех времён.
Кажется, что прошлое остаётся таким, каким мы его оставляем, а настоящее постоянно движется; оно окружает тебя нестабильностью.
— Том Стоппард
Каждое естественное явление, наблюдавшееся нами во всей Вселенной, состоит из одних и тех же частиц: протонов, нейтронов и электронов, вместе с фотонами. По крайней мере, обычно так считается, но вместе с ними в деле участвует огромное количество нейтрино, антинейтрино, сверхмассивное количество тёмной материи, а также, набор нестабильных высокоэнергетических частиц. Одна из них, мюон, стала темой очень интересного вопроса от пользователя MegaN00B:
Недавно в вашем блоге вы упомянули, что космические лучи, входя в атмосферу, порождают частицы (мне кажется, мюоны), и то, как относительность помогает мюонам пройти дальше, чем они могли бы, поскольку они должны распадаться до того, как достигнут поверхности.
А как бы выглядел этот путь с точки зрения мюона?
Начнём сначала, и расскажем вам про мюоны.
Если во Вселенной не было света, а, следовательно, и существ с глазами, мы не узнаем, была ли она тёмной. Темнота в этом случае не имеет смысла.
— Клайв Стейплз Льюис
На прошлой неделе мы ответили на вопрос о местонахождении космического микроволнового фонового излучения (КМФИ). Вкратце, оно «везде одновременно, но испущено оно было в момент, когда Вселенной было 380 000 лет». На этой неделе я выбрал вопрос Стива Лимпуса, открывающий новый шаг в этой же теме:
Пожалуйста, расскажите нам о времени сразу после КМФИ — о загадочных «тёмных веках». Мне было хотелось узнать, как гравитация влияла на расширяющуюся Вселенную во времена после инфляции и нарушении термального равновесия частиц [decoupling]. А также хотелось бы узнать о первых звёздах и формировании галактик и сверхмассивных чёрных дыр.
В начале и в настоящее время существует изобилие света с высокими энергиями: света, видимого нашими глазами. Но были времена — тёмные времена — когда света не было.
Сказано было, чтобы мы позволили нашему свету просто светить, и тогда нам не нужно будет рассказывать всем о том, что он светит. Маяки не стреляют из пушек, дабы привлечь внимание к их свету – они просто светят.
— Дуайт Л. Муди
Если взглянуть на удалённые части Вселенной, вы будете смотреть в прошлое, из-за того, что скорость света конечна, хотя и очень велика. Так что, посмотрев на самый дальний объект из видимых, на самый первый свет, воспринимаемый нашим оборудованием, мы должны чего-то достичь. В случае с нашей Вселенной, насколько мы знаем, это будет остаточное свечение Большого взрыва: космическое микроволновое фоновое излучение. Все вы отправили большое количество вопросов, и на этой неделе я решил ответить на вопрос Дэвида Инглиша:
Мы видим популярное изображение КМФИ в виде глобуса. Оно нас окружает. Как я понимаю, что КМФИ – это самое раннее изображение Вселенной. Поскольку мы смотрим в прошлое, когда наблюдаем удалённые объекты, то КМФИ по логике должно быть самым дальним из всех. Это значит, что КМФИ находится в конце Вселенной, но это ведь не так. Пространство бесконечно, насколько мы знаем, и его грань мы не видим. Так где же это КМФИ, если не у конца Вселенной?
Начнём с самого Большого взрыва, чтобы затем прийти к КМФИ.
Один небольшой огонёк создаёт пространство, в котором не может существовать тьма. Свет изгоняет тьму. И как бы она не пыталась, тьма не может покорить свет.
— Дональд Л. Хикс
И хотя кажется неизбежным, что тьма, в конце концов, выиграет, когда последний фотон света покинет поле зрения, этот момент настанет гораздо позже, чем кто-либо ожидает. Среди присланных вами вопросов выделяется следующий, заданный Эндрю Доддсом:
Я обратил внимание на одну звёздную систему – Люман 16 – состоящую из двух коричневых карликов. Мне интересно – возможно ли, что такие системы объединятся друг с другом после падения по спирали, и сформируют красного карлика? И если да, значит ли это, что у нас будут звёзды даже через много триллионов лет?
Сегодня легко смотреть на Вселенную, особенно со всем доступным нам оборудованием, и заключать, что нашему взору предстаёт почти неограниченный запас материала. И чем дольше мы смотрим, тем больше видим!
Тихо, одна за другой, на бескрайних небесных лугах
Ангельскими цветами распускались прекрасные звезды
— Лонгфелло
Отмечая 25-летие запуска космического телескопа им. Хаббла было естественно выбрать из ваших вопросов письмо от Жерара, обратившего внимание на две вещи, которые вы можете счесть несвязанными друг с другом, хотя они и связаны. Он спрашивает:
Учёные рассказывают о почти идеальной равномерности КМФИ. Откуда они знают, что измеренные расхождения в равномерности не возникают из-за отсутствия хороших поправок для галактик, находящихся в поле зрения измеряющих излучение телескопов?
Можно подумать, что это никак не связано с Хабблом, но это не так. Вернёмся к началу истории и проследим за её развитием.
Свет считает, что он быстрее всех, но он ошибается: неважно, как быстро летит свет — темнота уже на месте и дожидается его.
— Терри Пратчетт
Если мы смотрим на Вселенную, мы видим точечки света, рассыпанные по огромной пустой темноте неба: звёзды, галактики, туманности и так далее. Но в далёком прошлом было время, до того, как все эти объекты сформировались и незадолго до Большого взрыва, когда Вселенная была заполнена светом. На этой неделе профессор химии Фабио Гоччо не смог ответить на один вопрос и отправил его в нашу рубрику:
Я пытаюсь держать студентов в курсе происходящего, используя материалы вашего блога. Недавно во время обсуждения Большого взрыва был задан хороший вопрос: откуда в КМФИ взялись фотоны? Как я понимаю, они появились в результате аннигиляции пар частиц/античастиц, получившихся в результате квантовых флюктуацию после инфляции. Но не должна ли была эта энергия «вернуться», поскольку они изначально были «взяты взаймы» для создания пар частица/античастица?
Некоторые вещи в вопросе Фабио очень точно сформулированы, но в нём есть и заблуждения. Давайте для начала рассмотрим КМФИ и вопрос его происхождения в далёком прошлом.
Если наши "стандартные свечи" окажутся не очень стандартными, останется ли тёмная энергия?
Одни: «Мир кончится в огне!»
-«Нет, — сгубит лёд!»
Коль страсти пыл известен мне,
Я б предпочёл гореть в огне.
Но если дважды гибель ждёт,
Сколь хрупок мир, могу понять,
Познавши ненависти лёд:
Чтоб мир сломать
И лёд сойдёт.
— Роберт Фрост
Периодически в науке происходят потрясающие открытия, навсегда меняющие наше представление о Вселенной. В конце 1990-х наблюдения удалённых сверхновых чётко показали, что Вселенная не просто расширяется, но что удалённые галактики увеличивают скорость убегания от нас. Это открытие, удостоенное Нобелевской премии, рассказало нам о судьбе нашей Вселенной. Но среди ваших вопросов на этой неделе есть вопрос от Жуана Карлоса, упомянувшего новое исследование, и задавшего вопрос по его поводу:
Я тут прочитал статью на Eurekalert и подумал, что и вам тоже нужно её прочесть. Не могу дождаться ваших комментариев о ней.
Статья была написана по пресс-релизу Аризонского университета – я был там постдоком всего несколько лет назад. В ней говорится следующее:
Читать полностью »
