YouTube Transcript:
Самый непостижимый вопрос о Вселенной_
Skip watching entire videos - get the full transcript, search for keywords, and copy with one click.
Share:
Video Transcript
View:
[музыка]
Во Вселенной мы можем встретить
невероятные и необъяснимые аномалии. Об
одной из них мы и поговорим сегодня. И
речь пойдёт о реликтовом холодном пятне,
известном также как сверхпустота
Эридана, удалённая от Земли на 3 млрд
световых лет. Эта очень тёмная область
находится в созвездии Эридан, и её
протяжённость почти 2 млрд световых лет.
Чтобы понять, насколько это огромное
пространство, можно привести в пример
размер диска нашей галактики, который
оценивается всего в 100.000 световых
лет. А это значит, что областьна может
вместить в себя 20.000 таких галактик,
как наша. И как же так вышло, что в этой
области вселенной ничего нет? Ни звёзд,
ни планет, ни галактик. Там лишь тьма и
пустота. В общем, пустая локация для
новых проектов. Если бы там каким-либо
образом оказался космический аппарат, то
он бы не смог видеть, слышать и даже
сориентироваться. Что делает это место
ещё более зловещим и загадочным? Нам
известно лишь то, что сверхпустота
Иредана представляет из себя гигантскую
тёмную область, температура излучения
которая была гораздо меньше, чем у
окружающего пространства. Это подобно
тому, как если бы вы нашли в сугробе
снега пустоту размером стеннисный мяч,
которая не только отделилась от
остальной массы снега, но ещё имеет
гораздо более низкую температуру. И у
этого явления должно быть какое-то
объяснение. Объяснение должно быть и у
сверхпустоты Эридана. Конечно, во
Вселенной довольно давно обнаруживают
пустоты, где нет никакого вещества ни
тёмного, ни светлого. Однако размеры
Эридана в мироздании поистине изумляют.
Она в тысячу раз больше обычных пустот,
разделяющих суперскопление галактик.
Согласно стандартной модели, космологии,
подобной области вообще не должно быть.
Как появилось такое реликтовое холодное
пятно и какой интерес представляет для
нас эта аномалия? Давайте сначала
разберёмся, что вообще такое реликтовое
излучение. Если простыми словами, то это
космический микроволновой фон, невидимой
без специального оборудования. Согласно
теории Большого взрыва, реликтвого во
излучения является затухающим отголоском
или отблеском этого самого взрыва. Само
слово реликтовой в переводе с латыни
означает остаточный, но также имеет
значение как древний или вечный. В целом
реликтовое излучение отличается
однородностью, однако в нём всё же
встречается аномалия. Самая крупная из
них - та самая сверхпустота Эридана.
Интересен и тот факт, что средняя
температура и, соответственно, общий
микроволновой фон в этой области заметно
ниже всей остальной вселенной. Если
приводить конкретные цифры, то
температура пустоты Эриданы на 70
микрокельв ниже средней температуры
реликтового излучения. Данная цифра
может показаться, мягко говоря, совсем
незначительной. Однако средние колебания
температуры реликтового излучения не
превышают 18 микрокельв, а это крайне
необычно, поскольку в этой космической
пустоте предположительно отсутствует
какая-либо материя. И, конечно, эти
необъяснимые вещи до сих пор порождают
множество теорий и версий. Например,
было предположение, что эта область
является всепожирающей гигантской чёрной
дырой, и она движется к нам, и мы все
умрём. Однако позже выяснилось, что это
невозможно, ведь даже самые крупные из
этих загадочных объектов, достигающих по
некоторым оценкам сотен миллионов
солнечных масс, очень малы по своим
размерам. Есть также гипотеза, что вся
пустота могла возникнуть неподалёку от
очень массивных объектов, которым, как
железные опилки к магниту, притягивалось
всё вещество из соседних областей
Вселенной. Но эта версия порождает лишь
огромную путаницу. Далее появилась
теория, что реликтовое холодное пятно
может быть отпечатком другой вселенной
за пределами нашей, вызванным квантовой
запутанностью между вселеннами до
разделения космической инфляции. Но даже
сложные термины не смогли бы спасти эту
версию. И мы понимаем, что здесь что-то
другое. Всё, что у нас есть - это лишь
время. А благодаря ему у нас появляются
новые данные, которые помогают нам
узнать, что скрывает самая крупная
индивидуальная структура во Вселенной,
которую наблюдал когда-либо человек.
Итак, начнём с того, что не так давно
была составлена карта реликтового
излучения и сверхпустоты Эридана. Это
стало возможным благодаря базе данных
космических обсерваторий и телескопов.
Полученная информация оказалась
достаточно для построения трёхмерной
карты холодного пятна, на основании чего
были получены свидетельства того, что
сверхпустота Эридана может представлять
собой крупнейший во Вселенной Войд,
участок пространства свободного от
галактик, квазаров, их скоплений и
звёзд. Однако войд - это не абсолютная
пустота, а та область, в которой средняя
плотность вещества составляет половину
или, быть может, треть средней плотности
окружающего войд пространства.
Особенностью этого предположения состоит
в том, что чем более пуста область
пространства, как в случае с реликтовым
пятном, тем меньше она содержит вещества
для замедления расширения. Таким
образом, скорость локального расширения
в войде больше, чем в окружающих его
областях. Отсюда разница в температуре и
внешнем фоне. Данное объяснение выглядит
весьма вразумительным, но с другой
стороны, оно порождает больше вопросов,
чем ответов. Во-первых, крупнейший
известный войд имеет протяжённость
489 млн световых лет. Во-вторых,
остаётся совершенно неясным, как пустота
подобных размеров могла возникнуть и,
наконец, почему она не была хотя бы
частично заполнена со временем. Ведь
согласно теории Большого взрыва, тёмная
энергия расширяет вселену, тем самым
ускоряя её. Однако это не произошло в
случае сверхпустоты Эридана. Вопрос:
почему? И здесь мы подходим к ещё одной
любопытной теории. Что если тёмной
энергии вообще нет? Ведь, согласно
наблюдениям, позволившим астрономам
сделать вывод о её существовании, можно
также предположить, что наша галактика
лежит в центре гигантской космической
пустоты или войда, и неравномерное
расширение пространства, вызванное
вариациями плотности материи в
грандиозных масштабах, может порождать
эффект, которую знает как тёмная
энергия. Но на этом теория не
заканчивается, она только набирает
обороты. Считается, что местная группа
галактик, в которую входит и Млечный
путь, находится в центре самой крупной
известной пустоты во Вселенной. Это
обстоятельство помогает объяснить,
почему скорость расширения Вселенной
получается разной при её измерении
разными методами. Нам также известно,
что во Вселенной существуют плотные
скопления галактик и практически
лишённые галактик пустоты. Как следует
из расчётов, войд, в центре которого мы
находимся, самый большой из всех
обнаруженных пустот Вселенной. Его
диаметр в семь раз превышает средний
радиус вселенских пустот и составляет
примерно миллиард световых лет. Самый,
пожалуй, интересный вывод из нашего
галактического одиночества сводится к
тому, что, возможно, Вселенная не
расширяется с ускорением, а,
следовательно, для объяснения этого
ускорения не нужна и гипотеза о тёмной
энергии. Новые подробности вызвали ещё
больше вопросов, и теории, догадки и
предположения продолжает пополнять
список. Лишь более тщательные и
продолжительные наблюдения за участком
звёздного неба в районе созвездий
Эридана позволят понять, с чем мы имеем
дело. Но факт остаётся фактом.
Сверхпустота Иридана - это самая
загадочная часть Вселенной. На
постижение тайн, которой уйдёт много сил
и времени.
Чем глубже человечество погружается в
изучение космического пространства, тем
больше загадок преподносит нам
вселенная. Причём большинство из них не
в состоянии разгадать. До сих пор нет
прямого подтверждения существования
тёмной материи и тёмной энергии, а
новейшие космические телескопы позволяют
астрофизикам объяснить природу
миниатюрных чёрных дыр, звёзд сирот или
необычных скоплений галактики. При этом
новое открытие не подтверждает, а в ряде
случаев опровергает устоявшиеся взгляды
на устройство Вселенной. Сложившаяся
ситуация ставит научное сообщество перед
необходимостью искать новые гипотезы и
ответы на вопросы об устройстве
космического пространства. Несомненно, в
этом нам помогают космические и наземные
телескопы и
обсерватории. Телескопы, такие как Хабл
и Джеймс Уэб, в этом очень преуспели. Но
сегодня мы поговорим не о них, а о их
внуке. малоизвестном космическом
телескопе, носящей имя Евклит, и его
потрясающих открытиях, о которых мало
кто слышал. Что же представляет из себя
эта орбитальная обсерватория, созданная
Европейским космическим агентством? Для
начала стоит упомянуть о том, что
аппарат был успешно запущен со стартовой
площадки SLC40 космодрома Канаверов 1
июля 2023 года. Перелёт до рабочей
орбиты вокруг точки Лагранже L2 занял 4
недели. Научная программа начала
выполняться спустя 3 месяца после
запуска. 31 июля 2023 года аппарат
Евклит завершил перелёт до рабочей
голоорбиты вокруг точки Лагранжа L2. За
это время обсерватория откалибровала
датчик точного наведения, включила
приборы и скорректировала положение
вторичного зеркала. Процесс подготовки к
наблюдениям занял 2 месяца. Цель миссии
заключается в лучшем понимании геометрии
тёмной материи и тёмной энергии
посредством очень точного измерения
ускорения расширения Вселенной. Для
этого аппарат уже сейчас измеряет
красные смещения галактик, находящихся
на разном расстоянии от Земли.
Обсерватория состоит из почти
полутораметрового телескопа корша,
камеры Виз, спектрометра и фотометра
Низп, ведущих наблюдение в оптическом и
ближнем инфракрасном диапазонах. 7
ноября 2023 года телескоп представил
первые полноценные изображение космоса.
Аппарат получил невероятно чёткие
астрономические изображения большого
участка неба, заглядывающее глубоко в
далёкую вселенну. Первые пять
изображений иллюстрируют весь потенциал
Евклида в создании самой обширной
трёхмерной карты вселенной. Итак, начнём
с того, что телескоп представил первую
секцию своего грандиозного космического
атласа карты Вселенной, которая нацелена
на изучение тёмной материи и тёмной
энергии, о которой мы, несомненно,
поговорим чуть позже. Эти первые
изображения представляют собой небольшую
часть будущей гигантской 3D-карты,
которую он создаст для раскрытия тайн
тёмной стороны космоса. Первоначальные
изображения охватывают области с
миллионами галактик, многие из которых
никогда раньше не были видны. Например,
в одном из снимков, сделанных Евклидом,
наблюдается скопление галактик Персея,
находящиеся на расстоянии 240 млн
световых лет от Земли. На этом
изображении видны более тысячи галактик
в этом скоплении, а также тысячи более
далёких объектов, что даёт представление
о распределении материи во Вселенной.
Благодаря высокой точности и способности
телескопа улавливать как видимый, так
инфракрасный свет, астрономы могут
исследовать не только обычную видимую
материю, но и взаимодействие галактик с
тёмной материей. Телескоп Евклит с его
мощной
шестисотмегапиксельной камерой позволяет
фиксировать мельчайшие детали, которые
ранее были недоступны астрономам.
Несмотря на то, что это всего лишь 1% от
запланированной карты, телескоп уже
зафиксировал множество интересных
космических объектов. Фрагмент карты
отображает миллионы звёзд нашей
галактики Млечный путь, а также около 14
млн далёких галактик за её пределами.
Эта обширная космическая мозаика,
создана на основании 260 наблюдений,
полученных телескопом в течение 7
месяцев, и содержит 208 гигапикселей
данных. Изображённая область в 500 раз
превосходит по размеру полный диск Луны.
Также стоит упомянуть, что телескоп
Евклит заснял взаимодействие двух
галактик
ESO364 G035 и
G036 на расстоянии 420 млн световых лет.
Справа на изображении видна
галактическая группа Able
3381, находящаяся на удалении
678 млн световых лет от нашей планеты.
Есть ли там жизнь? А как вы думаете? На
самом деле это впечатляющее изображение.
Первый шаг к обширной карте, которай в
течение 6 лет охватит более трети
небесного свода. Хотя это всего лишь 1%
карты, она содержит множество объектов,
которые помогут найти новые способы
описания космоса. Одной из особенностей,
которая завораживает в этой мозаике,
являются тусклые облака, простирающиеся
между звёздами в Млечном пути. На
широких снимках они изображены как
светло-голубые полосы на фоне космоса.
Эти полосы состоят из смеси, газы и
пыли, и их нередко описывают как
галактические перистые облака из-за их
сходства с облаками на Земле.
Способностьклида запечатлевать эти
облака связано с их способностью
отражать свет от Млечного пути и ярко
светиться в далёком инфракрасном
диапазоне. Это всего лишь первая
страница космического атласа Евклида и
крошечный кусочек карты Вселенной,
которые он в конечном итоге создаст. Уже
около 12% запланированного сбора данных
Евклиц завершено. Публикация
53гра²сора, включая предварительный
просмотр областей, запланирована на март
2025 года. Космологические данные
первого года миссии будут представлены
научному сообществу в 2026 году. Но, как
мы уже узнали, цель телескопа не просто
сделать красивые снимки бездонного
космоса, составляя карту Вселенной, а
узнать суть тёмной материи и энергии.
Это, пожалуй, самые загадочные вещи во
Вселенной, из-за которых астрофизики
чувствуют себя как дети, заблудившиеся в
лесу со странными именами, которые не
отражают суть. Представьте себе, 85%
массы Вселенной - это тёмная материя. А
ещё 70% от того, что заставляет
Вселенную ускоряться - это тёмная
энергия. И никто до конца не понимает,
что это вообще такое. Но давайте
попробуем немного осветить эту сторону
тьмы
космоса. Правда в том, что тёмная
материя - это как тот сосед, который
никто никогда не видел, но весь дом
знает, что он существует, потому что в
руках у него перфоратор. Да, мы не видим
её. Она не светится, не отражает свет и
даже не участвует в вечеринках в честь
законов
электромагнетизма. Но её присутствие
выдаёт гравитация. Тёмная материя
заставляет галактики вести себя так, как
будто они набрали лишний вес, хотя
никаких видимых следов этого веса нет.
Астрофизики догадались, что если бы не
было тёмной материи, звёзды в галактиках
давно бы разлетелись в разные стороны,
как конфетти на праздниках. Потому что
их видимой массы недостаточно, чтобы
удерживать их вместе. Тёмная материя -
это своего рода клей, который держит всё
на своих местах. Только этот клей
невидимый и непонятный. Это как если бы
вы пытались сделать бутерброд, но хлеб у
вас был бы прозрачным, вы бы знали, что
он есть, потому что масло и колбаса
как-то остаются на одном уровне, но
визуально абсолютная пустота.
Тёмная энергия же - это совершенно
другой уровень странности. Если тёмная
материя - это загадочный сосед, то
тёмная энергия - это безумная
строительная компания, которая решила
расширить дом, в котором вы обитаете.
Причём каждый день делает это всё
быстрее и по-своему. Именно она
заставляет Вселенную расширяться с
ускорением. Обычно ведь ожидали, что
после большого взрыва пространство со
временем должно замедляться.
Но тут как будто гравитация устала и
взяла отпуск, а тёмная энергия решила,
что Вселенной срочно нужно больше место.
Как работает тёмная энергия? Большой
вопрос. Какая-то космологическая сила,
которая заполняет всё пространство. И
чем больше этого пространства, тем
больше этой энергии. Получается, что
тёмная энергия как будто заводится от
самого процесса расширения. Она как
вечный двигатель на космическом уровне,
разгоняющий вселенную до бесконечность.
Конечно, все эти концепции пока больше
напоминает детектив Бесконцовки, где
подозреваемые - это явления, которые
никто не видел, но которые оставили
чёткие следы на месте преступления. Мы
точно знаем, что тёмная материя есть,
потому что она деформирует траектории
движения галактик. И знаем, что тёмная
энергия есть, потому что космос упорно
продолжает расширяться. Однако всё это
мы не можем увидеть из-за того, что её
частица не излучает, не отражает и не
поглощает свет. Именно поэтому до 2030
года телескоп Евклит будет наблюдать за
8 млрдами галактик в инфракрасном и
видимом свете. В некоторых случаях свет
от них на пути к Земле будет проходить
близко к тёмной материи. Тогда
гравитационное поле Земли искривит
траекторию света, и галактики на снимках
будут выглядеть искажёнными. Анализируя
характер искажений, астрономы смогут
заставить карту распределения тёмной
материи по истории вселенной. Миссия
вряд ли даст ответ на вопрос, что такое
тёмная материя, но хотя бы должна
показать, где она находится и как себя
ведёт. И мы можем не сомневаться, что
телескоп Евклит сделает огромный вклад в
понимание тёмной материи во
Вселенной. Чем больше энтропия, тем
менее упорядочена система. В состоянии
равновесия энтропия
максимальна. Больсманом в XIX веке была
доказана теорема, которая гласит, что в
замкнутой системе энтропия со временем
всегда возрастает. К примеру, давайте
возьмём шарик с гелием. Поместим его в
угол комнаты. Затем он лопается. Газ
через некоторое время распространится по
всей комнате, заполнив её равномерно.
Таким образом, энтропия газа
увеличивается до максимума. И сколько бы
мы не ждали, гелий никогда не соберётся
обратно в сферу в углу комнаты. Это
говорит о необратимости процессов в
нашем мире. Ну а давайте взглянем на
каждый шарик по отдельности. Дело в том,
что для каждого шарика мы можем узнать
точности, его скорость и координаты, а
также действующую на него силу. Из
второго закона Ньютона мы можем узнать
ускорение и движение к каждой отдельной
частичке. И если повернуть время вспять,
свою форму закон не изменит. Это
означает, что и движение каждого
отдельного шарика тоже обратимо. Из
конечного состояния шарика можно понять,
откуда он пришёл и как движется. Но
движение всех шариков вместе взятых
оказывается
необратимым. Французский математик
Андрий Паункаре для определённого типа
систем заметил интересную вещь. В
результате эволюции этих систем со
временем они возвращались в своё
первоначальное состояние, хотя
изначально казалось, что стремятся они
лишь в сторону хаоса. Да, действительно,
газ и шарика в одну кучу обратно не
соберётся, но что, если подождать ещё
дольше? Что если цикл по Ункаре для
такой системы очень большой? Есть целые
космологические модели, основанные на
гипотезе возврата по Ункаре. Одна из них
принадлежит известному математику
Пинроузу. По его мнению, вселенная
сначала раздувается, затем схлопывается
обратно, затем снова взрывается,
раздувается и вновь схлопывается,
повторяя в точности предыдущий цикл.
Статистическая механика подразумевает,
что при наличии достаточного времени
системы, близкие к равновесию, будут
спонтанно переходить в состояние с более
низкой энтропией, локально обращая
термодинамическую стрелу времени вспять.
Именно Больсман давно понял, что второй
закон термодинамики, утверждающий, что
энтропия замкнутой системы никогда не
убывает, не является абсолютным законом.
Для наглядности давайте представим кубик
льда в стакане воды, который абсолютно
изолирован от остальной вселенной. Наш
мысленный эксперимент будет длиться
бесконечно долго. И, кстати, вы, Питер
Пен, и игнорируете гравитацию.
Традиционная термодинамика
предсказывает, что кубик льда растает, и
через несколько минут мы получим стакан
с более холодной водой. Мы продолжаем
ждать ещё достаточно долго, левитируя
над стаканчиком. И вот уже
статистическая механика предсказывает,
что кубик льда в конечном итоге снова
сформируется. Если бы мы увидели такое
чудесное явление, то пришли бы к выводу,
что эволюция во времени процесса
повторного формирования кубика льда
будет с высокой вероятностью примерно
эквивалентно обращению процесса во
времени. Пример с пончиком здесь
появился неспроста. Дело в том, что
карты реликтового излучения, сделанные с
помощью телескопов таких как Wap и
Планк, показали в больших масштабах
интригующее количество отсутствующих
пертурбаций. Это весёлое слово означает
отклонение небесного тела от орбиты под
влиянием иных сил, кроме гравитационного
притяжения центра масс системы, таких
как другие небесные тела или
сопротивление среды. Для того, чтобы
выяснить, могут ли эти отсутствующие
петурбации быть вызваны многосвязной
вселенной, были проведены множество
компьютерных симуляций того, как
выглядело бы реликтовое излучение, если
бы Вселенная представляла собой
гигантский трёхмерный пончик, где космос
соединён сам с собой во всех трёх
измерениях. Да. Свойство наблюдаемых
флуктуаций, то есть отклонения от
среднего значения случайной величины,
характеризующие систему из большого
числа хаотично взаимодействующих частиц
реликтового излучения показывают
недостающую мощность в масштабах,
превышающий размер Вселенной.
Отсутствующие мощности означает, что
флуктуации в реликтовом излучении не
присутствуют в таких масштабах и что
наша вселенная всё-таки многосвязна и
конечна.
Если взять слова попроще, похоже, что в
космическом микроволновом фоне
отсутствуют сигналы, которые обязательно
должны быть, если бы вселенная была
действительно бесконечной. Одной из
объяснений этого предполагает, что
топология вселенной изогнута таким
образом, что она соединяется обратно
сама с собой, как пончик или бублик
межгалактических масштабах. Точно так
же, как вы можете свернуть в трубочку
лис бумаги, не изменяя его параллельных
свойств, вселенная может иметь форму
пончика, оставаясь при этом плоской.
Именно это и обнаружили исследователи с
помощью моделирования космического
микроволнового фона. Получается, что по
сравнению со стандартной космологической
моделью, которая считается бесконечной,
мы обнаружили гораздо лучшее
соответствие наблюдаемым флуктуациям.
Такая вселенная должна иметь предел, и
всё великое пространство может быть
всего в четыре раза больше, чем пределы
наблюдаемой вселенной человеком. И
размер её составляет 47 млрд световых
лет в диаметре. Вселенная может быть
замкнутая в трёх измерениях и иметь, на
самом деле, форму трёхмерного пончика.
Модели конечной вселенной могут быть
пугающими для некоторых людей, но вы не
почувствуете этих границ. И
клаустрофобии тоже не будет. По сути, вы
просто живёте в безграничной вселенной,
хотя она и имеет конечный объём. Но даже
если вы не обязательно попадёте на край
этой конечной вселенной, сможете ли вы
обогнуть её, вернуться туда, откуда
начали? Теоретически да. Ведь свет может
путешествовать по всей конечной
вселенной. Но для этого потребуются
миллиарды лет. Интересно, как наша
вселенная в виде пончика выглядит со
стороны, возможно, лежащими с
остальными. Что будет, если рядом с
землёй взорвётся сверхнова? На самом
деле ответов три, среди которых есть не
очень утешительные. Но прежде, чем мы
получим на них ответы, давайте попробуем
разобраться, что из себя представляет
рождение сверхновой и почему даже, когда
они находятся очень далеко, могут
нанести вред всему живому. Итак,
сверхновая звезда или вспышка
сверхновой- явление, в ходе которого
звезда резко увеличивает свою светимость
с последующим сравнительно медленным
затуханием вспышки. Сверхновые звёзды
наблюдаются постфактом. То есть, когда
событие уже произошло и его излучение
достигло наших восторженных глаз,
сверхновая возникает там, где происходит
изменение ядра или центра звезды.
Изменение может происходить двумя
различными способами, и оба они приводят
к появлению сверхновой. Первый тип
сверхновых образуется в двойных звёздных
системах. Двойные звёзды - это две
звезды, вращающиеся вокруг одной и той
же точки. Одна из звёзд, белый карлик,
ловко крадёт материю у своей звезды
компаньона. В конце концов, белый карлик
накапливает неуместно много материи, а
наличие слишком большого количества
материи приводит к взрыву звезды. Так и
образуется сверхновая. Второй тип
сверхновых появляется в конце жизни
одной звезды. Когда у звезды
заканчивается ядерное топливо, часть её
массы падает в ядро. В конце концов ядро
становится настолько тяжёлым, что не
может противостоять собственной силе
гравитации. Ядро разрушается, что
приводит к гигантскому взрыву сверхновой
звезды. Мощный взрыв сверхного является
финальным этапом эволюции, в результате
которого во Вселенной образуется новое
астрономическое тело: нейтронная звезда
или чёрная дыра. Какой именно объект
преобразуется сверхновае зависит от
того, как прошёл предыдущий этап
эволюции. Если гравитационный коллапс
был остановлен за счёт внутреннего
давления, то появляется нейтронная
звезда. Такие звёзды отличаются
компактностью. Радиус не превышает 10 км
высокой плотностью до миллирда тонн на 1
ку смет и очень большой массой по
сравнению с солнцем до 2 с по раза
больше. После взрыва сверхновых остаются
нейтронные звёзды двух типов: пульсары и
магнитары. Первые почти в 10 раз тяжелее
солнца, вторые в 40 раз. Пульсары
вращаются вокруг своей оси с большей
скоростью, из-за чего создаётся
энергетическое поле, а полюса
выбрасывают радиационные импульсы.
Мощность магнитного поля магнетаров
примерно в 50 триллинв раз мощнее того,
которое окружает землю. Если масса
сверхновая превышает солнечную в 40 раз,
то после взрыва сверхновой звезды
образуется магнитар с вероятностью 100%.
Чёрные дыры появляются в результате
гравитационного коллапса. Вероятность
подобного исхода крайне высока в тех
случаях, когда масса верхного превышает
солнечную в 100 раз и более. Чёрные дыры
утягивают невероятно огромные объёмы
частиц каждую секунду. Объёмы
сопоставимые с миллионами земных масс.
Избыточная энергия отдаётся обратно в
космическое пространство в виде
излучения. Именно такое будущее ждёт
одной из ближайших к нам звёзд. Да, это
звездательгейзи, которая уже в 20 раз
массивнее нашего солнца. Сейчас она
находится в стадии красного гиганта. А
это предсмертная фаза, хоть и
долговременная. Бательгейзы - одна из
самых ярких звёзд на небе.
Краснопятнышко в созвездии Ариона
продолжает удивлять своим раздутым
поведением. Ещё в конце 2020 году она
ослабла, но сейчас вновь вернулась и
стала ярче на 50% за считанные недели.
Именно это и привело к слухам о том, что
бетельгейзы готовятся взорваться и счёт
идёт не на сотни лет, а на десятилетия
или даже годы. В конечном итоге, когда у
звезды закончится всё топливо, она
сколапсирует под действием гравитации и
превратится в сверхнову. А что, если
баттельгейзе взорвётся прямо сейчас?
Стоит ли собирать чемоданы, припасы и
хватать на пуганную морскую свинку ещё
бункер? Да, иногда люди начинают что-то
делать, когда уже слишком поздно. И
последний звездолёт покинул станцию. А
ко всему лучше быть готовым заранее. Но
как узнать и к чему вообще, и как
готовиться? Ведь наша жизнь полна
сюрпризов. В этом нам поможет.
Итак, если речь идёт о баттельгейзе, то
нам не стоит ждать большой опасности.
Да, зрелище будет впечатляющим, но землю
не накроет ударной волной. Небоскрёбы не
будут падать, как спички, море не
поднимется стеной, и жители земли не
воспламенятся, как в последний день
апокалипсиса. Прости, Танос. Тогда что
мы увидим? Согласно расчётам, это должен
быть взрыв сверхновой второго типа.
Это означает, что бетельгейза для
наблюдателя, находящегося в её системе,
будет на короткое время примерно в 500
млн раз ярче, чем наше солнце. Да,
действительно, это ослепительно ярко.
Однако очевидно, что мы не находимся на
орбите Бательгейзе. Так насколько же
яркая будет звезда Бательгейзе для нас?
Принимая во внимание расстояние от Земли
до гиганта, расчёты показывают, что
яркость Бетельгейзы будет примерно равна
половине яркости Луны. Совершенно точно
бетальгейза будет видна как днём, так и
ночью. Однако это не будет выглядеть как
второе солнце. Днём Бательгейзия будет
выглядеть как довольно яркая, крупная
точка, существенно крупнее, чем обычная
звезда, но меньше, чем солнце. В ночное
время Батальгейзи будет выглядеть как
такая же крупная яркая точка, сравнимая
по яркости с луной. Следующие месяцы
бетальгейзия начала бы понемногу
гаснуть, но всё ещё просматривалась бы
днём до полугода или года. Ещё около 2
лет её можно было бы наблюдать
невооружённым глазом в ночном небе, и
только тогда она исчезла бы. К
сожалению, никакой разлетающейся в
разные стороны туманности вокруг
взорвавшейся сверхновой сразу увидеть
будет нельзя. Это дело достаточно
длинного промежутка времени, так что до
появления эффектной туманности вокруг
некогда погибшей звезды придётся
подождать несколько лет. Хотя астрономы
со своими мощными телескопами увидят
сброшенную звездой оболочку гораздо
раньше. Дело в том, что большой босс
Бетальгейзы находится в 642 световых
годах от Земли, поэтому её превращение в
сверхновую максимум привело бы к тому,
что нашу планету накрыл бы дождь без
массовых частиц, которые называется
нейтрина. К счастью, они не могут
нанести нам никакого вреда, поскольку
нейтрина - это призрачные частицы,
которые вообще едва взаимодействуют с
миром. Взгляните на свою правую ногу.
Через неё ежесекундно проходит триллион
нейтрина от солнца. Вы не видите этого
потока, потому что нейтрина практически
не влияет на обыкновенную материю. Из
этой лавины частиц в среднем лишь один
нейтрина в несколько лет зацепит
какой-нибудь плохо закреплённый атом
вашего тела. История показывает, что по
меньшей мере десяток вспышек сверхновых
в далёком прошлом мы благополучно
пережили. и некоторые были не так далеко
от нас. Исследователям даже удалось
изучить последствия этих вспышек. Не
потому, что это было страшно, а потому,
что страшно интересно. И оказалось, что
да, некоторые последствия есть. В
частности, геологические слои Земли,
соответствующие конкретным временным
периодам, содержат некоторую
концентрацию редких изотопов,
образоваться которые могли лишь под
действием избыточного гаммоизлучения. Но
количество этих изотопов ограничиваются
лишь несколькими атомами на тонну
вещества. Никто бы не нашёл, если бы не
искал специально, прямо как Индиана
Джонс. К этому можно добавить повышенную
концентрацию оксида азота во льдах
Антарктиды. Кстати, в далёкой от
серьёзной науки прессии регулярно
появляются публикация о возможном
исчезновении динозавров именно из-за
вспышки близкой Сверхновой. Увы, никаких
научных оснований они не имеют, ведь
следов возможной вспышки сверхновой в
отложениях эпохи, удалённой на несколько
миллионов лет, и в костях динозавров не
обнаружено. Но те сверхновые вспыхивали
далеко. Именно поэтому мы ещё здесь. А
что будет, если вспышка сверхновой
случится поблизости? Для начала было бы
правильным разобраться, что есть близко
и что есть далеко в межзвёздных
масштабах расстояний. Ближайшая к нам
звезда Проксима Центавра - Красный
карлик. В сотни раз тусклее солнца,
расположена на расстоянии примерно
четырёх световых года. Ни при каких
обстоятельствах данная звезда не сможет
угрожать нам вспышкой сверхновой, даже
если сильно разозлится. И находящиеся
лишь чуть дальше компоненты той же
системы, альфа-центавры и звёзды,
подобные нашему солнцу, не смогут
завершить свою эволюцию столь феоричным
образом. Нужно искать звёзды
тяжеловесов, но таких в ближайшем
окружении солнца нет. Даже яркий процион
альфа малого пса всего в полтора раза
массивнее солнца. Нас же интересуют
звёзды с массой восемь солнечных и
тяжелее. Именно они заканчивают свою
эволюцию с торжеством и
салютом. И такая имеется. Перед вами
двойная звезда Акей Пигаса,
расположенный в 150 световых года от
нас, что почти в четыре раза ближе, чем
Бательгейзы. Ни одна из звёзд этой
системы не может дать вспышку сверхновой
самостоятельно, но совместными усилиями
это может получиться. Одна из звёзд
системы Пегаса является белым карликом.
Вторая вступила в стадию превращения в
красный гигант. Со временем злой карлик
начнёт перетягивать к себе верхние слои
пожилого гиганта, наращивая свою массу.
Достигнув определённого значения массы,
белый карлик получит возможность
вспыхнуть сверхновой звездой и
обязательно ей воспользуется. Но к тому
времени система IK Пегаса, стремительно
удаляющаяся от Солнца, будет уже на
гарантировано безопасном расстоянии.
Однако, если бы вспышка произошла прямо
сейчас, то совсем скоро мы бы ощутили её
последствия. В один прекрасный день мы
увидели бы на небе, как появляется
светило, сравнимое по яркости солнцем.
Вполне возможно, что на планете в
течение месяца или двух не будет ночей,
если выпадет так, что солнце и
сверхновое будет располагаться по разные
стороны от Земли. Видимый свет и
тепловое излучение от сверхновой звезды
приведёт к заметному росту температуры
на планете, хотя и временному. А
радиационный фон повысится в несколько
раз, что поставит каждого землянина в
условия космонавта в длительной миссии
на МКС. Но всё же жители нашей планеты
смогут укрыться от прямого излучения
сверхновой. Какое-то время земляне
укрывались бы от лёгкой звёздной
радиации, сидя по домам и играя в
тетрис, выходя на улицу лишь по крайней
необходимости, прикрывая кожу лица и рук
масками и перчатками. Все эти
теоретические рассуждения не ставят
целью готовить людей к преодолению ещё
одного
карантина. Но всё же давайте представим,
что если бы сверхновая взорвалась бы уже
всего в десяти световых годах от нас,
здесь исход будет уже катастрофическим.
Дело в том, что вспышка также образует
радиоактивное железо, что могло бы
привести к разрушению озонового слоя, и
проникновение на землю опасного
ультрафиолета запредельного уровня, что
привело бы к вымиранию всего живого на
планете. Бункере дадут какое-то время,
но и оно будет на исходе. И всё же можно
быть уверенными, вспышки сверхновых не
угрожают человечеству. Опасность падения
гигантского метеорита, глобальная
пандемия, климатический коллапс и
ядерная война гораздо более вероятны.
Да, в нашем обществе живёт много
страхов, порой беспочвных и
необоснованных. Страх - сильнейший яд,
который разрушает нас куда больше, чем
самая сильная радиация. Поэтому
хотелось, чтобы в нашей жизни страха
стало меньше, хотя бы на один. Но ничем
неоусловленный страх перед прекрасным
вселенским шоу, вспышкой из сверхновой
[музыка]
звезды. Живём ли мы в гигантской
пустоте, которая может разрешить загадку
расширения Вселенной? Прежде чем
ответить на этот вопрос, важно учесть,
что большинство теоретиков и астрономов
убеждены в том, что вселенная
расширяется. Так называемая постоянная
хабла точно определяет, насколько быстро
космические объекты удаляются друг от
друга. Но она не всегда согласуется с
реальными наблюдениями. Новый анализ
близ лежащих сверхновых свидетельствуют
о том, что это несоответствие может быть
вызвано из-за особенностей поведения
нашей части Вселенной. Возможно, мы
живём в огромном космическом пузыре с
низкой плотностью, который искажает наши
расчёты, но согласно господствующей
стандартной модели, такого не может
быть. Прошло почти столетие с тех пор,
как учёные впервые получили намёки на
расширение Вселенной. На сегодняшний
день непрерывное расширение является
основным доказательством большого
взрыва. С тех пор свет от того древнего
события растянулся до более длинных
волн. Но изучение космического
микроволнового фона позволило Эдвину
Хаблу и последующим астрономам вычислить
скорость расширения Вселенной.
Общепринятое значение составляет 70
км/ску на мегапорсек или
3,26 млн световых лет. Таким образом, на
каждый миллион световых лет галактика
или другой объект движется на 22 км/
быстрее. В большинстве случаев эта
константа точна, но различные
космические аномалии привели к
разногласиям в астрономии. Дело в том,
что при измерении скорости расширения с
использованием местных галактик и
сверхновых это значение оказывается
примерно на 10% завышенным. А недавние
наблюдения показали, что Млечный путь
расположен в огромной пустоте, где
плотность материи ниже, чем в окружающей
вселенной. Это может объяснить, почему
расширение вокруг нас происходит
быстрее. Но у этой гипотезы есть одна
серьёзная проблема. Стандартная модель
не учитывает пузырь низкой плотности в
космосе. Однако всё это основано на
теории гравитации, выдвинутый
Эйнштейном. Но с тех пор мы много узнали
о Вселенной, чего не знал выдающийся
учёный. Исследование объясняет
существование пустоты с помощью
модифицированной ньютоновской динамики
или Монт, теоретической модели,
предложенной в 1980х годах в качестве
альтернативы тёмной материи. В Монт есть
небольшие изменения в неютоновских
гравитационных расчётах, в основном при
очень низких ускорениях. Используя
сигналы ближайших сверхновых,
исследователи подтвердили, что это
изменение полностью устраняет
противоречивые показания, устраняя
хабловское противоречие. Разумеется, это
недоказанный факт. Это лишь одно из
нескольких предложенных решений проблемы
Хабла, которые другие исследователи
должны будут проанализировать. Другая
часть научного общества предположили,
что это более быстрое локальное
расширение может быть одинаковым везде.
Либо они попросту не могут измерить все
размеры Вселенной достаточно точно,
чтобы знать правильность стандартной
модели. Лучший способ узнать наверняка
расширить общую теорию относительности
на масштабы больше миллиона световых
лет. Но у нас сейчас нет возможности
измерить гравитацию без гравитационного
связного объекта того же масштаба. Если
предположить, что теория относительности
не постоянна, это может привести к новым
разногласиям, как и в случае с Хаблом.
Однако вернёмся к скорости расширения
Вселенной. Как правило, скорость
расширения описывается постоянной Хабло,
но различные методы измерения дают
разные результаты. Если коротко, то
постоянный Хабла определяет, насколько
быстро от нас удаляются другие
галактики, что якобы показывает скорость
расширения Вселенной. Например, с
помощью сверхновых или анализа
реликтового излучения выходит на похожие
данные, соответственно,
264 и 24.000 км на мегаперсек. Новая
теория предполагает, что вселенная
расширяется быстрее в окрестностях от
нас на расстоянии около 3 млрд световых
лет. Стандартная космологическая модель
это попросту не предусматривает. Проще
говоря, исследователи заявляют: "Земля
может находиться в той области космоса,
которая относительно пуста". Внутри
пустоты материи меньше, чем снаружи. Это
и объясняет отклонение в значении
постоянной Хабла. Итак, по данным
наблюдений и расчётов, получается, что
вблизи нашей галактики Вселенная
расширяется примерно на 10% быстрее, чем
вдали. Это верно для расстояния до 3
млрд световых лет от Земли. Если наше
значение постоянных Хабла верно для
всего космоса, то тогда и вселенная
должна быть моложе. А это уже
противоречит оценкам возраста самых
ранних звёзд и галактик, которые мы
можем разглядеть. Ещё одна особенность
наших окрестностей, которые не удаётся
объяснить с помощью стандартной
космологической модели - это Void KBS.
Огромная и относительно пустая область
космоса, где находится местная группа
галактик, в числе которых и Млечный
Путь. Существование Войда КБС
подтверждает наблюдение в оптическом,
инфракрасном, рентгеновском и
радиодиапазоне. Вообще Войд КБС является
огромной сравнительно пустой областью
пространства, которое содержит сам
Млечный путь и большую часть
сверхкластера Ланиакея. Этот воит
примерно сферической формы, около 2 млрд
сетовых лет в диаметре с Млечным путём в
пределах нескольких сотен миллионов
световых лет от его центра. Это
крупнейший супервойд известной науки. Он
значительно превосходит по размеру
супервой Эридана и даже гигантский войд.
Считается, что существование таких
пустот согласуется со стандартной
космологической моделью. С помощью войда
КБС было объяснено расхождение между
измерениями константы Хавла с
использованием галактических сверхновых
и цифедных переменных звёзд и данными
реликтового излучения и барионных
акустических колебаний. Галактики внутри
Войда испытывают гравитационное
притяжение от материи вне Войда, что
даёт большее локальное значение для
постоянной хабла. Так вот, по расчётам
получается, что плотность вещества в нём
примерно в два раза меньше, чем в
среднем во Вселенной. Поэтому
теоретически вещество в этом пузыре
пустоты должно двигаться туда, где
больше матери. Ранее исследователи
предполагали, что движение вещества в
нашем войде или пустоте может объяснить
напряжение Хабла. А в 2020 году авторы
нового исследования рассчитали, что
из-за влияния Войда оценка постоянной
Хабла в окрестностях Млечного пути
должна быть как раз на 11% выше, чем в
остальной вселенной. В новой работе
пересчитали модели Войда и сравнили
результаты с последним анализом данных
крупнейшего каталога, где собраны самые
точные расстояния до
56.000 галактик. Расчёты подтвердились и
совпали с данными наблюдений. Был сделан
вывод, что многие несостыковки
стандартной космологической модели с
наблюдениями можно разрешить, если
принять, что вселенная теряет свою
однородность быстрее, чем предсказывает
модель. И именно поэтому возникают
пустоты вроде Войда КБС. По той же
причине. Вероятно, после Большого взрыва
так быстро сформировались первые
галактики. Хотя авторы решают вопрос с
постоянной Хабло, они делают это ценой
отказа от стандартной космологической
модели, так как та не позволяет
Вселенной быть настолько неоднородной,
как получается в расчётах. Именно
поэтому в качестве альтернативы
стандартной модели исследователи
предложили рассмотреть модифицированную
ньютоновскую динамику Монт, о которой мы
говорили ранее. Такая гипотеза
действительно совместима с большими
неоднородностями Вселенной. Однако
недавняя работа по системам двойных
звёзд, похоже, закрыла возможность
использования Монт в
астрофизике. Это означает, что идея
по-прежнему нуждается в новой
космологической модели мироздания.
Вселенная поистине уникальна.
Свойства света и его влияния на нашу
жизнь не перестают удивлять. Свет или
электромагнитная волна играет
центральную роль во многих аспектах
нашей жизни и является ключевым понятием
в области физики. Фундаментальные
вопросы, такие как взаимодействие света
с материей, распространение световых
волн и перенос энергии стали основой
многих важных открытий и теорий физики.
Но если свет - это вид электромагнитного
излучения, который обычно ассоциируется
с видимой частью спектра, то что можно
сказать о понятии как тьма? Точнее,
понятие есть, но есть ли сам феномен?
Даже если вы выключите солнце, земля не
погрузится в полную беспродную тьму.
Свет от звёзд и даже всей вселенной
будет освещать ваше небо в данном
случае. Сама планета и всё, что на ней
находится, включая наши тела, тоже
излучает свет. И это будет видно в
инфракрасном диапазоне. Даже если вы
каким-то образом нашли способ выключить
солнце, надеемся, что вы не найдёте, то
даже в этом случае оно будет изучать
определённый уровень свечения, чуть ли
не вечно. На наш век и на многие века
вперёд хватит точно. Но, конечно, будет
жутковато не только от постоянной тьмы,
но и от сознания вечного холода. То
есть, пока у нас имеется возможность
видеть, мы и будем видеть. Ни один
оптический датчик не в состоянии
определить полную тьму или взять хотя бы
чёрные дыры, самый тёмный из
предполагаемых объектов. Даже они
способны излучать некоторый процент
света. Согласно некоторым теориям
физики, в отличие от сферы межличностных
отношений, свет всегда побеждает тьму,
прямо как добро зло. Электромагнитные
волны представляют собой совокупность
переменных электрических и магнитных
полей, которые распространяются через
пространство с определённой частотой и
длиной волны. Спектр электромагнитного
излучения включает помимо видимого света
также радиоволны, микроволны,
инфракрасная, ультрафиолетовая,
рентгеновская и
гаммаизлучения. Да, свет играет важную
роль в физике из-за способностей
взаимодействовать с материей и изменять
её свойства. При поглощении световых
частиц, подтонов атомы и молекулы
переходят на более высокие
энергетические уровни, что может вызвать
химические реакции, тепловое излучение,
изменение состояния материи и даже
ядерные реакции. Откуда же берётся сам
свет? Давайте рассмотрим, как это
происходит на примере испускания света с
солнцем. В нашей звезде происходят
многочисленные химические и термоядерные
реакции. которые сопровождается выходом
квантов света. Когда сталкиваются два
атома водорода, они соединяются в один
атом, называемый дейте, который легче,
чем атомы, из которых он образовался, а
лишняя энергия при этом выделяется в
виде фотона. Дейтерий, в свою очередь,
присоединяет к себе ещё один атом
водорода и образуется гелий 3, а также
вылетает и ещё один фотон. Когда же
сталкиваются два атома гелия 3,
образуются гелийчетыре. Два атома
водорода и ещё один фотон. Таким
образом, солнце из четырёх атомов
водорода производит один атом геля и три
фотона. Это только от одной цепочки
реакции. Каждый из этих фотонов несёт
большое количество энергии и в течение
десятков тысяч и миллионов лет
странствуют внутри солнца, сталкиваясь с
атомами, разогревая солнце и превращаясь
в десятки фотонов с меньшей энергией и
видимой глазом частотой. Рано или поздно
эти фотоны вылетают из солнца и
отправляются в долгое и печальное
странствие по космосу, а часть из них
прилетает к земле, даря нам свет и
тепло. Какие же есть физические
характеристики у света? Во-первых, это
скорость. Одна из самых важных
фундаментальных констант физики. В
вакууме она равна почти 300.000
км/ску. А вот, например, в воде эта
скорость будет меньше. А что можно
сказать о скорости тьмы? Насколько
быстро жуткая тьма накроет нас? Самый
простой ответ: скорость тьмы равна
скорости света. Выключите солнце, и наше
небо станет тёмным через 8 минут после
этого момента. То, что мы привыкли
называть скоростью света, является
скоростью распространения. И это не
всегда решающий фактор. Тень, падающая
на ландшафт, отбрасывается объектами. И
особенность этих объектов, а также
удалённость от них, будет определять, с
какой скоростью она будет падать.
Например, вращающийся прожектор маяка
освещает окружение с регулярным
интервалом. Однако относительная
скорость затемнения окружения возрастает
с возврастанием дистанции до самого
маяка. Если отойти от маяка достаточно
далеко, то тень будет настигать вас
быстрее, чем скорость распространения
света, не так ли? То же самое, например,
происходит с нейтронными звёздами в
космосе. Другими словами, в данном
случае скорость света будет означать
лишь задержку. Даже если маяк будет
направлен прямо на вас, вы увидите свет
не сразу, а с некоторой задержкой.
Однако это никак не повлияет на ход
событий, которые вы будете видеть,
находясь на своём месте. В любом случае
вас обнаружили и вам некуда бежать.
Более того, свету присуща длина волны.
Спектр видимого света - это как раз та
часть электромагнитного спектра, которую
может видеть человеческий глаз.
Конусообразные клетки в наших глазах
действуют как приёмники, настроенные на
длинный волн в этой узкой полосе
спектра. Другие части спектра имеют
слишком большие или слишком маленький и
энергичный длинный волн, чтобы мы могли
их увидеть. Когда объекты становятся
горячее, они излучают энергию с
преобладанием более коротких длин волн,
меняя цвет на наших глазах. Пламя
паяльной горелки меняет цвет с
красноватого на голубоватый, по мере
того, как его настраивают на более
горячее горение. Таким же образом, цвет
звёзд говорит об их температуре. Наше
солнце излучает больше жёлтого света,
чем любого другого, потому что
температура его поверхности составляет
5.500° поце. Если бы поверхность солнца
была холоднее, скажем, 3.000° поцесию,
оно выглядело бы красноватым, как звезда
Бательгейзы. Если бы солнце было
горячее, около 12.000°
поцесию, оно выглядело бы голубым, как
звезда Ригель. Отражение, преломление и
поглощение света являются основными
процессами, происходящими при
взаимодействии света с материей. Давайте
немного разберём каждый из них.
Отражение - это процесс, при котором
свет, отражающийся от объектов, попадает
на гладкую поверхность зеркала и затем
отражается обратно, давая нам
изображение объекта. То есть угол
падения света равен углу
отражения. Далее, преломление света -
это явление, при котором световые лучи
изменяют направление движения при
переходе из одной среды в другую с
разной плотностью. Это приводит к тому,
что объекты, находящиеся в воде, могут
выглядеть смещёнными или искажёнными по
сравнению с их положением в воздухе.
Именно поэтому лица в воде такие
жутковатые.
И, наконец, поглощение - это процесс,
при котором свет попадает на поверхность
объекта и преобразуется в другую форму
энергии, такую как тепло. Это происходит
из-за взаимодействия световых волн с
частицами материала. Например, при
освещении объекта синим светом объект
может поглотить все синие волны и
отражать красные и зелёные. В результате
объект будет казаться
зеленовато-красным.
Это объясняет, почему объекты имеют
определённый цвет. Они поглощают
некоторые световые волны и отражают
другие. И это вовсе не дело рук
чародеев. Итак, взаимодействие этих трёх
процессов определяет то, как мы
воспринимаем свет и видим объекты в
окружающем мире. Отражение и преломление
формируют изображение объектов, которые
мы видим в то время как поглощение
определяет их цвет и яркость. А вот в
отличие от света, тьма - это не
физическая категория, это скорее
относительное состояние. Даже не так.
Это субъективное восприятие состояний.
Фотоны могут отражаться, а могут и не
отражаться. Клетки и сетчатки могут
запускать процессы работы памяти, но не
могут объяснить субъективные ощущение
темноты. Так же, как и волны не могут
быть представлены чем-то большим, чем
нашим опытом наблюдения за цветом или
звуком. Наш субъективный опыт время от
времени изменяется. Однако отдельно
взятые части этого опыта лежат вне
времени. И в этом смысле можно говорить
о том, что тьма сама по себе не обладает
скоростью. Что есть скорость в общем
понимании и есть ли она вообще? Она
заранее предполагает наличие некого
пространства, в котором её можно
измерить. Однако в мире квантовой
физики, где привычные понятия обычной
физики нередко становятся бесполезными,
считается, что само по себе пространство
является одной из производных более
фундаментального уровня реальности, где
вообще нет никаких понятий, как
положение, дистанция или та же скорость.
В заключении попробуем сделать некоторые
выводы и проясним. Как важны и
неразрывно связаны все свойства света.
Мы уже знаем основные характеристики
света. Он является формой
электромагнитного излучения, состоящего
из фотонов, и обладает способностью
распространяться в вакууме с постоянной
скоростью. Это повествует нам о тесной
связи света и электромагнитных волн,
которые обладают различными частотами и
длинами волн, формируя полноценный
электромагнитный спектр. Одновременно же
свет нередко описывается с точки зрения
его двойственной природы, обладая
свойствами как волн, так и частиц. Это
необычное свойство не только
поразительно и удивительно, но также
является важным ключом к пониманию
фундаментальных механизмов в квантовой
механике, так и таких явлений, как
интерференции, дифракции и поляризации в
свете. Свет также играет неоценимую роль
не только на нашей планете, но и во всей
вселенной целиком. Его способность
доставлять информацию от самых далёких
уголков космоса, создавать условия для
жизни на Земле и служить инструментом
для изучения и понимания окружающего
мира, делает свет настоящим магическим
феноменом. Именно свету мы обязаны за
возможность видеть и воспринимать
окружающее пространство. Он позволяет
нам восхищаться красотами природы,
различать цвета и формы и способствовать
нашему социальному взаимодействию и
коммуникации. Таким образом, чем бы ни
был свет по своей природе, он является
одним из самых удивительных феноменов,
когда-либо открытых человеком. Но
вопрос, как появился свет изначально?
Что или кто создал
его, остаётся открытом?
Наша вселенная представляет собой
огромную сеть галактик, среди которых
находится и наша Млечный путь. Именно
здесь, в одном из спиральных рукавов,
известном как рукав Ориона, солнечная
система занимает уникальное положение
среди миллиардов других небесных
образований. Весь рукав Ориона имеет
приблизительную длину до 20 и ширину до
3.500 световых лет.
Солнце находится у внутреннего края
рукава, расположенные ближе к
галактическому центру, примерно на
расстоянии
27.000 световых лет. Млечный путь - это
полосатая спиральная галактика. Размер
нашей галактики в диаметре составляет до
180.000 световых лет. На данный момент
считается, что она содержит примерно 200
млрд звёзд. Вероятно, в Млечном пути, по
крайней мере 100 млрд планет.
Утверждать, что там не обитают другие
формы жизни, парадокс, а если жизни нет,
то это пугает ещё больше. Но сегодня мы
не об этом. Центр Млечного пути виден с
Земли как туманная полоса белого света,
шириной около 30°, выгнутая ночным
небом. Все отделённые звёзды в ночном
небе, видимые невооружённым глазом,
являются частью Млечного пути. Свет
исходит из накопления неразрушенных
звёзд и другого материала,
расположенного в направлении
галактической плоскости. Тёмные области
внутри полосы, такие как Великий разлом,
являются областями, где межзвёздная пыль
блокирует свет от далёких звёзд. Область
неба, которую вскрывает Млечный путь,
называется зоной избегания. Млечный путь
имеет относительно низкую поверхностную
яркость. Его видимость может быть
значительно уменьшена фоном, например,
светом или лунным свечением.
Уникальность нашего места в галактике
заключается в том, что мы находимся на
относительном расстоянии от оживлённого
и более хаотичного места рядом с
галактическим ядром. область, где мы
находимся, по каким-то удивительным
обстоятельствам представляет собой
гораздо более спокойную зону для
обитания солнечной системы. Звёздная
система, где обитаем мы с вами, состоит
из нашего солнца и небесных тел,
находящихся под его гравитационным
притяжением, таких как восемь планет,
множество лун, спутников и других
объектов. Как известно, планеты
вращаются вокруг своих звёзд и вокруг
своей оси. Учитывая, что при этом сама
звезда тоже имеет свою траекторию
движения. Планеты движутся в
пространстве не по концентрическим
кругам, а согласно гораздо более сложным
законам. Орбитальная скорость вращения
планет - это скорость, с которой планета
вращается по орбите вокруг звезды. Она
меняется в зависимости от того, на каком
отдалении планета находится от звезды и
от других крупных небесных тел, которые
в данный момент времени находятся
поблизости. И от скорости вращения
вокруг своей оси зависит длина суток на
планете. Ближайшее окружение солнечной
системы представляет собой межзвёздную
среду нашей галактики, непосредственно
примыкающую к солнцу и оказывающая
сильное влияние на солнечную систему в
целом. Параметры газа среды во многом
определяют структуру гелеосферы или
области, заполненной солнечным ветром. В
частности, важными параметрами является
скорость газа локальной межзвёздной
среды относительно солнца. Его
температура - химический состав,
составляющий этот газ. Последние
исследования показали, что около 15%
объёма заполнено межзвёздными облаками.
Наше солнце также находится внутри
одного из таких облаков. При этом
доказано, что это облако движется
относительно солнца со скоростью порядка
26 км/ и имеет температуру примерно
6.700° поце. Сейчас нет сомнений, что
наиболее распространённым элементом не
только во всём космическом пространстве,
но и в местной межзвёздной среде
является атомарный водород, за которым
следует гелий, кислород, углерод и
другие элементы, хотя и в малых
количествах, но даже органические
соединения обнаруживаются в межзвёздной
среде. И все эти частицы вследствии
движения локальной среды относительно
солнца проникают в солнечную систему
через структуру, в той или иной степени
взаимодействуя с ней. Пространство между
этими облаками в межзвёздной среде
известно как местный пузырь. Область
разряжённого горячего газа неправильной
формы внутри рукава Ориона, в которой
находится солнечная система и ряд
скоплений и облаков газа. То есть
межзвёздное облако вместе с несколькими
скоплениями находится внутри местного
пузыря диаметром не менее 300 световых
лет, заполненного горячей плазмой и
окружённого оболочкой из холодного
нейтрального газа и пыли. Также
благодаря космическому телескопу Гая
астрономы определили природу местного
пузыря. Если учесть общую массу
оболочки, около 1,4 млн масс Солнца, и
текущую скорость её расширения почти 7
км/ сес, то получается, что для его
образования потребовалось 15 взрывов
сверхновых с интервалом в 1 млн лет. При
этом возраст местного пузыря оценивается
в 14 млн лет. Он приподнимается над
галактическим диском. И так как он
участвует в галактическом вращении, то
его форма становится похожай на песочные
часы. И всё это движется постоянно. Но
возникает вопрос, куда? На самом деле
солнечная система перемещается по
направлению к созвездию Лебеди, а
относительно местных звёзд в направлении
созвездия Геркулеса под углом
63° в галактической плоскости.
Скорость составляет около 40
астрономических лет в год или 200 км/
точную скорость определить невозможно,
ведь центр галактики скрыт от нас за
плотными облаками межзвёздной пыли. Он
смещается на примерно 2° каждый миллиона
лет и совершает полный круг за 250 млн
лет или за один галактический год. Более
того, солнечная система имеет хвост,
подобно комете, исходящих от светила в
противоположных направлениях
быстровижущихся частиц. По форме шлейф
напоминает четырёхлистный
клевер. Понимание ближайшего окружения
солнечной системы имеет решающее
значение, поскольку оно обеспечивает
контекст для взаимодействия между нашей
солнечной системой и межзвёздной средой.
Кажется, что солнечная система
существует в великолепной изоляции, но
на самом деле она является частью
оживлённого динамического соседства.
Изучение этого ближайшего окружения
может предложить нам новый взгляд на
наше место во Вселенной.
Чёрные дыры - это области в космосе, где
огромное количество массы упаковано в
крошечный объём. Это создаёт
гравитационное притяжение настолько
сильное, что даже свет не может
вырваться. Они создаются, когда
гигантские звёзды коллапсируют. а,
возможно, и другими способами, которые
нам пока неизвестны. В любом случае,
чёрные дыры завораживают как
общественность, так и научное
сообщество. Они раздвигают границы
нашего понимания материи, пространства и
времени. После пятилетнего ожидания с
момента получения исходных критических
данных человечество наконец-то
порадовало свои глаза не одним, а двумя
прямыми изображениями чёрной дыры. Оба
они показали фотонное кольцо, окружающее
горизонт событий. Чёрные дыры,
окружённые частицами обычной материи,
будут ускорять эти частицы и нагревать
их, заставляя испускать излучения. И вы
могли бы подумать, что окружающая
материя будет испускать излучение
повсюду, что приведёт к образованию
сплошного диска, который мы увидим с
любой точки зрения. Но, как оказалось,
то, что мы видим, это вовсе не диск, а
кольцо, в котором темнота ограничена
единственной светящейся частью. Это
подводит нас к вопросу следующего
характера. На снимках чёрных дыр Стрелец
А под звёздочкой и
М87 видна яркая кольцеобразная
структура, окружающая тёмную область.
Почему на снимках чёрная дыра не
выглядит как полностью яркий круглый
диск? Должна быть сферическая симметрия
распределения светящегося газа, но на
фотографиях кажется, что чёрная дыра
обращена к нам. Ответы нас могут весьма
удивить. Давайте прямо сейчас отправимся
к окружению этих сверхмассивных чёрных
дыр и выясним, что же на самом деле там
происходит. Итак, вблизи чёрной дыры
пространство течёт как движущаяся
дорожка или водопад в один конец. в
зависимости от того, как вы хотите это
визуализировать. На горизонте событий,
даже если вы бежите или плывёте на
надувном матрасе со скоростью света, вы
не сможете преодолеть поток пространства
времени, который затягивает вас в
сингулярность в центре. Однако за
пределами горизонта событий другие силы,
например,
электромагнетизм, часто могут
преодолевать силу гравитации, заставляя
даже падающую материю ускользать. Чёрная
дыра, если говорить совсем просто - это
большое количество массы, собранной в
одном месте, с такой большой
концентрации, что она создаёт свой
собственный горизонт событий. Изнутри
этого горизонта событий все направления
указывают вниз к центральной
сингулярности, что означает, что судьба
любого объекта, который пересекает
внутреннюю часть горизонта событий,
присоединится к этой сингулярности и
добавится к общей массе чёрной дыры.
Однако снаружи этого горизонта событий
всё ещё есть область, где само
пространство очень сильно искривлено
из-за присутствия чёрной дыры. И эта
сильная кривесна пространства времени не
только гравитационно притягивает, но и
создаёт огромные приливные силы на любом
объекте, который больше и более
притяжён, чем просто одна точка. А
потому, когда у вас есть чёрная дыра в
среде, где присутствует другая материя,
эта материя, в общем, будет испытывать
большую гравитационную силу на той её
части, которая находится ближе всего к
чёрной дыре, чем на той части, которая
находится дальше. Со временем это
направит окружающую материю из
комковатого распределения в комбинацию
диска с потоками, которые являются
усилениями плотности. Это приводит к
стандартной картине чёрной дыры с
акреационным диском. Для заметки на
расстоянии в 2,6 раза больше горизонта
событий начинается стабильная орбита
яркого горящего газа. Аккуреционный
диск, как правило, позволяет увидеть
эффекты чёрной дыры на снимках. Область
внутри стабильной орбиты неизбежно
разорвёт материю, как горящая петарда,
пальцы авантюриста. Именно эту область
называют тенью чёрной дыры. Если мы
смотрим на диск фронтально, то логично
увидим круг. А вот в Интерстелларе мы
смотрели на гаргантюа под углом к
плоскости окре. При таком ракурсе мы
должны увидеть яркое кольцо, как вокруг
Сатурна, только вокруг чёрной тени.
Сцвет от задней части акреционного
диска, которая скрыта от нас горизонтом
событий, летит по криволинейной
траектории. И у него также, как и
материя, есть своя стабильная орбита.
ниже которой шансы достичь удалённого
наблюдателя невысоки. Свет огибает
чёрную дыру и доходит до нас со стороны,
которая должна быть не видна. В
результате вокруг чёрного круга мы видим
как первичное изображение самого
акреционного диска, так и вторичное.
Заднюю часть диска мы видим одновременно
сверху и снизу в виде светящегося
кольца. Вообще, между стабильными
орбитами материи и света излучение,
испущенное газом диском, может совершать
множество витков вокруг горизонта
событий, как спутники, вращающиеся
вокруг планет. Если бы удалось попасть
туда, мы бы увидели бесчисленное
множество вторичных изображений
креционного диска со всех возможных
ракурсов и из разного времени. Кто
знает, возможно, это самое немыслимое
зрелище во Вселенной. Конечно, после
отражения в зеркале 2 января. Так вот,
интенсивность излучения диска зависит
только от его температуры, а последняя
зависит только от расстояния до чёрной
дыры. Поэтому собственная яркость диска
не может быть однородной. Максимальная
светимость исходит от внутренних
областей, близких к горизонту событий,
потому что именно там газ самый горячий.
Кроме того, изображение, воспринимаемое
отдалённым наблюдателем, будет сдвинуто
по частоте и интенсивности за счёт двух
эффектов: Эйнштейна, при котором
гравитационное поле снижает частоту и
интенсивность, и доплера, при котором
свет движущегося на нас газа будет ярче
и более синим, а отдаляющегося темнее и
более красным. Предполагается, что
внутренние частицы креционного диска
двигаются субсветовыми скоростями, что
делает эффект доплера существенным. В
результате мы должны увидеть явно
асимметричное изображение, что является
главным признаком именно чёрной дыры на
снимке. Пока материя акрецируется и
накапливается вокруг центральной
сверхмассивной чёрной дыры в галактике,
она нагревается и излучает цвет. Затем
этот цвет изгибается гравитацией чёрной
дыры, создавая кольцо радиосвета с любой
внешней точки зрения. Из-за сохранения
энергии материя, которая испускает эти
фотоны, упускает энергию и начинает
закручиваться и падать на чёрную дыру,
теря энергию быстрее, чем ближе они
подходят к горизонту событий. Эта
потерянная энергия преобразуется в
фотоны, которые в конечном итоге
рассеиваются во всех направлениях
относительно горизонта событий чёрной
дыры. Убрав лишние спектры из
воспринимаемого нами излучения, была
получена модель в виде полумесяца,
которая уже очень близка к реальной
фотографии. Однако, хотя эти фотоны
рассеиваются во всех направлениях, они
не будут иметь одинаковые потоки,
поскольку это зависит от следующих
факторов. плотность материала
окружающего чёрный дуру, его общее
направление движение, толщина и
однородность диска, скорость вращения
диска и величина трения между различными
компонентами, обилие и плотность
густков, которые создают акреционные
потоки, и какие виды падающего вещества
поступают, чтобы пополнить и наполнить
креационный диск. К примеру, в чёрной
дыре Стрелец А под звёздочкой
зафиксировали самую большую
рентгеновскую вспышку, когда-либо
обнаружену от сверхмассивной чёрной дыры
в центре Млечного Пути. А совсем недавно
телескоп Джеймс Уэб обнаружил
сверхмассивную чёрную дыру
GN100130, которая стала одной из самых
массивных, найденных в ранней Вселенной.
И хотя мы пока не видим изображения
именно этой чёрной дыры, но она точно
есть. и будет чуть позже. Особенностью
этой чёрной дыры заключается в том, что
она составляет около 40% массы своей
галактики хозяина, в то время как обычно
сверхмассивные чёрные дыры составляют
около
0,1% массы своих галактик. При этом эта
сверхмассивная чёрная дыра находится в
состоянии покоя и поглощает окружающий
газ с очень низкой скоростью. Масса
этого объекта оценивается примерно в 40
млн солнечных масс, что особенно
впечатляет, учитывая, что она
существовала всего через 800 млн лет
после большого взрыва. Для сравнения,
сверхмассивная чёрная дыра в центре
Мличного пути, стрелец А под звёздочкой
имеет массу около
4,3 млн солнечных масс. Так вот, в
рентгеновских лучах горизонт событий не
виден при таком разрешении. Цвет
определённо дисковидный. Однако мы можем
быть уверены, что только материя,
остающаяся за пределами горизонта
событий, генерирует свет и неизбежно
попадает центральную сингулярность.
Сейчас известно, что существует
множество типов транзиентов на многих
различных длинах волн света.
Теперь мы подходим к сути вопроса. Что
же доминирует? Если бы материя на
ближней стороне чёрной дыры просто очень
сильно излучала свет во всех
направлениях, в том числе и в сторону от
чёрной дыры, и, следовательно, к нам, мы
бы ожидали просто увидеть всю область
вокруг чёрной дыры как освещённую, без
тени где-либо объект. Она бы просто
выглядела как светящийся диск. С другой
стороны, если бы свет излучала только
ускоренная материя вокруг чёрной дыры, а
затем этот свет изгибался по множеству
путей, которые преимущественно выходили
из чёрной дыры параллельно краю
горизонта событий, то можно было бы
ожидать и увидеть тонкое узкое кольцо,
очерчивающее внешний край чёрной дыры
без какого-либо диска. Именно поэтому
знаменитое изображение первой чёрной
дыры в центре галактики
М87 меняется со временем. Дело в том,
что наблюдение в разные дни имеет разные
характеристики, и усреднение приводит к
потере изменяющегося во времени
компонента данных. К примеру,
принихождения света через горизонт
событий около одного дня между вторым и
третьим изображением видны большие
различия, чем между первым, вторым или
третьим и четвёртым. В целом же важно
помнить, что хотя чёрные дыры имеют
свереодальную форму, у них также есть
много симметричных свойств. Они все
вращаются, и вращаются они вокруг одной
определённой оси со скоростью, часто
приближающейся к скорости света.
обладают материей, которая акрецируется
вокруг них в дисковидной конфигурацией,
часто с потоками комковатого материала,
обладает достаточной гравитацией, чтобы
ускорить окружающую материю, а затем
преломить свет, излучаемый этой материей
вокруг себя, а далее искажает свойства
света из-за своей сильной гравитации,
которую мы и наблюдаем. И поскольку
наука о
радиоинтерфереометрии с очень длинной
базой продолжает совершенствоваться, мы
можем ожидать, что в скором будущем
сможем запечатлеть детали о горизонтах
событий чёрных дыр, включая их фотонные
кольца с более высоким разрешением,
которые находятся дальше, и с большим
разнообразием радиочастот. Если бы мы
смотрели в инфракрасном диапазоне длин
волн света вместо радиочастот, мы могли
бы с гораздо большей вероятностью
увидеть светящийся диск, чем просто
кольцо. Но на длинах волн, которым был
чувствителен телескоп горизонта событий,
кольцо было одним из впечатляющих
случаев, когда теория и наблюдение
совпадали с необычно высокой точностью.
Ну а теперь вопрос: увидим ли мы такое
вживую? Если коротко, то нет. Взгляд на
невидимую область вокруг чёрной дыры
подобен взгляду на солнце. Без фильтров
и коронографов ничего не увидеть. Цвета,
использованные в фотографии и
симуляциях, показывают физические
эффекты, но нереалистичные видимо
изображения. Облака газа недостаточно
оптически прозрачно, чтобы наш глаз
напрямую мог рассмотреть что-то кроме
яркого пятна. Да и условия для человека
рядом с таким объектом не самые
радужные. В общем, хорошо, что мы можем
прикоснуться к величественному и
опасному лишь силой своего разума.
[музыка]
[аплодисменты]
[музыка]
[музыка]
เ
[музыка]
[музыка]
[музыка]
Click on any text or timestamp to jump to that moment in the video
Share:
Most transcripts ready in under 5 seconds
One-Click Copy125+ LanguagesSearch ContentJump to Timestamps
Paste YouTube URL
Enter any YouTube video link to get the full transcript
Transcript Extraction Form
Most transcripts ready in under 5 seconds
Get Our Chrome Extension
Get transcripts instantly without leaving YouTube. Install our Chrome extension for one-click access to any video's transcript directly on the watch page.
Works with YouTube, Coursera, Udemy and more educational platforms
Get Instant Transcripts: Just Edit the Domain in Your Address Bar!
YouTube
←
→
↻
https://www.youtube.com/watch?v=UF8uR6Z6KLc
YoutubeToText
←
→
↻
https://youtubetotext.net/watch?v=UF8uR6Z6KLc