Astrofizicianul Boris Stern: 3 cele mai uimitoare cunoștințe despre Univers pe care le-am primit în secolul 21
Miscelaneu / / April 27, 2023
Cosmologii au descifrat mesajele trimise către noi de Big Bang, iar astrofizicienii s-au convins de veridicitatea predicțiilor lui Einstein.
În perioada 29-30 aprilie, conferința „Oameni de știință împotriva miturilor». Pe el, experții vor lupta împotriva stereotipurilor despre viața pe Pământ și în spațiu. Astrofizicianul Boris Stern va participa la discuția „La ce duc încercările de a înțelege structura Universului?”.
În special pentru Lifehacker, a vorbit despre cazuri de succes de explorare a spațiului și despre modul în care acestea au schimbat peisajul științific și ideile despre lume.
Boris Stern
Astrofizician. Doctor în științe fizice și matematice, cercetător principal la Institutul de Cercetări Nucleare al Academiei Ruse de Științe și Centrul Astrospațial al FIAN.
În secolul al XX-lea, a avut loc o descoperire în studiul spațiului - tehnologii dezvoltate, metode de observare îmbunătățite. Dacă mai devreme oamenii de știință se mulțumeau doar cu telescoape, acum au altele, mai multe instrumente perfecte: sateliți, aparate de radioastronomie, interferometre.
Datorită acestui fapt, în ultimii 20 de ani, s-au făcut cele mai importante descoperiri în cosmologie și astrofizică: existența undelor gravitaționale, exoplanete descoperite și, în sfârșit, istoria universului și conținutul său sunt determinate cu un precizie. Toate acestea sunt cele mai importante cunoștințe care ne-au extins înțelegerea despre lumea din jurul nostru.
1. Există multe planete în care viața este posibilă
«epopeea exoplanetelor” a început în 1995, când a fost aplicată pentru prima dată metoda vitezei radiale. Datorită lui, a fost posibil să se observe periodic o schimbare a liniilor spectrale ale stelelor în funcție de efectul Doppler. Drept urmare, a fost găsită o planetă gigantică aparent imposibilă, cu o perioadă orbitală de 4,2 zile - foarte aproape de steaua 51 Pegasus.
Apoi a devenit o senzație științifică și oamenii de știință au început să caute exoplanete. Adevărata descoperire în acest domeniu a venit în 2009, când a fost lansat telescopul Kepler.
Deja lucra la o altă metodă - tranzitul. Ideea era să „prindem” mica întunecare a stelelor cauzată de trecerea planetelor pe fundalul lor.
Ca urmare, a avut loc o creștere explozivă a numărului de exoplanete descoperite. Dacă înainte erau sute, acum numărul era în mii.
Până în prezent, dintre acestea, existența a 5.357 a fost confirmată ferm. Acestea sunt planete complet diverse: atât reci, cât și calde, comparabile atât cu masa lui Mercur, cât și cu masa de 10. Jupiteri. Printre acestea, cel mai probabil, se numără și cele a căror suprafață este un ocean continuu, și gheață cu temperaturi extrem de scăzute.
Cu toate acestea, printre toate aceste „grădina zoologică” exoplanetară, practic nu există astfel de exemplare pe care ar putea fi viața. Asta nu înseamnă că nu există deloc. Doar că efectul de selecție funcționează aici: pentru a se încălzi în același mod ca Pământul cu o stea din clasa Soarelui, astfel de planete trebuie să aibă orbite destul de mari - un „an lung”. Pentru a le repara tranzitele, este nevoie de foarte mult timp pentru stele observa. Dar Kepler nu a avut acest timp - a lucrat doar 3 ani. În același timp, chiar dacă s-ar descoperi astfel de planete, ar fi foarte greu de demonstrat că au viață.
În plus, viața extraterestră este probabil să fie diferită de Pământ. Cu o mare probabilitate, am vedea doar mucus bacterian. Pentru că pe drumul de la apariția vieții la o formă foarte dezvoltată și cu atât mai mult inteligentă, există diferite evenimente improbabile și, cel mai probabil, pe alte planete, procesul este încetinit în stadiile incipiente dezvoltare.
În acest sens, Pământul este un fenomen rar.
În acest moment, ne lipsește precizia instrumentelor de a ridica astfel de planete folosind metoda vitezei radiale și nu există telescoape precum Kepler care să le urmărească tranzitele.
Dar cred că în curând mijloacele vor fi îmbunătățite și oamenii de știință vor începe să detecteze primele „Pământuri”. De exemplu, există indicii că în sistemul Tau Ceti - aproape de soare stea - există planete în zona locuibila.
2. Undele gravitaționale există
Conform teoriei relativității a lui Einstein, forța gravitațională este rezultatul curburii spațiu-timpului sub influența materiei, unde undele gravitaționale sunt ondulațiile sale.
Undele gravitaționale se formează ca urmare a fuziunii găuri negre sau stele neutronice - adică obiecte masive. În apropierea lor, spațiul se micșorează și se extinde cu 10% sau mai mult și, odată cu el, orice obiect din el. Primim mici valuri, care sunt foarte greu de înregistrat.
Când Einstein a formulat teoria relativității, oamenii de știință au început o încercare lungă și nereușită de a detecta experimental undele gravitaționale.
Prima metodă rezonabilă propusă sovietic oameni de știință: Vladislav Pustovoit și Mihail Gertsenstein. În anii 1960, au scris o lucrare care propunea crearea unui detector de unde gravitaționale sub forma unui interferometru laser.
Principiul lucrării sale a fost următorul:
- Două oglinzi se află la o distanță de câțiva kilometri una de cealaltă.
- Raza laser de interferență măsoară cu precizie distanța dintre ele.
- Dacă începe să se schimbe, atunci acest lucru se poate datora influenței undelor gravitaționale.
Ideea este simplă, dar implementarea sa s-a dovedit a fi asociată cu multe dificultăți. Cert este că precizia cu care este necesară măsurarea modificării distanței dintre oglinzi este de zeci de mii de ori mai mică decât dimensiunea unui proton dintr-un nucleu atomic. Pentru a face acest lucru, aveți nevoie de un fascicul laser puternic, un vid, o configurație unică de detector.
Au fost nevoie de câteva decenii pentru a realiza toate acestea. Drept urmare, în 2015, oamenii de știință din Statele Unite au reușit să facă acest lucru. Aveau două detectoare, care înregistrau semnalul undelor gravitaționale, iar rezultatele lor coincideau atât între ele, cât și cu calculele teoretice.
Nu mai rămâne nicio îndoială: undele gravitaționale există.
Teoria generală a relativității, frumoasă de la bun început, a fost confirmată în practică. Era foarte important să le arătăm tuturor celor care se îndoiesc: uite cât de puternic funcționează.
De atunci, numărul înregistrărilor undelor gravitaționale a depășit o sută. Oamenii de știință acumulează statistici și, de asemenea, dezvoltă un proiect pentru un interferometru ultra-sensibil care poate fi utilizat in spatiu.
3. Fundal cu microunde - un manual despre istoria universului
Fundalul microundelor este lumina care s-a format în primele sute de mii de ani după Big Bang. A ajuns la noi sub formă de unde radio scurte - o fracțiune de centimetru în dimensiune.
De unde a venit această lumină? În primele momente ale vieții, Universul era dens, fierbinte și extrem de ionizat - adică nucleele atomilor erau separate de electroni. Abia după 380 de mii de ani s-au „împrietenit” între ei și au format atomi neutri. Din această cauză, interacțiunea luminii cu noile substanțe s-a schimbat dramatic. Fotonii au zburat în toate direcțiile, au devenit mai puțin energici pe măsură ce lungimea lor de undă se întindea odată cu expansiunea universului. Așa a ajuns la noi lumina de la Big Bang.
În secolul al XX-lea, au început studiile despre fundalul microundelor. În anii 1990, sensibilitatea instrumentelor a crescut atât de mult încât patarea și denivelările sale au devenit vizibile.
În anii 2000, un detector puternic de radiații cu microunde WMAP a fost lansat în spațiu, care a luat o hartă a acestei radiații din jur. cer in buna rezolutie.
Datorită ei, distribuția de contrast a petelor a fost construită în funcție de dimensiunea lor, avea vârfuri și scăderi. Un astfel de fenomen se numește oscilații Saharov - a fost descris pentru prima dată de fizicianul sovietic Andrei Dmitrievich Saharov.
Raportul dintre aceste vârfuri și jgheaburi arată exact cum a fost universul timpuriu și, de asemenea, descrie proprietățile sale.
Acum știm exact cronologia evenimentelor din primele fracțiuni minuscule de secunde după Big Bang și până în prezent. Cred că aceasta este cea mai importantă realizare a secolului XXI.
Din păcate, această cercetare s-a blocat. După experimentul WMAP, satelitul Planck a fost lansat cu un dispozitiv mai avansat cuptor cu microunde telescop. El a obținut date care lipseau, dar nu a adus nicio descoperire fundamental nouă.
Cosmologia a epuizat posibilitățile metodei de măsurare a radiației relicve. Prin urmare, este foarte greu să mergi înainte. Dar asta este firesc: după revoluție apare un platou. Noi descoperiri vor trebui să aștepte.
Citeste si🧐
- 9 mituri despre Marte pe care mulți le cred. Dar în zadar
- „Toți trăim într-o gaură neagră”: 8 mituri științifice pe care nu ar trebui să le crezi
- „Întregul cer ar trebui să fie în farfurii zburătoare, dar nu există nimic asemănător”: un interviu cu astrofizicianul Serghei Popov