عالم الفيزياء الفلكية بوريس ستيرن: 3 أكثر المعارف المدهشة عن الكون التي تلقيناها في القرن الحادي والعشرين
Miscellanea / / April 27, 2023
فك علماء الكون رموز الرسائل التي أرسلها لنا الانفجار العظيم ، واقتنع علماء الفيزياء الفلكية بصحة تنبؤات أينشتاين.
المؤتمر في 29-30 ابريل "العلماء ضد الأساطير». على ذلك ، سيحارب الخبراء الصور النمطية عن الحياة على الأرض وفي الفضاء. سيشارك عالم الفيزياء الفلكية بوريس ستيرن في مناقشة "ما هي المحاولات التي تؤدي إلى فهم بنية الكون؟".
تحدث بشكل خاص عن Lifehacker ، عن الحالات الناجحة لاستكشاف الفضاء وكيف غيروا المشهد العلمي والأفكار حول العالم.
بوريس ستيرن
عالم فيزياء فلكية. دكتوراه في العلوم الفيزيائية والرياضية ، باحث رئيسي في معهد البحوث النووية التابع لأكاديمية العلوم الروسية ومركز الفضاء الفلكي التابع لشبكة المعلومات والعمل بشأن أولوية الغذاء.
في القرن العشرين ، حدث اختراق في دراسة الفضاء - تم تطوير تقنيات وتحسين طرق المراقبة. إذا كان العلماء السابقون يكتفون بالتلسكوبات فقط ، فلديهم الآن المزيد أدوات مثالية: الأقمار الصناعية وأجهزة علم الفلك الراديوي ومقاييس التداخل.
بفضل هذا ، على مدار العشرين عامًا الماضية ، تم تحقيق أهم الاكتشافات في علم الكونيات والفيزياء الفلكية: وجود موجات الجاذبية ، واكتشاف الكواكب الخارجية ، وأخيراً ، يتم تحديد تاريخ الكون ومحتوياته بدرجة عالية دقة. كل هذا هو أهم المعارف التي وسعت فهمنا للعالم من حولنا.
1. هناك العديد من الكواكب حيث الحياة ممكنة
«ملحمة كوكب خارج المجموعة الشمسية"في عام 1995 ، عندما تم تطبيق طريقة السرعة الشعاعية لأول مرة. بفضله ، كان من الممكن بشكل دوري ملاحظة تحول في الخطوط الطيفية للنجوم وفقًا لتأثير دوبلر. نتيجة لذلك ، تم العثور على كوكب عملاق يبدو مستحيلًا مع فترة مدارية تبلغ 4.2 يومًا - قريب جدًا من النجم 51 Pegasus.
ثم أصبح ضجة علمية وبدأ العلماء في البحث الكواكب الخارجية. جاء الاختراق الحقيقي في هذا المجال في عام 2009 ، عندما تم إطلاق تلسكوب كيبلر.
كان يعمل بالفعل على طريقة مختلفة - العبور. كان الهدف هو "التقاط" الظلمة الصغيرة للنجوم بسبب مرور الكواكب في خلفيتها.
نتيجة لذلك ، كان هناك نمو هائل في عدد الكواكب الخارجية المكتشفة. إذا كان هناك المئات منهم قبل ذلك ، فقد أصبح العدد الآن بالآلاف.
حتى الآن ، تم تأكيد وجود 5،357 بشكل قاطع. هذه كواكب متنوعة تمامًا: باردة وساخنة ، يمكن مقارنتها بكتلة عطارد وكتلة 10 كواكب المشتري. من بينها ، على الأرجح ، هناك أولئك الذين يكون سطحهم محيطًا مستمرًا ، والجليد بدرجات حرارة منخفضة للغاية.
ومع ذلك ، من بين كل "حديقة الحيوانات" خارج المجموعة الشمسية ، لا توجد عمليًا مثل هذه العينات التي يمكن أن تكون عليها الحياة. هذا لا يعني أنها غير موجودة على الإطلاق. إن مجرد تأثير الاختيار يعمل هنا: من أجل التسخين بنفس طريقة تسخين الأرض بنجم من فئة الشمس ، يجب أن يكون لمثل هذه الكواكب مدارات كبيرة إلى حد ما - "عام طويل". لإصلاح عمليات العبور الخاصة بهم ، تستغرق النجوم وقتًا طويلاً جدًا يراقب. لكن لم يكن لدى كبلر هذه المرة - فقد عمل لمدة 3 سنوات فقط. في الوقت نفسه ، حتى لو تم اكتشاف مثل هذه الكواكب ، فسيكون من الصعب جدًا إثبات أن لها حياة.
بالإضافة إلى ذلك ، من المحتمل أن تكون الحياة الفضائية مختلفة عن الأرض. مع وجود احتمال كبير ، سنرى فقط المخاط البكتيري. لأنه في الطريق من ظهور الحياة إلى شكل متطور للغاية ، وحتى أكثر ذكاءً ، هناك اختلاف أحداث غير محتملة ، وعلى الأرجح ، على الكواكب الأخرى ، تتباطأ العملية في المراحل المبكرة تطوير.
بهذا المعنى ، فإن الأرض ظاهرة نادرة.
في الوقت الحالي ، نفتقر إلى دقة الأدوات لالتقاط مثل هذه الكواكب باستخدام طريقة السرعة الشعاعية ، ولا توجد تلسكوبات مثل كيبلر لتتبع عبورها.
لكنني أعتقد أنه سيتم قريبًا تحسين الوسائل وسيبدأ العلماء في اكتشاف "الأرض" الأولى. على سبيل المثال ، هناك تلميحات في نظام Tau Ceti - قريب من شمس نجم - هناك كواكب في منطقة صالحة للسكن.
2. موجات الجاذبية موجودة
وفقًا لنظرية النسبية لأينشتاين ، فإن قوة الجاذبية هي نتيجة انحناء الزمكان تحت تأثير المادة ، حيث موجات الجاذبية هي تموجاته.
تتشكل موجات الجاذبية نتيجة الاندماج الثقوب السوداء أو النجوم النيوترونية - أي الأجسام الضخمة. بالقرب منهم ، تتقلص المساحة وتتسع بنسبة 10٪ أو أكثر ، ومعها أي شيء بداخلها. نحصل على تموجات صغيرة يصعب تسجيلها.
عندما صاغ أينشتاين نظرية النسبية ، بدأ العلماء محاولة طويلة وغير ناجحة للكشف التجريبي عن موجات الجاذبية.
الطريقة الأولى المعقولة المقترحة السوفياتي العلماء: فلاديسلاف بوستوفيت وميخائيل جيرتسنشتاين. في الستينيات ، كتبوا بحثًا يقترحون إنشاء كاشف لموجات الجاذبية على شكل مقياس تداخل ليزري.
كان مبدأ عمله على النحو التالي:
- توجد مرآتان على مسافة عدة كيلومترات من بعضهما البعض.
- يقيس شعاع الليزر التداخل بدقة المسافة بينهما.
- إذا بدأت في التغير ، فقد يكون هذا بسبب تأثير موجات الجاذبية.
الفكرة بسيطة ، لكن تبين أن تنفيذها مرتبط بالعديد من الصعوبات. الحقيقة هي أن الدقة اللازمة لقياس التغير في المسافة بين المرايا هي عشرات الآلاف من المرات أقل من حجم البروتون في نواة الذرة. للقيام بذلك ، تحتاج إلى شعاع ليزر قوي ، وفراغ ، وإعداد كاشف فريد.
استغرق الأمر عدة عقود لتحقيق كل هذا. نتيجة لذلك ، في عام 2015 ، تمكن علماء من الولايات المتحدة من القيام بذلك. كان لديهم كاشفان ، يسجلان إشارة موجات الجاذبية ، وتزامنت نتائجهما مع بعضها البعض ومع الحسابات النظرية.
ليس هناك شك: موجات الجاذبية موجودة.
تم تأكيد النظرية النسبية العامة ، الجميلة منذ البداية ، في الممارسة العملية. كان من المهم جدًا إظهار كل المشككين: انظروا إلى مدى قوتها.
منذ ذلك الحين ، تجاوز عدد تسجيلات موجات الجاذبية المائة. يجمع العلماء الإحصاءات ، ويطورون أيضًا مشروعًا لمقياس تداخل فائق الحساسية يمكن استخدامه في الفضاء.
3. خلفية الميكروويف - كتاب مدرسي عن تاريخ الكون
خلفية الميكروويف هي الضوء الذي تشكل في مئات الآلاف من السنين بعد الانفجار العظيم. وصل إلينا على شكل موجات راديو قصيرة - حجمها جزء من السنتيمتر.
من أين أتى هذا النور؟ في اللحظات الأولى من حياته ، كان الكون كثيفًا وساخنًا ومتأينًا للغاية - أي تم فصل نوى الذرات عن الإلكترونات. فقط بعد 380 ألف سنة "كونوا صداقات" مع بعضهم البعض وشكلوا ذرات محايدة. وبسبب هذا ، تغير تفاعل الضوء مع المواد الجديدة بشكل كبير. طارت الفوتونات في جميع الاتجاهات ، وأصبحت أقل نشاطًا حيث تمدد طول الموجة مع تمدد الكون. هكذا وصلنا ضوء الانفجار العظيم.
في القرن العشرين ، بدأت دراسات الخلفية الميكروية. في التسعينيات ، زادت حساسية الأدوات بشكل كبير بحيث أصبح اكتشافها وعدم انتظامها ملحوظًا.
في عام 2000 ، تم إطلاق كاشف إشعاع ميكروويف قوي WMAP في الفضاء ، والذي أخذ خريطة لهذا الإشعاع من جميع أنحاء سماء بدقة جيدة.
بفضلها ، تم بناء توزيع التباين للبقع اعتمادًا على حجمها ، وكان لها قمم وانحدار. تسمى هذه الظاهرة تذبذبات ساخاروف - تم وصفها لأول مرة من قبل الفيزيائي السوفيتي أندريه دميترييفيتش ساخاروف.
توضح نسبة هذه القمم والقيعان تمامًا كيف كان شكل الكون المبكر وتصف أيضًا خصائصه.
الآن نحن نعرف بالضبط التسلسل الزمني للأحداث من الأجزاء الصغيرة الأولى من الثواني بعد الانفجار العظيم وحتى يومنا هذا. أعتقد أن هذا هو أهم إنجاز في القرن الحادي والعشرين.
لسوء الحظ ، توقف هذا البحث. بعد تجربة WMAP ، تم إطلاق القمر الصناعي Planck مع أكثر تقدمًا الميكروويف تلسكوب. حصل على بيانات كانت مفقودة ، لكنها لم تجلب أي اكتشافات جديدة في الأساس.
لقد استنفد علم الكونيات إمكانيات طريقة قياس إشعاع البقايا. لذلك ، من الصعب جدًا المضي قدمًا. لكن هذا طبيعي: بعد الثورة تظهر الهضبة. الاختراقات الجديدة يجب أن تنتظر.
اقرأ أيضا🧐
- 9 أساطير حول المريخ يعتقدها كثير من الناس. لكن عبثا
- "كلنا نعيش في ثقب أسود": 8 أساطير علمية لا يجب أن تصدقها
- "السماء كلها يجب أن تكون في صحون طائرة ، ولكن لا يوجد شيء مثلها": مقابلة مع عالم الفيزياء الفلكية سيرجي بوبوف