Αλήθειες, μύθοι και μυστήρια της μαύρης τρύπας

Ο Κόσμος πολύ πέρα ​​από τον πλανήτη μας είναι γεμάτος με πράγματα τόσο περίεργα και υπέροχα που μπορεί να είναι δύσκολο να πιστέψουμε ότι υπάρχουν. Ίσως το πιο περίεργο από όλα αυτά είναι οι μαύρες τρύπες – απύθμενοι λάκκοι που καταβροχθίζουν αστέρια, τροφοδοτούν τα κέντρα των γαλαξιών και στρεβλώνουν τον χώρο και χρόνο. Αν πλησιάσετε πολύ, αφήνεται τον χρόνο αυτό και δεν υπάρχει επιστροφή.

Μια μαύρη τρύπα που περιβάλλει μια σκουληκότρυπα θα εκπέμπει παράξενα κύματα βαρύτητας

Οι ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων έχουν ήδη εντοπίσει μυστηριώδεις μαύρες τρύπες. Αλλά κάτι ακόμα πιο παράξενο μπορεί να είναι το επόμενο φαινόμενο: οι σκουληκότρυπες. Μια μαύρη τρύπα που θα κινείται τριγύρω από μια σκουληκότρυπα θα δημιουργούσε ένα περίεργο μοτίβο κυματισμών στο χωροχρόνο, που θα μπορούσαν να δουν τα παρατηρητήρια βαρυτικών κυμάτων LIGO και VIRGO, αναφέρουν φυσικοί. Τα βαρυτικά κύματα τότε θα έσβηναν και θα ξεκινούσαν πάλι, καθώς η μαύρη τρύπα θα περνούσε μέσα από την σκουληκότρυπα, οπότε θα έβγαινε πάλι έξω.

Η Αρχή Ισοδυναμίας του Αϊνστάιν για τη βαρύτητα μόλις πέρασε ένα ακραίο τεστ στροβιλισμού στο βαθύ διάστημα

Για άλλη μια φορά, οι φυσικοί επιβεβαίωσαν μία από τις βασικές ιδέες του Άλμπερτ Αϊνστάιν για τη βαρύτητα – αυτή τη φορά με τη βοήθεια ενός αστέρα νετρονίων που “αναβοσβήνει” στο διάστημα, δηλαδή ένα πάλσαρ. Η δοκιμασία εξέτασε την αρχή της ισοδυναμίας κάτω από ακραίες συνθήκες, σε ένα σύστημα που αποτελείται από δύο αστρικά πτώματα γνωστά ως λευκοί νάνοι και ένα ακόμη πιο πυκνό αστέρι νετρονίων και έδειξε ότι η αρχή της ισοδυναμίας κάνει διάνα στις προβλέψεις της.

Οι φυσικοί υπολόγισαν ακριβώς τι είδους μοναδικότητα βρίσκεται στο κέντρο μιας ρεαλιστικής μαύρης τρύπας

Τον Ιανουάριο του 1916, ο Karl Schwarzschild, ένας Γερμανός φυσικός που βρισκόταν ως στρατιώτης στο ανατολικό μέτωπο, παρήγαγε την πρώτη ακριβή λύση στις εξισώσεις της γενικής σχετικότητας, τη ριζοσπαστική θεωρία της βαρύτητας του Αλβέρτου Αϊνστάιν. Η γενική σχετικότητα απεικονίζει τη βαρύτητα όχι ως μια ελκυστική δύναμη, όπως είχε ήδη γίνει κατανοητή, αλλά μάλλον ως το αποτέλεσμα του καμπύλου χωροχρόνου. Η λύση του Schwarzschild αποκάλυψε την καμπυλότητα του χωροχρόνου γύρω από μια στατική σφαίρα ύλης.

Η κβαντική προέλευση του χωροχρόνου

Ορισμένοι φυσικοί κάνουν υπαινιγμούς ότι η διεμπλοκή εξηγεί τις εξισώσεις του Αϊνστάιν για τη βαρύτητα και τον χωροχρόνο. Φυσικά, από την εποχή του Αϊνστάιν, οι επιστήμονες ξύνουν το κεφάλι τους για το πώς να κατανοήσουν τον χώρο και το χρόνο. Πριν από αυτό, σχεδόν όλοι πίστευαν ότι ο Isaac Newton τα είχε καταλάβει. Ο χρόνος «ρέει σταθερά χωρίς σχέση με οτιδήποτε εξωτερικό αίτιο», δήλωνε. Ο απόλυτος χώρος είναι επίσης δικό του, «είναι πάντα όμοιος και ακίνητος». Τα γεγονότα εκεί εκτελούνται ανεξάρτητα το ένα από το άλλο σε μια ουδέτερη σκηνή όπου οι “ηθοποιοί” τρέχουν χωρίς να επηρεάσουν το υπόλοιπο θέατρο.

Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την ενέργεια του κενού;

Η ενέργεια μηδενικού σημείου (Zero Point Energy) είναι ένα δομικό και αναπόφευκτο στοιχείο της κβαντικής φυσικής. Έχει μελετηθεί θεωρητικά και πειραματικά, ήδη από την δεκαετία του 1920 και τα πρώτα βήματα της κβαντομηχανικής. Οφείλεται στο γεγονός ότι ακόμη και στο απόλυτο μηδέν τα σωματίδια στην κβαντική φυσική διατηρούν μια παλμική ενέργεια.

Η εξέλιξη του σύμπαντος

Περίπου πριν 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια, ολόκληρο το σύμπαν ήταν συμπιεσμένο στα όρια ενός απίστευτα μικρού σημείου, όπου ο χρόνος και ο χώρος ήταν ενωμένοι. Μια κατάσταση γνωστή ως ιδιομορφία, είναι η στιγμή πριν από τη δημιουργία όταν δεν υπήρχε ούτε χώρος ούτε χρόνος. Σύμφωνα με το καθιερωμένο κοσμολογικό μοντέλο που εξηγεί τον Κόσμο μας, μια απίστευτη έκρηξη, θερμοκρασίας τρισεκατομμυρίων βαθμών και απείρως πυκνή, δημιούργησε όχι μόνο τα θεμελιώδη υποατομικά σωματίδια και από εκεί την υπόλοιπη ύλη, αλλά και τον ίδιο τον χώρο και χρόνο. Οι θεωρίες της κοσμολογίας συνδυασμένες με τις παρατηρήσεις των αστρονόμων επέτρεψαν στους κοσμολόγους να αναδημιουργήσουν την αρχέγονη χρονολογία των γεγονότων, γνωστών ως Μεγάλη Έκρηξη.

Ο Αϊνστάιν και η κοσμολογική σταθερά Λ

Το μεγαλύτερο λάθος του Αϊνστάιν, όπως ο ίδιος παραδέχθηκε σε μια συνομιλία που είχε με τον George Gamow, ήταν η εισαγωγή κατά το 1917 μιας κοσμολογικής σταθεράς Λ στις εξισώσεις της γενικής σχετικότητας. Ο λόγος που το έκανε ήταν γιατί την εποχή εκείνη οι φυσικοί πίστευαν ότι το σύμπαν ήταν στατικό, ενώ οι εξισώσεις οδηγούσαν τον Αϊνστάιν σε ένα μεταβαλλόμενο σύμπαν.

Το λάθος του Αϊνστάιν για την κβαντική τυχαιότητα

Η κβαντομηχανική αναπτύχθηκε περίπου την ίδια στιγμή με τη σχετικότητα. Περιγράφει τη φυσική σε απείρως μικρή κλίμακα. Ο Αϊνστάιν συνέβαλε σημαντικά στο πεδίο αυτό το 1905, ερμηνεύοντας το φωτοηλεκτρικό αποτέλεσμα ως σύγκρουση μεταξύ ηλεκτρονίων και φωτονίων – δηλαδή, σωματίδια που μεταφέρουν καθαρή ενέργεια. Με άλλα λόγια, το φως, το οποίο παραδοσιακά περιγράφεται ως κύμα, συμπεριφέρεται σαν ένα ρεύμα σωματιδίων. Ήταν αυτό το βήμα προς τα εμπρός, όχι η θεωρία της σχετικότητας, που έκανε τον Αϊνστάιν να κερδίσει το βραβείο Νόμπελ το 1921.

Το μποζόνιο Higgs εξετάστηκε ως πηγή σκοτεινής ύλης στον LHC

Έχει υπολογιστεί ότι η σκοτεινή ύλη είναι πενταπλάσια από την κανονική ύλη στο σύμπαν – και όμως, δεν την έχουμε εντοπίσει άμεσα. Πολλοί διαφορετικοί τύποι πειραμάτων προσπαθούν να την βρουν, αλλά τώρα το CERN έχει συμμετάσχει στο κυνήγι της, εξετάζοντας εάν το διάσημο μποζόνιο Higgs θα μπορούσε να αποσυντεθεί σε σκοτεινή ύλη.

Φυσικοί βρήκαν ότι η ταχύτητα του φωτός είναι σταθερή και στις ακτίνες-γ

Φυσικοί έχουν διεξαγάγει την καλύτερη έως τώρα δοκιμασία της ταχύτητας φωτός και έχουν διαπιστώσει ότι είναι σταθερή παντού στο σύμπαν, ακόμη και στις ακτίνες γάμμα που εκπέμπονται από πηγές όπως τα αστέρια που εκρήγνυνται (σουπερνόβα) . Αυτό σημαίνει ότι, ακόμη και στις υψηλότερες ενέργειες, ένας από τους πυλώνες της θεωρίας της ειδικής σχετικότητας του Albert Einstein παραμένει σταθερός.

Οι 5 εποχές του σύμπαντος

Υπάρχουν πολλοί τρόποι για να εξετάσετε και να συζητήσετε το παρελθόν, το παρόν και το μέλλον του σύμπαντος, αλλά ένα συγκεκριμένα έχει εξάψει την φαντασία πολλών αστρονόμων. Δημοσιεύθηκε για πρώτη φορά το 1999 στο βιβλίο των Fred Adams και Gregory Laughlin Οι Πέντε Εποχές του Σύμπαντος: Στο εσωτερικό της Φυσικής Αιωνιότητας όπου διαιρούσαν την ιστορία της ζωής του σύμπαντος σε πέντε εποχές: Πρωταρχική εποχή, Εποχή των άστρων (στην οποία βρισκόμαστε σήμερα), Εκφυλισμένη εποχή, Εποχή Μαύρης Τρύπας, Σκοτεινή Εποχή. Το βιβλίο ενημερώθηκε για τελευταία φορά σύμφωνα με τις τρέχουσες επιστημονικές κατανοήσεις το 2013.

Το άξιον λύνει τρία μυστήρια του σύμπαντος

Ένα υποθετικό σωματίδιο που ονομάζεται άξιον (axion) θα μπορούσε να λύσει ένα από τα σπουδαία μυστήρια της φυσικής: το πλεόνασμα της ύλης πάνω στην αντιύλη ή γιατί υπάρχουν όλα αυτά που βλέπουμε στον Κόσμο. Αλλά και την εξήγηση της σκοτεινής ύλης καθώς και το ισχυρό πρόβλημα της συμμετρίας CP .

Οι κυματισμοί στον χωρο-χρόνο θα μπορούσαν να εξηγήσουν το μυστήριο του γιατί υπάρχει το σύμπαν

Μια νέα μελέτη μπορεί να βοηθήσει στην απάντηση σε ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια του σύμπαντος: Γιατί υπάρχει περισσότερη ύλη από την αντιύλη; Αυτή η απάντηση, με τη σειρά της, θα μπορούσε να εξηγήσει γιατί υπάρχουν τα πάντα από τα άτομα έως τις μαύρες τρύπες.

Είναι το σχήμα του σύμπαντος επίπεδο;

Το σχήμα του σύμπαντος είναι ένα από τα πιο σημαντικά ζητήματα στην κοσμολογία, με εκτεταμένες συνέπειες, ακόμα και μέχρι την τελική μοίρα του Κόσμου. Για δεκαετίες, έχουμε μετρήσεις που δείχνουν ότι το σύμπαν μας είναι γεωμετρικά επίπεδο και άπειρο, έστω και αν μερικοί κοσμολόγοι υποστηρίζουν ότι οι τελευταίες μετρήσεις δείχνουν ένα σφαιρικό σύμπαν.

Το αξιόνιο λύνει τρία μυστήρια του σύμπαντος

Ένα υποθετικό σωματίδιο που ονομάζεται αξιόνιο θα μπορούσε να λύσει ένα από τα σπουδαία μυστήρια της φυσικής: το πλεόνασμα της ύλης πάνω από την αντιύλη ή γιατί είμαστε εδώ. Σύμφωνα με το Καθιερωμένο Μοντέλο της Φυσικής των σωματιδίων, όταν γεννήθηκε το σύμπαν μας, η συνάντηση της ύλης και της αντιύλης έπρεπε να εξαϋλώσει το ένα το άλλο. Αυτό σημαίνει ότι δεν θα υπήρχε τίποτα – ούτε Γη, ούτε Ήλιος, ούτε Γαλαξίας, ούτε Άνθρωπος. Αλλά τα βλέπουμε.

Ταυτοποιήθηκαν υποατομικά σωματίδια που θα μπορούσαν να σχηματίσουν «σκοτεινή ύλη»

Επιστήμονες έχουν προσδιορίσει ένα υποατομικό σωματίδιο το οποίο θα μπορούσε να σχηματίσει τη «σκοτεινή ύλη» στο Σύμπαν κατά τη διάρκεια της Μεγάλης Έκρηξης. Το 80% του Σύμπαντος μπορεί να είναι σκοτεινή ύλη, αλλά παρά τις πολυάριθμες μελέτες εδώ και δεκαετίες, η φυσική του προέλευση παραμένει ένα αίνιγμα. Αν και δεν μπορεί να την δούμε άμεσα, οι επιστήμονες γνωρίζουν ότι υπάρχει λόγω της αλληλεπίδρασής του μέσω της βαρύτητας με την ορατή ύλη, όπως τα αστέρια και οι πλανήτες. Η σκοτεινή ύλη αποτελείται από σωματίδια που δεν απορροφούν, δεν αντανακλούν ή δεν εκπέμπουν φως.

Νέα στοιχεία για την συστροφή του χωροχρόνου κατά την κίνηση δύο άστρων

Μια διεθνής ομάδα αστροφυσικών με επικεφαλής τον Αυστραλό Καθηγητή Matthew Bailes έδειξε συναρπαστικά νέα στοιχεία για την «συστροφή του πλαισίου αναφοράς» – δηλαδή πώς η περιστροφή ενός ουράνιου σώματος συστρέφει (παρασέρνει) τον χώρο και τον χρόνο γύρω του – μετά την παρακολούθηση της τροχιάς ενός εξωτικού αστρικού ζεύγους για σχεδόν δύο δεκαετίες. Τα δεδομένα, τα οποία αποτελούν περαιτέρω στοιχεία για τη θεωρία της Γενικής Σχετικότητας του Αϊνστάιν, δημοσιεύονται στο περιοδικό Science .

Δεν χρειάζεται να τροποποιήσετε τη βαρύτητα για να εξηγήσετε τη σκοτεινή ενέργεια

Ένα από τα μεγαλύτερα άλυτα παζλ σε όλη την επιστήμη είναι η σκοτεινή ενέργεια. Το Σύμπαν όχι απλώς επεκτείνεται, αλλά ο ρυθμός διαστολής όπως συμπεραίνουμε για τους μακρινούς γαλαξίες επιταχύνεται: η ταχύτητα απομάκρυνσης τους επιταχύνεται από την ορατότητα μας όσο περνάει ο καιρός. Αυτό ήταν μια έκπληξη όταν ανακαλύφθηκε εμπειρικά τη δεκαετία του 1990 και περισσότερο από δύο δεκαετίες αργότερα δεν καταλαβαίνουμε πού προέρχεται αυτή η μυστηριώδης μορφή ενέργειας, η πιο πλούσια σε όλο το Σύμπαν.

Η εξίσωση του Alexander Friedmann

Στον Αλέξανδρο Friedmann από τη Ρωσία οφείλεται η ανάπτυξη μιας δυναμικής εξίσωσης για το διαστελλόμενο σύμπαν στη δεκαετία του ’20. Τότε ήταν μια εποχή που οι Einstein, Willem de Sitter από την Ολλανδία και Georges Lemaitre από τη Γαλλία, δούλευαν τις εξισώσεις για την περιγραφή του σύμπαντος. Ο Friedmann την ανέπτυξε τότε ως μια σχετιστική εξίσωση στα πλαίσια της Γενικής Σχετικότητας, αλλά η περιγραφή εδώ θα περιοριστεί σε μια απλουστευμένη, μη-σχετικιστική έκδοση.