Μια γρήγορη περίληψη του σύμπαντος

Ένας σύντομος οδηγός για τη φυσική και τα μυστήρια του σύμπαντος μας, για όσους από εσάς δεν έχουν πολύ χρόνο.

Η κατανόηση της φυσικής είναι καλή για πολλούς λόγους. Όχι μόνο μας ενημερώνει για το σπίτι μας στο Ηλιακό Σύστημα και στο μεγαλύτερο σύμπαν, αλλά είναι το θεμέλιο για κάτι που όλοι χρησιμοποιούμε: τεχνολογία. Είναι αυτό που ώθησε τόσο τις βιομηχανικές όσο και τις ηλεκτρικές επαναστάσεις, ζωντανεύουν τη σύγχρονη κοινωνία όπως τη γνωρίζουμε. Σας επιτρέπει να έχετε πρόσβαση στο Διαδίκτυο, να παρακολουθείτε τις αγαπημένες σας εκπομπές και να κάνετε σημαντική απεικόνιση όταν βρίσκεστε στο νοσοκομείο. Στο μέλλον, η τεχνολογία θα μας επιτρέψει να κάνουμε τόσο πολύ που τα περισσότερα από αυτά που χαρακτηρίζονται σήμερα ως επιστημονική φαντασία - σκεφτείτε ότι τα κινούμενα αντικείμενα χωρίς να τα αγγίξετε, να έχουν αόρατο και να θεραπεύσουν τη γήρανση - θα γίνουν πραγματικότητα. Οι συνάδελφοί μας για το μέλλον θα φαίνονται θεϊκοί σε σύγκριση με αυτό που μπορούμε να επιτύχουμε σήμερα. Και, λόγω της εκθετικής ανάπτυξης της τεχνολογίας, όλα αυτά θα μπορούσαν να συμβούν εντός 100 ετών.

Εδώ προσπάθησα να βάλω μια γρήγορη βάση για τη φυσική και τι μπορεί να μας πει για το σύμπαν μας.

Σύντομη ιστορία της φυσικής

Υπάρχουν τέσσερις κύριες δυνάμεις στο σύμπαν. Για να είναι από το ισχυρότερο στο πιο αδύναμο, είναι: ισχυρός πυρηνικός, αδύναμος πυρηνικός, ηλεκτρομαγνητικός και βαρύτητα.

Βαρύτητα

Στην ηλικία των 23 ετών, ο Ισαάκ Νεύτωνας δημιούργησε λογισμό με το ρυθμό με τον οποίο μαθαίνει το λογισμό στην τάξη. Εφευρέθηκε επίσης το ανακλώμενο τηλεσκόπιο που χρησιμοποιούσε για να παρακολουθεί έναν κομήτη εκείνη την εποχή. Φυσικά, μας έδωσε επίσης την έννοια της βαρύτητας. Αυτό ήταν το πρώτο μας βήμα για να ξεκλειδώσουμε τα μυστικά του τεράστιου και μυστηριώδους κόσμου μας.

Ως γρήγορη υπενθύμιση, οι νόμοι του Νεύτωνα έχουν ως εξής:

  1. Ένα αντικείμενο σε κίνηση θα παραμείνει σε κίνηση ή ένα αντικείμενο σε κατάσταση ηρεμίας θα παραμείνει σε κατάσταση ηρεμίας εκτός εάν ενεργηθεί από εξωτερική δύναμη.

2. Δύναμη = μάζα (επιτάχυνση)

3. Για κάθε δράση υπάρχει μια ίση και αντίθετη αντίδραση.

Αυτοί οι πρώτοι νόμοι της επιστήμης προκάλεσαν τη βιομηχανική επανάσταση και, ως εκ τούτου, εισήχθη η σύγχρονη εποχή. Ωστόσο, υπήρχαν και μερικοί άλλοι σημαντικοί παράγοντες.

«Ένας κλιμακωτός καταρράκτης σε κίνηση που ρέει μέσα από ένα ποώδες βουνό στο Holland Park» από το www.headsmartmedia.com. Είναι η βαρύτητα που επιτρέπει σε αυτό το νερό να συνεχίσει να ρέει σε όμορφες κουρτίνες.

Ηλεκτρομαγνητικός

Η ηλεκτρική επανάσταση συνέβη σε μεγάλο βαθμό εξαιτίας ενός άνδρα που δεν είχε καν επίσημη εκπαίδευση. Ο Μάικλ Φαραντάι παρουσίασε ιδιότητες ηλεκτρικής ενέργειας κατά τη διάρκεια των δημόσιων διαλέξεων του. Θα περπατούσε σε χαλύβδινα κλουβιά και θα τα ηλεκτρίζει, δείχνοντας ότι ο χάλυβας δημιούργησε ένα φράγμα και ότι, αν δεν αγγίξατε τον εαυτό σας, θα είστε ασφαλείς από τα ηλεκτρικά ρεύματα. Ο νόμος του είναι για το πώς μπορούν να δημιουργηθούν τάσεις ηλεκτρικής ενέργειας από ένα μαγνητικό περιβάλλον. Ένα κινούμενο καλώδιο σε ένα μαγνητικό πεδίο θα δημιουργήσει ένα ηλεκτρικό ρεύμα με την ώθηση των ηλεκτρονίων του.

Εάν ένας κινούμενος μαγνήτης δημιουργεί ένα ηλεκτρικό πεδίο, τότε το αντίστροφο ισχύει επίσης. Ένα κινούμενο ηλεκτρικό πεδίο θα οδηγήσει σε μαγνητικό πεδίο. Είναι ένα και το ίδιο. Ένα ενιαίο αναγκαστικό.

Ο James Maxwell, κατά τη διάρκεια του εμφυλίου πολέμου, υπολόγισε την ταχύτητα ενός κύματος που κυμαινόταν μεταξύ μαγνητικών και ηλεκτρικών πεδίων. Ένα κύμα στο οποίο μαγνητικά πεδία δημιούργησαν ηλεκτρικά πεδία που δημιούργησαν μαγνητικά πεδία που δημιούργησαν ηλεκτρικά πεδία. Η ταχύτητα αυτού του κύματος αποδείχθηκε η ακριβής ταχύτητα του φωτός. Στην πραγματικότητα, αυτό ήταν το ίδιο το φως!

Εξισώσεις του Maxwell

Ισχυρές και αδύναμες πυρηνικές δυνάμεις

Και οι δύο αυτές δυνάμεις λειτουργούν σε ατομικό επίπεδο, εάν για ακριβώς αντίθετους λόγους. Οι ισχυρές δυνάμεις είναι μερικές από τις ισχυρότερες σε όλο το σύμπαν και είναι αυτές που δεσμεύουν τα συστατικά σωματίδια των πυρήνων - δηλαδή τα πρωτόνια και τα νετρόνια. Η ασθενής δύναμη ασχολείται με τη ραδιενεργή διάσπαση των υποατομικών σωματιδίων. Είναι επίσης αυτό που ξεκινά η πυρηνική σύντηξη που κρατά τον ήλιο να καίει. Όταν ένα στοιχείο αποσυντίθεται μέσω της αδύναμης δύναμης, αλλάζει σε ένα εντελώς διαφορετικό στοιχείο. Ο άνθρακας, με 6 πρωτόνια και 8 νετρόνια, αποσυντίθεται σε άζωτο, με 7 πρωτόνια και 7 νετρόνια. Σε αυτήν την περίπτωση, η ασθενής δύναμη ενήργησε πάνω σε ένα νετρόνιο και το άλλαξε σε πρωτόνιο.

Η πιο διάσημη φόρμουλα του Αϊνστάιν

Το βάρος σας δεν είναι σταθερό. Όσο πιο γρήγορα κινούνται, τόσο βαρύτερα γίνεστε. Η μάζα είναι ενέργεια. Αυτή είναι η ιδέα πίσω από τον πιο διάσημο τύπο του Αϊνστάιν: e = mc² ή, την ενέργεια της κίνησης = μάζα (ταχύτητα φωτός) ².

Αυτή η φόρμουλα, μαζί με τις γνώσεις μας για την αδύναμη πυρηνική δύναμη, μας βοήθησαν να καταλάβουμε τι συνέβη μέσα στον ήλιο.

Είμαστε αρκετά τυχεροί που ο ήλιος μας βρίσκεται σήμερα σε ένα σημείο της ζωής του όταν είναι απίστευτα σταθερός, μετατρέποντας σταθερά το υδρογόνο σε ήλιο. Ωστόσο, σε ένα δισεκατομμύριο χρόνια αυτό δεν θα ισχύει πλέον. Ο ήλιος σε αυτό το σημείο θα ζεσταθεί αρκετά για να βράσει τους ωκεανούς μας και, σε λίγα ακόμη δισεκατομμύρια χρόνια μετά, θα μετατραπεί σε έναν κόκκινο γίγαντα τόσο τεράστιο που θα μας καταναλώσει εντελώς. Υπάρχει μια πιθανότητα, όσο μικρή, ότι η Γη θα ξεφύγει από τη θερμότητα του ήλιου και θα επιβιώσει πέρα ​​από τη σκηνή του κόκκινου νάνου του ήλιου. Αλλά αν επιβιώσει, θα βγει τελικά σε τροχιά κοντά στον αστεροειδή ιμάντα, τώρα γύρω από τον νέο λευκό νάνο ήλιο.

Περιττό να πούμε, οι πιθανότητες ότι το είδος μας θα επιβιώσει αρκετά καιρό για να δει τον όμορφο θάνατο του αστεριού μας είναι εξαιρετικά μικρές.

Θεωρία χορδών

Αυτή είναι η θεωρία που επιχειρεί να παντρευτεί τη θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν με την κβαντική μηχανική. Δηλαδή, προσπαθεί να είναι μια εξήγηση για τα μικρότερα σωματίδια στο σύμπαν μας μέχρι τα μεγαλύτερα σώματα, εκείνα των πλανητών και των άστρων. Λειτουργεί υποθέτοντας ότι τα σωματίδια είναι χορδές και ότι η δόνηση αυτών των χορδών με διαφορετικό τρόπο θα τα μετατρέψει σε διαφορετικό σωματίδιο. Έτσι, θα συγκεντρώσει και τις τέσσερις δυνάμεις για τις οποίες μόλις μιλήσαμε.

Ενώ οι εξισώσεις του Αϊνστάιν καταρρέουν στο κέντρο μιας μαύρης τρύπας και εκείνη τη στιγμή πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη, η Θεωρία του String υποδηλώνει ότι δεν είμαστε μόνο ένα σύμπαν, αλλά ένα σύμπαν που είναι μέρος ενός πολυσύμπαντος. Και αν αυτό είναι αλήθεια, θα μπορούσαμε στο μέλλον να δημιουργήσουμε σκουληκότρυπες σε αυτά τα άλλα σύμπαντα. Ακόμη και η δημιουργία μηχανών χρόνου είναι εφικτή, αν και απαιτούν τεράστια ποσότητα ενέργειας.

Μυστήριο σκοτεινής ενέργειας και σκοτεινή ουσία

Ενώ τα βιβλία φυσικής που κυκλοφορούν σήμερα θα σας πουν ότι το μεγαλύτερο μέρος του σύμπαντος αποτελείται από άτομα, αυτό δεν ισχύει. Το μεγαλύτερο μέρος του σύμπαντος είναι σκοτεινό. Η σκοτεινή ενέργεια αποτελεί το 68% του σύμπαντος, η σκοτεινή ύλη αποτελεί το 27% και η λεγόμενη «κανονική ύλη» - εσείς και εγώ και όλα όσα βλέπουμε γύρω μας - είναι λιγότερο από 5%.

Γνωρίζουμε ότι η σκοτεινή ενέργεια και η σκοτεινή ύλη υπάρχουν επειδή παρατηρούμε πώς επηρεάζουν το σύμπαν μας. Η σκοτεινή ύλη, για παράδειγμα, δεν αλληλεπιδρά με καμία άλλη βασική δύναμη στο σύμπαν εκτός από τη βαρύτητα. Έχει έξι φορές μεγαλύτερη βαρύτητα από την κανονική ύλη και, χωρίς αυτήν, οι γαλαξίες δεν θα υπήρχαν καθώς η βαρύτητα της ύλης δεν αρκεί για να διατηρήσει τα αστέρια μαζί σε γαλαξιακές συστάδες. Γνωρίζουμε ότι υπάρχει και η σκοτεινή ύλη, επειδή το φως θα λυγίσει γύρω της.

Φωτογραφία από τον Alexander Andrews

Η σκοτεινή ενέργεια προκαλεί το σύμπαν να επεκτείνεται με ρυθμό πολύ πιο γρήγορα από αυτό που θα περίμενε κανείς. Στην πραγματικότητα, πιστεύεται ότι η βαρύτητα θα επιβραδύνει τελικά και θα σταματήσει την επέκταση του σύμπαντος. Αυτό που γνωρίζουμε για τη σκοτεινή ενέργεια είναι μόνο ότι υπάρχει όπου υπάρχει κενό διάστημα και συνεχίζει να δυναμώνει όσο περνά ο καιρός.

Υπάρχει ένα βραβείο Νόμπελ που περιμένει όποιον μπορεί να μας πει ποια είναι η σκοτεινή ύλη και η σκοτεινή ενέργεια ή ακόμα και γιατί υπάρχει καθόλου. Οχι πραγματικά. Κανένα από αυτά δεν υποτίθεται. Βρισκόμαστε εδώ μόνο επειδή υπήρχε ανισορροπία ύλης προς αντιύλη με αντίστοιχη αναλογία ενός δισεκατομμυρίου και ενός προς ένα δισεκατομμύριο. Τι προκάλεσε αυτήν την ανισορροπία; Κανείς δεν ξέρει.

Αν σας άρεσε αυτό το άρθρο, ενημερώστε με δίνοντας μερικά χειροκρότημα. Ευχαριστώ για την ανάγνωση!