De la Big Bang la găuri negre
Cumpărați cartea - o scurtă istorie a timpului de Stephen Hawking
Care este subiectul cărții o scurtă istorie a timpului?
Aruncând o privire atât la istoria teoriei științifice, cât și la conceptele care ne modelează cunoștințele actuale despre lume, o scurtă istorie a timpului (1988) este un lucru obligatoriu pentru oricine este interesat de istoria științei. În această carte, Hawking oferă un rezumat concis atât al istoriei universului, cât și al fizicii complicate care stă la baza acesteia, toate prezentate într -o manieră pe care chiar și cititorii care sunt expuși la aceste concepte pentru prima dată pot înțelege.
Cine este cel care citește cartea o scurtă istorie a timpului?
- Oricine este curios în originile cosmosului, oricine este curios despre ce este fizica cuantică și oricine este interesat de modul în care funcționează găurile negre
Care este fundalul lui Stephen Hawking?
Doctorat în fizică și cosmologie teoretică, Stephen Hawking (1942-2018) a fost un fizician teoretic, cosmolog și autor, care este cel mai cunoscut pentru munca sa privind radiațiile de hawking și teoreme de penrose. Între 1979 și 2009, Hawking a ținut Professoria de matematică Lucasian la Universitatea din Cambridge, unde a fost, de asemenea, distins cu Medalia prezidențială a libertății. El a fost, de asemenea, un coleg de onoare al Royal Society of Arts și un membru pe tot parcursul vieții al Academiei Pontificale de Științe.
Ce este exact pentru mine? Descoperiți misterele universului.
Văzând cerul umplut de stele noaptea este unul dintre cele mai uimitoare și provocatoare de gândire de pe planetă. Există ceva despre sclipirea universului care ne roagă să luăm un moment și să luăm în considerare unele dintre cele mai profunde mistere ale universului. O scurtă istorie a timpului va contribui la iluminarea acestor mistere prin dezvăluirea principiilor care guvernează cosmosul. Deoarece este scris în termeni de înțelegere, va ajuta chiar și pe cei care nu sunt înclinați științific să înțeleagă de ce există cosmosul, cum a ajuns să fie și cum va arăta viitorul. De asemenea, veți afla despre fenomene ciudate, precum ca găuri negre, care sunt un fel de vid care atrage totul (sau aproape totul) spre ele. Chiar mai important, veți învăța misterele timpului în sine, deoarece aceste note oferă răspunsuri la întrebări precum „Cât de repede trece timpul?” precum și „Cum știm că merge înainte?”
Cu certitudine, nu veți mai privi niciodată cerul nopții la fel după ce ați ascultat aceste piese de literatură.
Dezvoltarea teoriilor bazate pe ceea ce ați văzut în trecut vă poate ajuta să preziceți viitorul.
Probabilitatea este că ați auzit despre teoria gravitației sau despre teoria relativității. Dar, ați luat vreodată un moment să luați în considerare ceea ce înseamnă de fapt atunci când vorbim despre idei și concepte? Cu alte cuvinte, o teorie este un model care explică corect grupări uriașe de date în sensul cel mai fundamental. Observațiile științifice, precum cele realizate în experimente, sunt colectate și analizate de oamenii de știință, care utilizează apoi informațiile pentru a crea ipoteze despre cum și de ce apar evenimente. Exemple includ ideea de gravitație, care a fost stabilită de Isaac Newton după ce a studiat o varietate de evenimente, de la mere care se încadrează de la copaci până la mișcarea planetelor. O teorie a gravitației a fost dezvoltată folosind dovezile care au fost adunate de cercetător. Teoriile oferă două avantaje semnificative: în primul rând, ei permit oamenilor de știință să facă predicții precise despre cursul evenimentelor în viitor.
De exemplu, teoria gravitației lui Newton a permis oamenilor de știință să anticipeze mișcările viitoare ale obiectelor precum planetele. Dacă doriți să știți, de exemplu, unde Marte va fi în șase luni, puteți utiliza teoria gravitației pentru a prognoza locația cu precizie. În al doilea rând, teoriile sunt întotdeauna disprovabile, ceea ce înseamnă că pot fi revizuite dacă se descoperă noi dovezi care contrazic teoria în cauză. De exemplu, oamenii se gândeau că pământul era centrul universului și că orice altceva se încontau în jurul său. Ca urmare a descoperirii sale că lunile lui Jupiter au orbiteat planeta, Galileo a putut să demonstreze că nu totul s -a rotit cu adevărat în jurul pământului. Drept urmare, oricât de solidă ar fi o teorie la momentul formulării sale, o singură observație viitoare poate face întotdeauna incorectă. Drept urmare, ideile nu se pot dovedi niciodată adevărate, iar știința este un proces care se schimbă continuu.
O schimbare în modul în care ne gândim la modul în care se mișcă lucrurile s -au produs în anii 1600, datorită lui Isaac Newton.
Înainte de Isaac Newton, se credea că starea naturală a unui obiect era una de liniște completă. Acest lucru implică faptul că, dacă nu ar exista o forță externă care să acționeze asupra articolului, acesta ar rămâne complet nemișcat. Newton, în anii 1600, a demonstrat în mod concludent că această noțiune de lungă durată era incorectă. O nouă ipoteză a fost prezentată la locul său, conform căreia totul în cosmos, mai degrabă decât să fie static, era într -adevăr întotdeauna în mișcare. Newton a ajuns la această concluzie ca urmare a constatării sale că planetele și stelele din cosmos se mișca continuu în relația lor unul cu celălalt. Exemple includ faptul că pământul se învârte continuu în jurul soarelui și că întregul sistem solar se rotește în jurul galaxiei. Drept urmare, nimic nu este niciodată cu adevărat nemișcat. Newton a conceput trei legi ale mișcării pentru a explica mișcarea tuturor lucrurilor din univers:
Toate obiectele vor continua să călătorească pe o cale dreaptă dacă nu sunt acționate de o altă forță, conform primei legilor de mișcare ale lui Newton. Acest lucru a fost arătat de Galileo într -un experiment în care a rostogolit bile pe un deal pentru a -i ilustra punctul de vedere. S -au rostogolit pe o cale dreaptă, deoarece nu exista nicio altă forță asupra lor, în afară de gravitația. Mai exact, a doua lege a lui Newton spune că un obiect va accelera într -un ritm proporțional cu forța exercitată asupra acestuia. Luați în considerare următorul exemplu: un vehicul cu un motor mai puternic va accelera mai repede decât un vehicul cu un motor mai puțin puternic. Această regulă spune, de asemenea, că cu cât masa unui corp este mai mare, cu atât o forță are o forță asupra mișcării sale și invers. Un vehicul mai mare va dura mai mult pentru a accelera decât un vehicul mai ușor dacă două vehicule au același motor.
Gravitatea este descrisă de a treia lege a lui Newton. Acesta afirmă că toate corpurile din univers sunt atrase unul de celălalt de o forță care este proporțională cu masa obiectelor atrase. Aceasta implică faptul că, dacă dublați masa unui articol, forța care acționează asupra lui va fi de două ori mai puternică. Dacă dublați masa unui element și treci masa altuia, forța va fi de șase ori mai puternică.
Faptul că viteza luminii este constantă demonstrează că nu este întotdeauna posibilă măsurarea vitezei ceva în raport cu viteza altuia.
După ce am văzut cum teoria lui Newton a eliminat cu odihnă absolută și a înlocuit -o cu ideea că mișcarea unui obiect este relativă la mișcarea altceva, putem vedea cum este încă utilizat astăzi. Cu toate acestea, teoria a indicat, de asemenea, că viteza relativă a unui articol este importantă. Luați în considerare următorul scenariu: sunteți așezat într -un tren care parcurge la 100 de mile pe oră și citiți o carte. Sunt curios cât de repede călătorești. Potrivit unui martor care urmărește trenul să treacă, călătorești la 100 de mile pe oră. Cu toate acestea, în raport cu cartea pe care o citiți acum, viteza dvs. este de 0 mile pe oră. Drept urmare, viteza dvs. este măsurată în raport cu un alt articol. Cu toate acestea, a fost descoperit un defect semnificativ în teoria lui Newton: viteza luminii.
Viteza luminii este constantă, nu relativă și nu poate fi măsurată. Se deplasează cu o viteză constantă de 186.000 mile pe secundă. Orice altceva se mișcă într -un ritm mai rapid decât lumina, viteza luminii va rămâne constantă indiferent. De exemplu, dacă un tren care călătorește la 100 de mile pe oră s -ar apropia de un fascicul de lumină, viteza luminii ar fi de 186.000 mile pe secundă, conform formulei. Cu toate acestea, chiar dacă acel tren s -a oprit complet la un semnal roșu, fasciculul de lumină ar călători în continuare la 186.000 mile pe secundă. Nu face nicio diferență cine privește lumina sau cât de repede se mișcă; Viteza luminii va rămâne întotdeauna constantă. Ipoteza lui Newton este periculoasă ca urmare a acestei constatări. Când se mișcă ceva, cum poate viteza obiectului să rămână constant independent de starea observatorului? Din fericire, soluția a fost găsită la începutul secolului XX, când Albert Einstein și -a propus teoria generală a relativității.
Conform teoriei relativității, timpul în sine nu este o cantitate fixă.
Faptul că viteza luminii rămâne constantă a fost o problemă pentru teoria lui Newton, deoarece a demonstrat că viteza nu este neapărat relativă. Drept urmare, oamenii de știință au nevoie de un model actualizat care să țină cont de viteza luminii. Teoria relativității, creată de Albert Einstein, este un exemplu al unei astfel de teorii. Conform teoriei relativității, regulile științei se aplică în mod egal tuturor observatorilor care sunt liberi să se deplaseze. Acest lucru implică faptul că, indiferent de ritmul în care călătorește cineva, vor experimenta întotdeauna aceeași viteză de lumină. Deși acest lucru pare a fi destul de simplu la prima vedere, una dintre propunerile sale fundamentale este cu adevărat extrem de dificil pentru mulți oameni să înțeleagă: ideea că timpul este relativ este una dintre cele mai greu de înțeles.
Datorită faptului că lumina nu variază în viteză atunci când sunt văzuți de observatorii care călătoresc cu diferite viteze, martorii care călătoresc cu viteze diferite față de celălalt ar estima de fapt momente diferite pentru aceeași întâmplare. Luați în considerare următorul scenariu: Un fulger de lumină este trimis către doi martori, dintre care unul se îndreaptă spre lumină și celălalt care călătorește cu o viteză mai rapidă în direcția opusă a luminii. Ambii spectatori ar experimenta aceeași viteză de lumină, în ciuda faptului că se mișcă la viteze foarte diferite și în direcții opuse. Acest lucru ar presupune că amândoi văd evenimentul flash ca și cum ar fi avut loc într -un moment diferit de celălalt, ceea ce este incredibil. Acest lucru se datorează faptului că timpul este definit de distanță, ceva a trecut împărțit la viteza cu care s -a mutat. Deși viteza luminii este aceeași pentru ambii spectatori, datorită diferenței de distanță, timpul este relativ la fiecare observator în acest caz.
Dacă ambii martori ar fi echipat cu ceasuri pentru a înregistra momentul în care a fost produs pulsul luminii, aceștia ar putea să certifice două cronometre distincte pentru aceeași întâmplare. Deci, cine este corect? În niciunul dintre opiniile observatorilor; Timpul este relativ și unic pentru fiecare dintre perspectivele lor!
Deoarece este imposibil să obțineți măsurători precise ale particulelor, oamenii de știință se bazează pe un concept cunoscut sub numele de stare cuantică pentru a face predicții.
Totul din univers este format din particule precum electroni și fotoni. Oamenii de știință încearcă să -i măsoare și să -și analizeze viteza pentru a înțelege mai multe despre cosmos și locuitorii săi. Cu toate acestea, atunci când încercați să examinați particulele, veți vedea că se comportă într -o manieră neobișnuită. Ciudat, cu cât încercați mai precis să măsurați locația unei particule, cu atât viteza ei devine mai incertă; În schimb, cu cât încercați mai precis să -i măsurați viteza, cu atât poziția sa devine mai puțin definită. Principiul incertitudinii este numele dat acestui fenomene, care a fost identificat inițial în anii 1920. O consecință a principiului incertitudinii a fost aceea că oamenii de știință au fost obligați să găsească alte metode de a privi particule, ceea ce le -a determinat să înceapă să privească în schimb starea cuantică a unei particule. Starea cuantică a unei particule este o combinație a mai multor locații potențiale probabile și viteze ale particulei.
Deoarece oamenii de știință nu sunt în măsură să determine locația sau viteza precisă a unei particule, ei trebuie să ia în considerare numeroasele locuri și viteze posibile pe care particulele le pot ocupa. Cercetătorii monitorizează fiecare locație posibilă în care ar putea fi o particulă și apoi o aleg pe cea mai probabilă dintre ele, în timp ce particulele călătorește. Oamenii de știință tratează particule ca și cum ar fi valuri pentru a -i ajuta să determine acest lucru. Deoarece o particulă poate fi într -o multitudine de diferite locații în același timp, acestea par ca o secvență de unde continue, oscilante, în aspectul lor. Luați în considerare imaginea unei bucăți de fir vibrant. Când șirul vibrează, acesta se va arunca și se va scufunda printr -o serie de vârfuri și jgheaburi. O particulă acționează într -o manieră similară, dar traseul său potențial este alcătuit dintr -o secvență de unde se suprapun care toate apar în același timp.
Observarea particulelor în acest mod ajută oamenii de știință să stabilească unde se găsește cel mai probabil o particulă. Cele mai multe locații de particule probabile sunt cele în care arcurile și vârfurile de pe numeroasele valuri coincid între ele, în timp ce locațiile de particule cele mai puțin probabile sunt cele în care nu. Aceasta este denumită interferențe și dezvăluie ce locații și viteze sunt cel mai probabil ca unda de particule să meargă pe traseul său.
Gravitatea este consecința unor lucruri mari care îndoaie țesătura spațiului-timp după voința lor.
Când priviți în jurul vostru, vedeți lumea în trei dimensiuni, ceea ce înseamnă că puteți caracteriza fiecare element prin înălțimea, lățimea și măsurările de adâncime. Faptul rămâne că există o a patra dimensiune, deși una pe care nu o putem vedea: timpul, care atunci când este combinat cu celelalte trei dimensiuni formează un fenomen cunoscut sub numele de spațiu-timp. Oamenii de știință folosesc acest model de patru dimensiuni de spațiu-timp pentru a explica evenimentele care au loc de-a lungul cosmosului. În contextul timpului și spațiului, un eveniment este orice lucru care are loc la un anumit moment în timp. Drept urmare, la determinarea locației unui eveniment în colaborare cu coordonatele tridimensionale, oamenii de știință includ o a patra coordonată pentru a reprezenta timpul apariției. Pentru a determina locația unui eveniment, oamenii de știință trebuie să țină seama de timp, deoarece teoria relativității spune că timpul este relativ. Prin urmare, este un element esențial în definirea naturii unui anumit incident.
Combinația dintre spațiu și timp a avut un efect remarcabil asupra înțelegerii noastre despre gravitație, care a evoluat dramatic ca urmare. Gravitatea este consecința unor obiecte mari care îndoaie continuul spațiu-timp, așa cum este descris mai sus. Când o masă mare, cum ar fi soarele nostru, curbele, acesta are ca efect modificarea spațiului-timp. Luați în considerare următorul scenariu: Luați în considerare conceptul de spațiu-timp ca o pătură care este răspândită și păstrată în aer. Dacă puneți un articol în centrul păturii, pătura se va curba și obiectul se va scufunda puțin în mijlocul păturii. Acesta este efectul pe care lucrurile enorme îl au asupra țesăturii spațiului-timp.
Alte lucruri vor urma apoi aceste curbe în spațiu-timp în timp ce se deplasează în spațiu. Acest lucru se datorează faptului că un articol alege întotdeauna cea mai scurtă cale între două locații, care este o orbită circulară în jurul unui obiect mai mare din univers. Dacă aruncați o altă privire la pătură, veți vedea ceva. Punerea unui articol mare ca un portocaliu pe pătură și apoi încercarea de a rula un obiect mai mic peste acesta va duce la marmura în urma depresiei lăsate în urmă de Orange. Gravitatea funcționează în același mod!
În cazul morții unei stele cu o masă mare, vedeta se prăbușește într -o singularitate cunoscută sub numele de o gaură neagră.
Pentru a genera căldură și lumină, stelele au nevoie de cantități extraordinare de energie pe parcursul întregii lor vieți. Cu toate acestea, această energie nu suportă la nesfârșit; În cele din urmă, se epuizează, determinând să moară steaua. Ceea ce se întâmplă cu o stea după ce moare este determinată de dimensiunea stelei. Când o stea masivă își epuizează rezervele de energie, apare ceva extraordinar: formarea unei găuri negre. Deoarece câmpul gravitațional al majorității stelelor mari este atât de puternic, se poate forma o gaură neagră. Este posibil ca steaua să -și folosească energia pentru a se împiedica să se prăbușească atât timp cât este încă în viață. După ce a rămas fără energie, steaua nu mai este capabilă să sfideze gravitația, iar corpul său dezintegrare în cele din urmă se prăbușește în sine. Totul este atras spre interior într -o singularitate, care este un punct sferic la nesfârșit dens, care nu există nicăieri altundeva în univers. Această singularitate este denumită o gaură neagră.
Spațiul-timp devine răsucit atât de brusc, ca urmare a gravitației unei găuri negre, care chiar și lumina este îndoită de-a lungul căii sale. Nu numai că o gaură neagră atrage totul în apropierea sa, dar împiedică și orice care traversează o anumită graniță în jurul ei să scape din nou: acest punct de întoarcere nu este cunoscut sub numele de orizontul evenimentului și nimic, nici măcar lumină, care călătorește Mai repede decât orice altceva din univers, poate scăpa din nou peste el. O orizont de eveniment al unei găuri negre este definit ca punctul dincolo de care nimic nu poate scăpa din nou. Aceasta pune o întrebare interesantă: Deoarece o gaură neagră absoarbe lumina și orice altceva care își traversează orizontul evenimentului, cum putem spune dacă sunt cu adevărat acolo în univers? Astronomii vânează găuri negre prin observarea impactului gravitațional pe care îl au asupra cosmosului, precum și a razelor X emise de interacțiunea lor cu stelele orbite.
De exemplu, astronomii caută stele care înconjoară obiecte întunecate și uriașe care pot fi sau nu găuri negre pentru a afla mai multe despre ele. De asemenea, sunt în căutarea razelor X și a altor valuri care sunt frecvent generate de materie, deoarece sunt târâte și rupte de o gaură neagră. O sursă și mai misterioasă de radiații radio și infraroșii a fost descoperită în miezul galaxiei noastre; Această sursă este considerată a fi o gaură neagră supermasivă.
Găurile negre produc radiații, ceea ce le poate determina să se evapore, rezultând în cele din urmă la moartea lor.
Atracția gravitațională a unei găuri negre este atât de puternică încât nici măcar lumina nu o poate scăpa. Se consideră că nimic altceva nu ar putea scăpa. Totuși, ai greși. De fapt, găurile negre trebuie să emită ceva pentru a evita încălcarea a doua regulă a termodinamicii. Se menționează în a doua regulă universală a termodinamicii că entropia sau tendința spre o tulburare mai mare se ridică în orice moment. Și atunci când entropia crește, temperatura trebuie să crească. O bună ilustrare a acestui lucru este modul în care un poker de foc arde roșu-fierbinte după ce a fost plasat într-un foc și emite radiații sub formă de căldură. Conform celei de -a doua reguli a termodinamicii, deoarece găurile negre absorb energia dezordonată din cosmos, entropia găurii negre ar trebui să crească ca urmare a acestui fapt. Și, ca urmare a creșterii entropiei, găurile negre ar trebui să fie obligate să permită căldurii să scape.
Deși nimic nu poate scăpa din orizontul evenimentului unei găuri negre, perechile virtuale de particule și antiparticule în apropierea orizontului evenimentului sunt capabile să facă acest lucru, deoarece a doua lege a termodinamicii este conservată în vecinătatea orizontului evenimentului. Particulele care nu pot fi observate, dar ale căror impacturi pot fi cuantificate sunt denumite particule virtuale. Unul dintre membrii cuplului are energie pozitivă, în timp ce celălalt are energie încărcată negativ. Din cauza rezistenței atracției gravitaționale într -o gaură neagră, o particulă negativă poate fi aspirată în gaura neagră și, în acest sens, să -și ofere partenerului său de particule suficientă energie pentru a scăpa de cosmos și pentru a fi eliberat ca căldură. Este posibil ca gaura neagră să emită radiații în acest mod, permițându -i să se supună a doua lege a termodinamicii.
Cantitatea de radiații pozitive eliberate este contrabalansată de cantitatea de radiații negative trase în gaura neagră de gaura neagră. Acest aflux interior de particule negative are potențialul de a scădea masa găurii negre până când în cele din urmă se evaporă și moare. Și, dacă masa găurii negre este redusă la o valoare suficient de minimă, se va încheia cel mai probabil într-o explozie finală imensă echivalentă cu milioane de bombe H.
În ciuda faptului că nu putem fi siguri, există indicii semnificative că timpul va continua să meargă doar înainte.
Luați în considerare posibilitatea ca universul să înceapă să se micșoreze și timpul a început să curgă înapoi. Cum ar fi să fii acolo? Există posibilitatea ca ceasurile să meargă înapoi și calea istoriei va fi inversată. Cu toate acestea, deși oamenii de știință nu au respins în întregime posibilitatea, trei indicații semnificative indică faptul că timpul avansează exclusiv. Săgeata termodinamică a timpului este indicația inițială că timpul trece de la un punct în trecut în alt punct în viitor. Conform celei de -a doua legi a termodinamicii, entropia - tulburarea unui sistem închis - tinde să crească pe măsură ce timpul progresează în fiecare sistem închis. Aceasta implică faptul că înclinația tulburării de a crește poate fi folosită pentru a măsura trecerea timpului.
În cazul unei cupe care cade accidental de pe o masă și se rupe, comanda a fost perturbată, iar entropia a crescut. Deoarece o ceașcă spulberată nu se va reuni și nu se va îmbunătăți în mod spontan și va îmbunătăți ordinea, putem concluziona că timpul merge doar înainte. Cupa spulberată și săgeata termodinamică a timpului sunt ambele elemente ale celui de -al doilea indicator al timpului înainte, care este controlat de memorie și este reprezentat și de săgeata psihologică a timpului. Când vă puteți aminti că ceașca a fost pe masă după ce a fost ruptă, nu veți putea „aminti” locația viitoare pe podea, în timp ce era încă pe masă înainte de a fi spulberată. A treia indicație, săgeata cosmologică a timpului, se referă la extinderea cosmosului și corespunde experienței noastre despre săgeata termodinamică a timpului, precum și creșterea cunoștințelor noastre despre aceasta. Acest lucru se datorează faptului că entropia crește pe măsură ce cosmosul se extinde.
După ce a ajuns la un anumit moment în timp, haosul în cosmos poate determina universul să se micșoreze, inversând astfel direcția timpului în săgeata cosmică a timpului. Cu toate acestea, nu am fi conștienți de asta, deoarece creaturile inteligente pot trăi doar într -un mediu în care haosul crește. Motivul pentru acest lucru se datorează faptului că oamenii depind de procesul de entropie pentru a ne transforma alimentele într -o formă de energie utilizabilă. Din această cauză, vom continua să percepem săgeata cosmică a timpului ca înainte, atât timp cât suntem în viață.
Există trei forțe de bază în cosmos, pe lângă gravitație. Acestea sunt: atracție, atracție și atracție.
Există anumite forțe care operează în univers? Majoritatea oamenilor nu vor fi familiarizați doar cu una dintre aceste forțe: gravitația, care este forța care atrage lucrurile unul față de celălalt și care este resimțit în modul în care gravitația Pământului ne trage la suprafața sa. Majoritatea oamenilor, pe de altă parte, nu sunt conștienți de faptul că există cu adevărat alte trei forțe care operează pe cele mai mici particule. Când un magnet se agață de un frigider sau când îți reîncărcați telefonul mobil, vă confruntați cu forță electromagnetică, care este prima dintre aceste forțe. Are un efect asupra tuturor particulelor încărcate, inclusiv a electronilor și a quark -urilor, precum și a sarcinilor lor electrice.
Magneții au poli nord și sud care pot atrage sau respinge alți magneți. Particulele încărcate pozitiv atrag particule negative și îndepărtează alte particule pozitive și invers. Forța electromagnetică este reprezentată de polii nord și sud ai unui magnet. Această forță este considerabil mai puternică decât gravitația și are o influență mult mai mare la nivel atomic decât gravitația. De exemplu, forța electromagnetică face ca un electron să se înșele în jurul nucleului unui atom într -o mișcare circulară. Al doilea tip de forță nucleară este forța nucleară slabă, care operează pe toate particulele care alcătuiesc materie și este responsabilă pentru producerea de radioactivitate. Această forță este denumită „slabă”, deoarece particulele care transportă nu pot exercita decât forța pe o distanță scurtă, prin urmare, câștigând numele. Din cauza intensității crescânde a forței nucleare slabe la o energie mai mare, aceasta depășește în cele din urmă pe cea a forței electromagnetice.
Este cel de -al treilea tip de forță nucleară care ține protoni și neutroni împreună în nucleul unui atom, precum și în quark -urile mai mici conținute în interiorul protonicilor și neutronilor împreună. Forța nucleară puternică, spre deosebire de forța electromagnetică și forța nucleară slabă, devine mai slabă pe măsură ce energia particulei crește. În timpul unei perioade de energie foarte mare, denumită energie de unificare grandioasă, forța electromagnetică devine mai puternică, iar forța nucleară slabă devine mai slabă, în timp ce forța nucleară puternică devine mai slabă. În acel moment, toate cele trei forțe obțin o putere egală și se îmbină pentru a forma diverse fațete ale unei singure forțe: o forță care ar fi putut avea o parte în formarea universului, potrivit anumitor teorii.
În ciuda faptului că oamenii de știință cred că universul a început cu Big Bang, ei nu sunt clare de circumstanțele precise ale modului în care s -a produs acest lucru.
Marea majoritate a oamenilor de știință cred că timpul a început cu Big Bang - momentul în care universul a trecut de la o stare dens la nesfârșit la o entitate în expansiune rapidă, care încă se extinde astăzi .... deși au fost sugerate o varietate de ipoteze pentru a explica cum O astfel de expansiune masivă a universului s -ar fi putut produce, oamenii de știință sunt încă incerti cu privire la modul în care s -a produs Big Bang. Modelul fierbinte de big bang al originii universului este cea mai general acceptată ipoteză a originii universului. Conform acestei ipoteze, cosmosul a început cu o dimensiune de zero și a fost la nesfârșit fierbinte și dens pentru a începe. În timpul Marelui Bang, s -a extins și, pe măsură ce a crescut, temperatura universului a scăzut pe măsură ce căldura a fost dispersată în univers. Majoritatea componentelor care există în univers au fost formate astăzi în primele ore de expansiune cosmică.
Din cauza gravitației, pe măsură ce universul a continuat să se extindă, zonele mai dense ale materiei în expansiune au început să se rotească, rezultând în formarea galaxiilor. Nori de gaze de hidrogen și heliu comprimate în aceste galaxii nou formate, determinând extinderea universului. Atomii lor ciocniți au declanșat evenimente de fuziune nucleară, ceea ce a dus la formarea de stele. În anii următori, pe măsură ce aceste stele au pierit și au implodat, au declanșat explozii stelare masive care au expulzat și mai multe elemente în cosmos. Drept urmare, s -au format noi stele și planete din materiile prime furnizate de Big Bang. În ciuda faptului că acesta este modelul recunoscut pe scară largă al Big Bang și începutul timpului, nu este singurul.
Modelul inflaționist este o altă opțiune de luat în considerare. În acest scenariu, se propune că energia cosmosului timpuriu a fost atât de extrem de mare încât punctele forte ale forței nucleare puternice, forța nucleară slabă și forța electromagnetică erau toate egale cu intensitate. Pe măsură ce cosmosul a crescut ca mărime, cu toate acestea, cele trei forțe au început să varieze semnificativ în intensitățile lor relative. O cantitate extraordinară de energie a fost eliberată ca urmare a separării forțelor. Un efect anti-gravitațional ar fi rezultat, forțând cosmosul să se extindă rapid și într-un ritm din ce în ce mai mare.
Relativitatea generală și fizica cuantică nu au reușit să fie reconciliate de către fizicieni.
Dezvoltarea a două idei principale a rezultat din căutarea oamenilor de știință de a înțelege și explica mai bine cosmosul. Un concept fundamental în fizică este relativitatea generală, care este preocupată de un fenomene foarte mari în univers: gravitația. Una dintre cele mai fascinante ramuri ale științei este fizica cuantică, care se ocupă de unele dintre cele mai mici lucruri din univers cunoscut de om: particule subatomice mai mici decât atomii. Deși ambele teorii oferă informații valoroase, există discrepanțe semnificative între ceea ce este prevăzut de ecuațiile fizicii cuantice și ceea ce este prevăzut și văzut de relativitatea generală, în ciuda faptului că ambele teorii sunt corecte. Acest lucru implică faptul că, în acest moment, nu există nicio modalitate de a le combina pe toate într -o singură teorie unificată cuprinzătoare a tuturor.
Există o problemă cu combinarea celor două teorii, deoarece multe dintre ecuațiile utilizate în fizica cuantică au ca rezultat valori infinite aparent imposibile, ceea ce face dificilă combinarea celor două teorii. Luați în considerare faptul că ecuațiile de spațiu-timp prezic că curba spațiului-timp este interminabilă, ceea ce s-a dovedit a fi incorect de observații. Oamenii de știință fac încercări de a adăuga alte infinități în ecuație pentru a anula aceste infinități. Este nefericit faptul că acest lucru limitează precizia cu care oamenii de știință pot prognoza viitorul. Rezultă, în consecință, că, mai degrabă decât utilizarea ecuațiilor de fizică cuantică pentru aparițiile prognozate, este necesar să includem evenimentele în sine și să modificăm ecuațiile pentru a le face să se potrivească! Într -o a doua problemă înrudită, teoria cuantică propune ca tot spațiul gol din cosmos să fie alcătuit din perechi virtuale de particule și antiparticule, ceea ce este inconsistent cu realitatea.
Prezența acestor împerecheri virtuale, pe de altă parte, creează probleme pentru teoria relativității generale. Acest lucru se datorează faptului că cosmosul are o cantitate nelimitată de spațiu gol și, astfel, energia acestor perechi ar trebui să aibă o cantitate infinită de energie. Acest lucru este supărător, deoarece faimoasa ecuație a lui Einstein E = MC2 implică faptul că masa unui articol este egală cu energia sa, ceea ce este o presupunere falsă. Drept urmare, energia nelimitată a acestor particule virtuale ar presupune că, de asemenea, ar avea o masă nesfârșită. Dacă ar exista o masă nelimitată, întregul univers s -ar prăbuși sub atracția gravitațională puternică a soarelui, rezultând în formarea unei singure găuri negre.
Rezumat la final
Mulți oameni sunt opriți de fizică, deoarece o văd ca un tărâm inaccesibil al ecuațiilor lungi și al ideilor complicate. Acesta este mesajul principal transmis de aceste note: acest lucru este adevărat într -un anumit grad, dar nu în întregime. Cu toate acestea, complexitatea fizicii nu ar trebui să -i descurajeze pe cei care nu suntem specialiști să înțeleagă cum și de ce funcționează universul. Există multe reguli și reglementări pentru a ne ajuta în încercarea noastră de a înțelege misterele lumii noastre și a locului nostru în ea. Reguli și reguli care sunt de înțeles pentru majoritatea dintre noi. Și, odată ce le înțelegem semnificația, este posibil să începem să vedem lumea într -un mod diferit.
Cumpărați cartea - o scurtă istorie a timpului de Stephen Hawking
Compus de BrookPad Echipa bazată pe o scurtă istorie a timpului de Stephen Hawking