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Le 10 cose che accadono nello spazio che scioglierà il tuo cervello
Culture antiche come i cinesi e i greci guardavano il cielo in soggezione e si tesero il cervello per capire cosa stava succedendo lassù. Hanno fatto passi da gigante, ma le cose sono cresciute davvero nel ventesimo e nel ventunesimo secolo con l'avanzare della tecnologia. Alcune di quelle scoperte potrebbero essere imperscrutabili ai non-scienziati là fuori, ma sono certamente reali.
10 Spazio curvato
L'idea che lo spazio possa essere piatto o curvo è strano e forse nemmeno credibile, ma ahimè, è vero.
Albert Einstein ha realizzato che lo spazio attorno agli oggetti gravitanti è curvo, il che spiega cose come le orbite (più su quella successiva). Un modo per determinare se lo spazio è piatto o curvo consiste nel testare la geometria euclidea in questi spazi. Questa è la geometria eseguita da Euclide, un matematico della Grecia antica che ha scritto tutte le formule apprese nella geometria della scuola superiore.
Ad esempio, nella geometria euclidea, gli angoli di un triangolo si sommano fino a 180 gradi. Non nello spazio curvo. È perché la curvatura delle linee rette (che un ossimoro) fa sì che gli angoli siano più grandi. Puoi disegnare un triangolo con tre angoli di 90 gradi.
Pensaci per un minuto.
9 La non forza di gravità
Ricorda nella fisica delle scuole superiori quando hai appreso le Tre leggi del moto di Isaac Newton? E la forza di gravità? La forza è l'accelerazione dei tempi di massa, o 9,8 m / s? Dimenticalo. Quasi.
Newton non aveva completamente torto con le sue leggi sulla gravità; tuttavia, non aveva completamente ragione. Risulta, nelle sue formule, che teoricamente si potrebbero ottenere risposte, come il potenziale di gravità infinita, che semplicemente non si sommano, e Albert Einstein lo ha visto. Poi ha escogitato le sue equazioni che rispondevano alle domande sulla gravità che le equazioni di Newton non potevano. Questo è il modo in cui otteniamo lo spazio curvo, che causa il fenomeno della gravità.
Immagina lo spazio come un foglio di gomma. Ora metti una palla da bowling, che rappresenta la Terra, su di essa. Dovresti vedere una curva nella gomma attorno alla Terra. Tenendo presente questo, se si dovesse rotolare una palla più piccola, più leggera (la Luna) sul bordo di quella gomma curva, verrebbe intrappolata nella curvatura della gomma (gravità) e andrebbe in cerchio, o orbiterà intorno alla Terra . Questo è il modo in cui la gravità funziona secondo Einstein.
Il grande takeaway qui? La gravità non è una forza, quindi dimentica la fisica delle scuole superiori. Solo quella parte, comunque.
Teoria della relatività di Einstein
La teoria della relatività di Einstein è complicata, quindi aggrappati ai tuoi cappelli, ragazzi e ragazze. Questo gioca con lo spazio curvo e la gravità non è una forza, ma è di gran lunga il suo stesso animale.
Sulle scale più grandi, mentre un oggetto si sposta da un osservatore, il tempo rallenta fino a quell'osservatore. Ad esempio, se tieni un orologio di fronte a te, i secondi si sposteranno come normali. Sposta l'orologio più lontano, e quei secondi e minuti, alla tua prospettiva, rallenteranno. Loro non rallentano davvero, ma sembrano così.
Questo vale per tutti i tipi di cose, come l'invecchiamento e la luce. Se tieni una luce blu davanti a te, sembrerà blu, ma man mano che si muove sempre più lontano, inizierà a sembrare rosso perché il rosso ha una lunghezza d'onda più lunga. Questo è anche il motivo per cui il tono del suono, come quando senti un clacson, cambia. Man mano che si avvicina, le lunghezze d'onda si restringono, quindi la frequenza e l'altezza aumentano. Man mano che si allontana, le lunghezze d'onda si allungano, e la frequenza e il beccheggio diminuiscono.
Sulla Terra, queste differenze relative sono molto sottili, quasi trascurabili, motivo per cui le leggi di Newton vengono utilizzate e insegnate a scuola. Servono il loro scopo sulla Terra, tranne per un aspetto: Global Positioning Systems.
I dispositivi GPS utilizzano la Relatività di Einstein per funzionare correttamente. Il tempo ai satelliti sopra la Terra è più lento, per noi, di quello che realmente fa, e per i satelliti, il tempo scorre più velocemente qui, a causa della gravità della Terra. Queste differenze di orario sono abbastanza grandi da farti perdere completamente il tempo di viaggio. Per assicurarci di arrivare dove dovremmo essere, i dispositivi GPS si basano sui tempi di Einstein.
7 fori neri
I buchi neri sono ancora un grande mistero. La loro stessa natura è ciò che li rende così difficili da capire. Per uno, non puoi vederli. La loro gravità è così forte che nulla può sfuggire, compresa la luce. La materia dovrebbe muoversi più velocemente della velocità della luce per uscire dalla presa della gravità (chiamata velocità di fuga), il che è impossibile. È così che i buchi neri hanno preso il loro nome: nessuna luce viene fuori da esso, quindi non possiamo vederlo, quindi è nero. Semplice.
Tranne che non sono così semplici.
I buchi neri sono una specie di carcassa stellare. Quando una stella massiccia (molto più grande del nostro Sole) muore, esplode in una supernova e collasserà in una stella di neutroni o in un buco nero, il cui ultimo è completamente diverso da una stella. I buchi neri hanno un'estrema gravità che porta ad una singolarità dove c'è una densità infinita, dove tutta la massa è piena e dove il tempo si ferma completamente. L'orizzonte degli eventi è il "punto di non ritorno" sulla parte esterna del buco nero dove la velocità di fuga supera la velocità della luce e lo spazio e il tempo si muovono in una direzione: avanti.
Una volta entrato nell'orizzonte degli eventi, non tornerai indietro. Se arrivi alla singolarità, morirai una brutta, ma rapida morte. Poiché le forze di marea sono così forti, il tuo corpo sarà innaturalmente allungato e sarai schiacciato avanti e indietro e da un lato all'altro. Finirai per sembrare una stringa, che è un'altra ragione per cui non sappiamo molto dei buchi neri. È troppo rischioso
6 universi universali
Questo suona come pura fantascienza, ma è un concetto legittimo con cui gli scienziati hanno lottato per un secolo.
Durante la prima guerra mondiale, Karl Schwarzschild ha scritto la prima equazione sui buchi neri, come i loro raggi, e ancora più affascinante, cosa c'è dentro. Ha scritto che in un solo istante, la singolarità (quel punto di morte che ti schiaccia) si collega a un universo parallelo infinito completamente indipendente ma all'interno del nostro universo.
Ancora più folle è ciò che ha scritto un uomo di nome Roy Kerr. Le sue equazioni si applicano a un buco nero rotante. Ciò crea una differenza mondiale o di mondi. Le sue equazioni trasformano la singolarità in un anello invece che in un punto. Questo anello è quasi un portale che porterebbe a infiniti universi. Se passassi attraverso la singolarità (senza toccare l'anello perché moriresti), andresti in un altro spazio da qualche altra parte e non potresti tornare indietro attraverso quella stessa singolarità allo spazio da cui sei originariamente venuto. Lo spazio in cui entreresti sarebbe all'interno di un buco bianco che, come suggerisce il nome, è l'esatto opposto di un buco nero in cui nulla può penetrare ma può solo vomitare. In teoria, potresti uscire da quel buco bianco e trovarti in un universo come il nostro ma non nostro. Se lo volessi, potresti trovare un altro buco nero, entrare e uscire da un buco bianco in un terzo universo. Potresti ripetere questo processo per sempre, se lo volessi.
Certo, tutto questo è solo in matematica, non in realtà. Anche se probabilmente non è vero, a causa di fattori come l'aggiunta di massa, è un concetto che gli scienziati devono prendere sul serio e affrontare oggi.
5 buchi bianchi
Un buco bianco è l'esatto opposto di un buco nero perché nulla può entrare. È strutturato proprio come un buco nero di Kerr, tuttavia, in quanto la sua singolarità è a forma di anello e funge da gateway per altri universi. Ha anche un orizzonte degli eventi che non consente a chi lo attraversa di rientrare perché lo spazio e il tempo sono così forti.
Non ci sono buchi bianchi nel nostro universo. Questi sono puramente ipotetici e vengono con la matematica dietro i buchi neri. Anche se ipotetici buchi bianchi esistessero in ipotetici universi nell'iperspazio, non saremmo in grado di accedervi semplicemente a causa della natura dei buchi neri.
4 buchi
Questi sono anche i risultati delle equazioni dietro buchi neri e buchi bianchi ma non hanno necessariamente a che fare con universi e iperspazio alternativi. Invece, questi si occupano del nostro universo.
Secondo le equazioni, questi wormhole potrebbero connettere lo spazio-tempo come una scorciatoia. Per visualizzare questo concetto di scorciatoia, immagina un gigantesco blocco di cemento di fronte a te. Per arrivare direttamente dall'altra parte, devi aggirarla. La via più dritta che puoi prendere è quella di arrivare direttamente ad essa e strofinare la spalla lungo il bordo mentre cammini attorno ad esso. Per accorciarlo, potresti semplicemente fare un buco nel cemento e attraversarlo. Lo stesso posto, lo stesso universo, ma un modo diverso e molto difficile.
Certo, ci sono molti aspetti tecnici sbagliati con questa analogia, ma ha il merito. I wormhole potrebbero attraversare uno strano spazio-tempo per passare da una parte all'altra dell'universo senza dover viaggiare attraverso lo spazio-tempo dell'universo stesso.
I wormhole iniziano con un buco nero e fuoriescono da un buco bianco da qualche altra parte dell'universo. Ma, come per molti di questi, è puramente ipotetico. Il fatto che sia sotto esame serio è abbastanza strabiliante.
3Dark Matter
Meno sciogliendo il cervello ma ancora sconcertante e pazzo è che ci sono così tante cose nell'universo, ma il trucco? Non possiamo vederlo, non sappiamo cosa sia, ed è ovunque.
Questo è tutto ciò che sappiamo sulla materia oscura, la sostanza che costituisce il 27% dell'universo. E l'energia oscura, qualcosa di totalmente non correlato ma altrettanto misterioso come la materia oscura, costituisce un altro 68%. La materia normale, come i protoni e i neutroni di cui sei fatto, costituisce solo il 5% circa.
La materia oscura fu scoperta da Vera Rubin quando realizzò che la massa totale delle galassie era più della massa che gli oggetti rilevabili nella galassia avrebbero dovuto sommarsi. Ciò significa che c'è qualcosa in queste galassie che non può essere visto o rilevato che ha massa.
Come può essere? Cos'è questa roba? Queste sono domande che pasticciano con il cervello degli astronomi ogni giorno per la stessa ragione per cui confondono le nostre. Questo non ha senso.
2Qualunque sia l'universo si sta espandendo
Lungo le linee cosmologiche c'è un'altra grande domanda: cosa c'è al di fuori dell'universo?
Molti sanno che l'universo va avanti all'infinito. Non ha margini e nessun centro, ma è in continua espansione. Cioè, lo spazio tra le galassie sta crescendo. Questo può essere visto nel redshift delle galassie vicine. Lo spostamento verso il rosso si verifica quando un oggetto si sta allontanando da noi, quindi le sue lunghezze d'onda della luce si stanno ingrandendo, quindi la luce si sta facendo più rossa.
Quindi, l'universo si sta espandendo, ma in che cosa si sta espandendo? Cosa c'è dall'altra parte dell'universo? Questo concetto è da capogiro e certamente difficile da comprendere, ma questa è la vita reale.
1 Lente gravitazionale
Quest'ultimo è forse il meno strabiliante, ma ti fa comunque grattarti la testa. Inoltre, a differenza degli altri di questa lista, è stato ampiamente dimostrato, ma ciò non lo rende meno pazzo.
L'obiettivo gravitazionale è quando osservi un oggetto trovarsi in una certa posizione nello spazio, ma non è lì. Questo perché la luce emessa dalla sua posizione effettiva viene rifratta a causa della gravità di un oggetto che è nel modo.
La gravità piega la luce. Masticare su quello.