Jak nasze atomy się tu dostały? | kosmiczna pustka

Pierwszego dnia na nartach moja córka powiedziała mi, że najważniejsza jest nauka upadania. Z moim zawodowym oszpeceniem pomyślałem: spójrz, narciarstwo jest podobne do fizyki, gdzie najważniejszą i najbardziej złożoną rzeczą jest wiedzieć, jak rzeczy upadają. A kluczem do naszego istnienia tutaj, do istnienia naszej planety, naszego słońca, naszej galaktyki, jest ta część materii, z której składa się wszechświat, „upadła” w określonym miejscu. Umieściłem ten czasownik w cudzysłowie, ponieważ pojęcie spadania nie jest łatwe w kosmicznej skali. Wyjaśniam, chociaż jest to jedno z wielkich pytań, które ludzkość zadawała sobie od tysięcy lat i dziś zadają sobie astrofizycy, a my nadal (jestem optymistą) nie bardzo je rozumiemy. Temat jest na tyle złożony, że da mi to kilka tygodni, a nawet wtedy. Zacznę dzisiaj od rozmowy o tym, dlaczego rzeczy upadają?

Zacznijmy od najbardziej codziennych, które mogą wydawać się najbardziej łatwyDlaczego rzeczy spadają na ziemię? Arystoteles powiedział: „Wszystko zmierza do tego, co naturalne, a kamień spada na ziemię, ponieważ ma podobną naturę”. Tysiące lat później powiesz: łatwe, biorąc pod uwagę własną wagę i dokładnie tak mówi RAE, upadek to „przechodzenie od góry do dołu pod wpływem własnego ciężaru”. Ale gdyby naprawdę mieli trochę więcej wiedzy z fizyki, powiedzieliby: spada za sprawą działania grawitacji lub siły grawitacji związanej z masą Ziemi. Wszystkie trzy odpowiedzi są do pewnego stopnia poprawne, chociaż nie opisują w pełni rzeczywistości, a tak naprawdę dzisiejsze najbardziej zaawansowane wyjaśnienia fizyczne wykraczają poza pojęcia natury, ciężaru i siły.

Ale nie chcę na tym poprzestać, nigdy tego nie powiedziałem, ponieważ chcę zobaczyć, jak rzeczy przestaną się sypać. Teraz chcę przenieść się do przodu w czasie i zastanawiać się, co się stanie, gdy coś zacznie spadać. Pod wpływem przyspieszenia grawitacyjnego każdy obiekt zwiększa swoją prędkość. Pomijając wpływ oporu powietrza, który powinien spowalniać ciała (w różny sposób w zależności od ich kształtu), ciało w tzw. swobodnym spadaniu jest coraz szybsze. Zostawmy to na chwilę w zawieszeniu i przejdźmy do innej koncepcji.

Historia wszechświata jest podobna do powieści George’a R.R. Martina Pieśń lodu i ognia, wieczna (nawet dzisiaj). Tylko w obecności obłoków gazu lodowego (czyli bardzo zimnego, o temperaturze -200°C lub niższej) z wodorem mogą pojawiać się gwiazdy, które są obiektami przegrzanymi w porównaniu z pierwotnym gazem. Gwiazdy umierają, a ich materia, w skład której wchodzą pierwiastki takie jak tlen, fosfor czy żelazo, które zostały zsyntetyzowane w ich jądrach, ponownie się ochładza i w rzeczywistości otacza je wszechświat o średniej temperaturze około -270 stopni Celsjusza. Zero absolutne (mniej niż 3 stopnie powyżej). Po raz kolejny te pierwiastki tworzą zimne chmury, których temperatura ponownie wzrasta i prowadzi do pojawienia się planet o temperaturach, które uważamy za korzystne dla naszego życia. Ciepło i zimno, pojęcia, do których odnosimy się, gdy mówimy o temperaturze.

Temperatura jest w rzeczywistości miarą prędkości cząsteczek powietrza w naszej atmosferze lub atomów w obłokach gazowych, z których składają się gwiazdy. A tutaj przedstawiamy to, czego potrzebujemy, aby kontynuować naszą opowieść o upadających rzeczach. Przedmioty spadają, poruszają się coraz szybciej, więc stają się gorętsze. A jeśli temperatura gazu wzrasta, w jaki sposób tworzą się zimne chmury? Bez zimnych chmur nie byłoby regionów, w których materia staje się gęstsza, a to jest konieczne do powstawania gwiazd lub planet.

Z powrotem na Ziemi to, co spada, nabiera prędkości – mówią, że energia kinetyczna – a końcowym rezultatem, niezależnie od tego, czy wie, jak spadać jak łyżwiarz, jest zatrzymanie ruchu przez zderzenie z powierzchnią planety. Jeśli jego energia nie jest wystarczająco wysoka, skutkiem zderzenia będzie to, że cała energia, którą niósł, zostanie przekształcona w odkształcenie, wibrację (a tym samym dźwięk), ciepło… to znaczy w przekazanie energii atomom Ziemia i spadające ciało, oba poruszają się szybciej, do tego stopnia, że ​​nie mogą już wyjaśniać ciała stałego w kategoriach mikroskopowych, ale zamiast tego stają się cieczą (ponieważ atomy lub cząsteczki poruszają się bardziej) lub nawet gazem.

Kiedy już wiemy, co upadek oznacza dla Ziemi, zastosujmy to do wszechświata. Aby wraz z nimi powstały gwiazdy, planety i życie, muszą istnieć zimne chmury, w których ich gęstość wzrasta do tego, co widzimy na Słońcu czy na naszej planecie. Aby te chmury mogły się uformować, materia musi spaść w określone miejsce, ponieważ wszechświat jako całość jest znacznie mniej gęsty niż chmury, z których powstają gwiazdy. Wyobraź sobie, że atomy spadają pod wpływem grawitacji, chociaż ważne jest, aby zauważyć, że nie ma wzlotów ani spadków, które pomagają zrozumieć słowo „upadek”. Ale grawitacja związana z czym? A jeśli atomy spadają za każdym razem, uzyskają większą prędkość i wyższą temperaturę, to w jaki sposób ochładzają się, tworząc chmury, które prowadzą do pojawienia się gwiazd? Ponieważ nie ma powierzchni planety, na której można by stanąć. Jest więcej pytań: czy cała materia spada równomiernie do tych chmur, tworząc gwiazdy, czy też są rzeczy, które spadają szybciej? Czy materia spada w taki sam sposób w skalach gwiazd, jak w większych skalach, takich jak rozmiary galaktyk? Jak widać, o wiele więcej pytań niż odpowiedzi, ostrzegałem już, że temat jest najbardziej złożony na świecie, w rzeczywistości, we wszechświecie, niektórzy z nas poświęcają swoje życie, próbując to zrozumieć.

kosmiczna pustka Jest to dział, w którym nasza wiedza o wszechświecie jest przedstawiona w sposób ilościowy i jakościowy. Ma na celu wyjaśnienie znaczenia zrozumienia wszechświata nie tylko z naukowego punktu widzenia, ale także z filozoficznego, społecznego i ekonomicznego punktu widzenia. Nazwa „kosmiczna próżnia” odnosi się do faktu, że wszechświat jest w większości pusty, ma mniej niż jeden atom na metr sześcienny, pomimo faktu, że w naszym środowisku, paradoksalnie, są kwintyliony atomów na metr sześcienny, który zaprasza nas do zastanowienia się nad naszym istnieniem i istnieniem życia we wszechświecie. Sekcja składa się z Pablo J. Perez GonzalezBadacz w Centrum Astrobiologii W Ewa WilwerBadacz w Centrum Astrobiologii.

Możesz śledzić Temat W FacebookI Świergot I Instagramlub zarejestruj się tutaj, aby otrzymać Cotygodniowy biuletyn.