סיכום מהיר של היקום

מדריך קצר לפיזיקה ולתעלומות היקום שלנו, לאלו מכם שאין להם הרבה זמן.

הבנת הפיזיקה טובה מסיבות רבות. לא רק שהוא מודיע לנו על הבית שלנו במערכת השמש וביקום הגדול יותר, אלא זה הבסיס למשהו שכולנו משתמשים בו: טכנולוגיה. זה מה שדרבן את המהפכות התעשייתיות והחשמליות והביא לחיים את החברה המודרנית כפי שאנו מכירים אותה. זה מאפשר לך לגשת לאינטרנט, לצפות בתוכניות המועדפות עליך ולבצע דימות חשובות כשאתה בבית החולים. בעתיד, הטכנולוגיה תאפשר לנו לעשות כל כך הרבה שרוב מה שנמצא כיום כמדע בדיוני - לחשוב על אובייקטים נעים מבלי לגעת בהם, להיות בלתי נראים ולרפא הזדקנות - יהפוך למציאות. מקביליהם לעתיד ייראו אלוהיים בהשוואה למה שאנו יכולים להשיג כיום. ובגלל צמיחה מעריכית בטכנולוגיה, כל זה יכול לקרות תוך 100 שנה.

כאן ניסיתי להניח בסיס מהיר לפיזיקה ולמה שהיא יכולה לספר לנו על היקום שלנו.

היסטוריה קצרה של פיזיקה

ביקום ישנם ארבעה כוחות עיקריים. על מנת להיות מהחזקים ביותר לחלשים ביותר הם: גרעין חזק, גרעיני חלש, אלקטרומגנטי וכובד.

כוח משיכה

בגיל 23, אייזק ניוטון יצר חישוב בקצב בו לומדים חישובים בכיתה. הוא גם המציא את הטלסקופ המשקף בו השתמש כדי לעקוב אחר כוכב שביט באותה תקופה. הוא כמובן גם נתן לנו את מושג הכובד. זה היה הצעד הראשון שלנו לפתיחת סודות היקום העצום והמסתורי שלנו.

כתזכורת מהירה, החוקים של ניוטון הם כדלקמן:

  1. עצם בתנועה יישאר בתנועה או חפץ במנוחה יישאר במנוחה אלא אם כן יפעל על ידי כוח חיצוני.

2. כוח = מסה (תאוצה)

3. לכל פעולה קיימת תגובה שווה והפוכה.

חוקי המדע הראשונים הללו הולידו את המהפכה התעשייתית, וכך, הוחל בעידן המודרני. עם זאת, היו גם כמה שחקנים חשובים אחרים.

אלקטרומגנטית

המהפכה החשמלית התרחשה בחלקה הגדול בגלל אדם שלעולם לא היה לו השכלה רשמית. מייקל פאראדיי הפגין תכונות של חשמל במהלך הרצאותיו הפומביות. הוא היה נכנס לכלובי פלדה ומחשמל אותם, מראה שהפלדה יוצרת מחסום וכי כל עוד לא תיגע בעצמך במכשול, תהיה בטוח מהזרמים החשמליים. החוק שלו נוגע לאופן בו ניתן ליצור מתחים של חשמל מסביבה מגנטית. חוט נע בשדה מגנטי ייצר זרם חשמלי על ידי דחיפת האלקטרונים שלו.

אם מגנט נע יוצר שדה חשמלי, גם ההיפוך נכון. שדה חשמלי נע יביא לשדה מגנטי. הם זהים. יחיד מאולץ מאולץ.

ג'יימס מקסוול, במהלך מלחמת האזרחים, חישב את המהירות של גל שהתנודד בין שדות מגנטיים וחשמליים. גל בו שדות מגנטיים יצרו שדות חשמליים שיצרו שדות מגנטיים שיצרו שדות חשמליים. מהירות הגל הזה התבררה כמהירות האור המדויקת. למעשה, זה היה האור עצמו!

משוואות מקסוול

כוחות גרעיניים חזקים וחלשים

שני הכוחות הללו פועלים ברמה האטומית, אם מסיבות מנוגדות בדיוק. כוחות חזקים הם מהחזקים בכל היקום והם הם המחברים את חלקיקי הרכיב של הגרעינים - כלומר הפרוטונים והנויטרונים. הכוח החלש עוסק בהתפרקות רדיואקטיבית של חלקיקים תת-אטומיים. זה גם מה הבעיטה שמתחילה את האיחוי הגרעיני השומר על השמש. כאשר אלמנט מתפרק דרך הכוח החלש, הוא משתנה ליסוד אחר לגמרי. פחמן, עם 6 פרוטונים ו -8 נויטרונים, מתפרק לחנקן, עם 7 פרוטונים ו -7 נויטרונים. במקרה זה, הכוח החלש פעל על נייטרון ושינה אותו לפרוטון.

הנוסחה המפורסמת ביותר של אינשטיין

המשקל שלך לא קבוע. ככל שאתה זז יותר מהר, אתה הופך להיות כבד יותר. המיסה היא אנרגיה. זה הרעיון שמאחורי הנוסחה המפורסמת ביותר של איינשטיין: e = mc², או, אנרגיית התנועה = מסה (מהירות האור) ².

הנוסחה הזו, יחד עם הידע שלנו על הכוח הגרעיני החלש, עזרו לנו להבין את המתרחש בתוך השמש.

מזל לנו שהשמש שלנו נמצאת בשלב זה בחיים שלה כשהיא יציבה להפליא, והופכת בעקביות להמרה של מימן להליום. עם זאת, בעוד מיליארד שנים זה כבר לא יהיה המקרה. השמש תהיה בשלב זה חם מספיק כדי להרתיח את האוקיינוסים שלנו, ובעוד כמה מיליארד שנים אחר כך היא תהפוך לענק אדום כה עצום שהוא יצרוך אותנו לגמרי. יש סיכוי, קטן ככל שיהיה, שכדור הארץ יברח מחום השמש ו ישרוד מעבר לשלב הגמדי האדום של השמש. אבל אם הוא אכן ישרוד, בסופו של דבר הוא יסתובב סביב חגורת האסטרואידים, ועכשיו יקיף את השמש הגמישה החדשה והלבנה.

למותר לציין שהסיכוי שהמין שלנו ישרוד מספיק זמן בכדי לראות את מותו היפה של הכוכב שלנו הם קטנים להפליא.

תיאוריית המיתרים

זו התיאוריה שמנסה להינשא לתורת היחסות של איינשטיין למכניקת הקוונטים. כלומר, הוא מנסה להסביר את החלקיקים הקטנים ביותר ביקום שלנו עד לגופים הגדולים יותר, אלה של כוכבי לכת וכוכבים. זה פועל מתוך הנחה שחלקיקים הם מיתרים וכי רטט אותם מיתרים בצורה אחרת ימיר אותם לחלקיק אחר. כך הוא יביא את כל ארבעת הכוחות עליהם דיברנו זה עתה.

בעוד שמשוואותיו של איינשטיין מתפרקות במרכז חור שחור ובזמן שלפני המפץ הגדול, תיאוריית המיתרים מציעה שאנחנו לא רק יקום אחד, אלא יקום אחד שהוא חלק ממגוון רב. ואם זה נכון, ייתכן שבעתיד נוכל ליצור חורי תולעת ליקום האחרים הללו. אפילו יצירת מכונות זמן אפשרית, אם כי הן ידרשו כמות עצומה של אנרגיה.

תעלומת האנרגיה האפלה וחומר אפל

בעוד שספרי פיזיקה שנמצאים במחזור היום יגידו לך שרוב היקום מורכב מאטומים, זה לא נכון. רוב היקום חשוך. אנרגיה אפלה מהווה 68% מהיקום, חומר אפל מהווה 27% ומה שנקרא "חומר רגיל" - אתה ואני וכל מה שאנחנו רואים סביבנו - הוא פחות מ -5%.

אנו יודעים שאנרגיה אפלה וקיימים חומר אפל מכיוון שאנו רואים כיצד הם משפיעים על היקום שלנו. חומר אפל, למשל, אינו מקיים אינטראקציה עם כוח בסיסי אחר ביקום מלבד כוח הכבידה. יש לו כוח משיכה פי שש יותר מחומר רגיל, ובלעדיו, גלקסיות לא היו קיימות מכיוון שכובד החומר אינו מספיק בכדי להחזיק כוכבים יחד באשכולות גלקטיים. אנו יודעים שגם חומר אפל קיים, מכיוון שאור יתכופף סביבו.

צילום: אלכסנדר אנדרוס

אנרגיה אפלה גורמת ליקום להתפשט בקצב הרבה יותר מהיר ממה שהיינו מצפים. למעשה, האמינו כי כוח המשיכה בסופו של דבר יאט ויעצור את התפשטות היקום. מה שאנחנו יודעים על אנרגיה אפלה הוא רק שהיא קיימת במקום שיש מקום ריק וכי היא ממשיכה להתחזק ככל שעובר הזמן.

יש פרס נובל שממתין לכל מי שיכול לומר לנו מה זה חומר אפל ואנרגיה אפלה, או אפילו למה אנחנו בכלל קיימים. לא ממש. כל זה לא אמור להתקיים. אנחנו כאן רק מכיוון שהיה חוסר איזון של חומר לאנטי-חומר ביחס בהתאמה של מיליארד ומיליארד. מה גרם לחוסר האיזון הזה? אף אחד לא יודע.

אם אהבת את המאמר הזה, הודע לי על ידי תן לי כמה מחיאות כפיים. תודה שקראתם!