Suntem singuri în univers? Este universul infinit? Să ne uităm la cele mai importante mistere ale cosmosului, la care știința nu a primit un răspuns clar, cel puțin momentan.
Spațiul a fascinat omenirea încă din cele mai vechi timpuri. Cerul, plin de stele, planete, comete și alte fenomene, ne stârnește curiozitatea și admirația. De asemenea, ne interesează misterele originii și existenței noastre, găurile negre și materia întunecată. În același timp, universul ascunde multe mistere pentru care nu avem răspunsuri. Vă sugerez să vă familiarizați cu unele dintre aceste mistere.
Interesant de asemenea: Terraformarea lui Marte: s-ar putea planeta roșie să se transforme într-un nou Pământ?
Suntem singuri în univers?
Aceasta este una dintre cele mai vechi și fundamentale întrebări ale existenței umane. Există viață dincolo de Pământ? Sunt aceste forme de viață inteligente și putem comunica cu ele? Cum arată viața și cum se dezvoltă ea în afara planetei noastre? Care sunt șansele de a întâlni alte civilizații? Nu avem răspunsuri la aceste întrebări, deși există diverse ipoteze și proiecte de cercetare. De exemplu, pe baza ecuației Drake, oamenii de știință încearcă să determine numărul de civilizații potențiale din galaxia noastră și programul SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence) caută semnale radio din spațiu. Până acum, însă, nu am găsit nicio dovadă a vieții dincolo de planeta noastră. Deși acest lucru poate însemna că este foarte rar sau foarte dificil de detectat.
Unul dintre argumentele în favoarea existenței vieții în univers este dimensiunea și diversitatea sa enormă. Conform estimărilor actuale, galaxia noastră conține aproximativ 100 de miliarde de stele, iar întregul univers pe care îl putem observa în prezent are aproximativ 100 de miliarde de galaxii. Oamenii de știință prevăd că cel puțin 10 miliarde de planete din Calea Lactee sunt de dimensiunea Pământului și se află în zona locuibilă a stelei lor. Adică la o distanță care permite apei să existe la suprafață în stare lichidă. Unele dintre aceste planete pot avea condiții similare cu ale noastre sau pot fi complet diferite, dar totuși favorabile vieții. De asemenea, este posibil ca viața extraterestră să reziste la condiții neprietenoase cu noi sau complet diferite de cele ale Pământului.
Un alt argument pentru existența vieții în univers este capacitatea sa extraordinară de a se adapta și evolua. Oamenii de știință cred că viața a apărut pe Pământ cu aproximativ 3,5 miliarde de ani în urmă și de atunci a evoluat într-un mod uimitor, creând milioane de specii de plante și animale de toate formele, dimensiunile și abilitățile. Viața de pe Pământ a supraviețuit multor cataclisme și schimbări climatice, adaptându-se la noile condiții. Acest lucru se întâmplă chiar și acum în medii extreme precum izvoarele termale, bazinele oceanice adânci sau ghețarii arctici. Dacă viața pe Pământ este atât de flexibilă și rezistentă, de ce n-ar fi la fel în altă parte?
Citeste si: Observarea planetei roșii: o istorie a iluziilor marțiane
Ce s-a întâmplat înainte de Big Bang?
Conform teoriei cosmologice dominante în prezent, universul s-a format acum aproximativ 14 miliarde de ani, ca urmare a Big Bang-ului. A fost un moment în care toată materia și energia au fost concentrate într-un punct infinitezimal de densitate și temperatură infinite. Ca urmare a exploziei, a început expansiunea și răcirea rapidă a universului, care continuă până în zilele noastre. Dar ce s-a întâmplat înainte de Big Bang? A existat un alt univers? A fost Big Bang un eveniment unic sau parte dintr-un ciclu? Nu avem răspunsuri la aceste întrebări, deoarece fizica clasică nu poate descrie starea universului înainte de Big Bang. Cu toate acestea, există diverse ipoteze care se bazează pe teoriile cuantice.
Una dintre acestea este așa-numita ipoteză a singularității inițiale. Se presupune că înainte de Big Bang nu exista nimic - nici timp, nici spațiu, nici nu contează. Toate acestea s-au format doar în momentul exploziei dintr-un punct de dimensiune zero și densitate infinită.
O altă ipoteză este așa-numita inflație eternă. Se presupune că înainte de Big Bang a existat un câmp cuantic de foarte mare energie care sa extins într-un ritm crescător. Acest câmp era instabil și predispus la fluctuații cuantice. În diferite locuri ale câmpului, tranzițiile la o stare de energie inferioară au avut loc haotic, creând bule de spațiu cu propriile legi ale fizicii. Fiecare astfel de bulă ar putea deveni începutul altui univers. Universul nostru ar fi o astfel de bule care s-a format acum aproximativ 14 miliarde de ani.
O altă ipoteză este așa-numita ipoteză a marelui rebound. Se presupune că înainte de Big Bang a existat un alt univers care s-a contractat și a atins dimensiunea minimă. Apoi a avut loc o revenire și a început o nouă fază de expansiune, iar astfel de cicluri de contracție și expansiune a universului pot fi repetate la infinit. Această ipoteză se bazează pe teoria gravitației cuantice în buclă, care încearcă să reconcilieze mecanica cuantică cu teoria generală a relativității a lui Einstein.
După cum puteți vedea, întrebarea despre ce s-a întâmplat înainte de Big Bang nu are un răspuns simplu. S-ar putea să nu știm niciodată sau ar putea fi nevoiți să ne schimbăm concepțiile despre timp și spațiu pentru a găsi răspunsul. Deși omenirea a demonstrat deja că poate surprinde.
Citeste si: Misiuni spațiale cu echipaj: de ce este încă o problemă întoarcerea pe Pământ?
Cum a apărut viața?
Viața este una dintre cele mai mari minuni ale universului. Organismele capabile de creștere, reproducere, adaptare și evoluție au apărut din materia neînsuflețită. Dar cum sa întâmplat? Cum au apărut primele celule din molecule organice simple și cum au evoluat toate formele de viață de pe Pământ din ele? Nu avem încă răspunsuri definitive la aceste întrebări, deși există diverse teorii și ipoteze despre originea vieții. Unele dintre ele se bazează pe experimente și observații, altele - pe ficțiuni și presupuneri.
Una dintre teorii este așa-numita ipoteză a bulionului primar. Se presupune că viața își are originea în oceanele Pământului timpuriu, unde existau molecule organice simple, cum ar fi aminoacizi, polipeptide, baze azotate și nucleotide. Acești compuși ar putea fi sintetizați în atmosferă sub influența descărcărilor electrice sau a razelor cosmice, iar apoi să intre în oceane. Acolo, ele s-ar putea combina în structuri mai mari, cum ar fi proteinele sau acizii nucleici. De-a lungul timpului, pe baza selecției naturale, ar putea apărea primele sisteme de autoreproducere.
Așa-numita ipoteză a argilei sugerează că viața își are originea pe pământ unde existau minerale aluminosilicate cu o structură cristalină. Aceste minerale ar putea servi ca catalizatori și șabloane pentru crearea și organizarea moleculelor organice. Pe suprafața argilei s-ar putea forma straturi de proteine și acizi nucleici, din care s-ar putea forma primele celule înconjurate de membrane lipidice.
O altă teorie este ipoteza așa-numitelor izvoare hidrotermale. Se presupune că viața își are originea în fundul oceanului în cratere hidrotermale, din care iese apă fierbinte, bogată în minerale și compuși ai sulfului. Într-un astfel de mediu se pot forma molecule organice simple și gradienți termici și chimici, care favorizează reacțiile biochimice. Primele celule protejate de condițiile externe s-ar putea să se fi format în crăpăturile rocilor sau în microporii coșului de fum.
Există o mulțime de teorii și ipoteze similare, dar niciuna dintre ele nu a fost dovedită în mod concludent. Problema creării vieții este încă deschisă. Sau poate am fost relocați, de exemplu, de pe Marte sau Venus? Am fi putut fi creați din materie sau energie întunecată?
Citeste si: Despre calculatoarele cuantice în cuvinte simple
Ce este materia întunecată și energia întunecată?
Observațiile astronomice arată că materia obișnuită (atomi, particule, planete, stele etc.) reprezintă doar aproximativ 5% din masa și energia universului. Restul este așa-numita materie întunecată (aproximativ 27%) și energie întunecată (aproximativ 68%). Materia întunecată este invizibilă deoarece nu absoarbe sau reflectă radiația electromagnetică, ci are o interacțiune gravitațională cu alte obiecte, fără de care galaxiile nu s-ar putea ține împreună și s-ar destrăma sub influența rotației. Energia întunecată este o forță misterioasă care accelerează expansiunea universului și contracarează gravitația. Cu toate acestea, nu știm exact ce sunt materia întunecată și energia întunecată sau cum s-au format.
Știm că materia întunecată există deoarece cantitatea de materie obișnuită, adică cea formată din atomi sau ioni, din univers este prea mică pentru a genera interacțiunile gravitaționale pe care le observăm. De ce menționez aici gravitația? Pentru că este o manifestare a existenței materiei. În termeni simpli, materia are o masă capabilă să exercite o influență gravitațională specifică asupra mediului înconjurător. Dacă luăm în considerare fiecare galaxie, stea, nor de praf din spațiul interstelar, adică toată materia obișnuită cunoscută de noi în univers, vom observa mult mai multe interacțiuni gravitaționale decât poate crea acea cantitate de materie. Deci trebuie să existe altceva care să explice excesul de gravitație.
Dacă există un efect, trebuie să existe o cauză. Acesta este unul dintre principiile absolut fundamentale în știință și observarea lumii înconjurătoare, care ajută la tragerea de concluzii, descoperiri și este unul dintre cele mai bune ghiduri în căutarea unor posibile răspunsuri la întrebările interesante ale științei. Știm despre existența materiei întunecate datorită unei teorii care descrie modul în care materia întunecată afectează viteza de rotație a stelelor din brațele Căii Lactee. Se estimează că ar trebui să existe doar 0,4 până la 1 kg de materie întunecată în partea noastră a Galaxiei, care cel mai probabil ocupă un spațiu comparabil cu dimensiunea Pământului.
Presupunerea că materia întunecată există este acum explicația dominantă pentru anomaliile de rotație galactică pe care le observăm și pentru mișcarea galaxiilor în clustere. Adică, observațiile galaxiilor dovedesc existența materiei întunecate.
Acum să trecem la energia întunecată. Este semnificativ diferită de materia întunecată. Știm că influența sa trebuie să fie respingătoare, ceea ce duce la o expansiune accelerată a universului. Această accelerație poate fi măsurată prin observații, deoarece galaxiile se îndepărtează unele de altele cu o viteză proporțională cu distanța lor.
Deci, din nou, avem un efect, deci trebuie să existe o cauză. Toate măsurătorile actuale confirmă că universul se extinde din ce în ce mai repede. Împreună cu alte date științifice, acest lucru a făcut posibil să se confirme existența energiei întunecate și să se ofere o estimare a cantității acesteia în univers. Datorită acestei proprietăți respingătoare, energia întunecată poate fi considerată și „antigravitație”.
Care este diferența dintre materia întunecată și energia întunecată? În ciuda numelui său similar, este o greșeală să ne gândim la energia întunecată ca la ceva care se referă la alte tipuri de energie cunoscute, în același mod în care materia întunecată este legată de materia obișnuită. Mai mult, materia întunecată și energia întunecată au efecte complet diferite asupra universului.
Citeste si: Cine sunt biohackeri și de ce se cip voluntar?
Este posibilă călătoria în timp?
Călătoria în timp este un vis al multor oameni, așa că vedem multe opere literare și filme pe această temă. Dar este posibil fizic? Conform teoriei relativității a lui Einstein, timpul nu este constant și absolut, ci depinde de viteza observatorului și de forța gravitației. Cu cât ne mișcăm mai repede sau cu cât câmpul gravitațional este mai puternic, cu atât timpul trece mai lent pentru noi. Aceasta înseamnă că călătoria în viitor este posibilă dacă atingem o viteză foarte mare sau ne apropiem de un obiect foarte masiv. De exemplu, timpul trece puțin mai lent pentru un astronaut pe orbita Pământului decât pentru o persoană de pe suprafața planetei. Cu toate acestea, această diferență este prea mică pentru a fi vizibilă. Pentru a putea călători în viitor, ar trebui să călătorim cu viteze apropiate de viteza luminii sau să fim lângă o gaură neagră. Cu toate acestea, ambele opțiuni depășesc capacitățile noastre tehnice.
Călătoria în trecut este și mai complicată și controversată. Pare imposibil, pentru că este interzis de unele legi fizice. Unele teorii permit însă existența așa-numitelor curbe închise asemănătoare timpului, adică trasee în spațiu-timp, cicluri în timp care revin în același punct. Astfel de căi ne-ar putea permite să călătorim înapoi în timp, dar ar necesita condiții foarte neobișnuite, cum ar fi o gaură de vierme sau o gaură neagră care se rotește.
Teoretic, găurile negre se pot roti, iar acest fenomen se numește „gaura neagră care se învârte” sau „gaura neagră Kerr”. În 1963, fizicianul american Roy Kerr a propus un model matematic al unei găuri negre care se rotește în jurul axei sale.
Cu toate acestea, nu știm dacă astfel de obiecte există și dacă sunt stabile. În plus, călătoria în timp creează multe paradoxuri logice și contradicții cauza-efect, de exemplu, paradoxul bunicului - ce se întâmplă dacă un călător în timp își ucide bunicul înainte de a se naște tatăl său? Unii oameni de știință încearcă să explice aceste paradoxuri sugerând existența unor lumi multiple sau auto-reînnoirea spațiului-timp.
Citeste si: Teleportarea din punct de vedere științific și viitorul ei
Există universuri paralele?
Este universul nostru unic sau face parte dintr-o structură mai mare, așa-numitul multivers? Există și alte universuri în care istoria și fizica ar putea evolua diferit? Putem interacționa cu sau putem vizita aceste lumi? Acestea sunt întrebări care îi interesează nu numai pe oameni de știință, ci și pe scriitori și pe cineaști. Există mai multe ipoteze pentru existența universurilor paralele, cum ar fi teoria corzilor, teoria inflației eterne și interpretarea mecanicii cuantice a multiversului. Cu toate acestea, niciuna dintre ele nu a fost confirmată nici prin observații, nici experimental.
Una dintre ipoteze este teoria corzilor, care presupune că obiectele fizice de bază nu sunt particule punctiforme, ci șiruri unidimensionale care oscilează în spațiul zece-dimensional. Teoria corzilor permite existența unor brane (membrane) ipotetice, care sunt obiecte multidimensionale făcute din șiruri. Universul nostru poate fi o brană similară, suspendată într-o dimensiune superioară. De asemenea, este posibil să existe și alte brane separate de ale noastre la o distanță mică. Dacă cele două brane s-ar ciocni între ele, ar putea provoca Big Bang-ul și ar putea crea un nou univers.
O altă ipoteză este inflația veșnică, despre care am menționat mai sus. Este asociat cu un câmp cuantic de energie foarte mare, care se extinde într-un ritm din ce în ce mai mare.
O ipoteză interesantă este interpretarea mecanicii cuantice a multiversului, care sugerează că fiecare măsurătoare cuantică duce la o ramificare a universului în multe rezultate posibile. De exemplu, dacă măsurați poziția unui electron într-un atom de hidrogen, puteți obține valori diferite cu o anumită probabilitate. O astfel de interpretare multivers sugerează că fiecare dintre aceste dimensiuni este realizată într-un alt univers și că ne duplicăm cu fiecare dimensiune. În acest fel, se creează un număr infinit de universuri paralele, care diferă unele de altele prin mici detalii sau povești complet diferite.
Citeste si: Miningul Bitcoin are mai multe pierderi decât câștiguri - De ce?
Ce se întâmplă în interiorul găurilor negre?
Găurile negre sunt obiecte cosmice cu o densitate și o forță gravitațională atât de mare încât nimic nu poate scăpa din ele, nici măcar lumina. Ele se formează ca urmare a prăbușirii nucleelor stelelor pe moarte sau a fuziunii unor găuri negre mai mici. În jurul fiecărei găuri negre se află o graniță numită orizont de evenimente, care marchează punctul de neîntoarcere pentru orice se apropie de ea. Dar ce se întâmplă dincolo de orizontul evenimentelor? Ce se află în interiorul unei găuri negre? Nu avem răspunsuri la aceste întrebări, deoarece fizica clasică nu poate descrie condițiile și procesele din interiorul unei găuri negre. Cu toate acestea, sunt posibile diverse ipoteze bazate pe teorii cuantice sau alternative.
O astfel de presupunere este ipoteza singularității. Se spune că toată materia și energia din interiorul unei găuri negre este concentrată într-un singur punct de volum zero și densitate infinită și curbură spațiu-timp. Într-un astfel de moment, toate legile cunoscute ale fizicii încetează să se aplice și nu știm ce se întâmplă acolo.
Ipoteza stelei lui Planck prezice că în adâncul unei găuri negre, materia este comprimată nu într-o singularitate, ci într-o stare de densitate și temperatură extrem de ridicate, în care funcționează legile gravitației cuantice (o combinație de mecanică cuantică și relativitate generală). În această stare, materia ar putea sări una de cealaltă și să formeze un obiect sferic cu o rază apropiată de lungimea Planck - cea mai mică lungime posibilă în fizică. Valoarea sa este incredibil de mică: cu 20 de ordine de mărime mai mică decât dimensiunea unui nucleu atomic. Un astfel de obiect poate emite radiații Hawking (fluctuații cuantice deasupra orizontului evenimentelor) și poate pierde treptat din masă și energie până când explodează și eliberează întregul conținut al găurii negre.
O altă idee este așa-numita ipoteză gravastar. Se presupune că există un strat de materie exotică cu presiune negativă la limita orizontului de evenimente, ceea ce împiedică interiorul găurii negre să se prăbușească într-o singularitate. În acest caz, interiorul găurii negre ar fi spațiu gol cu densitate constantă și temperatură zero. O astfel de structură ar fi stabilă și nu ar emite radiații Hawking.
Citeste si: Blockchain-urile de mâine: viitorul industriei criptomonedelor în cuvinte simple
Are universul un sfârșit?
Universul este infinit și nu are limite - acesta este cel mai simplu răspuns la această întrebare. Dar ce înseamnă asta cu adevărat și cum putem fi siguri? Există trei scenarii posibile: universul este nemărginit, finit și închis (precum o sferă sau un tor), universul este finit și deschis (ca o șa) sau universul este infinit și plat. De asemenea, nu știm ce se întâmplă dincolo de orizontul evenimentelor, limita universului observabil care rezultă din viteza finită a luminii.
Să începem cu ceea ce știm sigur. Știm că universul se extinde, ceea ce înseamnă că distanțele dintre galaxii cresc constant. De asemenea, știm că universul are aproximativ 13,8 miliarde de ani și că s-a format în Big Bang, o stare de densitate și temperatură extremă care a dat naștere materiei, energiei, timpului și spațiului.
Dar ce s-a întâmplat înainte de Big Bang? Și ce este dincolo de orizontul evenimentelor - limita universului observabil, dincolo de care nu putem vedea nimic din cauza vitezei limitate a luminii? Există un sfârșit al universului sau o barieră?
Oamenii de știință cred că acest lucru este puțin probabil. Nu există nicio dovadă a unui astfel de sfârșit sau barieră. În schimb, cel mai acceptabil model este cel în care universul este omogen și izotrop, adică același în toate direcțiile și locațiile. Un astfel de univers nu are margine sau centru și poate avea o dimensiune infinită.
Desigur, nu putem testa acest lucru direct, deoarece nu putem călători mai repede decât lumina sau să depășim universul observabil. Dar putem deduce proprietățile întregului univers din ceea ce vedem la îndemâna noastră. Și toate observațiile indică faptul că universul este omogen pe scară largă.
Acest lucru nu înseamnă că nu există alte opțiuni. Unele teorii alternative sugerează că universul poate fi curbat sau poate avea o formă geometrică complexă. De asemenea, poate face parte dintr-o structură mai mare sau poate avea mai multe copii sau reflexii.
Interesant de asemenea: Probleme de geoinginerie: Uniunea Europeană va interzice oamenilor de știință să „se joace de Dumnezeu”
Există vreo modalitate de a călători mai repede decât lumina?
Mișcarea mai rapidă decât lumina este posibilitatea ipotetică ca materia sau informația să se miște mai repede decât viteza luminii în vid, care este de aproximativ 300 km/s. Teoria relativității a lui Einstein prezice că numai particulele cu masă în repaus zero (cum ar fi fotonii) pot călători cu viteza luminii și că nimic nu poate călători mai repede. S-a făcut o presupunere cu privire la posibilitatea existenței unor particule cu o viteză mai mare decât viteza luminii (tahioni), dar existența lor ar încălca principiul cauzalității și ar însemna deplasare în timp. Oamenii de știință nu au ajuns încă la un consens cu privire la această problemă.
Cu toate acestea, s-a sugerat că unele regiuni distorsionate ale spațiu-timpului pot permite materiei să ajungă în locuri îndepărtate în mai puțin timp decât lumina în spațiu-timp normal („nedistorsionat”). Astfel de regiuni „aparente” sau „eficiente” ale spațiu-timpului nu sunt excluse de teoria generală a relativității, dar plauzibilitatea lor fizică este în prezent neconfirmată. Exemple sunt unitatea lui Alcubierre, tuburile Krasnikov, găurile de vierme și tunelul cuantic.
Consecințele călătoriilor mai rapide decât lumina la nivelul nostru de cunoștințe despre spațiu sunt greu de prezis, deoarece necesită fizică și experimente noi. O posibilă consecință ar fi posibilitatea călătoriei în timp și a paradoxurilor logice legate de cauzalitate. O altă consecință poate fi posibilitatea de a studia stelele și planetele îndepărtate în timpul vieții unei persoane. De exemplu, cea mai apropiată stea din afara Sistemului Solar, Proxima Centauri, se află la aproximativ 4,25 ani lumină distanță. Călătorind cu viteza luminii ar dura doar 4 ani și 3 luni, iar călătoria mai repede decât lumina ar dura și mai puțin timp.
Interesant de asemenea: Prima fotografie de la telescopul James Webb este de un an: Cum ne-a schimbat viziunea asupra universului
Unde dispar planetele? Ce se întâmplă cu ei?
Planetele pierdute sunt obiecte ipotetice din sistemul solar, a căror existență nu a fost confirmată, dar a fost făcută pe baza observațiilor științifice. Astăzi, există presupuneri științifice cu privire la posibilitatea existenței unor planete necunoscute care ar putea depăși cunoștințele noastre actuale.
O astfel de planetă ipotetică este Phaethon, sau planeta lui Olbers, care ar fi putut exista între orbitele lui Marte și Jupiter, iar distrugerea ei ar fi dus la formarea unei centuri de asteroizi (inclusiv planeta pitică Ceres). Această ipoteză este considerată în prezent improbabilă, deoarece centura de asteroizi are o masă prea mică pentru a fi provenit din explozia unei planete mari. În 2018, cercetătorii de la Universitatea din Florida au descoperit că centura de asteroizi s-a format din fragmente de cel puțin cinci până la șase obiecte de dimensiunea planetei, mai degrabă decât o singură planetă.
O altă planetă ipotetică este Planeta V, care, potrivit lui John Chambers și Jack Lisso, a existat cândva între Marte și centura de asteroizi. Presupunerea despre existența unei astfel de planete a fost făcută pe baza simulărilor pe computer. Planeta V ar fi putut fi responsabilă pentru Marele Bombardament care a avut loc acum aproximativ 4 miliarde de ani, care a creat numeroase cratere de impact pe Lună și pe alte corpuri din Sistemul Solar.
Există, de asemenea, diverse ipoteze despre planetele dincolo de Neptun, precum Planeta Nouă, Planeta X, Tyche și altele, care încearcă să explice existența unor anomalii aparente pe orbitele unor obiecte trans-neptuniene îndepărtate. Cu toate acestea, niciuna dintre aceste planete nu a fost observată direct, iar existența lor este încă discutabilă. Deși oamenii de știință încă încearcă să studieze spațiul dintre Marte și Jupiter, dincolo de Neptun. Poate mai târziu vom avea noi ipoteze și descoperiri.
A fost întotdeauna important pentru omenire să cunoască răspunsurile despre cosmos, despre Pământ și despre sine. Dar până acum, cunoștințele noastre sunt limitate, deși oamenii de știință nu stau pe loc, încercând să găsească răspunsuri, deschizând noi căi în spațiul cosmic. Pentru că trebuie să existe un răspuns la orice întrebare sau ghicitoare. Așa este aranjat o persoană, așa este aranjat universul.
Interesant de asemenea:
Mulțumesc!!!