ЕГЭ и разделы физики

Спросите Итана №54: какой самый ранний из сигналов Вселенной мы зафиксировали?

Есть ли способ заглянуть за барьер, существующий перед тем моментом жизни Вселенной, когда она стала прозрачной?

С ранних времён люди – исследователи и мыслители – хотели выяснить форму их мира. И мы всегда делали это, рассказывая истории. Трудно позволить правде встать на пути хорошей истории.
— Адам Сэвидж

После небольшого перерыва я рад объявить о возвращении нашей колонки. Каждую неделю мы предлагаем вам высылать ваши вопросы и предложения, чтобы получить на них подробный ответ, используя все возможности научного знания. В связи с долгим отсутствием я решил выдать вам сразу три ответа в одном, благодаря Жерару, который спрашивает:

Два астрономических вопроса:
1) на гравитационные волны, по идее, не должен влиять заряд материи. Возможно ли, что они помогут нам заглянуть дальше времени реликтового излучения? То есть, преодолеть барьер реликтового излучения?
2) Фотоны рассеиваются заряженными частицами сильнее, чем нейтральными атомами водорода. Будут ли фотоны определённых частот рассеиваться больше других заряженными частицами?
И личный вопрос: как вы заинтересовались астрономией? Из-за учителя в колледже? Из-за родственника? Из-за похода в планетарий?

Начнём с первых двух вопросов и настоящего времени.

Об истинных размерах черных дыр на пальцах™

Интересный и совершенно неинтуитивный факт о черных дырах. Несмотря на то, что при взгляде снаружи черная дыра имеет вполне себе конечный объем, если мы думаем о черной дыре как о некой черной сфере, ограниченной Горизонтом Событий, у которого есть определенный радиус, а значит и конечный объем, находящийся под этим Горизонтом Событий, то при взгляде изнутри — черная дыра бесконечна, то есть объем пространства, находящегося под Горизонтом Событий бесконечен, или как минимум очень велик, гораздо больше, чем объем нашей Вселенной.

Спросите Итана №53: что такое Большой разрыв?

Самая страшная из всех судеб Вселенной, приводящая к полному уничтожению всего, что было и что будет

Почему это необходимо — быть такими одинокими? Столько людей живет в этом мире, каждый из нас что-то жадно ищет в другом человеке, и все равно мы остаемся такими же бесконечно далекими, оторванными друг от друга. Почему так должно быть? Ради чего? Может, наша планета вращается, подпитываясь людским одиночеством?
— Харуки Мураками

Вокруг нас существует огромная Вселенная, тянущаяся на сотни миллиардов световых лет, содержащая не менее триллиона галактик. Возможно, что Вселенная, размеры которой превышают наблюдаемую её часть, бесконечна. Но что случится с ней в будущем? Среди ваших отличных вопросов и предложений, отправленных на этой неделе, для ответа в нашей колонке был выбран вопрос Джеффа Харриса, который спрашивает:

Когда-то я читал статью в New York Times про нечто под названием «Большой разрыв». Они указали, что ускоряющееся расширение Вселенной приведёт к тому, что галактики не смогут взаимодействовать друг с другом, атомы не смогут сформироваться, и материя «испарится». Принимая во внимание текущую скорость расширения, возможен ли такой исход? Каковы будут основные стадии этого Большого разрыва, и через какое время от текущего они будут происходить?

Если вам интересна судьба Вселенной, вам надо вернуться к Большому взрыву и проследить, как она развивалась до сегодняшнего дня.

Спросите Итана №52: как давно расширение Вселенной начало ускоряться?

Родись мы на пару миллиардов лет раньше, мы бы об этом не знали

В конце концов, “Вселенная” — это гипотеза, как и “атом”, и ей надо дать свободу обладать свойствами, делать противоречивые и невозможные для конечной материальной структуры вещи.
-Уильям де Ситтер

Уже год еженедельно я прошу вас отправлять мне вопросы и предложения, и я выбираю те, что мне понравились для еженедельной колонки “Спросите Итана”. Мы обращались к темам от мельчайших до крупнейших масштабов, от земных дел до космических, и от начала Вселенной до её конца. На этой неделе меня спрашивает Хемза Азри по поводу вот чего:

Пытаюсь узнать, есть ли новые данные наблюдений по поводу фазы ускорения Вселенной! Когда оно началось?

Поговорим о Вселенной и её расширении.

Спросите Итана №31: почему мы сделаны из материи?

Если в начале существования Вселенной в ней было одинаковое количество материи и антиматерии, почему в сегодняшнем космосе материя доминирует?

Вы можете не чувствовать себя очень мощным, но если вы — взрослый человек среднего размера, в вашем скромном теле содержится не меньше 7 × 10¹⁸ Дж потенциальной энергии — её было бы достаточно, чтобы вы могли взроваться с мощностью тридцати очень больших водородных бомб, если бы вы знали, как освободить её и если бы вам это было очень нужно.
— Билл Брайсон

В конце недели я выбираю лучший из ваших вопросов для колонки “спросите Итана”, и на этой неделе честь предоставляется Джастину Старру, который спрашивает:

Насколько я понимаю, в зарождавшейся Вселенной были равные части материи и антиматерии, в результате чего происходила серьёзная аннигиляция. И как же материя в результате победила?

Джастин спрашивает об одной из величайших нерешённых загадок Вселенной.
Подумайте об этих двух вроде бы противоречащих друг другу фактах:

а) создание пары; б) аннигиляция

Космические задачи

Спросите Итана №51: является ли астрология наукой?

И как можно вообще судить об этом?

Когда мне было десять лет, я знал только то, что я ненавидел странные слова, описывавшие то, что случилось с моим братом. До сих пор я думаю, что это произошло из-за того, что он был одержим злыми духами, вышедшими на свободу в доме с привидениями, который показывали на карнавале тем летом. Так мне гораздо легче осмыслить это, чем принять реальность.
— Тим Каммингс

И снова у нас конец недели, и снова я перебрал присланные вами вопросы и предложения, и выбрал один, на который я отвечу настолько подробно, насколько хватит моих возможностей. Сегодня эта честь предоставляется Атаназ З., которому интересна связь между звёздами и нашими жизнями на Земле:

А есть ли вообще такие вещи, с точки зрения науки, когда звёзды выстраиваются определённым образом, и так далее, и ещё эти комментарии вроде «в вашем прогнозе на этот год описано, что случится то и сё»? Каждый год с мая по август я мучаюсь. Есть ли какая-то связь между звёздами, их расположением и жизнями людей?

Эта идея была с нами всё время существования человечества, а может быть, даже больше того.

Спросите Итана №50: почему Вселенная не превратилась в чёрную дыру?

Учитывая, что вся эта материя и вся энергия были так тесно собраны в одном месте, и были такими плотными в момент Большого взрыва – почему же Вселенная не реколлапсировала?

“Es ist immer angenehm, über strenge Lösungen einfacher Form zu verfügen.” (Всегда приятно иметь в своём распоряжении точное решение в простом виде)
– Карл Шварцшильд

Даже если бы вы знали все законы физики во всех местах Вселенной в любой момент, этого всё равно было бы недостаточно для предсказания текущего состояния Вселенной. Поскольку, хотя законы физики устанавливают правила эволюции системы, для старта ей всё ещё требуется набор начальных условий. На этой неделе наш выпуск посвящён вопросу Адреаса Лаузера, который спрашивает:

Хотя у меня нет особых сомнений в том, что теория Большого взрыва корректна, или, как вы бы сказали, неплохо аппроксимирует произошедшее, есть одна вещь, о которой я размышляю, когда думаю об этой части космологии. Есть ли объяснение тому, что Вселенная не превратилась сразу в чёрную дыру? Полагаю, что изначальная её плотность была гораздо выше предела Шварцшильда.

Мы уже обсуждали этот вопрос, но вам нужны дополнительные детали и ответ получше, чем я тогда давал. Вернёмся к моменту рождения самой успешной теории гравитации, ОТО, на 100 лет назад.

(К) Последний звонок (интервью выпускников)