🌌 Путешествие к Проксиме Центавра на скорости 99.1% от скорости света

🚀 Расстояние до Проксимы Центавра составляет 4.243 световых года. Если вы путешествуете со скоростью 99.1% от скорости света, по наблюдениям с Земли, вам потребуется 4.282 года, чтобы добраться до нее. Однако ваши часы на борту будут идти медленнее из-за эффекта замедления времени, примерно в 7.470 раз. Таким образом, по вашим собственным часам путешествие займет всего 0.573 года.

⏳ При этом расстояние между Землей и Проксимой Центавра также сократится из-за контракции длин в направлении движения. Оно уменьшится до 0.568 световых года. Это расстояние вы сможете преодолеть за 0.573 года по вашим часам, путешествуя со скоростью 0.991 от скорости света.

🌌 Темная материя: природа и взаимодействие

🌠 Темная материя, несмотря на свою загадочность, почти наверняка не состоит из частиц с электрическим зарядом. Это утверждение основано на двух основных причинах. Первая из них восходит к 1930-м годам, когда швейцарско-американский астроном Фриц Цвикки впервые предположил, что наблюдаемое быстрое вращение галактик может быть объяснено наличием материи, дополнительной к видимой (звезды, газ, пыль): дополнительной темной материи (dunkle materie). Однако Цвикки не думал о чем-то экзотическом: его "темная материя" могла быть чем угодно, что буквально темное, холодный газ, пыль, мертвые звезды и т.д. Обычные вещи, которые не излучают, не отражают и не поглощают значительное количество света.

🪐 Современная космология накладывает ограничения на то, сколько "нормальной" (барионной, т.е. преимущественно состоящей из барионов, а именно протонов и нейтронов) материи может существовать во вселенной. С другой стороны, современная космология действительно нуждается в материи, многочисленной материи в дополнение к барионной материи, чтобы объяснить эволюцию и структуру вселенной, включая ее возраст, мельчайшие детали космического микроволнового фона или крупномасштабное статистическое распределение материи в настоящей вселенной.

🌌 Темная материя не только не барионная, но она также не может включать заряженные частицы. Почему? Потому что заряженные частицы, когда они приближаются друг к другу, взаимодействуют, либо прилипая друг к другу, либо отталкивая друг друга. Это имеет конкретные последствия, когда начинают формироваться структуры во вселенной. Когда нормальная материя (которая включает заряженные частицы) коллапсирует, она нагревается в результате этих взаимодействий. Кинетическая энергия превращается в тепловую энергию и рассеивается. Вещи становятся горячими и, например, формируются звезды. Темная материя не должна делать ничего из этого. Она либо не взаимодействует, либо (очень) слабо взаимодействует, иначе она не выполнила бы свою функцию в космологических уравнениях.

Темная материя не имеет заряженного ядра, окруженного частицами с противоположным зарядом.

Такое представление о темной материи не работает в стандартной космологической модели. Однако существуют попытки создать альтернативные модели или, возможно, даже отказаться от концепции темной материи вообще. У нас нет твердых знаний. Стандартная космологическая модель хорошо работает, но она не идеальна. И попытки на данный момент прямо обнаружить темную материю все оказались безрезультатными. Предположения постоянно ставятся под сомнение; однако мы не узнаем ответы, пока не получим наблюдательное подтверждение.

🕳 Тайны черных дыр: мифы и реальность

🧠 Мистерия черных дыр во многом обусловлена нашим ограниченным знанием о них и восприятием времени, связанным с черными дырами. Большая часть загадок вокруг черных дыр возникает из популярных научных источников, которые, откровенно говоря, делают их более таинственными, чем они есть на самом деле. Это не означает, что черные дыры не являются странными объектами, но, возможно, они не так уж странны, как люди склонны верить после прочтения популярной научной статьи или книги.

📜 Концепция существования объекта с такой плотностью и компактностью, что даже свет не может покинуть его поверхность, предшествует теории относительности более чем на век. Как мы знаем, первым, кто опубликовал статью о возможности того, что свет, испускаемый таким объектом, упадет обратно на объект вместо того, чтобы уйти в бесконечность, был Джон Мишель в 1783 году.

🕰 Современное представление о черной дыре восходит к работе Карла Шварцшильда, который в 1916 году представил первое "чистое" аналитическое решение уравнений поля Эйнштейна. В теории Эйнштейна гравитация подразумевает релятивистское замедление времени. Чем сильнее гравитационное поле, тем медленнее идут часы по сравнению с часами в пустом пространстве, вдали от источников гравитации.

Если объект достаточно тяжел и компактен, возможно, можно подойти к нему так близко, что гравитационное замедление времени станет бесконечным!

🔄 Это приводит к тому, что не только свет не может покинуть такой объект, но он замедляется до такой степени, что фактически становится "замороженным". Изначально Эйнштейн не воспринимал это предсказание слишком серьезно. Однако было обнаружено, что это "бесконечное замедление времени" применимо только тогда, когда мы рассматриваем объект Шварцшильда снаружи.

Наблюдатель, который фактически падает к объекту, достигнет этого "горизонта" за конечное время, измеряемое его часами.

🚪 Если это так, то он представляет собой точку (или скорее момент времени) невозврата: если наблюдатель пересекает этот порог, спасения нет. Это осознание вызвало большой интерес и попытки понять, как будет выглядеть этот "интерьер". Ведущие к этому математические техники привели к открытию того, что эти регионы могут иметь удивительные свойства.

🌌 Они могут быть воротами в другие места во вселенной или даже в параллельные/альтернативные вселенные. "Сингулярность", которую они хранят, может иметь сложную структуру и, возможно, даже функционировать как машина времени. И это только классическая теория!

🔬 Затем приходит квантовая физика, которая, прежде всего, предполагает, что черные дыры "испаряются" со временем как тепловое излучение. Это само по себе удивительно, но есть еще более странный поворот: испарение - это действительно случайное тепловое излучение, которое нарушает поведение запутанных квантовых систем, стирая информацию, которая характеризует эти системы. Это "парадокс потери информации", который до сих пор не имеет разрешенного решения и может не быть полностью разрешен, пока у нас не будет лучшего понимания квантового поведения гравитации.

🔭 Но в терминах фактической физической вселенной вот что мы знаем; определенные процессы, такие как определенные типы сверхновых, могут привести к гравитационному коллапсу, который не останавливается ни одним известным физическим процессом. Этот коллапс остается (с нашей внешней перспективы) навсегда продолжающимся. Наблюдаемая внешняя геометрия неотличима от геометрии, предсказанной Шварцшильдом или Керром (вращающийся, осесимметричный случай), включая "тень", отбрасываемую черной дырой, динамику падающего вещества (аккреционный диск) и динамику слияний черных дыр. Все остальное, что вы слышите о черных дырах, - это математические предположения.