Нил Деграсс Тайсон и Чак Найс в рамках подкаста StarTalk обсудили физические принципы межзвездных путешествий и структуру материи. Астрофизик утверждает, что постоянное ускорение космического корабля создает искусственную гравитацию, неотличимую от земной . Участники дискуссии разобрали вопросы о «странной материи», ядрах газовых гигантов и способах скрыть Землю от инопланетного наблюдения.
🚀 Физика постоянного ускорения и искусственная гравитация 1:04
Современные миссии на Марс занимают около девяти месяцев из-за движения по инерции . Корабль запускают с импульсом, достаточным для преодоления земного тяготения и выхода в точку пересечения гравитационных колодцев Земли и Марса . После этого двигатели отключаются, и аппарат находится в состоянии свободного падения до самого прибытия .
Нил Деграсс Тайсон пояснил, что теоретически корабль может работать на постоянном ускорении. В этом случае половину пути судно разгоняется, затем разворачивается и остаток пути тормозит с помощью ретро-ракет . Такой метод позволяет достичь Марса значительно быстрее и решает проблему невесомости.
Альберт Эйнштейн сформулировал Принцип эквивалентности, согласно которому силы внутри ускоряющейся ракеты идентичны гравитационным . Если ускорение равно земному, экипаж не сможет отличить его от нахождения на поверхности планеты без взгляда в иллюминатор . Для реализации таких полетов потребуются заправочные станции, распределенные по всей Солнечной системе .
☄️ Скрытая геометрия орбит и полета снарядов 6:50
В школьных учебниках физики траекторию полета снаряда описывают как параболическую арку . Нил Деграсс Тайсон уточнил, что в реальности это не парабола. Путь любого объекта, брошенного на Земле, представляет собой сегмент эллиптической орбиты .
Если бы вся масса Земли была сосредоточена в одной точке в центре, брошенный камень вращался бы вокруг нее по эллипсу . Столкновение с поверхностью планеты просто прерывает этот орбитальный цикл. Международная космическая станция также находится в состоянии свободного падения, но ее высокая горизонтальная скорость позволяет «промахиваться» мимо Земли .
🌌 Парадокс фотона и вселенные в черных дырах 9:08
Фотон движется со скоростью света и, согласно теории относительности, не испытывает течения времени . С его точки зрения, он рождается и мгновенно уничтожается, преодолевая любые расстояния. Однако наблюдатели фиксируют красное смещение — изменение длины волны фотона из-за расширения Вселенной .
Нил Деграсс Тайсон признал этот вопрос сложным парадоксом. Если фотон меняется в процессе пути, он должен обладать некоторой «временной осведомленностью» . Астрофизик предложил обсудить эту проблему с космологом Джанной Левин в будущих выпусках .
Математические модели общей теории относительности допускают существование других пространств за горизонтом событий черной дыры . При падении внутрь наблюдатель видит всю будущую историю внешней Вселенной из-за замедления времени . Горизонт нашей наблюдаемой Вселенной обладает теми же математическими свойствами, что и горизонт событий черной дыры . Это позволяет предположить, что мы живем внутри черной дыры, принадлежащей другой, более масштабной вселенной .
🧪 Кварки и загадочная странная материя 16:32
Странная материя — это гипотетическое состояние вещества, состоящее из странных кварков . В стандартной модели физики элементарных частиц существует три поколения кварков:
- Первое: верхний (up) и нижний (down), образующие протоны и нейтроны.
- Второе: очарованный (charmed) и странный (strange).
- Третье: истинный (top) и прелестный (bottom).
Термин «кварк» физик Мюррей Гелл-Ман заимствовал из романа Джеймса Джойса «Поминки по Финнегану» . Там упоминалась фраза «Три кварка для Мастера Марка» . Изначально ученые считали, что существует всего три вида этих частиц.
Многие частицы были предсказаны математически до их обнаружения в ускорителях. Например, нейтрино «изобрели» для объяснения потери импульса в ядерных реакциях . Частица не имела заряда, за что получила название «маленькая нейтральная» .
🪐 Структура газовых гигантов и планетарные ядра 26:17
Название «газовые гиганты» отражает пропорции атмосферы и твердого ядра планеты. Нил Деграсс Тайсон привел наглядные аналогии для сравнения Земли и Юпитера:
- Земля: атмосфера соотносится с твердой частью как кожура яблока с самим яблоком .
- Газовые гиганты: атмосфера соотносится с ядром как мякоть персика с его косточкой .
При формировании Солнечной системы тяжелые элементы оседали в центрах протопланетных сгустков . Юпитер и Сатурн обладают достаточной гравитацией, чтобы удерживать легкие газы — водород и гелий . Земля не способна удержать эти газы, поэтому они улетучиваются в космос . В составе земной атмосферы остаются только тяжелые соединения: азот, кислород и углекислый газ .
📡 Как скрыть Землю от инопланетного поиска 31:21
Человечество излучает радиосигналы в космос уже более 80 лет. Ранние радиоволны (AM-диапазон) и короткие волны отражались от ионосферы, но часть энергии утекала в пространство . Телевизионные сигналы середины XX века транслировались напрямую и сейчас находятся на расстоянии 80 световых лет от Земли .
Потенциальные наблюдатели могли бы изучать культуру людей по сериалам «Молодожены», видя в них примеры домашнего насилия . Однако с 1980-х годов объем «утечек» сократился благодаря переходу на кабельное телевидение . Закрытые системы не транслируют контент в открытый космос.
Для полной маскировки сигналы необходимо шифровать так, чтобы они были неотличимы от естественного радиошума Вселенной . Идеальное кодирование выглядит как статический шум космического микроволнового фона . Нил Деграсс Тайсон также отметил ироничную ошибку в табличках аппаратов Pioneer: на них указана система из девяти планет, включая Плутон . Если пришельцы будут искать девятипланетную систему, они могут пролететь мимо нашей, где теперь официально признаны только восемь планет .
🔭 Роль любителей в современной астрономии 39:07
Несмотря на наличие мощных обсерваторий, энтузиасты продолжают вносить вклад в науку. Любители часто открывают кометы и сверхновые звезды, поскольку их численно больше, чем профессиональных астрономов . Существуют проекты «гражданской науки», где добровольцы помогают обрабатывать огромные массивы данных .
Важным методом является наблюдение за покрытием звезд астероидами . Выстраиваясь в линию на поверхности Земли, наблюдатели фиксируют время исчезновения света звезды . Это позволяет с высокой точностью вычислить форму и размер малых небесных тел без использования радаров .
В финале Нил Деграсс Тайсон прокомментировал загороловки о том, что телескоп Джеймс Уэбб якобы опроверг теорию Большого взрыва . Он назвал такие новости кликбейтом. Новые данные лишь указывают на ошибки в моделях формирования галактик, а не на неверность всей космологической концепции .
