آیا جهان نامتناهی است؟

[rohamavation]

ما می دانیم که جهان در حال انبساط است، زیرا، به جز برخی استثناهای نزدیک، تقریباً همه کهکشان های جهان از ما و از یکدیگر دور می شوند. نه تنها این، بلکه به نظر می‌رسد کهکشان‌های بسیار دور با سرعت بیشتری در حال عقب‌نشینی هستند، که نشان می‌دهد جهان با سرعت فزاینده‌ای در حال انبساط است.
مشاهدات زمان‌های مختلف در کیهان نشان می‌دهد که در چند میلیارد سال اول، انبساط کیهان کند شد - اما پس از آن تقریباً 8 میلیارد سال پیش، انبساط شروع به شتاب کرد. اگر شتاب ادامه یابد (که محتمل به نظر می رسد)، جهان هرگز انبساط خود را کاهش نخواهد داد یا دوباره فرو می ریزد. این با ایده جهان "مسطح" مطابقت دارد که در حال حاضر پذیرفته شده ترین مدل است.
اما یک جهان مسطح فضایی می تواند مشخصه یک جهان متناهی یا نامحدود باشد. وقتی می گوییم فضا «مسطح» است، منظورمان این است که از هندسه اقلیدسی تبعیت می کند: خطوط موازی هرگز قطع نمی شوند و مجموع زوایای یک مثلث همیشه به 180 درجه می رسد. ما می توانیم جهان را در دو بعد به صورت یک صفحه تصور کنیم که صاف و بی نهایت است (مانند یک تکه کاغذ بی نهایت). اما همچنین می‌توانیم تصور کنیم که آن کاغذ را برداریم و آن را به شکل یک استوانه بغلتانیم، سپس دوباره آن را به شکل چنبره درآوریم (به شکل دونات). سطح چنبره از نظر فضایی صاف است، مانند تکه کاغذ، اما محدود است. با این حال، با انبساط، ممکن است حتی اگر جهان اکنون حجم بسیار زیادی داشته باشد، در آینده بی نهایت به حجم بی نهایت برسد.
اندازه جهان قابل مشاهده
از طرف دیگر فضایی که می توانیم مشاهده کنیم، اندازه مشخصی دارد. از آنجایی که جهان 13.8 میلیارد سال پیش متولد شده است، ما فقط می‌توانیم اجسامی را مشاهده کنیم که نور آنها حداکثر 13.8 میلیارد سال طول کشیده تا به زمین برسد. این بخش از جهان، جهان قابل مشاهده نامیده می‌شود و تنها بخشی از جهان است که می‌توانیم درباره آن چیزی بدانیم.
اما به دلیل انبساط جهان، شعاع جهان قابل مشاهده 13.8 میلیارد سال نوری نیست. تخمین‌های کنونی شعاع آن را در حدود 46 میلیارد سال نوری تعیین می‌کنند، تخمینی که در مختصات متحرک انجام می‌شود که انبساط جهان را به حساب می‌آورد. با بالا رفتن سن جهان، اندازه جهان قابل مشاهده به گسترش خود ادامه خواهد داد.

[rohamavation]

آیا فضا مسطح است یا منحنی؟
طبق نظریه نسبیت عام انیشتین، اجسام عظیم فضازمان اطراف خود را منحرف می‌کنند، و اثری که یک تاب بر اجسام می‌گذارد همان چیزی است که ما گرانش می‌نامیم. بنابراین، به صورت محلی، فضازمان در اطراف هر جسم دارای جرم منحنی است.
انحنای کلی فضا
جهان بسته (بالا)، جهان باز (وسط) و جهان تخت (پایین). NASAC جهان بسته (بالا)، جهان باز (وسط) و جهان تخت (پایین).
ناسا
جرم همچنین بر هندسه کلی جهان تأثیر دارد. چگالی ماده و انرژی در جهان باز، بسته یا مسطح بودن جهان را تعیین می کند. اگر چگالی برابر با چگالی بحرانی باشد، جهان انحنای صفر دارد. مسطح است شما می توانید یک جهان مسطح مانند یک ورق کاغذ را تصور کنید که بی نهایت در همه جهات امتداد دارد. جهانی با چگالی بیشتر از چگالی بحرانی دارای انحنای مثبت است و یک جهان بسته ایجاد می کند که می توان آن را مانند سطح یک کره تصور کرد. و اگر چگالی کیهان کمتر از چگالی بحرانی باشد، جهان باز است و مانند سطح زین انحنای منفی دارد.
اندازه‌گیری‌های کاوشگر ناهمسانگردی مایکروویو ویلکینسون (WMAP) نشان داده است که جهان قابل مشاهده چگالی بسیار نزدیک به چگالی بحرانی (در محدوده خطای 0.4٪) دارد. البته، جهان قابل مشاهده ممکن است چندین مرتبه کوچکتر از کل جهان باشد. اما بخشی از جهان که می توانیم مشاهده کنیم به نظر می رسد نسبتاً مسطح است.

[rohamavation]

چرا دنباله دارها دم دارند؟چرا دنباله دارها دم دارند؟
دنباله‌دارها با نزدیک شدن به حضیض دم ایجاد می‌کنند - جایی که در مدارشان در نزدیکترین فاصله به خورشید قرار دارند. گرمای خورشید برخی از مواد دنباله دار را تبخیر می کند و ذرات غباری را که در یخ به دام افتاده بودند آزاد می کند.
ترکیبی از فشار تابش خورشیدی و باد خورشیدی گاز و غبار را از هسته دنباله‌دار می‌برد و دو دم مجزا را تشکیل می‌دهد: دم یونی و دم غبار.
دو نوع دم
نور ماوراء بنفش گاز خنثی دمیده شده از دنباله‌دار را یونیزه می‌کند و باد خورشیدی این یون‌ها را مستقیماً از خورشید به بیرون می‌برد تا دم یونی را تشکیل دهد که معمولاً آبی می‌درخشد. از طرف دیگر دم گرد و غبار خنثی است و از ذرات گرد و غبار کوچک (از نظر اندازه شبیه به ذرات موجود در دود سیگار) تشکیل شده است. فشار ناشی از تابش خورشید این ذرات را از هسته دنباله دار دور می کند. این ذرات همچنان مدار ستاره دنباله دار به دور خورشید را دنبال می کنند و یک دم منحنی پراکنده را تشکیل می دهند که معمولاً از زمین سفید یا صورتی به نظر می رسد.
دنباله‌دارها تنها اجرام منظومه شمسی نیستند که دارای دم هستند - مشاهدات اخیر نشان می‌دهد که حتی سیارک‌ها نیز می‌توانند دم‌های غبار را در مواردی جوانه بزنند.

[rohamavation]

چند کهکشان در جهان هستی وجود دارد؟
ستاره شناسان می توانند از تلسکوپ فضایی هابل برای مشاهده کهکشان های نزدیک به لبه جهان قابل مشاهده استفاده کنند (منطقه ای از فضا که نور در 13.77 میلیارد سال گذشته فرصت رسیدن از آن به ما را داشته است). اخترشناسان با بررسی بخش بسیار کوچکی از آسمان، شمارش تعداد کهکشان‌های قابل مشاهده در جهان در آن منطقه خاص، و سپس ضرب آن عدد برای محاسبه تمام مناطق آسمان، تعداد کهکشان‌های جهان را تخمین می‌زنند. بهترین تخمین از یک مطالعه در سال 1999 این عدد را در حدود 125 میلیارد کهکشان تعیین کرد و یک مطالعه در سال 2013 نشان داد که 225 میلیارد کهکشان در جهان قابل مشاهده وجود دارد. در سال 2016، این عدد به 2 تریلیون افزایش یافت، تا حد زیادی به این دلیل که یک تجزیه و تحلیل جدید شامل تمام کهکشان های کوچک و کرکی در جهان اولیه بود.
درک این نکته مهم است که تعداد کهکشان‌های جهان در دهه گذشته در ضریب 10 ضرب نشده است - این تخمین‌ها تعداد کهکشان‌هایی را نشان می‌دهند که با توجه به قدرت تلسکوپ‌های فعلی، زمان رصد و طول موج ما استنباط می‌کنیم. نوری که ما مشاهده می کنیم اگر تلسکوپ‌های بزرگ‌تر و زمان رصد بیشتر داشتیم، می‌توانستیم کهکشان‌های کم‌نورتر را هم شناسایی کنیم. به دلیل سن محدود جهان، حتی با قوی‌ترین تلسکوپ‌هایی که می‌توانستیم ایجاد کنیم، در نهایت تعداد کهکشان‌ها برای شمارش در جهان قابل مشاهده تمام می‌شود.
شمارش کهکشان ها در جهان با هاله های ماده تاریک آنها
هیچ محدودیتی برای کوچکترین تعداد ستاره‌هایی که می‌توانند یک کهکشان را تشکیل دهند وجود ندارد (کهکشان‌های کوتوله ممکن است میزبان هزاران ستاره باشند، در حالی که خوشه‌های ستاره‌ای که به دور کهکشان‌ها می‌چرخند می‌توانند بیش از یک میلیون ستاره داشته باشند). تمایز در هاله‌های ماده تاریک نهفته است: کهکشان‌ها و کهکشان‌های کوتوله آن‌ها را دارند، در حالی که خوشه‌های ستاره‌ای ندارند.

[rohamavation]

زمان ماه جدید (یا کامل) چگونه تعریف می شود؟
از نظر نجومی، ماه زمانی جدید است که آن و خورشید طول آسمانی یکسانی داشته باشند. ماه در فاز ربع اول است که طول جغرافیایی آن 90 درجه بیشتر از خورشید باشد. ماه زمانی کامل است که طول جغرافیایی آن 180 درجه بیشتر باشد و در ربع آخر زمانی که 270 درجه بیشتر باشد. این تفاوت زاویه ای به سمت شرق در امتداد دایره البروج بین مراکز دو جسم اندازه گیری می شود، همانطور که از مرکز زمین دیده می شود. این کاملاً مشابه جدایی زاویه ای (اندازه گیری شده در امتداد یک دایره بزرگ در آسمان) یا تفاوت در معراج راست (اندازه گیری شده در امتداد استوای سماوی) نیست.

[rohamavation]

چرا آسمان شب زمین رنگارنگ تر نیست
عکس‌های آسمانی نشان می‌دهند که اگر چشمان شما به اندازه دوربین‌های مدرن قدرتمند، حساس و همه‌کاره بودند، چه چیزهایی به نظر می‌رسیدند. نیستند و هرگز نخواهند بود. به عنوان مثال، کهکشان ها ذاتاً بر اساس استانداردهای چشم انسان کم نور هستند. اگر به پنجره سفینه فضایی که درست بالای یک کهکشان معلق است نگاه می‌کردید، باز هم نسبتاً ظریف به نظر می‌رسید.
اما حرف من را قبول نکن شما می توانید آن منظره را خودتان ببینید، زیرا ما در واقع درون یک کهکشان هستیم. شما نمی توانید خیلی بیشتر از آن نزدیک شوید! در یک شب روشن و بدون ماه، دور از نورهای شهر سفر کنید، اجازه دهید چشمانتان کاملاً با تاریکی سازگار شود و راه شیری را خواهید دید که از افقی به افق در بالای سرتان پخش شده است. این مانند آی پاد نمی درخشد، اما در برابر یک آسمان مخملی سیاه، وسیع، پیچیده و زیبا است.
ما در واقع در بخش بسیار جالبی از فضا زندگی می کنیم. دلیل اینکه مردم فکر می کنند کسل کننده است آلودگی نوری است!

[rohamavation]

نمودار تعاملی آسمان
با پشتیبانی از Heavens Above، بیننده تعاملی ما آسمان شب را همانطور که با چشم دیده می شود نمودار می کند. این نقشه شامل ماه، ستارگان پرنورتر از قدر 5، پنج سیاره درخشان (عطارد، زهره، مریخ، مشتری و زحل) و اجرام در اعماق آسمان است که بدون استفاده از کمک نوری قابل مشاهده هستند.
چگونه از نمودار تعاملی آسمان برای کاوش در آسمان شب استفاده کنم؟
ستارگان و سیارات قابل مشاهده با چشم غیرمسلح را از هر مکان، در هر زمان از روز یا شب، در هر تاریخی بین سال های 1600 تا 2400 ترسیم کنید. ببینید امشب در آسمان شما چه خبر است! با کشیدن مربع سبز رنگ روی نمودار تمام آسمان، نمای افق را تغییر دهید.
نقشه خود را سفارشی کنید تا خطوط صورت فلکی، نام ها و مرزها، اجرام اعماق آسمان، نام ستاره ها و سیاره ها و موارد دیگر را نشان دهد (یا نشان ندهد). ما همچنین اکنون گزینه خاموش کردن خورشید را ارائه می دهیم تا نشان دهیم کدام ستاره ها در طول روز بالا هستند. نمودار سازگار با موبایل است، بنابراین وقتی بیرون می روید آن را با خود ببرید. همچنین گزینه ای برای چاپ یک نسخه سیاه به سفید از نمودار تمام آسمان وجود دارد - فقط از نماد چاپگر در بالا سمت راست استفاده کنید.
و آزمایش را فراموش نکنید! تفاوت بین اعتدال و انقلاب را کشف کنید و دریابید که آیا صور فلکی واقعاً در سمت دیگر استوا وارونه هستند یا خیر.

[rohamavation]

آیا انسان می تواند با پریدن از سطح سرس (یک سیاره کوتوله) به سرعت فرار کند؟
با توجه به این پاسخ، گرانش سطحی سرس تنها 0.27 متر بر ثانیه برآورد شده است. با دوره چرخش 9 ساعت. گرانش به اندازه کافی سبک به نظر می رسد که فقط با ماهیچه پا بر آن غلبه کند، و اگر نیروی گریز از مرکز را در خط استوا اضافه کنید، آسان تر به نظر می رسد.
آیا یک انسان معمولی با لباس فضایی ناسا می تواند از سرس بپرد؟ اگر نه، آیا آنها می توانند با پریدن به مدار برسند؟سرعت گریز 0.51 کیلومتر یا 510 میلی‌ثانیه را می‌دهد، بنابراین، نه، سرس را با پریدن ترک نکنید.
به دنبال محاسبات قبلی من، سیارکی به شعاع سرس سرعت مداری در مدار نزدیک به سطح زمین در حدود 336 میلی‌ثانیه خواهد داشت که بسیار فراتر از قدرت پرش هر کسی است.
شتاب گرانشی روی ماه 1.6249ms2 است که به سختی 6 برابر بیشتر است.
با 9 ساعت و 4 متر طول روز (32640 ثانیه) و 3061 کیلومتر طول استوا، چرخش تنها حدود 94 میلی‌ثانیه به سرعت مداری هر چیزی که در آنجا ایستاده است اضافه می‌کند - 242 میلی‌ثانیه برای سرعت مداری باقی می‌ماند، بنابراین هنوز کمی دور از دسترس بدن انسان است.
FYI، معادله مربوطه تنظیم انرژی جنبشی برابر با انرژی پتانسیل گرانشی است. این بر اساس هر جرم نوشته شده است، زیرا هم انرژی جنبشی و هم انرژی پتانسیل گرانشی با جرم متناسب است.
$\frac{ G M m }{ r } = \frac{ 1 }{ 2} m v_{\infty}^2$
برای سرس:
$v_{\infty} = \sqrt{ \frac{ 2 G M }{r} } = \sqrt{ \frac{ 2 G ( 9.43 \times 10^{20} ) }{4.87 \times 10^5 m} } = 508.2 \frac{m}{s}$
بنابراین بدیهی است که این برای کسی که نمی تواند با توانایی های انسانی به انجام برسد، بسیار بالا است. همچنین جالب است بدانیم که این از شکل ریاضی متفاوتی نسبت به گرانش سطح پیروی می کند. با فرض اینکه مکانیک اولیه تقریباً مشابه باشد، می‌توانید روی سرس 37 برابر بیشتر از زمین بپرید. این هنوز کافی نیست زیرا حوزه نفوذ گرانشی سرس بسیار فراتر از این است.
همچنین، سرعت مداری با ضریب $\sqrt{2}$ کمتر است. بنابراین برای رسیدن به مدار فقط باید به سرعت 360 متر بر ثانیه برسید. در حالی که این هنوز قابل دستیابی نیست، در صورت اعمال نیرو به پهلو، برخلاف مستقیم به سمت بالا، شات بهتری در خروج نامحدود از زمین خواهید داشت.
همچنین توجه داشته باشید که سرس چرخش نسبتا سریعی دارد. من سرعت استوایی را 93.7 متر بر ثانیه محاسبه می کنم که به شما کمک خوبی می کند. اگر روی خط استوا قرار بگیرید و در جهت چرخش بپرید، برای به دست آوردن مدار تا 265 متر بر ثانیه پایین می آیید. باز هم، این هنوز دست نیافتنی است، اما بهترین عکسی است که گرفته اید.
اگر می‌توانستید یک روش رانش «بدون جرم» (مانند دوچرخه‌ای که از میدان گرانش خارج شده است) نیرو ببخشید، می‌توانید به راحتی از سرس فرار کنید، اما این نیاز به نیروی رانش عظیم در مراحل اولیه را برجسته می‌کند، زیرا نیروی محرکه به جرمی نیاز دارد که می‌تواند "پرتاب به عقب"، و اگر به آرامی شتاب بگیرید، به این معنی است که باید تمام آن جرم را برای مدت بیشتری با خود حمل کنید.
گرانش سطحی هیچ اطلاعاتی در مورد سرعت فرار نمی دهد. برای مثال زحل دارای گرانش سطحی قابل مقایسه با زمین است، اما سرعت فرار آن سه برابر بیشتر است. به طور مشابه، اگر ماه 10 درصد شعاع کمتری نسبت به شعاع فعلی اش داشت، اما کاملاً از ایریدیوم ساخته شده بود، دقیقاً همان گرانش سطحی زمین، اما نیمی از سرعت فرار زمین را داشت.
شما به راحتی می توانید با دانستن شعاع و چگالی آن، سرعت فرار یک جسم را محاسبه کنید
$V_{e}=\sqrt{2G\frac{4}{3}\pi\rho r^{2}}$
که ρ چگالی و r شعاع است.
بازیکنان NBA می توانند تا ارتفاع 1 متر بپرند. دانستن اینکه پریدن به ارتفاع h معادل خروج از زمین با سرعتی برابر است
$V_j=\sqrt{2 h g}$
سرعت اولیه حدود 4.3 متر بر ثانیه برای بهترین جامپرها به دست می آید.
برای داشتن چنین سرعت فرار، یک سیارک ساخته شده از سنگ نباید بزرگتر از 4 کیلومتر باشد. این حدود کمتر از 1 درصد شعاع سرس است.

[rohamavation]

درخشان ترین ستاره در آسمان چیست؟
درخشان ترین ستاره، سیریوس A، با همراهش، سیریوس BSirius A و B.
ناسا / ESA / جی بیکن (STScI)
درخشان‌ترین ستاره در آسمان سیریوس است که به دلیل موقعیتش در صورت فلکی سگ بزرگ، به عنوان "ستاره سگ" یا به طور رسمی تر، Alpha Canis Majoris نیز شناخته می شود. سیریوس یک ستاره دوتایی است که تحت سلطه یک ستاره دنباله اصلی درخشان، سیریوس A، با قدر ظاهری 1.46- است. روشنایی ظاهری سیریوس A را می توان هم به درخشندگی ذاتی آن، 20 برابر خورشید و هم به نزدیکی آن نسبت داد. سیریوس با فاصله 8.7 سال نوری از ما، هفتمین ستاره نزدیک به زمین است.
در سال 1844، فردریش ویلهلم بسل پیشنهاد کرد که مسیر کمی موج دار سیریوس A در آسمان، در مقایسه با مسیر ستارگان پس زمینه، نشان دهنده همراهی کم نورتر است. الوان کلارک وجود همراه را در سال 1862 تایید کرد. سیریوس B که اکنون به عنوان یک کوتوله سفید شناخته می شود و به آن "توله سگ" می گویند، به راحتی در یک تلسکوپ بزرگ دیده می شود، اما سهم کمی در روشنایی ظاهری کل سیستم دارد. برای یک چالش مشاهده واقعی؟ با کمک ویراستار باب کینگ، بخوانید که چگونه می‌توانید Sirius B را در "Sirius B - A New Pup in My Life" ببینید.
با توجه به اینکه ستارگان دیگر از سیریوس به زمین نزدیکتر هستند، چرا درخشان تر به نظر نمی رسند؟ همانطور که بیشتر دانه های شن در ساحل کوچک هستند، اکثر ستاره های کهکشان ما - در واقع، در جهان - کوتوله هستند: به طور دقیق، کوتوله های قرمز. در کنار اندازه کوچکترشان، به همان نسبت کم نور هستند. در واقع نزدیکترین ستاره به خورشید، پروکسیما قنطورس، یک کوتوله قرمز است. این ستاره کلاس M کوچکتر و کمتر از خورشید کلاس G ما و بسیار کوچکتر و کمتر از درخشانترین ستاره، سیریوس کلاس A است.

[MRT]

معادله موج شرودینگر قابل حل است و شکل هندسی زیر را می دهد







اما دقیقا نمی دانیم که معادله میدان انیشتین چطوری حل میشود و ترسیم هندسی آن چگونه است. یعنی لاین ترسیم است.

[MRT]

تانسور Tμν چیست ؟

Tμν، تانسور ضربه-انرژی است. این تانسور، حاوی اطلاعاتی در مورد توزیع ماده و انرژی در ناحیه‌ فضا-زمانِ موردنظر است که در معادله میدان انیشتین استفاده شده. اگر نیوتن امروز زنده بود می گفت :
ضربه (نماد I یا J)، در مکانیک کلاسیک به صورت انتگرال نیرو نسبت به زمان تعریف می‌شود که بیان‌کنندهٔ میزان تغییر تکانه جسم در اثر نیروی وارده است. و انرژی حاصل ضرب نیرو در مسافت است پس میدان گرانش همانند نیرو عمل می کند و هیچ ربطی به انحنای فضا - زمان ندارد. انشتین سعی کرد ثابت کند که میدان گرانش نیرو نیست ولی خودش نیرو را وارد معادلاتش کرده است.