Расширяем границы возможного: учёные на пороге решения загадок космоса

Продолжаем обновлять ваши знания о космосе. Напомним, что с 4 по 10 октября проходит Всемирная неделя космоса. Мы уже рассказывали о перспективах колонизации Марса, в этот раз мы поговорим о последних открытиях и прорывах в космической сфере.

Тёмная энергия

Даже далёкие от науки знают, что наша Вселенная расширяется. Причём скорость расширения ускоряется под действием фактора, который называют тёмной энергией. Этот термин обозначает неизвестную субстанцию, на которую приходится основная часть вещества Вселенной. К слову, тёмной она является в прямом смысле слова, поскольку не излучает и не переизлучает свет.

В течение двух десятков лет астрономы собирали данные, с помощью которых можно было оценить влияние тёмной энергии и выводимый из её действий возраст Вселенной. Но учёные столкнулись с противоречивыми результатами. Возраст нашего мироздания оказывался разным, когда анализировались данные реликтового излучения и видимого расположения галактик.

Исследователи из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики в США опубликовали научную статью в журнале Nature Astronomy, где попытались объяснить причину этого феномена.

Так, по мнению исследователей, темная материя со временем меняла свою плотность, чем и вызваны различия в показаниях. При добавлении фактора изменчивости плотности в модель та показывала высокую точность, что воодушевило ученых. Но сама по себе такая достоверность не может служить доказательством того, что тёмная энергия 12 миллиардов лет назад имела другую плотность, чем сегодня. Однако, как отмечают авторы работы, готовящийся к запуску научный инструмент Dark Energy Spectroscopic Instrument сможет прояснить этот вопрос окончательно.

«Плантации» внутренних органов для космонавтов

Опробовать 3D- биопринтер уже давно хотят на МКС. Поэтому в ближайшем будущем планируется запустить печать живых тканей человеческого организма.

Основная цель эксперимента — испытание нового способа производства трехмерных тканевых конструкций в условиях невесомости. Все существующие на сегодняшний день биопринтеры работают по принципу аддитивного, то есть послойного производства. В космосе — в условиях микрогравитации — возможна более эффективная печать человеческих органов при помощи нового биопринтера на основе магнитной ловушки, и для работы этого устройства, по мнению его создателей, необходима невесомость.

Кроме коррекции поврежденных органов космонавтов новые ткани пригодятся и учёным, которые смогут при помощи полученных в невесомости органоидов (биотканей) изучать способы защиты космонавтов от радиации.

Станция на Луне

Космос вне политики. Несмотря на все санкции и споры, Россия и США договорились о совместной работе над проектом, возглавляемым американским космическим агентством НАСА, по строительству первой лунной станции, которая станет частью более долгосрочного проекта по отправке людей к Марсу.
Международная база будет предназначена для исследований Луны как людьми, так и роботами. Также она будет служить в качестве промежуточной остановки для космических кораблей. Новый проект является наиболее вероятным преемником Международной космической станции, общая стоимость которой достигает 100 миллиардов USD – крупнейшего в мире космического проекта на сегодняшний день.

Как  сообщают РИА-Новости, российская и американская стороны будут совместно работать над строительством систем, необходимых для подготовки научных миссий, как орбитальных, так и предполагающих высадку на поверхность естественного спутника Земли. Россия должна создать от одного до трех модулей и разработать стандарты для универсального стыковочного механизма для разных типов кораблей.

Отправку первых модулей планируется осуществить в 2024–2026 году.

Все события в нашей Вселенной могут быть полностью предопределены

Так считает известный нидерландский космолог-теоретик Герард 'т Хоофт. Также он предполагает, что в связи с этим у людей может полностью отсутствовать свобода воли.

По его словам, человечеству не удаётся создать так называемую «теорию всего», описывающая все известные фундаментальные взаимодействия, поскольку для этого требуется объединение несовместимых вещей: теории относительности и квантовой физики. Но эти противоречия можно разрешить в том случае, если наша Вселенная является абсолютно детерминированной – в ней нет ни свободы воли, ни возможности «божественного вмешательства».

Изначально проблему несовместимости этих двух отраслей связывали с возможной ошибочностью теории относительности или квантовой физики. Но Герард 'т Хоофт отмечает, что за последние десятилетия и та и другая идея успешно прошла все экспериментальные проверки.

Некоторые физики пытаются избежать проблемы соединения несовместимого, добавляя различные «лишние сущности», позволяющие объяснить неопределенность и нелокальность квантовой механики, не выходя за рамки детерминистической теории относительности Эйнштейна.

К примеру, популярная сегодня теория «многомировой интерпретации» квантовой механики предполагает, что каждый раз, когда происходит какое-то событие на квантовом уровне, Вселенная расщепляется на два параллельных мира, в каждом из которых оно завершается по-разному. К примеру, если взять знаменитого «кота Шредингера», то в одной из этих параллельных Вселенных он будет жив, а в другой – мёртв.

Как считает 'т Хоофт, примирить квантовую механику и теорию относительности можно гораздо проще, не вводя каких-то дополнительных измерений и миров – и та и другая теория будут уживаться друг с другом в том случае, если абсолютно все события во Вселенной были предопределены в ней с самого начала ее существования.

В пользу этого, по его мнению, свидетельствует сразу несколько вещей – наличие фундаментального предела на быстроту перемещений по Вселенной в виде скорости света, а также то, что даже самые мельчайшие формы материи обладают ненулевыми размерами, и сам факт расширения Вселенной.

Все эти феномены и физические константы, как считает 'т Хоофт, зависели от того, как выглядела и в каком состоянии находилась Вселенная в момент своего рождения, и их значения фактически предопределили то, как она развивалась после Большого Взрыва. И соответственно, все результаты квантовых событий, а также действия людей будут тоже предопределены, подчиняясь каким-то законам мироздания и начальным условиям рождения Вселенной, о которых мы пока не знаем.

Многие учёные уже выступили с резкой критикой новых идей 'т Хоофта. Тим Модлин, физик и философ, считает, что нидерландский ученый просто не понимает квантовой механики, неправильно интерпретирует те принципы, которые были изложены Беллом в 1960 годах, путая понятия «свободные переменные» и «свобода воли», и игнорирует их многократную проверку экспериментальным путем.

С другой стороны, Сабина Сабина Хоссенфельдер, физик из Института передовых исследований в Франкфурте, полагает, что выводы 'т Хоофта в принципе совместимы с наукой, просто многие люди, в том числе и Модлин, не готовы психологически поверить в то, что начальные условия рождения Вселенной и её законы могут жёстко задавать всё, что будет происходить в ней в последствии.

Тайна рождения первых чёрных дыр

Астрономы из Академии наук и МГУ выяснили, что облик и размеры галактик определялись в далеком прошлом тем, как много «зародышей» сверхмассивных черных дыр содержали их окраины.

Александр Долгов из Института теоретической и экспериментальной физики РАН в Москве говорит, чёрные дыры, предсказанные моделью, должны были присутствовать во Вселенной в достаточном количестве, чтобы объяснить все образовавшиеся шаровые скопления. Она указывает на существование достаточного числа чёрных дыр с массой в несколько тысяч Солнц, чтобы они могли стать «зародышами» шаровых скоплений.

Считается, что в центре большинства массивных галактик обитают сверхмассивные чёрные дыры, масса которых может составлять от миллиона до миллиардов масс Солнца. Причины образования этих объектов пока не совсем ясны. Изначально учёные считали, что подобные объекты возникали таким же путем, как их нормальные «братья», т.е. в результате гравитационного коллапса звёзд и последующего слияния нескольких крупных чёрных дыр.

Наблюдения за первыми галактиками Вселенной заставили астрофизиков усомниться в этом. Оказалось, что в них «обитают» чёрные дыры с массой в десятки миллиардов Солнц. Подобные объекты просто не успели бы вырасти до таких размеров, если бы родились маленькими. Поэтому некоторые учёные начали считать, что сверхмассивные чёрные дыры рождаются по более экзотическим сценариям — в результате коллапса гигантских облаков из «чистого» атомарного водорода или благодаря сгусткам тёмной материи.

Сегодня большинство астрономов придерживаются мнения, что тяжеловесные чёрные дыры возникали на заре юности Вселенной из так называемых примордиальных чёрных дыр, занимающих промежуточное положение между сверхмассивными и обычными чёрными дырами, чье происхождение пока остаётся неизвестным. Их масса, по разным оценкам учёных, составляла несколько десятков или сотен тысяч масс Солнца. В последние десять лет астрономы активно ищут подобные «зародыши» чёрных дыр, и пока известно меньше десяти кандидатов на роль таких объектов. 

Долгов и его коллега Константин Постнов из Государственного астрономического института МГУ выяснили, что подобные «зародыши» могли играть ключевую роль в формировании всех галактик, изучая то, как часто такие чёрные дыры могли возникать ещё до того, как вспыхнули первые скопления звёзд в новорожденной Вселенной.

Их расчеты показали, что в первые дни жизни Вселенной могло появиться гигантское число подобных объектов, примерно в 10-100 тысяч раз больше, чем число всех галактик мироздания. Этого количества чёрных дыр, как считают Постнов и Долгов, должно было хватить для рождения всех известных нам шаровых скоплений — древнейших семейств звёзд на окраинах галактик, где были найдены все известные чёрные дыры промежуточной массы. 

Эти скопления звезд, в свою очередь, сегодня считаются своеобразными «зародышами», вокруг которых в далеком прошлом формировались ядра всех известных нам спиральных и эллиптических галактик.

Большое количество подобных скоплений в ранней Вселенной натолкнуло учёных на мысль, что живущие в них чёрные дыры могли влиять на рост галактик и управлять их формой и массой, а не наоборот, как сегодня считают многие астрофизики.

Руководствуясь этой идеей, учёные просчитали то, как менялась форма галактики при изменении числа шаровых скоплений и массы чёрных дыр в их центре, а также при повышении и понижении массы «бублика» из тёмной материи на окраинах галактик, который считается главным движущим фактором их рождения. Как оказалось, чёрные дыры играли решающую роль в рождении эллиптических и спиральных галактик, заставляя их формироваться даже в тех случаях, когда кольцо из темной материи отсутствовало. 

Подобный сценарий формирования галактик, как отмечают исследователи, может объяснить одну из главных космологических загадок — почему самые ранние галактики обладают очень большой массой и имеют очень тяжёлые чёрные дыры, чьё существование учёные раньше не могли объяснить.

Фото: 3dprofy, Hi-News.ru, SpaceX-Imagery

KATVR-костюм и шоу косплееров: на «Киберфесте» собрались сотни геймеров

Наука туманного Альбиона: британские учёные о сексе 

Не выдуманная проблема: пивной алкоголизм подкрадывается незаметно