En hurtig oversigt over universet

En kort guide til fysik og mysterier i vores univers, for dem af jer, der ikke har meget tid.

At have en forståelse af fysik er godt af mange grunde. Ikke kun informerer det os om vores hjem i solsystemet og i det større univers, men det er grundlaget for noget, vi alle bruger: teknologi. Det er det, der ansporede til både de industrielle og elektriske revolutioner, der bragte det moderne samfund til live, som vi kender det. Det giver dig mulighed for at få adgang til internettet, se dine yndlingsshows og få vigtig billeddannelse, når du er på hospitalet. I fremtiden vil teknologi give os mulighed for at gøre så meget, at det meste af det, der i dag kvalificerer sig som science fiction - tænker bevægelige genstande uden at røre ved dem, have usynlighed og helbrede aldring - bliver en realitet. Vores kolleger i fremtiden vil forekomme guddommelige sammenlignet med hvad vi kan opnå i dag. Og på grund af eksponentiel vækst inden for teknologi kunne alt dette ske inden for 100 år.

Her har jeg forsøgt at lægge et hurtigt fundament for fysik og hvad det kan fortælle os om vores univers.

Kort fysikhistorie

Der er fire hovedstyrker i universet. For fra stærkeste til svageste er de: stærk nuklear, svag nuklear, elektromagnetisk og tyngdekraft.

Tyngdekraft

I en alder af 23 oprettede Isaac Newton beregning med den hastighed, som man lærer beregning i klassen. Han opfandt også det reflekterende teleskop, som han brugte til at spore en komet på det tidspunkt. Han gav naturligvis også os tyngdekraften. Dette var vores første skridt til at låse hemmelighederne i vores enorme og mystiske univers op.

Som en hurtig påmindelse er Newtons love som følger:

  1. Et objekt i bevægelse vil forblive i bevægelse, eller et objekt i hvile vil forblive i hvile, medmindre det udøves af en udvendig styrke.

2. Kraft = masse (acceleration)

3. For hver handling er der en lige og modsat reaktion.

Disse første videnskabelige love gav anledning til den industrielle revolution, og derfor blev den moderne tid indledt. Der var dog også et par andre vigtige spillere.

“Et forskudt vandfald i bevægelse, der løber gennem et moset klippeberg i Holland Park” af www.headsmartmedia.com. Det er tyngdekraften, der gør det muligt for dette vand at fortsætte med at flyde i smukke gardiner.

Elektromagnetisk

Den elektriske revolution skete for en stor del på grund af en mand, der aldrig engang havde haft en formel uddannelse. Michael Faraday demonstrerede egenskaber ved elektricitet under sine offentlige forelæsninger. Han gik ind i stålbure og elektrificerede dem og viste, at stål skabte en barriere, og at så længe du ikke selv rørte ved barrieren, ville du være sikker på de elektriske strømme. Hans lov handler om, hvordan spændinger af elektricitet kan oprettes fra et magnetisk miljø. En bevægelig ledning i et magnetfelt skaber en elektrisk strøm ved at skubbe sine elektroner.

Hvis en magnet, der bevæger sig, skaber et elektrisk felt, er det omvendte også sandt. Et bevægende elektrisk felt resulterer i et magnetfelt. De er de samme. En enkelt samlet tvang.

James Maxwell beregnet under borgerkrigen hastigheden for en bølge, der svingede mellem magnetiske og elektriske felter. En bølge, hvor magnetfelter skabte elektriske felter, som skabte magnetiske felter, som skabte elektriske felter. Hastigheden for denne bølge viste sig at være den nøjagtige lyshastighed. Faktisk var dette lys i sig selv!

Maxwells ligninger

Stærke og svage kernekræfter

Begge disse kræfter arbejder på atomniveau, hvis det af nøjagtige modsigende grunde. Stærke kræfter er nogle af de stærkeste i hele universet, og det er det, der binder kernekomponentens partikler - det vil sige protoner og neutroner. Den svage kraft beskæftiger sig med radioaktivt henfald af subatomære partikler. Det er også det kick, der starter den nukleare fusion, der holder solen brændende. Når et element nedbrydes gennem den svage kraft, ændres det til et helt andet element. Carbon, med 6 protoner og 8 neutroner, nedbrydes til nitrogen, med 7 protoner og 7 neutroner. I dette tilfælde har den svage styrke handlet på en neutron og ændret den til en proton.

Einsteins mest berømte formel

Din vægt er ikke fast. Jo hurtigere du bevæger dig, jo tungere bliver du. Masse er energi. Dette er ideen bag Einsteins mest berømte formel: e = mc², eller bevægelsesenergien = masse (lysets hastighed) ².

Denne formel sammen med vores viden om den svage atomkraft hjalp os med at forstå, hvad der skete i solen.

Vi er heldige nok, at vores sol i øjeblikket er på et tidspunkt i sit liv, når den er utroligt stabil og konstant omdanner brint til helium. Om en milliard år vil dette imidlertid ikke længere være tilfældet. Solen vil på det tidspunkt blive varm nok til at koge vores oceaner, og om nogle få milliarder år efter vil den blive til en rød kæmpe så enorm, at den vil forbruge os helt. Der er en chance, uanset hvor lille, at Jorden vil undslippe solens varme og overleve ud over solens røde dværgstadium. Men hvis den overlever, vil den til sidst være ude i kredsløb i nærheden af ​​asteroidebæltet og nu cirkulere den nye hvide dværgssol.

Naturligvis er chancerne for, at vores art overlever længe nok til at se vores stjerners smukke død, utroligt små.

Stringteori

Dette er den teori, der forsøger at gifte sig med Einsteins relativitetsteori til kvantemekanik. Det vil sige, det forsøger at være en explantation for de mindste partikler i vores univers helt op til de større kroppe, planeter og stjerner. Det fungerer ved at antage, at partikler er strenge, og at vibrering af disse strenge på en anden måde omdanner dem til en anden partikel. Således ville det samle alle fire kræfter, som vi netop talte om.

Mens Einsteins ligninger bryder sammen i midten af ​​et sort hul og på tidspunktet for Big Bang, antyder strengteori, at vi ikke kun er et univers, men et univers, der er en del af en multivers. Og hvis det er sandt, kan vi i fremtiden muligvis skabe ormehuller til disse andre universer. Selv det er muligt at skabe tidsmaskiner, selvom de kræver en enorm mængde energi.

Mystery of Dark Energy and Dark Matter

Mens fysikbøger i omløb i dag vil fortælle dig, at det meste af universet består af atomer, er det ikke sandt. Det meste af universet er mørkt. Mørk energi udgør 68% af universet, mørk materie udgør 27%, og såkaldt "normal stof" - du og jeg og alt, hvad vi ser omkring os - er mindre end 5%.

Vi ved, at mørk energi og mørk stof findes, fordi vi ser, hvordan de påvirker vores univers. Mørket stof interagerer for eksempel ikke med nogen anden grundlæggende kraft i universet undtagen tyngdekraften. Det har seks gange mere tyngdekraft end almindeligt stof, og uden det ville galakser ikke eksistere, da materiens tyngdekraft ikke er nok til at holde stjerner sammen i galaktiske klynger. Vi ved, at der også findes mørkt stof, fordi lys vil bøje sig omkring det.

Foto af Alexander Andrews

Mørk energi får universet til at ekspandere i en hastighed meget hurtigere end hvad vi ville have forventet. Faktisk blev det antaget, at tyngdekraften til sidst ville bremse og stoppe universets udvidelse. Det, vi ved om mørk energi, er kun, at den findes, hvor der er et tomt rum, og at det fortsætter med at blive stærkere, efterhånden som tiden går.

Der venter en Nobelpris på enhver, der kan fortælle os, hvad mørk materie og mørk energi er, eller endda hvorfor vi overhovedet eksisterer. Nej virkelig. Intet af dette antages at eksistere. Vi er her kun fordi der var en ubalance mellem stof og antimaterie med et respektive forhold på en milliard og en til en milliard. Hvad forårsagede denne ubalance? Ingen ved.

Hvis du kunne lide denne artikel, så lad mig det vide ved at give mig et par klapper. Tak for at have læst!