: Looking for Evidence in the Cosmic Laboratory: Exploring the Universe

Оглавление

Сбросить всё

←

→

Английский оригинал	Перевод на русский
Сожалеем, но текст оригинала доступен только зарегистрированным пользователям.	Поиск доказательств в космической лаборатории: Исследование вселенной ilves_ArtO 26.09.14 в 17:46 0
	Проблема с проведением экспериментов в теории струн заключается в том, что для достижения уровня, на котором перестают работать Стандартная модель и общая относительность, требуются громадные количества энергии. ilves_ArtO 26.09.14 в 17:46 0
	Хотя в следующей секции я обращаюсь к искусственным попыткам исследования этой области, здесь я рассматриваю различные направления, в которых движется струнная космология, пытаясь заглянуть в собственную лабораторию природы, вселенную в целом, чтобы найти те доказательства, которые необходимы последователям теории струн для проверки своих теорий. ilves_ArtO 26.09.14 в 17:46 0
	Использование космических лучей для увеличения маленьких событий ilves_ArtO 26.09.14 в 17:47 0
	Среди разнообразных явлений во вселенной есть два вида, которые производят большие объёмы энергии и могут способствовать некоторому пониманию теории струн: гамма-всплески (ГВ) и космические лучи. ilves_ArtO 26.09.14 в 17:47 0
	Некоторые физические явления сложно увидеть из-за того, что они ilves_ArtO 26.09.14 в 17:47 0
	• очень редкие (подобно, вероятно, распаду протона) ilves_ArtO 26.09.14 в 17:47 0
	• очень маленькие (как события масштабов шкалы Планка или возможные отклонения гравитационных эффектов) ilves_ArtO 26.09.14 в 17:47 0
	• происходят только при очень больших уровнях энергии (подобно высокоэнергетическим столкновениям частиц) ilves_ArtO 26.09.14 в 17:48 0
	Или события делают трудно наблюдаемыми некие комбинации этих трёх причин. ilves_ArtO 26.09.14 в 17:48 0
	Вряд ли учёные смогут наблюдать эти невероятные явления в лабораториях на Земле, по крайней мере для этого потребуется много работы, так что время от времени они осматривают места, в которых они скорее всего могли бы их обнаружить. ilves_ArtO 26.09.14 в 17:48 0
	Так как и ГВ, и космические лучи содержат большое количество энергии, и требуется очень много времени, чтобы они достигли нас, учёные надеются, что смогут наблюдать за этими трудноуловимыми событиями при помощи изучения космических происшествий. ilves_ArtO 26.09.14 в 17:48 0
	В течение многих лет физики использовали этот метод для исследования потенциальных неувязок в специальной теории относительности, однако итальянский физик Джованни Амелино-Камелиа из Римского университета в середине 90-х понял, что этот процесс может быть использован и для исследования масштабов планковской длины (и энергии). ilves_ArtO 26.09.14 в 17:48 0
	Гамма-всплески ilves_ArtO 27.09.14 в 15:24 0
	То, что в точности является причиной гамма-вспышек, ещё обсуждается, но, как кажется, они образуются, когда массивные объекты, такие как пара нейтронных звёзд или нейтронная звезда и чёрная дыра (самые правдоподобные теории), сталкиваются друг с другом. ilves_ArtO 27.09.14 в 15:24 0
	Эти объекты вращаются вокруг друг друга в течение миллиардов лет, но в конце концов соударяются, выпуская энергию в самых сильнодействующих явлениях, наблюдаемых во вселенной, изображённых на рис. 12-1. ilves_ArtO 27.09.14 в 15:24 0
	Рисунок 12-1: Когда некоторые звёзды умирают, они испускают массивные вспышки энергии. ilves_ArtO 27.09.14 в 15:24 0
	Название "гамма-всплески" ясно подразумевает, что большая часть этой энергии покидает место происшествия в форме гамма-лучей, но так происходит не со всей энергией. ilves_ArtO 27.09.14 в 15:24 0
	Эти объекты испускают вспышки света в целом диапазоне энергий различного уровня (или частот - энергия и частота фотонов связаны). ilves_ArtO 27.09.14 в 15:25 0
	Согласно Эйнштейну, все фотоны из одной вспышки должны прибывать в одно и то же время, так как свет (независимо от частоты или энергии) движется с одной скоростью. ilves_ArtO 27.09.14 в 15:25 0
	При помощи изучения ГВ, возможно, удастся сказать, правда ли это. ilves_ArtO 27.09.14 в 15:25 0
	Расчёты, основанные на работе Амелино-Камелиа, показали, что фотоны от различной энергии, которые путешествуют миллиарды лет, могут, из-за (оценочно и, возможно, слишком оптимистично) эффектов квантовой гравитации на масштабах Планка, иметь разницу примерно в одну тысячную секунды (0.001 с.). ilves_ArtO 27.09.14 в 15:25 0
	Космический гамма-телескоп Ферми (ранее Космический гамма-телескоп для больших пространств, или GLAST) был запущен в июне 2008 г. как совместный проект НАСА, Министерства энергетики США и правительственных агентств Франции, Германии, Италии, Японии и Швеции. ilves_ArtO 27.09.14 в 15:26 0
	Ферми - это обсерватория на низкой околоземной орбите, обладающая точностью, необходимой для обнаружения даже небольших деталей. ilves_ArtO 27.09.14 в 15:27 0
	До сих пор нет доказательств того, что Ферми распознал нарушения общей относительности на масштабах Планка. ilves_ArtO 27.09.14 в 15:27 0
	На сегодняшний день он обнаружил дюжину гамма-пульсаров - явление, которое до появления Ферми никогда не наблюдалось. ilves_ArtO 27.09.14 в 15:27 0
	(До Ферми полагалось, что пульсары - вращающиеся нейтронные звёзды с сильным магнитным полем, которые испускают энергию импульсами - излучали энергию в основном через радиоволны.) ilves_ArtO 27.09.14 в 15:27 0
	Если Ферми (или какие-либо другие средства) действительно отметят нарушения относительности на масштабах Планка, то тогда потребность в успешной теории квантовой гравитации только возрастёт, так как это будет первым экспериментальным свидетельством того, что теория на самом деле перестаёт работать на этих масштабах. ilves_ArtO 27.09.14 в 15:27 0
	Последователи теории струн тогда могли бы включить эти знания в свои теории и модели, возможно, уменьшив этим ландшафт теории струн до таких пределов, работа с которыми более правдоподобна. ilves_ArtO 27.09.14 в 15:28 0
	Космические лучи ilves_ArtO 28.09.14 в 22:19 0
	Космические лучи образуются, когда частицы, выпущенные при астрофизических явлениях, скитаются в одиночестве по вселенной, при этом некоторые из них передвигаются со скоростью, близкой к скорости света. ilves_ArtO 28.09.14 в 22:19 0
	Некоторые остаются задержанными в галактическом магнитном поле, в то время как другие вырываются и странствуют между галактиками, двигаясь миллиарды лет, прежде чем столкнуться с другой частицей. ilves_ArtO 28.09.14 в 22:19 0
	Эти космические лучи могут быть мощнее, чем наши самые совершенные ускорители частиц. ilves_ArtO 28.09.14 в 22:19 0
	Прежде всего, космические лучи - на самом деле не лучи. ilves_ArtO 28.09.14 в 22:19 0
	Это блуждающие частицы по большей части трёх форм: 90 процентов - свободные протоны, 9 процентов - альфа-частицы (два протона и два нейтрона, скреплённые вместе - ядра атомов гелия), и 1 процент - свободные электроны (бета-минус-частицы на языке физиков). ilves_ArtO 28.09.14 в 22:19 0
	Астрофизические явления - всё от солнечных вспышек до столкновений двойных звёзд со сверхновой - регулярно излучают частицы в вакуум космоса, так что наша планета (и, в свою очередь, наши тела) постоянно подвергается бомбардировке ими. ilves_ArtO 28.09.14 в 22:20 0
	Частицы могут странствовать по всей галактике, удерживаемые магнитным полем галактики в целом, до тех пор, пока не столкнутся с другой частицей. ilves_ArtO 28.09.14 в 22:20 0
	(Частицы с большим количеством энергии, конечно, могут даже покинуть галактику.) ilves_ArtO 28.09.14 в 22:20 0
	К счастью для нас, атмосфера и магнитное поле Земли защищает нас от самых активных из этих частиц, так что мы не подвергаемся непрерывному облучению большими (и смертельными) дозами радиации. ilves_ArtO 28.09.14 в 22:21 0
	Энергетические частицы отражаются или теряют энергию, иногда сталкиваясь в верхних слоях атмосферы, расщепляясь при этом на более маленькие частицы с меньшей энергией. ilves_ArtO 28.09.14 в 22:21 0
	Когда они достигают нас, мы подвергаемся атаке уже менее интенсивной версии этих лучей и их потомков. ilves_ArtO 28.09.14 в 22:21 0
	Космические лучи имеют долгую историю в качестве экспериментального заменителя. ilves_ArtO 28.09.14 в 22:21 0
	Когда Поль Дирак в 30-х годах XIX века предположил существование антивещества, ни один из ускорителей частиц не смог достичь необходимого уровня энергии, так что экспериментальное доказательство его существования возникло благодаря космическим лучам. ilves_ArtO 28.09.14 в 22:22 0
	Когда частицы космических лучей двигаются сквозь пространство, они взаимодействуют с космическим микроволновым фоновым излучением (КМФИ). ilves_ArtO 28.09.14 в 22:23 0
	Эта микроволновая энергия, которая пронизывает вселенную, довольно слаба, но для частиц космических лучей, движущихся почти со скоростью света, энергия КМФИ становится высокой. ilves_ArtO 28.09.14 в 22:23 0
	(Это релятивистский эффект, так-как энергия связана с движением.) ilves_ArtO 28.09.14 в 22:23 0
	В 1966 г. советские физики Георгий Зацепин и Вадим Кузьмин, так же как и независимо от них Кеннет Грайзен из Корнелльского университета, обнаружили, что энергии этих столкновений было бы достаточно для создания частиц, называемых мезонами (а именно пи-мезонами, или пионами). ilves_ArtO 28.09.14 в 22:23 0
	Энергия, используемая для создания пионов, должна откуда-то возникнуть (из-за принципа сохранения энергии), так что космические лучи теряли бы энергию. ilves_ArtO 28.09.14 в 22:23 0
	Этот факт установил верхнюю границу того, как быстро космические лучи могут, в принципе, перемещаться. ilves_ArtO 28.09.14 в 22:23 0
	По сути, предельная энергия ГЗК, необходимая для образования пионов, должна быть примерно равна 10^19 эВ (около одной миллиардной от энергии Планка, равной 10^19 ГэВ). ilves_ArtO 28.09.14 в 22:24 0

Следующая страница →