A gravidade pode não apenas atrair, mas também repelir - você gosta dessa afirmação? E não em alguma nova teoria matemática, mas na verdade - o Grande Repulsor, como um grupo de cientistas o chamou, é responsável por metade da velocidade com que nossa Galáxia se move no espaço. Parece fantástico, não é? Vamos descobrir.

Primeiro, vamos dar uma olhada e conhecer nossos vizinhos no Universo. Nas últimas décadas, aprendemos muito, e a palavra “cosmografia” hoje não é um termo dos romances de ficção científica dos Strugatskys, mas um dos ramos da astrofísica moderna que trata da compilação de mapas da parte do Universo acessível a nós. O vizinho mais próximo da nossa Via Láctea é a galáxia de Andrômeda, que pode ser vista no céu noturno a olho nu. Mas não será possível ver mais algumas dezenas de companheiras - as galáxias anãs que giram em torno de nós e de Andrômeda são muito escuras e os astrofísicos ainda não têm certeza se encontraram todas elas. No entanto, todas estas galáxias (incluindo aquelas não descobertas), bem como a galáxia Triangulum e a galáxia NGC 300, estão incluídas no Grupo Local de Galáxias. Existem atualmente 54 galáxias conhecidas no Grupo Local, a maioria das quais são as já mencionadas galáxias anãs fracas, e seu tamanho excede 10 milhões de anos-luz. O Grupo Local, juntamente com cerca de 100 outros aglomerados de galáxias, faz parte do Superaglomerado de Virgem, com mais de 110 milhões de anos-luz de tamanho.

Em 2014, um grupo de astrofísicos liderado por Brent Tully, da Universidade do Havaí, descobriu que este superaglomerado, composto por 30 mil galáxias, faz parte de outro Ó maior estrutura - Superaglomerado Laniakea, que já contém mais de 100 mil galáxias. Resta dar o último passo - Laniakea, juntamente com o superaglomerado Perseu-Peixes, faz parte do complexo do superaglomerado Peixes-Cetus, que também é um fio galáctico, ou seja, parte integrante da estrutura de grande escala do Universo .

Observações e simulações computacionais confirmam que as galáxias e aglomerados não estão espalhados caoticamente por todo o Universo, mas formam uma estrutura complexa semelhante a uma esponja com filamentos, nós e vazios, também conhecidos como vazios. O Universo, como Edwin Hubble mostrou há quase cem anos, está em expansão, e os superaglomerados são as maiores formações que são impedidas de se afastarem pela gravidade. Ou seja, para simplificar, os filamentos se espalham devido à influência da energia escura, e o movimento dos objetos dentro deles se deve em grande parte às forças de atração gravitacional.

E agora, sabendo que existem tantas galáxias e aglomerados ao nosso redor que se atraem com tanta força que até superam a expansão do Universo, é hora de fazer a pergunta chave: para onde vai tudo isso? É exatamente isso que um grupo de cientistas tenta responder, juntamente com Yehudi Hoffman, da Universidade Hebraica de Jerusalém, e o já mencionado Brent Tully. Seu trabalho conjunto, lançado em Natureza, baseia-se em dados do projeto Cosmicflows-2, que mediu as distâncias e velocidades de mais de 8.000 galáxias próximas. Este projeto foi lançado em 2013 pelo mesmo Brent Tully juntamente com colegas, incluindo Igor Karachentsev, um dos astrofísicos observacionais russos mais citados.

Um mapa tridimensional do Universo local (com tradução para o russo), compilado por cientistas, pode ser visualizado em esse vídeo.

Projeção tridimensional de uma seção do Universo local. À esquerda, as linhas azuis indicam o campo de velocidade de todas as galáxias conhecidas de superaglomerados próximos - elas estão obviamente se movendo em direção ao Atrator Shapley. À direita, o campo antivelocidade (valores inversos do campo de velocidade) é mostrado em vermelho. Eles convergem para um ponto onde são “empurrados” pela falta de gravidade nesta região do Universo.

Yehuda Hoffman e outros 2016

Então, para onde vai tudo isso? Para responder, precisamos de um mapa de velocidade preciso para todos os corpos massivos no Universo próximo. Infelizmente, os dados do Cosmicflows-2 não são suficientes para construí-lo - apesar de ser o melhor que a humanidade possui, é incompleto, heterogêneo em qualidade e apresenta grandes erros. O professor Hoffman aplicou a estimativa de Wiener aos dados conhecidos - uma técnica estatística para separar o sinal útil do ruído, que veio da eletrônica de rádio. Esta avaliação permite-nos introduzir um modelo básico de comportamento do sistema (no nosso caso, o Modelo Cosmológico Padrão), que determinará o comportamento geral de todos os elementos na ausência de sinais adicionais. Ou seja, o movimento de uma determinada galáxia será determinado pelas disposições gerais do Modelo Padrão, se não houver dados suficientes para isso, e pelos dados de medição, se houver.

Os resultados confirmaram o que já sabíamos – todo o Grupo Local de galáxias está voando pelo espaço em direção ao Grande Atrator, uma anomalia gravitacional no centro de Laniakea. E o Grande Atrator em si, apesar do nome, não é tão grande - ele é atraído pelo Superaglomerado Shapley, muito mais massivo, para o qual nos dirigimos a uma velocidade de 660 quilômetros por segundo. Os problemas começaram quando os astrofísicos decidiram comparar a velocidade medida do Grupo Local com a calculada, que é derivada da massa do Superaglomerado Shapley. Descobriu-se que, apesar de sua massa colossal (10 mil massas da nossa Galáxia), não poderia nos acelerar a tal velocidade. Além disso, ao construir um mapa de anti-velocidades (um mapa de vetores direcionados na direção oposta aos vetores de velocidade), os cientistas encontraram uma área que parece nos afastar de si mesma. Além disso, ele está localizado exatamente no lado oposto do Superaglomerado Shapley e repele exatamente na mesma velocidade para fornecer os 660 quilômetros por segundo necessários no total.

Toda a estrutura atrativa-repulsiva lembra o formato de um dipolo elétrico, no qual linhas de força vão de uma carga para outra.

Dipolo elétrico clássico de um livro de física.

Bens comuns da Wikimedia

Mas isto contradiz toda a física que conhecemos – a antigravidade não pode existir! Que tipo de milagre é esse? Para responder, vamos imaginar que você está cercado e puxado em direções diferentes por cinco amigos - se eles fizerem isso com a mesma força, você permanecerá no lugar, como se ninguém estivesse puxando você. Porém, se um deles, à direita, deixar você ir, você se moverá para a esquerda - na direção oposta dele. Da mesma forma, você se moverá para a esquerda se os cinco amigos que puxam forem acompanhados por um sexto, que fica à direita e começa a empurrá-lo em vez de puxá-lo.

Em relação ao que estamos movendo no espaço.

Separadamente, você precisa entender como a velocidade no espaço é determinada. Existem vários métodos diferentes, mas um dos mais precisos e frequentemente utilizados é o uso do efeito Doppler, ou seja, medir o deslocamento das linhas espectrais. Uma das linhas de hidrogênio mais famosas, Balmer alfa, é visível em laboratório como uma emissão vermelha brilhante com comprimento de onda de 656,28 nanômetros. E na galáxia de Andrômeda, seu comprimento já é de 655,23 nanômetros - um comprimento de onda mais curto significa que a galáxia está se movendo em nossa direção. A Galáxia de Andrômeda é uma exceção. A maioria das outras galáxias voam para longe de nós - e as linhas de hidrogênio nelas serão capturadas em ondas mais longas: 658, 670, 785 nanômetros - quanto mais longe de nós, mais rápido as galáxias voam e maior será o deslocamento das linhas espectrais para a região de ondas mais longas (isso é chamado de desvio para o vermelho). No entanto, este método tem uma limitação séria - pode medir a nossa velocidade em relação a outra galáxia (ou a velocidade de uma galáxia em relação a nós), mas como medir para onde estamos voando com essa mesma galáxia (e se estamos voando para algum lugar) ? É como dirigir um carro com o velocímetro quebrado e sem mapa - ultrapassamos alguns carros, alguns carros nos ultrapassam, mas para onde estão todos indo e qual é a nossa velocidade em relação à estrada? No espaço não existe tal estrada, ou seja, um sistema de coordenadas absoluto. Geralmente não há nada estacionário no espaço ao qual as medições possam ser vinculadas.

Nada além de luz.

Isso mesmo - luz, mais precisamente radiação térmica, que apareceu imediatamente após o Big Bang e se espalhou uniformemente (isso é importante) por todo o Universo. Chamamos isso de radiação cósmica de fundo em micro-ondas. Devido à expansão do Universo, a temperatura da radiação cósmica de fundo em micro-ondas está diminuindo constantemente e agora vivemos em uma época que é igual a 2,73 Kelvin. A homogeneidade - ou, como dizem os físicos, isotropia - da radiação cósmica de fundo em micro-ondas significa que não importa para que lado você aponte o telescópio no céu, a temperatura do espaço deveria ser de 2,73 Kelvin. Mas isso ocorre se não nos movermos em relação à radiação cósmica de fundo em micro-ondas. No entanto, medições, incluindo as realizadas pelos telescópios Planck e COBE, mostraram que a temperatura de metade do céu é ligeiramente inferior a este valor e a outra metade é ligeiramente superior. Não se trata de erros de medição, devido ao mesmo efeito Doppler - estamos nos deslocando em relação ao CMB e, portanto, parte do CMB, para o qual voamos a uma velocidade de 660 quilômetros por segundo, parece-nos um pouco mais quente.

Mapa da radiação cósmica de fundo em micro-ondas obtido pelo observatório espacial COBE. A distribuição de temperatura dipolo prova o nosso movimento no espaço - estamos nos afastando de uma área mais fria (cores azuis) em direção a uma área mais quente (cores amarelas e vermelhas nesta projeção).

DMR, COBE, NASA, mapa celeste de quatro anos

No Universo, o papel de atrair amigos é desempenhado pelas galáxias e aglomerados de galáxias. Se eles estivessem distribuídos uniformemente por todo o Universo, não nos moveríamos para lugar nenhum - eles nos puxariam com a mesma força em direções diferentes. Agora imagine que não existem galáxias de um lado nosso. Como todas as outras galáxias permaneceram no lugar, nos afastaremos desse vazio, como se ele nos repelisse. Isso é exatamente o que acontece com a região que os cientistas apelidaram de Grande Repulsor, ou Grande Repelente - vários megaparsecs cúbicos de espaço são extraordinariamente pouco povoados por galáxias e não podem compensar a atração gravitacional que todos esses aglomerados e superaglomerados exercem sobre nós de outros instruções. Ainda não se sabe exatamente como esse espaço é pobre em galáxias. O fato é que o Grande Repelente está muito mal localizado - está localizado na zona de evitação (sim, existem muitos nomes bonitos e incompreensíveis na astrofísica), ou seja, uma região do espaço fechada de nós pela nossa própria galáxia, a via Láctea.

Mapa de velocidades do Universo local, com aproximadamente 2 bilhões de anos-luz de tamanho. A seta amarela no centro emerge do Grupo Local de galáxias e indica sua velocidade de movimento aproximadamente na direção do atrator Shapley e exatamente na direção oposta do repelente (indicado pelo contorno amarelo e cinza na área direita e superior ).

Yehuda Hoffman e outros 2016

Um grande número de estrelas e nebulosas, e especialmente gás e poeira, impedem que a luz de galáxias distantes localizadas do outro lado do disco galáctico chegue até nós. Apenas observações recentes com telescópios de raios X e radiotelescópios, que podem detectar a radiação que passa livremente através do gás e da poeira, tornaram possível compilar uma lista mais ou menos completa de galáxias na zona de evitação. Na verdade, existem muito poucas galáxias na região do Grande Repulsor, por isso parece ser uma candidata ao vazio - uma região gigante e vazia da estrutura cósmica do Universo.

Concluindo, deve-se dizer que por maior que seja a velocidade do nosso vôo no espaço, não conseguiremos alcançar nem o Atrator Shapley nem o Grande Atrator - segundo os cálculos dos cientistas, levará um tempo milhares de vezes maior que a idade do Universo, por mais preciso que seja. Não importa como a ciência da cosmografia se desenvolveu, seus mapas não serão úteis para os amantes de viagens por muito tempo.

Marat Musin

Entretanto, o nosso grupo local corre em direção ao centro do Aglomerado de Virgem a 150 milhões de quilómetros por hora.

A Via Láctea e a sua vizinha Andrómeda, juntamente com 30 galáxias mais pequenas, bem como milhares de galáxias de Virgem, são todas atraídas pelo Grande Atrator. Dadas as velocidades nestas escalas, a massa invisível que ocupa os vazios entre as galáxias e os aglomerados de galáxias deve ser pelo menos dez vezes maior que a matéria visível.

Mesmo assim, ao adicionar este material invisível ao material visível e obter a massa média do universo, obtemos apenas 10-30% da densidade crítica necessária para “fechar” o universo. Este fenômeno sugere que o universo está “aberto”. Os cosmólogos continuam a discutir este tema da mesma forma que tentam, ou “matéria escura”.

Acredita-se que determine a estrutura do Universo em escalas enormes. A matéria escura interage gravitacionalmente com a matéria normal, o que permite aos astrônomos observar a formação de paredes longas e finas de aglomerados supergalácticos.

Medições recentes (usando telescópios e sondas espaciais) da distribuição de massa em M31, a maior galáxia na vizinhança da Via Láctea, e outras galáxias levaram ao reconhecimento de que as galáxias estão cheias de matéria escura, e mostraram que uma força misteriosa está preenchendo o vácuo do espaço vazio, acelerando a expansão do Universo.

Os astrônomos agora entendem que o destino final do universo está inextricavelmente ligado à presença de energia escura e matéria escura. O atual modelo padrão para cosmologia sugere que o universo é composto por 70% de energia escura, 25% de matéria escura e apenas 5% de matéria normal.

Não sabemos o que é a energia escura ou por que ela existe. Por outro lado, a teoria das partículas sugere que, no nível microscópico, mesmo um vácuo perfeito contém partículas quânticas, que são uma fonte natural de energia escura. Mas cálculos básicos mostram que a energia escura produzida no vácuo é 10.120 vezes maior do que a que observamos. Alguns processos físicos desconhecidos deveriam eliminar a maior parte, mas não toda, da energia do vácuo, deixando o suficiente para acelerar a expansão do universo.

Uma nova teoria das partículas elementares terá de explicar este processo físico. Novas teorias de “atratores escuros” escondem-se atrás do chamado princípio copernicano, que diz que não é surpreendente que nós, observadores, assumamos que o universo é heterogéneo. Tais teorias alternativas explicam a expansão acelerada observada do Universo sem o envolvimento da energia escura e, em vez disso, sugerem que estamos perto do centro do vazio, para além do qual um atrator “escuro” mais denso nos puxa na sua direção.

Em artigo publicado em Cartas de revisão física, Pengzhi Zhang do Observatório Astronômico de Xangai e Albert Stebbins mostraram na exposição do Fermilab que o popular modelo do vazio e muitos outros podem muito bem substituir a energia escura sem entrar em conflito com as observações do telescópio.

As pesquisas mostram que o universo é homogêneo, pelo menos em escalas de até gigaparsecs. Zhang e Stebbins argumentam que, se existirem irregularidades em grande escala, elas deveriam ser detectadas como uma mudança de temperatura na radiação cósmica de fundo em micro-ondas de fótons remanescentes produzidos 400 mil anos após o Big Bang. Isso ocorre devido ao espalhamento elétron-fóton (o inverso do espalhamento Compton).

Centrando-se no modelo de vazio da bolha do Hubble, os cientistas mostraram que, num tal cenário, algumas regiões do Universo expandir-se-iam mais rapidamente do que outras, resultando numa mudança de temperatura maior do que o esperado. Mas os telescópios que estudam a CMB não observam uma mudança tão grande.

Bem, como disse Carl Sagan, “alegações extraordinárias requerem provas extraordinárias”.

|| Expansão do espaço. Movimento em um microcosmo

Expansão do espaço

Todas as galáxias visíveis da Terra estão incluídas na Metagalaxia - um sistema de nível superior. Os astrofísicos modernos tendem a considerar a Metagalaxia como o Universo inteiro. Nossa Galáxia, ou sistema estelar da Via Láctea, é um dos sistemas estelares que constituem a Metagaláxia. No início do século XX, foi possível provar que muitas das nebulosas brilhantes anteriormente conhecidas, cuja natureza estelar permaneceu em dúvida por muito tempo, são na verdade sistemas estelares gigantes semelhantes à nossa Galáxia. De acordo com as últimas estimativas reconhecidas, o tamanho da parte visível da Metagalaxia situa-se na faixa de 13,4-15 bilhões de anos-luz (http://ru.wikipedia.org/wiki/). Para cruzar a parte da Metagalaxia que é visível para nós nos telescópios mais poderosos, a luz requer muitos anos terrestres. Aliás, a luz no vácuo viaja a uma velocidade de 300 mil km por segundo. Cerca de 1 bilhão de galáxias são observáveis ​​com telescópios modernos.

Parte da Metagalaxia visível através de telescópios modernos. Distribuição das galáxias no Universo (segundo J. Pibbles). Cada ponto brilhante é uma galáxia inteira. Pontos de luz brilhantes são aglomerados de galáxias.

Estudos detalhados de objetos extragalácticos levaram à descoberta de vários tipos de galáxias - rádio galáxias, quasares, etc. No espaço entre as galáxias existem estrelas individuais, bem como gás intergaláctico, raios cósmicos, radiação eletromagnética; Os aglomerados de galáxias também contêm poeira cósmica.

A densidade média da matéria na parte da Metagalaxia que conhecemos é estimada por vários autores de 10 elevado a -31 a 10 elevado a -30 g/cm 3 . Dentro da Metagalaxia, são observadas heterogeneidades locais significativas. Muitas galáxias formam grupos de vários graus de complexidade - sistemas binários e múltiplos mais complexos; aglomerados incluindo dezenas, centenas e milhares de galáxias; nuvens contendo dezenas de milhares (ou mais) de galáxias. Por exemplo, a nossa Galáxia e cerca de uma dúzia e meia de galáxias mais próximas dela são membros de um pequeno aglomerado, o chamado grupo local de galáxias. O aglomerado, contendo vários milhares de galáxias, é visível nas constelações de Virgem e Coma Berenices, a uma distância de cerca de 40 milhões de anos-luz de nós. A distribuição das galáxias na escala de toda a parte conhecida da Metagalaxia não revela uma diminuição sistemática da densidade em qualquer direção, o que poderia indicar uma aproximação aos seus limites. (B. A. Vorontsov-Velyaminov. Grande Enciclopédia Soviética).

Nossa Galáxia, juntamente com a Nebulosa de Andrômeda e três dezenas de outras galáxias menores, formam o Grupo Local de galáxias. Este grupo, por sua vez, faz parte de um grande aglomerado de galáxias centradas na direção da constelação de Virgem. No centro do aglomerado está uma galáxia elíptica muito massiva chamada Virgem A, e o próprio aglomerado, contendo cerca de mil galáxias, é chamado de aglomerado de Virgem. O Aglomerado de Virgem serve como núcleo de uma formação ainda maior chamada Superaglomerado Local. Além do aglomerado de Virgem, inclui vários outros aglomerados e grupos de galáxias. O superaglomerado local é um sistema achatado. Agora outros superaglomerados semelhantes ao Superaglomerado Local estão sendo encontrados. Juntos, eles formam algo como uma estrutura de rede. Superaglomerados estendidos se conectam e se cruzam; eles servem como “paredes” de células (bolhas metagalácticas), dentro das quais as galáxias estão quase completamente ausentes. (http://secretspace.ru/index_770.html).

Os cientistas acreditam que a expansão do Universo começou há 18 mil milhões de anos com o “Big Bang” a partir de um estado superdenso – uma singularidade. O que realmente aconteceu então e como as taxas de expansão iniciais foram transmitidas a toda a matéria do Universo é desconhecido. Este constitui talvez o problema mais difícil da astronomia e da física modernas.

A substância do Universo era então um plasma extraordinariamente denso e quente, gás ionizado, também permeado por poderosa radiação eletromagnética. A alta densidade da matéria nas primeiras épocas decorre da teoria da expansão cosmológica: se agora a densidade média da matéria no Universo está caindo devido à expansão geral, então no passado ela era obviamente maior. Quanto mais no passado, mais densa deveria ser a matéria do Universo. A teoria afirma que houve um ponto no passado do universo em que a densidade era (formalmente) infinita. Foi então que ocorreu o “Big Bang”, a partir do qual começou a história do Universo em expansão.

A cosmologia de Friedmann fornece a dinâmica do Universo, mas nada diz sobre a sua temperatura. A dinâmica deve ser complementada com a termodinâmica. Neste caso, em princípio, duas possibilidades extremas são permitidas: 1) um aumento ilimitado na densidade da matéria ao olhar para o passado do Universo é acompanhado por um aumento ilimitado na sua temperatura; 2) a temperatura inicial do Universo é zero.

A ideia de um “começo quente” do Universo foi apresentada na década de 40 do século passado pelo físico G. Gamow. Mas a ideia de uma “partida a frio” competiu com sucesso com ela, o que também não era de forma alguma trivial. (Niels Bohr, a respeito de hipóteses opostas, afirmou que uma ideia verdadeiramente profunda é sempre tal que a afirmação oposta também é uma ideia profunda.)

O motivo e objetivo original da hipótese do universo quente era explicar a composição química observada das estrelas. Na matéria densa e quente, nos primeiros minutos da expansão cosmológica, várias reações nucleares poderiam ocorrer, e neste “caldeirão”, como esperado, deveria ser “cozida” a matéria da composição necessária, da qual todas as estrelas do O universo seria posteriormente formado. Na verdade, cálculos teóricos mostram que, após a conclusão deste processo, a esmagadora maioria da substância - até 75% (em massa) - é hidrogénio e quase 25% é hélio. Isto está muito próximo do que realmente é observado no Universo. Quanto aos elementos mais pesados, muito poucos deles podem ser “cozidos” no “caldeirão” cosmológico, menos de um centésimo de um por cento. Eles surgem principalmente muito mais tarde, em reações termonucleares que ocorrem nas próprias estrelas.

De acordo com as leis gerais da termodinâmica, junto com a matéria quente no Universo primordial deve ter havido radiação - um conjunto de ondas eletromagnéticas que se propagam em todas as direções. Esses pacotes de ondas também podem ser chamados de gases de partículas - fótons - quanta de ondas eletromagnéticas. A temperatura do gás fóton é igual à temperatura da radiação. Durante a expansão cosmológica geral, a temperatura da matéria e dos fótons cai com uma diminuição na densidade de valores muito grandes para muito pequenos, mas os fótons não desaparecem em lugar nenhum; eles devem sobreviver até a era moderna, criando um fundo geral de radiação no Universo . Esta previsão da teoria de Gamow foi confirmada em 1965, quando os astrofísicos A. Penzias e R. Wilson descobriram um fundo cósmico de radiação eletromagnética. A temperatura dos fótons revelou-se muito baixa - apenas cerca de três graus na escala Kelvin. As ondas eletromagnéticas correspondentes a esse gás frio de fótons pertencem principalmente à faixa de ondas milimétricas. Por sugestão do astrônomo I. S. Shklovsky, essa radiação foi chamada de radiação relíquia. (Informações do livro “Evolução do Universo” de I. D. Novikov. M.: Nauka, 1983).

Figo. 15. Aglomerado de galáxias na Metagaláxia. É difícil imaginar que todas essas partículas brilhantes, redondas e alongadas sejam galáxias, que cada uma delas contenha milhões de sistemas estelares com planetas. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:HUDF-JD2.jpg

Na década de 20 do século XX, um estranho fenômeno cósmico foi descoberto - o retrocesso das galáxias na Metagaláxia: primeiro essa descoberta foi feita teoricamente por Gamow, depois o fato do retrocesso das galáxias foi comprovado experimentalmente pelo Hubble. As galáxias estão “dispersas”, e a prova disso é o deslocamento das linhas espectrais para o lado vermelho. Isso significa que as ondas eletromagnéticas leves da galáxia que parte, atingindo a Terra, “se esticam” - tornam-se mais longas. No final do século XX, os astrofísicos descobriram que quanto mais longe uma galáxia está de nós, mais rapidamente se afasta de nós, e as galáxias mais distantes afastam-se de nós à velocidade da luz (300.000 km/s). Mas segue-se da Teoria Geral da Relatividade que em nosso Universo não pode haver velocidades superiores à velocidade da luz. Como isso pode ser explicado? Einstein estava errado? Cosmofísicos estão tentando explicar o vôo das galáxias Teoria do Big Bang, segundo o qual a Metagalaxia (nosso Universo) surgiu de um certo corpo superdenso (singularidade) como resultado de sua explosão há 18 bilhões de anos. As galáxias, segundo esta teoria, são o resultado do resfriamento do plasma formado durante o Big Bang.

De acordo com a teoria do Big Bang, surgiram heterogeneidades neste plasma (a teoria não cita as razões para o aparecimento de heterogeneidades), então enormes nuvens começaram a se formar, que se contraíram à medida que esfriavam. Como resultado, as partículas elementares que compunham essas nuvens, interagindo entre si, formaram átomos, os átomos se uniram em moléculas, e a partir das moléculas, como resultado da maior compressão das nuvens, formaram-se os núcleos das estrelas e dos planetas. . Mas a energia que foi transferida para as nuvens de plasma durante o Big Bang foi preservada, razão pela qual as galáxias estão se dispersando. Mas por que as galáxias distantes escapam mais rápido do que as próximas? A ciência silencia sobre esta questão.

Figo. 16. Distribuição desigual de galáxias na Metagaláxia. A teoria de Friedman, como todas as outras teorias cosmológicas, usa como postulado principal a afirmação sobre a isotropia da metagaláxia, ou mais precisamente, sobre a distribuição uniforme da matéria nela. Supostamente na escala da Metagalaxia isso é verdade, porque não pode ser de outra forma. Mas, olhando para estas fotografias e desenhos, baseados em observações astronómicas específicas, duvidei da validade deste postulado, ou melhor, suposição. As galáxias na Metagaláxia estão distribuídas de forma desigual! Eles formam a chamada “estrutura em favo de mel” na Metagalaxia, localizada ao longo das paredes de enormes bolhas vazias cheias de vácuo.

Figo. 17. Distribuição desigual de galáxias na Metagaláxia.

Já escrevi antes que as galáxias na verdade não se afastam, mas o espaço se expande - o vácuo que separa os aglomerados de galáxias se expande. Este processo pode ser chamado de alongamento do espaço-vácuo tridimensional naquelas partes do Universo onde a concentração de matéria é inferior a um certo mínimo. Além disso, o espaço-vácuo se estende em todos os pontos - ele simplesmente se afasta. Portanto, quanto mais longe uma galáxia está de nós, mais rápido ela se afasta de nós, de modo que as galáxias visíveis mais distantes estão se afastando da nossa galáxia a uma velocidade próxima à velocidade da luz. E aquelas galáxias que estão localizadas além de uma certa distância L (além do horizonte da Metagalaxia) estão se afastando de nós a uma velocidade maior que a velocidade da luz, portanto são invisíveis para nós - estão “além do horizonte” de visibilidade. Mas elas existem, e se nos movermos vários milhares de milhões de anos-luz, veríamos galáxias que não são visíveis do nosso ponto de vista. Mas, ao mesmo tempo, as galáxias distantes do lado oposto, de onde nos afastamos, tornar-se-iam invisíveis.

Se pudéssemos mover-nos instantaneamente para o limite do Universo que vemos agora, veríamos que esse limite não existe, que por trás dele estão milhares de milhões de galáxias que também estão “dispersas”. E onde quer que nos encontremos na Metagalaxia, parece-nos em todos os lugares que estamos no seu centro.

Figo. 18. Estrutura celular da Metagaláxia. As galáxias na Metagaláxia estão localizadas na superfície de “bolhas de vácuo em expansão”.

Mas surge uma questão: o movimento, no sentido usual, é o alongamento do vácuo - a expansão do Universo? Estamos acostumados a pensar que o movimento dos corpos em um campo gravitacional é causado pelas forças de atração desses corpos entre si. As forças atuam sobre os corpos como resultado de sua colisão direta (bolas de bilhar). As forças gravitacionais causam o movimento dos planetas em torno das estrelas e das estrelas em torno dos centros das galáxias. Mas no caso do alongamento a vácuo, não existem forças? Provavelmente existem forças, mas estas são forças antigravitacionais, porque separam o espaço e “espalham” as galáxias. A interação cósmica em grande escala não é apenas a atração de alguns corpos por outros, mas também a dispersão de galáxias umas das outras como resultado da expansão do vácuo. Acho que se a concentração da massa gravitacional em um determinado volume do espaço estiver acima de um determinado valor G, então o espaço neste volume não se estica, aqui a gravidade e a antigravidade se equilibram. Mas se a concentração de massa gravitante em alguma parte do espaço for significativamente menor que esse valor, então a antigravidade prevalece e o vácuo se afasta. Mas quando a concentração de matéria é significativamente maior que G, então os corpos cósmicos caem uns sobre os outros e formam corpos superdensos, que os cosmofísicos chamam de singularidades.

É possível o movimento normal dos corpos em um espaço-vácuo em expansão? Em outras palavras, são possíveis voos intergalácticos de naves espaciais através de bolhas de espaço em expansão, com base no conhecido princípio de design de naves espaciais - “ação é igual a reação”, ou seja, movido a jato? Acho que o movimento de uma nave espacial no espaço intergaláctico de uma bolha intergaláctica em expansão será semelhante ao movimento de um nadador em direção à costa quando a corrente vazante o leva para longe da costa. A espaçonave deve desenvolver uma velocidade maior que a velocidade de expansão do espaço-vácuo. Se sua velocidade for menor que a velocidade de expansão do vácuo espacial, ele não se aproximará do alvo, mas se afastará dele. Os voos intergalácticos exigirão motores especiais - “comedores de vácuo”. Mas em que transformarão esse vácuo? Talvez em partículas elementares ou radiação? A ciência ainda não está pronta para responder a esta pergunta. Provavelmente é mais fácil mover-se ao longo das paredes das bolhas metagalácticas na Metagaláxia; neste caso, movendo-se ao longo de uma curva, você pode alcançar seu objetivo mais rápido do que voar através de uma bolha metagaláctica.

Assim, conhecemos três formas de alterar a distância entre os corpos no espaço - três tipos de movimento: 1 - movimento durante uma colisão, 2 - movimento no campo gravitacional como resultado da atração gravitacional e 3 - movimento como resultado da expansão do espaço-vácuo.

Figo. 19. Uma seção do céu estrelado vista através de um telescópio. Miríades de estrelas são visíveis, bem como estranhas áreas escuras nas quais não há estrelas, ou que absorvem a luz que delas chega até nós (áreas opacas). Ou talvez sejam bolhas de vácuo espacial em expansão?

Em todos os três casos, consideramos a mudança nas distâncias entre os objetos como movimento e não vemos uma diferença fundamental entre o segundo e o terceiro tipos de movimento. Mas em um caso estamos lidando com a gravidade e, no outro, com a antigravidade. Acho que seria mais correto considerar ambos os tipos de movimento como manifestações da gravidade, ampliando esse conceito. No segundo caso, a gravidade será positiva e, no terceiro, negativa. A teoria da relatividade de Einstein postula o efeito da matéria no vácuo: corpos massivos dobram o espaço. Mas a sua teoria nada diz sobre o que acontecerá ao espaço vazio se nele houver muito pouca matéria. Acredita-se a priori que neste caso nada acontecerá ao vácuo. No entanto, o recuo das galáxias na Metagalaxia nos diz outra coisa.

Se dentro dos sistemas estelares e galáxias o papel principal é desempenhado pela gravidade positiva, então dentro da Metagalaxia - negativa e positiva. Vácuo e matéria são duas formas interativas de matéria a partir das quais nosso Universo, infinito no espaço e no tempo, é construído. E a interação gravitacional pode ser positiva e negativa.

Acredito que o antigo grego Heráclito de Éfeso estava certo quando escreveu: “O mundo, um de todos, não foi criado por nenhum dos deuses ou por qualquer um dos povos, mas foi, é e será um fogo eternamente vivo, naturalmente acendendo e extinguindo naturalmente. Ou em outra tradução: “Este cosmos, igual para todos, não foi criado por nenhum dos deuses ou pessoas, mas sempre foi, é e será um fogo eternamente vivo, ardendo em medidas e extinguindo-se em medidas”.

Medindo a energia luminosa emitida pela Via Láctea, podemos determinar aproximadamente a massa da nossa galáxia. É igual à massa de cem bilhões de sóis. No entanto, "ao estudar os padrões de interação da mesma Via Láctea com a vizinha Galáxia de Andrômeda, descobrimos que nossa Galáxia é atraída por ela como se pesasse dez vezes mais", escreve David Schramm. Os astrofísicos declaram com segurança que o Universo se estende por X anos-luz e sua idade é de Y bilhões de anos.

As distâncias de nós foram medidas em vários milhares de galáxias. Eles estavam localizados a uma distância tão grande que sua luz viaja deles até nós por cerca de 10 bilhões de anos. As galáxias mais próximas de nós - as Nuvens de Magalhães - estão localizadas a uma distância de cerca de 150.000 anos-luz, e a Nebulosa de Andrômeda está localizada dez vezes mais longe. A maioria das galáxias aparece como pequenas manchas nebulosas em um telescópio. As três galáxias mais próximas de nós podem ser vistas a olho nu: a Nebulosa de Andrômeda, no Hemisfério Norte, e as Grandes e Pequenas Nuvens de Magalhães, no Hemisfério Sul do céu.

Não temos uma ideia clara da nossa Galáxia - a Via Láctea. O astrónomo B. J. Bok escreve: “Lembro-me de meados da década de 1970, quando os meus colegas investigadores da Via Láctea e eu estávamos absolutamente confiantes. Naquela época, ninguém poderia imaginar que muito em breve teríamos que rever as nossas ideias sobre o tamanho da Via Láctea, aumentando o seu diâmetro três vezes e a sua massa dez vezes.” Mas o nosso próprio sistema solar permanece um mistério para nós. A explicação tradicional da origem dos planetas, segundo a qual os planetas se formaram através da condensação de nuvens de poeira e gás cósmicos, tem uma base bastante instável. O professor V. McRae escreve: “O problema da origem do sistema solar continua a ser talvez o mais significativo de todos os problemas não resolvidos da astronomia.” Embora não haja razão para afirmar que todas as respostas às questões da cosmologia já sejam descritas por fórmulas matemáticas, é prematuro rejeitar abordagens alternativas que possam ser baseadas em leis e princípios diferentes das leis da física que conhecemos.

De acordo com a teoria do Big Bang, o Universo (= Metagalaxia) surgiu de um ponto com volume zero e densidade e temperatura infinitamente altas. Este estado, denominado singularidade, não pode ser descrito matematicamente. Tal estado inicial, em princípio, não pode ser descrito matematicamente. Absolutamente nada pode ser dito sobre esta condição. Todos os cálculos param. É como dividir um número por zero. O professor B. Lowwell escreveu o seguinte sobre singularidades: “Ao tentar descrever fisicamente o estado inicial do Universo, encontramos um obstáculo. A questão é: esse obstáculo é superável? Talvez todas as nossas tentativas de descrever cientificamente o estado inicial do Universo estejam fadadas ao fracasso?" Até agora, mesmo os cientistas mais destacados que desenvolveram a teoria do Big Bang não conseguiram superar este obstáculo.

Nas exposições científicas populares da teoria do Big Bang, as dificuldades associadas à singularidade inicial são abafadas ou mencionadas de passagem, mas em artigos especiais, os cientistas que tentam fornecer uma base matemática para esta teoria as reconhecem como o principal obstáculo. Os professores de matemática S. Hawking e G. Ellis observam em sua monografia “Estrutura em larga escala do espaço-tempo”: “Em nossa opinião, é bastante justificado considerar uma teoria física que prevê uma singularidade como falhada”. A hipótese sobre a origem do Universo, que postula que o estado inicial do Universo não pode ser descrito fisicamente, parece bastante suspeita. Mas isso não é tão ruim. A próxima questão é: de onde veio a própria singularidade? E os cientistas são forçados a declarar um ponto matematicamente indescritível de densidade infinita e dimensões infinitamente pequenas, existindo fora do espaço e do tempo, como a causa sem início de todas as causas. (Informações retiradas do site: http://www.goldentime.ru/Big_Bang/4.htm)

B. Lowwell argumenta que a singularidade na teoria do big bang “foi frequentemente apresentada como um problema matemático decorrente do postulado da homogeneidade do universo”. Para corrigir isto, os teóricos começaram a introduzir assimetrias nos seus modelos de singularidade semelhantes às observadas no universo observável. Desta forma, esperavam introduzir desordem suficiente no estado inicial do Universo para evitar que a singularidade fosse reduzida a um ponto. No entanto, todas as suas esperanças foram frustradas por Hawking e Ellis, que afirmam que, de acordo com os seus cálculos, uma singularidade heterogénea não pode existir."

Na década de 60 deste século, foi descoberta a radiação de fundo em micro-ondas, preenchendo uniformemente todo o espaço sideral. Representa ondas de rádio de ondas milimétricas que se propagam em todas as direções. O misterioso fenômeno foi descoberto pelos radioastrônomos Arno Penzias e Robert Wilson, pelos quais ambos receberam o Prêmio Nobel. O “gás fóton” preenche uniformemente todo o Universo. Sua temperatura está próxima do zero absoluto - cerca de 3 o K. Mas a energia concentrada nele excede a energia luminosa de todas as estrelas e galáxias tomadas em conjunto durante todo o tempo de sua existência.

O fenômeno recém-descoberto foi imediatamente interpretado como radiação atenuada pela temperatura formada junto com todo o Universo como resultado do Big Bang de 10 a 20 bilhões de anos atrás. Com o passar do tempo, esses fótons, também chamados de “relíquias”, supostamente conseguiram esfriar a uma temperatura de cerca de três graus na escala Kelvin. Todo o espaço sideral está preenchido com quanta de luz “normal” e “enfraquecida”: para cada próton existem várias dezenas de milhões desses fótons. Então, o que é essa misteriosa radiação de “relíquia relíquia”? E é possível falar em fótons “relíquias”?

Movimento em um microcosmo

Mas existe outro tipo de movimento - este é o movimento no microcosmo, que em princípio difere tanto do movimento dos corpos no espaço quanto da expansão desse espaço. Este tipo de movimento é ainda mais misterioso que o movimento resultante da expansão do espaço-vácuo. Da consideração dos fenômenos na escala da Metagaláxia, devemos passar a considerar os fenômenos na escala subatômica - passar para o microcosmo. Conseguimos verificar que o movimento na escala da Metagalaxia é fundamentalmente diferente do movimento na escala do Sistema Solar. Mas o que acontece na escala dos átomos e das partículas elementares? Acontece que no microcosmo o movimento é ainda mais incomum do que na Metagalaxia.

Quando um feixe de partículas elementares passa por um pequeno orifício, uma imagem estranha é observada na saída. Esse feixe se comporta como uma onda - depois de passar pelo buraco, ele fica um tanto espalhado. Se as partículas fossem bolas elásticas, não poderíamos observar tal fenômeno. As partículas que caíssem no buraco continuariam a se mover na mesma direção e as que não o fizessem ricocheteariam. A dispersão de um feixe de partículas elementares após passar por uma abertura é chamada de difração. Um feixe de onda limitado no espaço tem a propriedade de “divergir” (“espalhar-se”) no espaço à medida que se propaga, mesmo em homogêneo ambiente. Este fenômeno não é descrito pelas leis da óptica geométrica e refere-se a fenômenos de difração (divergência de difração, espalhamento de difração do feixe de onda). Inicialmente, o fenômeno da difração foi interpretado como onda contornando um obstáculo, ou seja, a penetração da onda na região da sombra geométrica. Um desvio da retilinidade da propagação da luz também é observado em campos gravitacionais fortes. Foi confirmado experimentalmente que a luz que passa perto de um objeto massivo, por exemplo, perto de uma estrela, é desviada em seu campo gravitacional em direção à estrela. Assim, neste caso podemos falar da onda de luz “dobrando” um obstáculo. No entanto, este fenômeno não se aplica à difração. Ao mesmo tempo, em muitos casos, a difração pode não estar associada ao contorno de um obstáculo. Isto é, por exemplo, difração em estruturas de fase não absorventes (transparentes). Os diagramas à direita mostram a intensidade dos impactos das partículas que passam pelo furo na tela localizada atrás do furo. Fotos dos sites: http://ru.wikipedia.org/wiki/ e http://teachmen.ru/work/lectureW/.

Em 1900, Max Planck introduziu a constante universal h, mais tarde chamada de "constante de Planck" . É a data deste evento que é frequentemente considerada o ano de nascimento da teoria quântica. Em 1913, para explicar a estrutura do átomo, Niels Bohr propôs a existência de estados estacionários do elétron nos átomos dos elementos químicos, estados nos quais a energia pode assumir apenas valores discretos. A hipótese quântica de Planck era que qualquer energia das partículas elementares é absorvida ou emitida apenas em porções discretas. Essas porções consistem em um número inteiro de quanta com energia proporcional à frequência oscilação eletromagnética com um coeficiente de proporcionalidade determinado pela fórmula:

Onde h- Constante de Planck e .

Em 1905, para explicar os fenômenos do efeito fotoelétrico, Albert Einstein, utilizando a hipótese quântica de Planck, sugeriu que a luz consiste em porções - quanta. Posteriormente, os “quanta” foram chamados de fótons.

Em 1923, Louis de Broglie apresentou a ideia da natureza dual da matéria, segundo a qual um fluxo de partículas materiais tem propriedades de onda e propriedades de uma partícula com massa e energia. Esta suposição foi confirmada experimentalmente em 1927, estudando a difração de elétrons em cristais. Antes da adoção da hipótese de de Broglie, a difração era considerada um fenômeno exclusivamente ondulatório, mas de acordo com a hipótese de de Broglie, fluxos de quaisquer partículas elementares podem apresentar difração.

Em 1926, E. Schrödinger, com base nessas ideias, criou a mecânica ondulatória, contendo novas leis fundamentais da cinemática e da dinâmica. O desenvolvimento da mecânica quântica continua até hoje. Além da mecânica quântica, a parte mais importante da teoria quântica é a teoria quântica de campos.

“De acordo com os conceitos modernos, o campo quântico é a forma mais fundamental e universal de matéria, subjacente a todas as suas manifestações específicas.” (Enciclopédia Física. TEORIA QUÂNTICA DE CAMPOS). “É geralmente aceito que a massa de uma partícula elementar é determinada pelos campos que estão associados a ela.” (Dicionário enciclopédico físico. MASSA). “... a divisão da matéria em duas formas - campo e substância - revela-se bastante condicional.” (Física. O.F. Kabardin. 1991. P. 337.) “... partículas elementares da matéria, por sua natureza, nada mais são do que condensações do campo eletromagnético...” (A. Einstein. Coleção de trabalhos científicos. M.: Ciência. 1965. T.1.P.689.)

Do ponto de vista moderno, as partículas de matéria são formações de ondas quantizadas, estados excitados de um campo quântico, ou seja, a consideração da estrutura de campo das partículas elementares deve começar com uma análise das propriedades dos distúrbios de campo (fluxos de campo), que representam estados excitados. Por exemplo, partículas de fótons são excitações elementares do campo eletromagnético, consistindo em perturbações elétricas e magnéticas elementares. Ainda há muita coisa que não está clara na descrição dos processos de campo, por isso tentarei ler a literatura física como se estivesse nas entrelinhas, mais precisamente, entre aspas e analisarei o que logicamente se segue delas, mas é modestamente silencioso. As citações também servem como um lembrete caso alguém tenha esquecido a física. (Alemanov S.B. Teoria ondulatória da estrutura das partículas elementares. - M.: "BINAR", 2011 - 104 p.).

“No entanto, mais tarde ficou claro que o vazio - o “antigo éter” - é portador não apenas de ondas eletromagnéticas; Nele ocorrem oscilações contínuas do campo eletromagnético (“oscilações zero”), elétrons e pósitrons, prótons e antiprótons e, em geral, todas as partículas elementares nascem e desaparecem. Se, digamos, dois prótons colidirem, essas partículas oscilantes (“virtuais”) podem se tornar reais – um feixe de partículas nasce do “vazio”. O vazio revelou-se um objeto físico muito complexo. Essencialmente, os físicos voltaram ao conceito de “éter”, mas sem contradições. O antigo conceito não foi retirado do arquivo - ele ressurgiu no processo de desenvolvimento da ciência. O novo éter é chamado de “vácuo” ou “vazio físico”. (Acadêmico A. Migdal).

A confirmação experimental da hipótese de de Broglie foi um ponto de viragem no desenvolvimento da mecânica quântica. Isso serviu para formalizar as ideias do dualismo onda-partícula. A confirmação dessa ideia para a física tornou-se uma etapa importante, pois permitiu não só caracterizar qualquer partícula atribuindo-lhe um determinado comprimento de onda individual, mas também utilizá-la plenamente na forma de uma determinada quantidade nas equações de onda na descrição dos fenômenos.

O surgimento da teoria quântica se deve ao fato de que no quadro da mecânica clássica é impossível, por exemplo, explicar o movimento dos elétrons em torno do núcleo atômico. De acordo com a eletrodinâmica clássica, um elétron girando em alta velocidade em torno de um núcleo atômico deve irradiar energia, enquanto sua energia cinética deve diminuir e certamente deve cair sobre o núcleo. Mas, apesar disso, os elétrons não caem no núcleo, portanto os átomos, como sistemas, são estáveis. A existência de átomos estáveis, segundo a mecânica clássica, é simplesmente impossível. A teoria quântica é uma visão completamente nova que nos permite descrever com grande precisão o comportamento incomum de elétrons e fótons.

Algumas propriedades dos sistemas quânticos parecem incomuns no âmbito da mecânica clássica, por exemplo, como a incapacidade de medir simultaneamente a posição de uma partícula e seu momento, ou a inexistência de certas trajetórias de movimento de elétrons em torno dos núcleos. A nossa intuição quotidiana, baseada em observações de fenómenos de nível macro e mega, nunca encontra este tipo de movimento, pelo que neste caso o “bom senso” falha, uma vez que só é adequado para sistemas macroscópicos. As leis da mecânica e a teoria da gravidade de Newton são aplicáveis ​​para descrever o movimento no macrocosmo, a teoria da relatividade é aplicável para descrever a estrutura geral do espaço-tempo e a mecânica quântica é aplicável para explicar o comportamento das partículas subatômicas. Infelizmente, a teoria de Einstein e a teoria quântica ainda se contradizem claramente.

O primeiro passo para integrar ambas as teorias é a teoria quântica de campos. Esta combinação de ideias revelou-se bastante bem sucedida, mas ao mesmo tempo P. Dirac, o autor da teoria quântica de campos, admitiu: “Parece que é quase impossível colocar esta teoria numa base matemática sólida”. Até agora ninguém tem a menor ideia de como fazer isso. (http://www.goldentime.ru/Big_Bang/7.htm).

O físico D. Boehm escreveu: “Há sempre a possibilidade de que sejam descobertas propriedades, qualidades, estruturas, sistemas e níveis fundamentalmente diferentes que obedecem a leis da natureza completamente diferentes”. Uma saída para as dificuldades teóricas pode ser a teoria dos túneis espaço-temporais ou, como também são chamados, “buracos espaciais”, seriamente considerados pelo físico J. Wheeler na obra “reometrodinâmica” em 1962. Esta teoria pressupõe túneis espaciais como transições conectando o passado e o futuro ou mesmo universos diferentes entre si. (http://www.goldentime.ru/Big_Bang/7.htm). Esta teoria baseia-se no fato de que nosso mundo não é quadridimensional, como acreditava A. Einstein, mas sim pentadimensional. Na quinta dimensão, pontos em nosso espaço-tempo que estão distantes uns dos outros por uma grande distância ou tempo podem estar localizados próximos uns dos outros. Por exemplo, dois pontos em um plano (espaço bidimensional) estão separados por 20 cm um do outro, e se o plano estiver amassado, então na terceira dimensão esses pontos podem estar a uma distância de 2 cm, mas para obter de um ponto a outro, você precisa ir além do plano para o espaço tridimensional.

Parece que o nosso mundo em pequena escala é pentadimensional. Isso significa que as partículas elementares podem “cair” do espaço-tempo quadridimensional para a quinta dimensão e aparecer em qualquer ponto do espaço-tempo quadridimensional “amassadas” na quinta dimensão. É por isso que o elétron em um átomo não tem uma órbita como, por exemplo, a órbita da Terra no sistema solar. Em um átomo, em relação ao núcleo, ele se move no espaço pentadimensional, portanto, ao mesmo tempo, pode estar em vários pontos do espaço-tempo quadridimensional, uma vez que esses pontos da quinta dimensão estão em contato um com o outro. outro. Os elétrons em um átomo são encontrados em nuvens chamadas orbitais. As nuvens orbitais são diferentes: algumas têm a forma de uma bola - elétrons s, outras têm a forma de um haltere - elétrons p. Existem configurações ainda mais complexas de nuvens eletrônicas. Dentro da nuvem s e dentro da nuvem p, é impossível determinar a localização exata do elétron, você só pode determinar a probabilidade de sua presença em diferentes pontos dessas nuvens. F. Yanchilina, em seu livro “Beyond the Stars”, publicado em Moscou em 2003, introduz o conceito de movimento discreto para explicar o movimento de um elétron em um átomo. É exatamente assim que será o movimento de uma partícula no espaço de tempo quadridimensional, que na verdade está se movendo no espaço pentadimensional. No início do século XX, Einstein introduziu o conceito de quarta dimensão. Atualmente, à medida que novas consequências das equações do campo gravitacional derivadas por Einstein são descobertas, os físicos têm de introduzir novas dimensões adicionais. O físico teórico P. Davis escreve: “Na natureza, além das três dimensões espaciais e uma temporal que percebemos na vida cotidiana, existem mais sete dimensões que não foram percebidas por ninguém até agora”. Para compreender o movimento no mundo das partículas elementares (micromundo), basta aceitar o fato de que este mundo tem um número maior de dimensões do que o nosso macromundo, mas para entender isso é necessário um certo “alongamento” da mente . (Informações retiradas do site: http://www.goldentime.ru/Big_Bang/10.htm).

Átomo de potássio de Rydberg em um experimento realizado por físicos da Rice University (Houston).

De acordo com o modelo planetário do átomo de Niels Bohr, os elétrons orbitam ao redor do núcleo de um átomo como os planetas ao redor de uma estrela. Um elétron pode emitir um fóton passando de um nível de alta energia para um baixo. Pelo contrário, a absorção de um fóton transfere o elétron para um nível superior e leva a um estado excitado. Átomos de Rydberg são aqueles em que um dos elétrons da camada externa está em estado superexcitado. Ao expor um átomo à radiação laser de um determinado comprimento de onda, é possível “inflar” sua camada externa de elétrons, transferindo elétrons para níveis de energia cada vez mais elevados. Nesse caso, os elétrons do átomo entram em ressonância com as vibrações eletromagnéticas direcionadas pelo feixe de laser. Isso faz com que o átomo aumente de tamanho – literalmente “inche”. Físicos da Universidade Rice (Houston) usaram um laser para aumentar um átomo de potássio até um tamanho milimétrico gigantesco, que é cerca de dez milhões de vezes o seu tamanho normal. Os resultados deste experimento foram publicados na revista Physical Review Letters. De acordo com a teoria quântica, a posição de um elétron em uma órbita ao redor de um átomo não pode ser determinada - o elétron é uma onda “espalhada” pela camada. No entanto, no caso dos átomos de Rydberg, os elétrons entram em um estado pseudoclássico, no qual o movimento do elétron pode ser rastreado como o movimento de uma partícula em órbita. “Quando o tamanho de um átomo aumenta muito, os efeitos quânticos nele podem se transformar na mecânica clássica do modelo atômico de Bohr”, explica Dunning. Se este for realmente o caso, então, bombeando energia em orbitais de elétrons irradiando átomos com um laser, podemos transferir o movimento dos elétrons do espaço-tempo pentadimensional para o quadridimensional e tornar o átomo clássico - um análogo de uma estrela com planetas.

“Ao usar átomos de Rydberg altamente excitados e campos eléctricos pulsantes, fomos capazes de controlar o movimento dos electrões e trazer o átomo para um estado planetário”, diz o autor principal Barry Dunning. Um grupo de cientistas da Rice University, por meio de um laser, aumentou o nível de excitação do átomo de potássio para valores extremamente elevados. Usando uma série cuidadosamente selecionada de pulsos elétricos curtos, eles conseguiram levar o átomo a um estado em que um elétron “localizado” orbitava o núcleo a uma distância muito maior. O diâmetro da camada de elétrons atingiu um milímetro. Segundo Dunning, o elétron permaneceu localizado em uma órbita específica e se comportou quase como uma partícula “clássica”. (http://ria.ru/science/20080702/112792435.html).

Na preparação deste artigo, foram utilizadas informações dos seguintes sites:

Uma equipa de astrónomos de Maryland, Havai, Israel e França criou o mapa mais detalhado alguma vez visto na nossa área, mostrando os movimentos de quase 1.400 galáxias ao longo de 100 milhões de anos-luz da Via Láctea.

A equipe reconstruiu os movimentos das galáxias desde 13 bilhões de anos atrás até os dias atuais. O principal atrator gravitacional na região fotografada é o aglomerado de Virgem, 600 trilhões de vezes a massa do Sol e a 50 milhões de anos-luz de distância.

Mais:

Mais de mil galáxias já caíram no aglomerado de Virgem, enquanto no futuro serão exibidas todas as galáxias que estão atualmente a 40 milhões de anos-luz do aglomerado. Nossa galáxia, a Via Láctea, está fora desta zona de captura. No entanto, as galáxias Via Láctea e Andrómeda, cada uma com 2 biliões de vezes a massa do Sol, estão destinadas a colidir e fundir-se dentro de 5 mil milhões de anos.

“Pela primeira vez, não estamos apenas visualizando a estrutura detalhada do nosso superaglomerado de galáxias local, mas também vendo como a estrutura evolui ao longo da história do universo. Uma analogia é estudar a geografia atual da Terra a partir do movimento das placas tectônicas”, disse o coautor Brent Tully, do Instituto de Astronomia do Havaí.

Esses eventos dramáticos de fusão são apenas parte de um espetáculo maior. Existem dois padrões principais de fluxo neste volume do Universo. Todas as galáxias de um hemisfério de uma região, incluindo a nossa Via Láctea, fluem em direção a uma folha plana. Além disso, essencialmente cada galáxia ao longo de todo o seu volume flui, como uma folha num rio, em direção a atratores gravitacionais a distâncias muito maiores.

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Este artigo examina a velocidade de movimento do Sol e da Galáxia em relação a diferentes sistemas de referência:

A velocidade do movimento do Sol na Galáxia em relação às estrelas próximas, às estrelas visíveis e ao centro da Via Láctea;

A velocidade de movimento da Galáxia em relação ao grupo local de galáxias, aglomerados de estrelas distantes e radiação cósmica de fundo em micro-ondas.

Breve descrição da Via Láctea.

Descrição da Galáxia.

Antes de começarmos a estudar a velocidade de movimento do Sol e da Galáxia no Universo, vamos dar uma olhada mais de perto em nossa Galáxia.

Vivemos, por assim dizer, em uma gigantesca “cidade estrela”. Ou melhor, o nosso Sol “vive” nele. A população desta “cidade” é uma variedade de estrelas, e mais de duzentos bilhões delas “vivem” nela. Nele nascem uma miríade de sóis, vivenciam a juventude, a meia-idade e a velhice - eles percorrem uma longa e complexa trajetória de vida, que dura bilhões de anos.

O tamanho desta “cidade estrela” – a Galáxia – é enorme. As distâncias entre estrelas vizinhas são, em média, milhares de bilhões de quilômetros (6*1013 km). E existem mais de 200 mil milhões desses vizinhos.

Se fôssemos correr de um extremo ao outro da Galáxia à velocidade da luz (300.000 km/s), demoraríamos cerca de 100 mil anos.

Todo o nosso sistema estelar gira lentamente, como uma roda gigante composta por bilhões de sóis.

Órbita do Sol

No centro da Galáxia, aparentemente existe um buraco negro supermassivo (Sagitário A*) (cerca de 4,3 milhões de massas solares) em torno do qual, presumivelmente, um buraco negro de massa média com uma massa média de 1.000 a 10.000 massas solares e um orbital um período de cerca de 100 anos gira em torno de vários milhares de anos relativamente pequenos. O seu efeito gravitacional combinado sobre estrelas vizinhas faz com que estas se movam ao longo de trajetórias incomuns. Existe uma suposição de que a maioria das galáxias possui buracos negros supermassivos em seu núcleo.

As regiões centrais da Galáxia são caracterizadas por uma forte concentração de estrelas: cada parsec cúbico próximo ao centro contém muitos milhares delas. As distâncias entre as estrelas são dezenas e centenas de vezes menores do que nas proximidades do Sol.

O núcleo da Galáxia atrai todas as outras estrelas com enorme força. Mas um grande número de estrelas está espalhado pela “cidade das estrelas”. E também se atraem em direções diferentes, e isso tem um efeito complexo no movimento de cada estrela. Portanto, o Sol e milhares de milhões de outras estrelas movem-se geralmente em trajetórias circulares, ou elipses, em torno do centro da Galáxia. Mas isto é apenas “na maior parte” – se olharmos de perto, veremos que eles se movem ao longo de curvas mais complexas, caminhos sinuosos entre as estrelas circundantes.

Características da Galáxia Via Láctea:

A localização do Sol na Galáxia.

Onde está o Sol na Galáxia e ele está se movendo (e com ele a Terra, e você e eu)? Estamos no “centro da cidade” ou pelo menos em algum lugar próximo dele? Estudos têm demonstrado que o Sol e o sistema solar estão localizados a uma distância enorme do centro da Galáxia, mais perto da “periferia urbana” (26.000 ± 1.400 anos-luz).

O Sol está localizado no plano da nossa Galáxia e está afastado de seu centro em 8 kpc e do plano da Galáxia em aproximadamente 25 pc (1 pc (parsec) = 3,2616 anos-luz). Na região da Galáxia onde o Sol está localizado, a densidade estelar é de 0,12 estrelas por pc3.

Modelo da nossa galáxia

A velocidade do movimento do Sol na Galáxia.

A velocidade do movimento do Sol na Galáxia é geralmente considerada em relação a diferentes sistemas de referência:

Em relação às estrelas próximas.

Em relação a todas as estrelas brilhantes visíveis a olho nu.

Em relação ao gás interestelar.

Em relação ao centro da Galáxia.

1. A velocidade do movimento do Sol na Galáxia em relação às estrelas mais próximas.

Assim como a velocidade de um avião voador é considerada em relação à Terra, sem levar em conta o vôo da própria Terra, a velocidade do Sol pode ser determinada em relação às estrelas mais próximas dele. Como as estrelas do sistema Sirius, Alpha Centauri, etc.

Esta velocidade de movimento do Sol na Galáxia é relativamente pequena: apenas 20 km/s ou 4 UA. (1 unidade astronômica é igual à distância média da Terra ao Sol - 149,6 milhões de km.)

O Sol, em relação às estrelas mais próximas, move-se em direção a um ponto (ápice) situado na fronteira das constelações de Hércules e Lira, em um ângulo aproximado de 25° com o plano da Galáxia. Coordenadas equatoriais do ápice = 270°, = 30°.

2. A velocidade do movimento do Sol na Galáxia em relação às estrelas visíveis.

Se considerarmos o movimento do Sol na Via Láctea em relação a todas as estrelas visíveis sem um telescópio, então sua velocidade é ainda menor.

A velocidade do movimento do Sol na Galáxia em relação às estrelas visíveis é de 15 km/s ou 3 UA.

O ápice do movimento do Sol, neste caso, também se encontra na constelação de Hércules e tem as seguintes coordenadas equatoriais: = 265°, = 21°.

A velocidade do Sol em relação às estrelas próximas e ao gás interestelar

3. A velocidade do movimento do Sol na Galáxia em relação ao gás interestelar.

O próximo objeto na Galáxia, em relação ao qual consideraremos a velocidade do Sol, é o gás interestelar.

A vastidão do universo não é tão deserta como se pensou durante muito tempo. Embora em pequenas quantidades, o gás interestelar está presente em todos os lugares, preenchendo todos os cantos do universo. O gás interestelar, apesar do aparente vazio do espaço vazio do Universo, representa quase 99% da massa total de todos os objetos cósmicos. Formas densas e frias de gás interestelar, contendo hidrogênio, hélio e quantidades mínimas de elementos pesados ​​(ferro, alumínio, níquel, titânio, cálcio), estão em estado molecular, combinando-se em vastos campos de nuvens. Normalmente, os elementos do gás interestelar são distribuídos da seguinte forma: hidrogênio - 89%, hélio - 9%, carbono, oxigênio, nitrogênio - cerca de 0,2-0,3%.

A nuvem de gás e poeira IRAS 20324+4057 de gás e poeira interestelar tem 1 ano-luz de comprimento, semelhante a um girino, no qual uma estrela em crescimento está escondida

Nuvens de gás interestelar podem não apenas girar ordenadamente em torno dos centros galácticos, mas também ter aceleração instável. Ao longo de várias dezenas de milhões de anos, eles se alcançam e colidem, formando complexos de poeira e gás.

Em nossa Galáxia, a maior parte do gás interestelar está concentrada em braços espirais, um dos corredores dos quais está localizado próximo ao Sistema Solar.

A velocidade do Sol na Galáxia em relação ao gás interestelar: 22-25 km/s.

O gás interestelar nas imediações do Sol tem uma velocidade intrínseca significativa (20-25 km/s) em relação às estrelas mais próximas. Sob sua influência, o ápice do movimento do Sol se desloca em direção à constelação de Ophiuchus (= 258°, = -17°). A diferença na direção do movimento é de cerca de 45°.

4. A velocidade do movimento do Sol na Galáxia em relação ao centro da Galáxia.

Nos três pontos discutidos acima estamos falando da chamada velocidade relativa peculiar do Sol. Em outras palavras, velocidade peculiar é a velocidade relativa ao referencial cósmico.

Mas o Sol, as estrelas mais próximas dele e a nuvem interestelar local participam todos juntos de um movimento maior - movimento em torno do centro da Galáxia.

E aqui estamos falando de velocidades completamente diferentes.

A velocidade do Sol em torno do centro da Galáxia é enorme para os padrões terrestres - 200-220 km/s (cerca de 850.000 km/h) ou mais de 40 UA. / ano.

É impossível determinar a velocidade exata do Sol em torno do centro da Galáxia, porque o centro da Galáxia está escondido de nós atrás de densas nuvens de poeira interestelar. No entanto, cada vez mais novas descobertas nesta área estão reduzindo a velocidade estimada do nosso sol. Recentemente, eles estavam falando de 230-240 km/s.

O sistema solar da Galáxia está se movendo em direção à constelação de Cygnus.

O movimento do Sol na Galáxia ocorre perpendicularmente à direção do centro da Galáxia. Daí as coordenadas galácticas do ápice: l = 90°, b = 0° ou em coordenadas equatoriais mais familiares - = 318°, = 48°. Por se tratar de um movimento de reversão, o ápice se move e completa um círculo completo em um “ano galáctico”, aproximadamente 250 milhões de anos; sua velocidade angular é de aproximadamente 5"/1000 anos, ou seja, as coordenadas do ápice mudam em um grau e meio por milhão de anos.

Nossa Terra tem cerca de 30 desses “anos galácticos”.

Velocidade de movimento do Sol na Galáxia em relação ao centro da Galáxia

A propósito, um fato interessante sobre a velocidade do Sol na Galáxia:

A velocidade de rotação do Sol em torno do centro da Galáxia quase coincide com a velocidade da onda de compactação que forma o braço espiral. Esta situação é atípica para a Galáxia como um todo: os braços espirais giram a uma velocidade angular constante, como os raios de uma roda, e o movimento das estrelas ocorre de acordo com um padrão diferente, de modo que quase toda a população estelar do disco cai dentro dos braços espirais ou cai deles. O único lugar onde as velocidades das estrelas e dos braços espirais coincidem é o chamado círculo de corotação, e é nele que se localiza o Sol.

Para a Terra, esta circunstância é extremamente importante, pois ocorrem processos violentos nos braços espirais, gerando radiações poderosas e destrutivas para todos os seres vivos. E nenhuma atmosfera poderia proteger disso. Mas o nosso planeta existe num local relativamente calmo da Galáxia e não foi afetado por estes cataclismos cósmicos durante centenas de milhões (ou mesmo milhares de milhões) de anos. Talvez seja por isso que a vida foi capaz de se originar e sobreviver na Terra.

A velocidade de movimento da Galáxia no Universo.

A velocidade de movimento da Galáxia no Universo é geralmente considerada em relação a diferentes sistemas de referência:

Em relação ao Grupo Local de galáxias (velocidade de aproximação com a Galáxia de Andrômeda).

Em relação a galáxias distantes e aglomerados de galáxias (a velocidade de movimento da Galáxia como parte do grupo local de galáxias em direção à constelação de Virgem).

Em relação à radiação cósmica de fundo em micro-ondas (a velocidade de movimento de todas as galáxias na parte do Universo mais próxima de nós em direção ao Grande Atrator - um aglomerado de enormes supergaláxias).

Vamos dar uma olhada em cada um dos pontos.

1. A velocidade de movimento da Via Láctea em direção a Andrômeda.

Nossa Via Láctea também não fica parada, mas é atraída gravitacionalmente e se aproxima da Galáxia de Andrômeda a uma velocidade de 100-150 km/s. O principal componente da velocidade de aproximação das galáxias pertence à Via Láctea.

A componente lateral do movimento não é conhecida com precisão e as preocupações com uma colisão são prematuras. Uma contribuição adicional para este movimento é feita pela enorme galáxia M33, localizada aproximadamente na mesma direção da galáxia de Andrômeda. Em geral, a velocidade de movimento da nossa Galáxia em relação ao baricentro do Grupo Local de galáxias é de cerca de 100 km/s aproximadamente na direção Andrômeda/Lagarto (l = 100, b = -4, = 333, = 52), mas esses dados ainda são muito aproximados. Esta é uma velocidade relativa muito modesta: a Galáxia muda para o seu próprio diâmetro em duzentos a trezentos milhões de anos, ou, aproximadamente, num ano galáctico.

2. A velocidade de movimento da Via Láctea em direção ao aglomerado de Virgem.

Por sua vez, o grupo de galáxias, que inclui a nossa Via Láctea, como um todo único, está se movendo em direção ao grande aglomerado de Virgem a uma velocidade de 400 km/s. Este movimento também é causado por forças gravitacionais e ocorre em relação a aglomerados de galáxias distantes.

Velocidade da Via Láctea em direção ao aglomerado de Virgem

3. A velocidade de movimento da Galáxia no Universo. Ao Grande Atrator!

Radiação CMB.

De acordo com a teoria do Big Bang, o Universo primitivo era um plasma quente composto por elétrons, bárions e fótons constantemente emitidos, absorvidos e reemitidos.

À medida que o Universo se expandia, o plasma arrefeceu e, a certa altura, os electrões desacelerados foram capazes de se combinar com protões desacelerados (núcleos de hidrogénio) e partículas alfa (núcleos de hélio), formando átomos (este processo é denominado recombinação).

Isso aconteceu a uma temperatura plasmática de cerca de 3.000 K e a uma idade aproximada do Universo de 400.000 anos. Havia mais espaço livre entre as partículas, havia menos partículas carregadas, os fótons pararam de se espalhar com tanta frequência e agora podiam se mover livremente no espaço, praticamente sem interagir com a matéria.

Aqueles fótons que naquela época eram emitidos pelo plasma em direção à futura localização da Terra ainda chegam ao nosso planeta através do espaço do universo que continua a se expandir. Esses fótons constituem a radiação cósmica de fundo em micro-ondas, que é a radiação térmica que preenche uniformemente o Universo.

A existência de radiação cósmica de fundo em micro-ondas foi prevista teoricamente por G. Gamow no âmbito da teoria do Big Bang. Sua existência foi confirmada experimentalmente em 1965.

A velocidade de movimento da Galáxia em relação à radiação cósmica de fundo em micro-ondas.

Mais tarde, começou o estudo da velocidade de movimento das galáxias em relação à radiação cósmica de fundo em micro-ondas. Este movimento é determinado medindo a irregularidade da temperatura da radiação cósmica de fundo em micro-ondas em diferentes direções.

A temperatura de radiação tem máximo na direção do movimento e mínimo na direção oposta. O grau de desvio da distribuição de temperatura da isotrópica (2,7 K) depende da velocidade. Da análise dos dados observacionais conclui-se que o Sol se move em relação ao CMB a uma velocidade de 400 km/s na direção =11,6, =-12.

Essas medições também mostraram outra coisa importante: todas as galáxias na parte do Universo mais próxima de nós, incluindo não apenas a nossa Grupo local, mas também o Aglomerado de Virgem e outros aglomerados estão se movendo em relação ao CMB de fundo em velocidades inesperadamente altas.

Para o Grupo Local de galáxias é 600-650 km/s com seu ápice na constelação de Hidra (=166, =-27). Parece que em algum lugar nas profundezas do Universo existe um enorme aglomerado de muitos superaglomerados, atraindo matéria da nossa parte do Universo. Este cluster foi nomeado O Grande Atrator- da palavra inglesa “atrair” - atrair.

Como as galáxias que constituem o Grande Atrator estão escondidas pela poeira interestelar que constitui a Via Láctea, o mapeamento do Atrator só foi possível nos últimos anos usando radiotelescópios.

O Grande Atrator está localizado na intersecção de vários superaglomerados de galáxias. A densidade média da matéria nesta região não é muito maior que a densidade média do Universo. Mas devido ao seu tamanho gigantesco, sua massa acaba sendo tão grande e a força de atração é tão enorme que não apenas nosso sistema estelar, mas também outras galáxias e seus aglomerados próximos se movem na direção do Grande Atrator, formando um enorme fluxo de galáxias.

A velocidade de movimento da Galáxia no Universo. Ao Grande Atrator!

Então, vamos resumir.

A velocidade de movimento do Sol na Galáxia e das Galáxias no Universo. Tabela dinâmica.

Hierarquia de movimentos em que nosso planeta participa:

A rotação da Terra em torno do Sol;

Rotação com o Sol em torno do centro da nossa Galáxia;

Movimento em relação ao centro do Grupo Local de galáxias junto com toda a Galáxia sob a influência da atração gravitacional da constelação de Andrômeda (galáxia M31);

Movimento em direção a um aglomerado de galáxias na constelação de Virgem;

Movimento em direção ao Grande Atrator.

A velocidade de movimento do Sol na Galáxia e a velocidade de movimento da Via Láctea no Universo. Tabela dinâmica.

É difícil imaginar, e ainda mais difícil calcular, a distância que percorremos a cada segundo. Essas distâncias são enormes e os erros nesses cálculos ainda são bastante grandes. Esta é a ciência de dados que tem hoje.