Cele treisprezece scale care definesc universul nostru fizic

Universul nostru se extinde de la scara subatomică la scara cosmică.

Călătoria de la scara macroscopică la scara subatomică se întinde pe multe ordine de mărime, dar coborând pași mici poate face fiecare scară nouă mai accesibilă decât ultima. Oamenii sunt formați din organe, celule, organite, molecule și atomi, apoi electroni și nuclei, apoi protoni și neutroni, apoi quarci și gluoni în interior. Aceasta este limita cât de departe cercetăm natura.

credit: Magdalena Kowalska / Echipa CERN / ISOLDE

În cele din urmă, în prezent sunt cunoscute 13 scale diferite.

Structura formularului standard

În dreapta, sunt ilustrați bosonii măsurați, care mediază cele trei forțe cuantice fundamentale ale universului nostru. Există un singur foton care mediază forța electromagnetică, există trei bosoni care mediază forța slabă și opt care mediază forța puternică. Acest lucru indică faptul că Modelul Standard este un amestec de trei grupuri: U(1), SU(2) și SU(3), ale căror interacțiuni și particule se combină pentru a forma tot ceea ce se știe că există. Dimensiunea fiecăreia dintre particulele fundamentale cunoscute nu poate fi mai mare de aproximativ ~10^-19 μm.

credit: Daniel Dominguez/CERN

1.) Particule fundamentale, elementare. până la 10-19 metri, aceste cantități nu sunt împărțite.

Când doi protoni, fiecare alcătuit din trei quarci legați împreună de gluoni, interacționează, este posibil ca aceștia să fuzioneze împreună într-o stare compozită, în funcție de proprietățile lor. Cea mai comună și dovedită posibilitate este producerea unui deuteron, format dintr-un proton și un neutron, care ar necesita emisia unui neutrin, a unui pozitron și, eventual, a unui foton.

credit: Kiko Morano

2.) Cântare nucleare. Pe un femmometru (~10-15 m) Scări, nucleoni individuali, formați din quarci și gluoni, sunt legați între ele.

READ  Stația Spațială Internațională este scăpată de sub control după eșecul modulului rus

Cât costă Einstein?

Chiar dacă tu însuți ești făcut din atomi, ceea ce simți ca o „atingere” nu necesită neapărat un alt atom extern pentru a intra efectiv în contact cu atomii din corpul tău. Doar a te apropia suficient pentru a exercita forța nu numai că nu este suficient, ci este cel mai frecvent eveniment.

credit: ipopba / Adobe Stock

3.) Scale atomice. Dimensiunea Angstrom (~10-10 m), atomii formează toată materia de pe Pământ.

Premiul Nobel pentru Chimie

Moleculele, exemple de molecule de materie legate în formațiuni complexe, ating formele și structurile pe care le fac datorită forțelor electromagnetice care există între atomii și electronii lor constituenți. Varietatea structurilor care pot fi create este aproape nelimitată.

credit: denisismmagilov

4.) Scale moleculare. nm (~10-9 m) și mai mari, moleculele conțin mai mulți atomi legați împreună.

Cianobacterii

Această imagine cu microscopul electronic tunel arată câteva mostre din cianobacteria Prochlorococcus marinus. Fiecare dintre aceste organisme are o dimensiune de doar o jumătate de micron, dar toate cianobacteriile sunt în mare parte responsabile pentru formarea oxigenului pe Pământ: la început și chiar până în prezent. Ca toate bacteriile, viața lor este mult mai scurtă decât cea a unei persoane.

credit: Luke Thompson de la Chisholm Lab și Nikki Watson de la Whitehead, MIT

5.) Microscale. Mai puțin de 0,0001 m (lățimea unui păr uman), sunt necesare instrumente în afara ochiului uman.

Flamingo roz

În corpurile de apă calde și puțin adânci, flamingo-ul roz poate fi adesea găsit vădând, lăcându-se și căutând hrană. Lipsa pigmenților carotenoizi în hrana lor, care se observă la unele (dar nu la toate) dintre flamingo prezentate aici, face ca mulți dintre acești flamingo să fie mai aproape de alb decât stereotipul roz sau roșu, dar comportamentul de a sta pe unul. picior mai degrabă decât Doi, el a reușit să reducă pierderea de căldură corporală aproape la jumătate.

credit: gayulo/pixabay

6.) Scale macroscopice. Percepțiile noastre convenționale se extind de la subscale la mulți kilometri.

READ  Un caz suspect de boală meningococică a fost raportat la Universitatea din Miami - WHIO TV 7 și WHIO Radio

Această selecție de asteroizi și comete vizitate de nave spațiale se întinde pe mai multe scări în dimensiune, de la obiecte mai mici de un kilometru până la obiecte de peste 100 de kilometri pe o parte. Cu toate acestea, niciunul dintre aceste obiecte nu are suficientă masă pentru a le trage într-o formă circulară. Gravitația le poate ține împreună, dar forțele electromagnetice sunt responsabile în principal de formele lor.

credit: Societatea Planetară – Emily Lakdawala

7.) Scale subplanetare. Acolo unde gravitația nu poate învinge electromagnetismul, obiectele care plutesc liber pot călători la câteva sute de kilometri distanță.

Saturn Jupiter Uranus Neptun JWST

Acum că Saturn a fost fotografiat de JWST, se poate forma prima „imagine de familie” a lumilor gigantice gazoase văzute de ochii JWST. Aici, fiecare planetă este afișată la o dimensiune unghiulară calibrată în funcție de modul în care apar una față de cealaltă, așa cum este văzută de JWST. Planetele pot fi de două ori mai mari decât Jupiter, dar pot avea 1000 km sau chiar mai puțin.

credit: NASA. CSA. ESA. STScI și diverse colaborări; Sintetizator: E. Siegel

8.) Scale planetare. Planetele sunt sferice datorită propriei gravitații, iar planetele au de obicei între 1.000 și 200.000 de kilometri lățime.

Soare vs pitică roșie

Piticile brune, între aproximativ 0,013-0,080 mase solare, vor fuziona deuteriu + deuteriu în heliu-3 sau tritiu, rămânând aproximativ de aceeași dimensiune ca și Jupiter, dar atingând mase mult mai mari. Piticile roșii sunt doar puțin mai mari, dar chiar și steaua asemănătoare soarelui prezentată aici nu arată scară aici; Diametrul său ar fi de aproximativ 7 ori mai mare decât cel al unei stele de masă mică. În acest univers, stelele pot atinge aproape 2.000 de ori diametrul Soarelui nostru.

credit: NASA/JPL-Caltech/UCB

9.) Solzi de stele. De la 0,08 la 2.000 de ori mai mare decât Soarele, aceste cuptoare nucleare luminează universul.

READ  „Laserul spațial” radiază direct către Pământ de la o distanță de 5 miliarde de ani lumină

nor Oort

Ilustrație a Norului Oort interior și exterior care înconjoară Soarele nostru. În timp ce Norul Oort interior are formă de inel, Norul Oort exterior este sferic. Întinderea reală a Norului Oort exterior poate fi mai mică de 1 an lumină sau mai mult de 3 ani lumină; Există o mare incertitudine aici. Orice obiect masiv care trece prin Norul Oort are șanse mari de a deranja obiectele din vecinătatea lui.

credit: Pablo Carlos Budasi / Wikimedia Commons

10.) Scalele sistemului stelar. Cu o lungime de până la doi ani-lumină, norii asemănători lui Oort sondează limitele sistemelor stelare individuale.

Hickson Compact Group 40 galaxii

Deși există multe exemple de multe galaxii în aceeași regiune a spațiului, de obicei apare fie între doar două galaxii, fie în regiuni foarte dense ale spațiului, cum ar fi centrele clusterelor de galaxii. Vederea a 5 galaxii interacționând într-un spațiu aflat la mai puțin de un milion de ani lumină distanță este extrem de rar, surprinsă în detalii fantastice de Hubble aici. Deoarece toate aceste galaxii încă formează stele noi, toate sunt clasificate ca „vii” de către astronomi.

credit: NASA, ESA, STScI; Terapeut: Alyssa Pagan (STScI)

11.) Cântare Galaxy. De la aproximativ 100 până la 1.000.000 de ani lumină distanță, materia întunecată și obișnuită țin galaxiile împreună.

Universul vid este o structură de cluster

Între marile grupuri și filamente ale universului sunt mari goluri cosmice, dintre care unele se pot întinde pe sute de milioane de ani lumină în diametru. În timp ce unele goluri sunt mai mari ca întindere decât altele, cuprinzând un miliard de ani lumină sau mai mult, toate conțin materie la un anumit nivel. Chiar și golul care include MCG+01–02–015, cea mai singură galaxie din univers, conține probabil galaxii de suprafață mici, cu luminozitate scăzută, care sunt sub limita actuală de detectare a telescoapelor precum Hubble.

credit: Andrew Z. Colvin și Zeryphex/Astronom5109; Wikimedia Commons

12.) Tabele de masă și spațiu. Cu o lungime de la 10 la 100 de milioane de ani lumină, acestea sunt cele mai mari dintre structurile legate gravitațional.

Simulări de materie întunecată în cluster

La scară mai mare, modul în care galaxiile se adună împreună în observații (albastru și violet) nu se poate potrivi cu simulările (roșu) decât dacă este inclusă materia întunecată. Deși există modalități de a reproduce acest tip de structură fără a include în mod specific materia întunecată, cum ar fi adăugarea unui anumit tip de câmp, aceste substituții fie par suspect de nediferențiate de materia întunecată, fie nu reușesc să reproducă una dintre multele observații cealaltă pentru a susține materia întunecată.

credit: 2dFGRS, SDSS, Millennium Simulation / MPA Garching, Gerard Lemson și consorțiul Virgo

13.) Scale cu adevărat cosmice. Întreaga rețea cosmică observată se întinde pe 92 de miliarde de ani lumină.

Millennium Simulation Cosmic Web Slice

În cosmologia modernă, universul este punctat de o rețea extinsă de materie întunecată și materie obișnuită. La scara galaxiilor individuale și mai mici, structurile formate de materie sunt foarte neliniare, cu densități care se abat de la densitățile medii cu cantități enorme. Cu toate acestea, la scari foarte mari, densitatea oricărei regiuni din spațiu este foarte apropiată de densitatea medie: precizia este de aproximativ 99,99%.

credit: Millennium Simulation, p. Springle et al.

Chiar și la scara cea mai mare și cea mai mică, este posibil ca noi fenomene să așteaptă să fie descoperite.

Vedere logaritmică a istoriei universului

Această hartă logaritmică a universului orientată vertical se întinde pe aproape 20 de ordine de mărime, ducându-ne de la planeta Pământ până la marginea universului vizibil. Fiecare „semn” mare de pe bara de scară din partea dreaptă corespunde unei creșteri a scalelor de distanță cu un factor de 10.

credit: Pablo Carlos Budassi

Silent Monday spune în mare parte o poveste universală în imagini și imagini și nu mai mult de 200 de cuvinte.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *