الفلك

كيف يؤثر الضوء على الكون؟

كيف يؤثر الضوء على الكون؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

عندما ينبعث الضوء من نجم على سبيل المثال ، يفقد هذا النجم الطاقة - مما يؤدي إلى تقليل جاذبيته. ثم تبدأ تلك الطاقة رحلة لمليارات السنين ، حتى تصل إلى شيء آخر.

عندما يصل هذا الضوء إلى سطح ، مثل نجم أو مجرة ​​أخرى ، فإنه يعطي هذه الطاقة للنجم المستهدف في شكل حرارة. يؤدي هذا إلى زيادة طاقة جهاز الاستقبال ، مما يؤدي بدوره إلى استعادة نوع من التوازن. كما يتسبب أيضًا في قيام جهاز الاستقبال بإصدار كمية دقيقة من الضوء مرة أخرى ، تقريبًا مثل الانعكاس.

كما أنه يضغط على سطح الاستقبال بمجرد وصوله إلى وجهته ، سواء كان نجمًا أو صخرة أو أي شيء آخر.

ولكن بينما ينتقل هذا الضوء عبر الفضاء ، فإن طاقته "غير متوفرة" لبقية الكون. بالطبع أطرح السؤال التالي:

هل سيتسبب الضوء في الجاذبية أثناء سفره؟

يصدر كل نجم الضوء في كل اتجاه ، وسيصل في النهاية إلى كل نجم آخر في الكون. في أي نقطة في الكون ، يجب أن يكون هناك شعاع مستمر من الضوء قادم من كل نجم آخر في الكون ، والذي له مسار مباشر إلى تلك النقطة. بالنظر إلى أن جميع النجوم الموجودة في السماء ترسل فوتونات تصل إلى كل سنتيمتر مربع من سطح الأرض ، فإن مقدار الضغط يجب أن يكون كبيرًا جدًا.

هل مقدار الضغط مهم حقًا ، بالنظر إلى أن كل ذرة على أي سطح تتلقى الضوء من كل مصدر ضوئي في السماء؟

استنادًا إلى الحسابات الموجودة في http://solar-center.stanford.edu/FAQ/Qshrink.html ، ستصدر الشمس خلال حياتها 0.034٪ من إجمالي كتلتها كطاقة. بافتراض أن الشمس متوسطة ، وأن هناك حوالي 10 ^ 24 نجمة في الكون ، وكل هذه النجوم في المتوسط ​​في منتصف عمرها الافتراضي ، يجب أن تكون هناك طاقة تعادل جاذبية حوالي 1.7 * 10 ^ 22 شمس موزعة في جميع أنحاء الكون.


سؤال قديم ، لكنني سأتناول شيئًا لم يتم طرحه من خلال الإجابات السابقة.

فوتونات $ simeq $ CMB فوتونات (من الدرجة الأولى)

كما قال الآخرون: نعم ، للضوء طاقة وبالتالي فهو ينجذب. ومع ذلك ، فإن الجزء الأكبر من الفوتونات التي تتخلل الكون ليس من أصل نجمي ، ولكنه في الواقع هو الخلفية الكونية الميكروية ، وكثافة الطاقة التي لها عدة مرات أكبر من الفوتونات الأخرى ، كما هو موضح في الرسم البياني من هذه الإجابة على " كثافة عدد فوتونات CMB ". من حيث كثافة العدد ، هناك 4-500 فوتون لكل سم 3 $ ^ 3 $.

الفضاء كبير وخواص الخواص

نظرًا لتوزيع فوتونات CMB بشكل متناحي ، فإن ضغط الإشعاع الصغير جدًا متساوٍ في جميع الاتجاهات ، وبالتالي يتم إلغاؤه. وعلى الرغم من أننا طوال الوقت تقصفنا كل من فوتونات CMB والفوتونات النجمية ، فإن الفضاء كبير للغاية (D. Adams ، 1978) لدرجة أنك إذا اعتبرت فوتونًا عشوائيًا في الكون ، فإن احتمالية اصطدامه بأي شيء على الإطلاق لا يكاد يذكر. ما يقرب من 90٪ من فوتونات CMB قد سافرت لمدة 13.8 مليار سنة دون أن تصطدم بأي شيء. تفاعلت نسبة الـ 10٪ المتبقية مع الإلكترونات الحرة التي تم إطلاقها بعد إعادة التأين ، ولكن لم يتم امتصاصها ، فقط استقطبت ، وحدثت معظم هذه التفاعلات بعد فترة وجيزة من إعادة التأين ؛ حتى الآن ، توسع الكون ببساطة أكثر من اللازم.

يتم انزياح الفوتونات نحو الأحمر

بالرغم من أن هنالك هو الطاقة في الفوتونات ، وبالتالي فهي تضيف إلى الجاذبية ، أولاً وقبل كل شيء يتم توزيعها بشكل متجانس في الكون (وبالتالي تسحب بالتساوي في جميع الاتجاهات) ، وثانيًا كثافة طاقتها لا تذكر مقارنة بالباريونات ("المادة العادية" مثل الغاز ، النجوم والكواكب) والمادة المظلمة والطاقة المظلمة. في الواقع ، كثافتها النسبية هي $ { rho_ mathrm {bar} ، rho_ mathrm {DM} ، rho_ mathrm {DE} ، rho_ mathrm {phot} } / rho_ mathrm {total } = {0.05،0.27،0.68،10 ^ {- 4} } دولار. ولكن هذا ليس هو الحال دائما. مع توسع الكون وإنشاء مساحة جديدة ، تقل كثافة المادة بمقدار $ 1 / a ^ 3 $ ، حيث $ a $ هو عامل مقياس ("الحجم") للكون. وينطبق الشيء نفسه على الفوتونات ، ولكن نظرًا لأنهم ينتقلون أيضًا إلى الأحمر بالتناسب مع $ a $ ، فإن كثافة طاقتهم تقل بمقدار $ 1 / a ^ 4 $. هذا يعني أنه مع رجوعك بالزمن إلى الوراء ، تزداد المساهمة النسبية للفوتونات في ميزانية الطاقة ، وفي الواقع حتى بلغ عمر الكون 47000 عام ، سيطر الإشعاع على ديناميكياته.


يسبب الضوء الجاذبية أثناء السفر ، نعم ، من خلال معادلة آينشتاين الشهيرة لتكافؤ الكتلة والطاقة. (قارن هذه المناقشة على StackExchange.)

إن جاذبية الضوء لا تكاد تذكر بالنسبة للكتلة الأخرى على نطاق واسع. فقط جزء صغير من كتلة النجم يتحول إلى ضوء خلال حياته ، وجزء صغير فقط من المادة العادية كان نجمًا على الإطلاق. يتكون جزء من المادة العادية (جسيمات النموذج القياسي) من نيوترينوات (النيوترينوات والإلكترونات هي لبتونات). تتكون المادة الباريونية بشكل أساسي من الهيدروجين وبعض الهيليوم (النوى) التي تشكلت بعد فترة وجيزة من الانفجار العظيم.

يتكون جزء صغير من كتلة النجم من فوتونات تنتقل خارج النجم. قد يستغرق هذا السفر ملايين السنين.

تأثير الضوء على الكويكبات ليس مهملاً ، لكنه ليس قوة الجاذبية. إنه 'تأثير YORP بشكل أساسي. يتأثر الغبار أيضًا بالضوء.


نعم ، الضوء ينجذب. شحنة الجاذبية هي الطاقة. حسنًا ، الجاذبية هي قوة مغزلية 2 ، لذلك لديك بالفعل زخم وتوتر أيضًا ، لكنهما مماثلان لتعميم التيار الكهربائي.

بشكل عام ، أي شيء يساهم في موتر الإجهاد والطاقة سيكون له بعض تأثير الجاذبية ، والضوء يفعل ذلك ، حيث يمتلك كثافة طاقة ويضع ضغطًا في اتجاه الانتشار.

ولكن بينما ينتقل هذا الضوء عبر الفضاء ، فإن طاقته "غير متوفرة" لبقية الكون.

ليس تماما. لا يزال ينجذب. ومع ذلك ، فإن عصر الإشعاع كان قبل حوالي 50 ألف سنة من الانفجار العظيم ، لكنه مضى وقت طويل. اليوم تأثير الجاذبية للإشعاع لا يكاد يذكر من الناحية الكونية. نحن نعيش في مرحلة انتقالية بين عصور تهيمن عليها المادة وتهيمن عليها الطاقة المظلمة.

بالنظر إلى أن جميع النجوم الموجودة في السماء ترسل فوتونات تصل إلى كل سنتيمتر مربع من سطح الأرض ، يجب أن يكون مجموع الضغط كبيرًا جدًا.

يتناسب ضغط الضوء على أي سطح مع كثافة الطاقة الضوئية الواقعة عليه. وهكذا يمكننا أن نتحقق من هذا المنطق مباشرة من خلال ملاحظة أن السماء مظلمة في الليل.

لماذا من المحتمل أن يكون الظلام في الليل يستحق سؤاله الخاص (راجع أيضًا مفارقة أولبيرز) ، لكن من الواضح جدًا أنها في الحقيقة صغيرة جدًا. لكي نكون منصفين ، يجب أن نتحقق من أكثر من النطاق المرئي ، ولكن مع ذلك ، فإن السماء مظلمة جدًا. وبالتالي ، في المتوسط ​​، يكون الضغط الخفيف صغيرًا جدًا.

لدينا امتياز الاقتراب من نجم ، ولكن حتى أثناء النهار ، يكون الضغط الخفيف الناتج عن الشمس في حدود ميكروباسكالس.

… يجب أن تكون هناك طاقة تعادل جاذبية حوالي 1.7 * 10 ^ 22 شمس موزعة في جميع أنحاء الكون.

وهذه كمية ضئيلة. كما قلت للتو ، هذا يعادل حوالي 0.034٪ من الكتلة الكلية للنجوم في الكون ، والتي بدورها تشكل جزءًا بسيطًا من المادة في الكون. فلماذا تتفاجأ من أن تأثيرها ضئيل؟ إنه حرفياً أقل بآلاف المرات من عدم اليقين في قياسات كمية المادة في الكون.


تشتت الضوء

[/شرح]
انظر إلى السماء الممطرة! ماذا ترى؟ حسنًا ، إذا أمطرت للتو وكانت الشمس مشرقة مرة أخرى ، فمن المحتمل أن ترى قوس قزح. دائما مشهد جميل أليس كذلك؟ ولكن لماذا بعد عاصفة ممطرة ، يبدو أن الهواء يلتقط الضوء بالطريقة الصحيحة لإنتاج هذه الظاهرة الطبيعية الرائعة؟ تشبه إلى حد كبير النجوم والمجرات وتحليق النحلة الطنانة ، تكمن بعض الفيزياء المعقدة وراء هذا الفعل الجميل من الطبيعة. بالنسبة للمبتدئين ، يُعرف هذا التأثير ، حيث ينقسم الضوء إلى طيف مرئي من الألوان ، باسم تشتت الضوء. اسم آخر له هو التأثير المنشوري ، لأن التأثير هو نفسه كما لو نظر المرء إلى الضوء من خلال منشور.

ببساطة ، ينتقل الضوء على عدة ترددات أو أطوال موجية مختلفة. ما نعرفه بـ & # 8220color & # 8221 هو في الواقع الأطوال الموجية المرئية للضوء ، والتي تنتقل جميعها بسرعات مختلفة عبر وسائط مختلفة. بعبارة أخرى ، يتحرك الضوء خلال فراغ الفضاء بسرعات مختلفة عن سرعته في الهواء أو الماء أو الزجاج أو البلور. وعندما تتلامس مع وسط مختلف ، تنكسر أطوال موجات الألوان المختلفة بزوايا مختلفة. تلك الترددات التي تنتقل بشكل أسرع تنكسر بزاوية منخفضة بينما تلك التي تنتقل بشكل أبطأ تنكسر بزاوية أكثر حدة. بمعنى آخر ، يتم تشتيتها بناءً على ترددها وطولها الموجي ، فضلاً عن مؤشر المواد للانكسار (أي مدى انكسار الضوء بشدة).

التأثير العام لهذا - الترددات المختلفة للضوء التي تنكسر في زوايا مختلفة أثناء مرورها عبر وسيط - هو أنها تظهر كطيف لوني للعين المجردة. في حالة قوس قزح ، يحدث هذا نتيجة مرور الضوء عبر الهواء المشبع بالماء. غالبًا ما يشار إلى ضوء الشمس باسم "الضوء الأبيض" لأنه مزيج من جميع الألوان المرئية. ومع ذلك ، عندما يصطدم الضوء بجزيئات الماء ، التي لها مؤشر انكسار أقوى من الهواء ، فإنه يتشتت في الطيف المرئي ، مما يخلق الوهم بوجود قوس ملون في السماء.

الآن فكر في جزء النافذة والمنشور. عندما يمر الضوء عبر زجاج له جوانب متوازية ، سيعود الضوء في نفس الاتجاه الذي دخل فيه إلى المادة. ولكن إذا كانت المادة على شكل منشور ، فسيتم المبالغة في زوايا كل لون ، وسيتم عرض الألوان على شكل طيف من الضوء. يظهر اللون الأحمر في الجزء العلوي من الطيف ، نظرًا لأن له أطول طول موجي (700 نانومتر) ، وهو أقل انكسارًا. يتبعه بعد ذلك بوقت قصير البرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والنيلي والبنفسجي (أو ROY G. GIV ، كما يحب البعض أن يقول). وتجدر الإشارة إلى أن هذه الألوان لا تظهر على أنها مميزة تمامًا ، ولكنها تمتزج عند الحواف. فقط من خلال التجريب والقياس المستمر تمكن العلماء من تحديد الألوان المميزة وتردداتها / أطوالها الموجية الخاصة.

لقد كتبنا العديد من المقالات حول تشتت الضوء لـ Universe Today. هنا & # 8217s مقال عن التلسكوب المنكسر ، وهنا مقال عن الضوء المرئي # 8217.

إذا كنت & # 8217d ترغب في & # 8217d مزيد من المعلومات حول تشتت الضوء ، تحقق من هذه المقالات:
تشتت الضوء بالمنشورات
س & # 038 ج: تشتت الضوء

لقد سجلنا أيضًا حلقة من مسلسل علم الفلك تدور حول تلسكوب هابل الفضائي. استمع هنا ، الحلقة 88: تلسكوب هابل الفضائي.


اسأل إيثان: هل يمكن للمادة المظلمة أن تشرح حقًا بنية الكون؟

يعتمد تكوين البنية الكونية ، على كل من المقاييس الكبيرة والصغيرة ، بشكل كبير على الكيفية. [+] تتفاعل المادة المظلمة مع المادة العادية ، بالإضافة إلى تقلبات الكثافة الأولية التي تعود أصولها إلى فيزياء الكم. الهياكل التي تنشأ ، بما في ذلك مجموعات المجرات والخيوط واسعة النطاق ، هي عواقب لا جدال فيها للمادة المظلمة.

تعاون Illustris / Illustris Simulation

يجب أن تكون المادة المظلمة واحدة من أكثر مكونات الكون المحيرة. على الرغم من أن لدينا دليلًا استثنائيًا في الفيزياء الفلكية على أن المادة الطبيعية في الكون - الأشياء المصنوعة من جسيمات معروفة في النموذج القياسي - لا يمكنها تفسير غالبية تأثيرات الجاذبية التي نلاحظها ، فإن كل هذه الأدلة غير مباشرة. ما زلنا بحاجة إلى الحصول على ذرة من الأدلة المباشرة القابلة للتكرار والتي يمكن التحقق منها لأي جسيم قد يكون مسؤولاً عن المادة المظلمة. يضع الدليل الكلي قيودًا صارمة للغاية على أي تفاعلات غير ثقالية قد تمتلكها المادة المظلمة. ولكن إذا كانت المادة المظلمة تتفاعل فقط عبر قوة الجاذبية ، فهل يمكنها حقًا تفسير بنية الكون؟ هذا ما يريد مؤيد باتريون ، الدكتور ليرد وايتهيل ، أن يعرفه ، متسائلاً:

"إذا لم تتفاعل جسيمات المادة المظلمة وكانت الجاذبية القوة الوحيدة التي تتحكم في حركتها ، فكيف تتحد جسيمات المادة المظلمة في سحابة؟ [بعبارة أخرى ،] لماذا ليست كل الجسيمات زائدية؟ "

هذا سؤال عميق للغاية ، والإجابة تأخذنا إلى أعماق قلب كيفية عمل الجاذبية في الكون. دعونا نبدأ في الفناء الخلفي الخاص بنا.

داخل نظامنا الشمسي ، تأثير الجاذبية للشمس له تأثير مهيمن على كل. [+] الجماهير التي تقترب منه. تمثل الشمس 99.8٪ من كتلة نظامنا الشمسي ، وهذا هو السبب في أن جميع الأجسام التي اكتشفناها تقع مداراتها في واحدة من أربع فئات: دائرية ، أو بيضاوية ، أو قطع مكافئ ، أو قطعي.

هنا في نظامنا الشمسي ، يوجد أكثر من 99.8٪ من الكتلة في موقع مركزي واحد فقط: شمسنا. إذا اقتربت أي كتلة أخرى بما يكفي لتتأثر بشكل كبير بجاذبية الشمس ، فهناك أربعة مسارات فقط يمكن أن تتخذها.

  1. يمكن أن يصنع مدارًا إهليلجيًا حول الشمس ، وهو ما سيفعله دائمًا إذا كان مرتبطًا بالجاذبية.
  2. يمكن أن يصنع مدارًا دائريًا حول الشمس ، وهو أيضًا مرتبط بالجاذبية ولكن لديه مجموعة خاصة من المعلمات المدارية.
  3. يمكن أن يصنع مدارًا مكافئًا حول الشمس ، وهو ما يفعله إذا كان على حق من كونه مرتبطًا بالجاذبية مقابل كونه غير مقيد.
  4. أو يمكن أن يصنع مدارًا زائديًا ، وهو ما سيصنعه دائمًا إذا كان غير مرتبط جاذبيًا.

يقول العلماء إنه لا يوجد سوى كوكب آخر في مجرتنا يمكن أن يكون شبيهًا بالأرض

بالصور: يتألق "القمر الخارق للفراولة" مع انخفاض القمر المكتمل في أول الصيف ، أكبر وألمع قمر

يقول العلماء إن 29 من الحضارات الغريبة الذكية ربما تكون قد رصدتنا بالفعل

الأجسام التي تدخل نظامنا الشمسي من خارجه - المتطفلين بين النجوم مثل أومواموا أو بوريسوف - ستصنع دائمًا مدارًا زائديًا طالما أنها تتأثر فقط بالشمس (وليس أي من الأجسام الأخرى في النظام الشمسي) ) الجاذبية.

أكثر الأشياء الطبيعية غرابة التي تم اكتشافها على الإطلاق في نظامنا الشمسي ، 2I / Borisov يمر للتو. [+] من خلال. في أوائل شهر ديسمبر من عام 2019 ، قامت بأقرب مقارباتها لكل من الشمس والأرض ، مروراً بالداخل إلى مدار المريخ. لقد رحل بوريسوف منذ فترة طويلة ، وهو في طريقه للخروج من النظام الشمسي في مدار زائدي.

Casey M. Lisse ، شرائح العرض (2019) ، الاتصالات الخاصة

هذا لأن الجاذبية هي ما نسميه القوة المحافظة: الأجسام التي تتفاعل فقط مع الجاذبية ستدخل منطقة من الفضاء بنفس السرعة ونفس الطاقة الحركية التي ستتركها معها. ستغير الجاذبية مسار الكائن فقط ، وليس سرعته أو طاقته يتم حفظهما ، حيث لا يتم تحرير أو فقدان الطاقة أو الزخم بواسطة النظام.

على الرغم من أننا لاحظنا أن هذا صحيح في العديد من الحالات - داخل وخارج نظامنا الشمسي - إلا أنه صحيح من الناحية النظرية في الجاذبية النيوتونية ، وسيكون صحيحًا تمامًا في النسبية العامة إذا كنت على استعداد لتجاهل المقدار الضئيل من فقدان الطاقة بسبب موجات الجاذبية. مما يعني أن أي جسم يتفاعل جاذبيًا فقط ، بما في ذلك جسيم المادة المظلمة الوحيد ، سيدخل النظام الشمسي بسرعة معينة ، ويقترب من الشمس ويصل إلى أقصى سرعة ، ويعاد توجيهه عن طريق الجاذبية ، ويخرج من النظام الشمسي بالسرعة نفسها بالضبط (ولكن باتجاه مختلف) مقارنةً بما دخلت به.

يوضح هذا الرسم التخطيطي لنظامنا الشمسي المسار الدرامي للجسم في البداية. [+] عينت A / 2017 U1 (خط متقطع) لأنها عبرت مستوى الكواكب (المعروفة باسم مسير الشمس) ، ثم استدار وعاد للخارج. من المعروف الآن أن هذا الكائن له أصل بين النجوم ، وكان اسمه "أومواموا". ينشأ مداره الزائدي من قانون القوة النيوتونية ، ويترك بنفس السرعة التي دخل بها نظامنا الشمسي.

Brooks Bays / SOEST Publication Services / معهد UH لعلم الفلك

السبب في أن المادة العادية تشكل الهياكل المعقدة التي نراها ، هياكل مثل المجرات ، والعناقيد النجمية ، والأنظمة الشمسية الفردية و "مجموعات" أخرى من المادة ، هو أنها يمكن أن تختبر هذه التفاعلات غير الجاذبية. من خلال القوى الكهرومغناطيسية والنووية ، يمكن للمادة العادية أن تفعل كل ما يلي:

  • تجربة الاصطدامات "اللاصقة" غير المرنة ، حيث يتحد جسيمان أو أكثر معًا لتشكيل جسيم مركب ،
  • تتفاعل مع الإشعاع ، حيث يمكنها إما أن تشع الطاقة بعيدًا (في شكل حرارة) أو تمتص الإشعاع ، وتغيير طاقتها الحركية وزخمها ،
  • ويمكنه تبديد الطاقة بكفاءة ، مما يتيح نوعًا من الانهيار الثقالي لا يمكن للمادة المظلمة أن تمر به.

في حين أنه ، في نظام غير متغير ، فإن جسيم المادة المظلمة الذي يسقط بسرعة معينة سيخرج حتمًا بنفس السرعة (ونصف القطر) التي دخلت عنده ، يمكن للجسيم المكون من مادة عادية أن يتفاعل بطريقة غير جاذبية مع الجميع. الجسيمات الأخرى من المادة العادية والإشعاع بالداخل. بشكل عام ، سوف يتصادم مع تلك الجسيمات ، وينقل الطاقة بينها ، مما يؤدي إلى إنتاج الإشعاع ، وخلق حالة نهائية أكثر إحكامًا من الحالة الأولية.

في حين أن المادة العادية داخل هيكل محدد ، مثل المجرة ، سوف تصطدم وتتفاعل و. [+] تبدد الطاقة ، المادة المظلمة لا تستطيع فعل شيء كهذا. نتيجة لذلك ، تتحد المادة الطبيعية في المركز ، منتجة قرصًا صغيرًا غنيًا بالمادة بأذرع حلزونية ونجوم وكواكب وهياكل أخرى كثيفة للغاية ، بينما تظل المادة المظلمة في هالة كبيرة منتشرة بدون مثل هذا النطاق الصغير. الهياكل.

المادة الطبيعية ، لأنها يمكن أن تبدد طاقتها وزخمها بطريقة لا تستطيع المادة المظلمة أن تكوّن بسهولة هياكل منهارة ومربوطة. من ناحية أخرى ، لا يمكن للمادة المظلمة. إذا كان لديك تفاعلات جاذبية فقط عندما تسقط في بنية ثابتة وغير متغيرة ، فستترك نفس الخصائص التي أدخلتها بها.

لكن الكون ليس حقًا مكانًا ثابتًا لا يتغير ، وهذا يغير القصة بشكل كبير. على وجه الخصوص ، هناك ظاهرتان يجب الانتباه إليهما ، لأنهما يلعبان أدوارًا مهمة.

  1. الكون ليس ساكنًا ولا يتغير ، بل يتوسع بمرور الوقت.
  2. الهياكل داخل الكون ليست ثابتة ولا تتغير ، بل تخضع لنمو الجاذبية بمرور الوقت.

يمكن لكل من هاتين الحقيقتين ، بمفردهما ، تغيير مصير جسيم المادة المظلمة الذي يقع تحت تأثير بنية ضخمة تصادف مواجهتها.

بينما تصبح المادة (الطبيعية والظلام) والإشعاع أقل كثافة مع توسع الكون بسبب. [+] حجمها المتزايد ، الطاقة المظلمة هي شكل من أشكال الطاقة المتأصلة في الفضاء نفسه. عندما يتم إنشاء فضاء جديد في الكون المتوسع ، تظل كثافة الطاقة المظلمة ثابتة. يحتوي كوننا على أنواع عديدة من المادة والإشعاع ، بما في ذلك المادة الطبيعية والمادة المظلمة ، كما يحتوي أيضًا على جرعة من الطاقة المظلمة.

إي سيجل / ما وراء المجرة

1.) الكون المتوسع. تؤدي حقيقة أن الكون يتمدد إلى عدد من الأشياء المهمة. يقلل من كثافة عدد الجسيمات ، لأنه يزيد من حجم الكون مع ترك الكتلة الكلية كما هي. يتسبب في انزياح أحمر في الطول الموجي للإشعاع ، لأن المسافة بين أي نقطتين عشوائيتين في الكون - حتى النقطتين اللتين تحددان ماهية "الطول الموجي" للفوتون الفردي - تمتد بمرور الوقت ، مما يطيل طوله الموجي ويصل به تدريجياً. طاقات أقل.

حسنًا ، الجسيمات الضخمة ، حتى جسيمات المادة المظلمة ، تتأثر أيضًا بتوسع الكون. لم يتم تعريفها بطول موجي كما هي الفوتونات ، ولكن لديها طاقة حركية معينة في أي لحظة من الزمن. بمرور الوقت ، مع توسع الكون ، ستنخفض هذه الطاقة الحركية ، مما يقلل من سرعتها بالنسبة إلى أي مراقب قريب مع توسع الكون.

إليك كيف يمكنك تصويرها.

تُظهر هذه الرسوم المتحركة المبسطة كيف ينزاح الضوء الأحمر وكيف تتغير المسافات بين الكائنات غير المنضمة. [+] بمرور الوقت في الكون المتوسع. لاحظ أن الأجسام تبدأ في وقت أقرب من مقدار الوقت الذي يستغرقه الضوء للتنقل بينها ، والانزياح الأحمر للضوء بسبب تمدد الفضاء ، وينتهي المطاف بالمجرتين بعيدًا عن مسار الضوء الذي يسلكه الفوتون المتبادل بينهم. إذا كان جسيمًا بدلاً من فوتون ، فلن ينزلق إلى الأحمر ، لكنه سيظل يفقد الطاقة الحركية.

تخيل أن لديك جسيمًا يتحرك عبر الفضاء ، من النقطة أ (حيث يبدأ) إلى النقطة ب (حيث سينتهي به المطاف). إذا كان الفضاء لا يتغير ولا يتمدد ، ولم يكن هناك جاذبية ، فإن السرعة التي بدأ بها عند النقطة A ستكون هي نفسها سرعة الوصول عند النقطة B.

لكن الفضاء آخذ في التوسع. عندما يترك الجسيم النقطة A ، يكون له سرعة معينة ، حيث يتم تعريف السرعة على أنها مسافة زمنية. مع توسع الكون ، تتسع المسافة بين النقطة أ والنقطة ب أيضًا ، مما يعني أن المسافة تزداد بمرور الوقت. الجسيم نفسه ، بمرور الوقت ، يقطع نسبة صغيرة من المسافة الفاصلة بين A و B مع مرور الوقت. لذلك ، يتحرك الجسيم نحو B بوتيرة أبطأ بالقرب من نهاية رحلته مقارنة ببداية رحلته.

ينطبق هذا حتى عندما يقترب جسيم المادة المظلمة ويسقط في بنية جاذبية كبيرة ، مثل مجرة ​​أو عنقود مجري. من الوقت الذي يبدأ فيه السقوط في هيكل إلى الوقت الذي سيصل فيه إلى الجانب الآخر ويكون جاهزًا للخروج مرة أخرى ، أدى توسع الكون إلى خفض سرعته ، مما يعني أن الجسيم المتساقط كان غير مرتبط بشكل طفيف بالجاذبية عندما واجهته لأول مرة يمكن أن تصبح البنية مرتبطة قليلاً بالجاذبية بسبب الكون المتوسع.

نمو الشبكة الكونية والبنية واسعة النطاق في الكون ، كما هو موضح هنا مع. [+] تمدد التوسع نفسه ، ينتج عنه أن يصبح الكون أكثر تكتلًا وتكتلًا مع مرور الوقت. في البداية ، ستنمو تقلبات الكثافة الصغيرة لتشكل شبكة كونية ذات فراغات كبيرة تفصل بينها ، حيث أن الهياكل ذات الكتلة الأكبر من غيرها ستجذب بشكل تفضيلي جميع الكتل المحيطة.

2.) نمو الجاذبية. هذا تأثير مختلف قليلاً ، لكنه ليس أقل أهمية: الهياكل المرتبطة بالجاذبية تنمو بمرور الوقت ، حيث يسقط المزيد والمزيد من المادة فيها. الجاذبية هي قوة هاربة في الكون بمعنى أنك إذا بدأت بكون موحد ، حيث يكون في كل مكان من حولك نفس الكثافة باستثناء موقع واحد أكثر كثافة قليلاً من المتوسط ​​، فإن هذه المنطقة ستبتلع تدريجياً المزيد والمزيد من المادة المحيطة بمرور الوقت. كلما زادت الكتلة في منطقة واحدة ، زادت قوة الجاذبية ، مما يسهل جذب المزيد والمزيد من الكتلة مع مرور الوقت.

الآن ، لنتخيل أنك جسيم مادة مظلمة يقع في إحدى هذه المناطق المتنامية جاذبيًا. تدخل هذه المنطقة بسرعة صغيرة ولكنها موجبة ، مرسومًا بكمية الكتلة الإجمالية داخل تلك المنطقة. عندما تسقط باتجاه مركز هذه المنطقة ، فإنك تتسارع بناءً على مقدار الكتلة الموجودة هناك الآن. ولكن عندما تسقط ، تسقط كتل أخرى أيضًا - بعضها مادة طبيعية وبعضها مادة مظلمة - مما يزيد الكثافة والكتلة الإجمالية لمكان وجودك.

تطور الهيكل واسع النطاق في الكون ، من حالة مبكرة وموحدة إلى. [+] الكون العنقودي الذي نعرفه اليوم. إن نوع ووفرة المادة المظلمة من شأنه أن يولد كونًا مختلفًا تمامًا إذا قمنا بتغيير ما يمتلكه كوننا. لاحظ حقيقة أن البنية الصغيرة الحجم تظهر في وقت مبكر في جميع الحالات ، في حين أن البنية على المقاييس الأكبر لا تظهر إلا بعد ذلك بكثير ، لكن هذه الهياكل تصبح أكثر كثافة وتكتلًا مع مرور الوقت في جميع الحالات.

أنجولو وآخرون. (2008) جامعة دورهام

تصل إلى نقطة الذروة في مدارك (أقرب اقتراب لمركز كتلة الهيكل الذي أنت بداخله) ، والآن تبدأ رحلة العودة الطويلة للخارج. لكن مقدار الكتلة التي تشدك الآن ، والتي تحتاج إلى التغلب عليها للتراجع ، قد ازدادت بمرور الوقت. يبدو الأمر كما لو أنك سقطت في نظام شمسي بكتلة شمسنا ، ولكن عندما تذهب للمغادرة ، تجد أنك تحاول الهروب من نظام شمسي بكتلة أكبر ببضع نقاط مئوية من شمسنا. مما يعني ، بشكل عام ، أنك إذا كنت تتحرك ببطء كاف عندما سقطت لأول مرة ، فلن تكون قادرًا على الخروج مرة أخرى ، وستظل ملتزمًا بالجاذبية.

في الواقع ، هذين التأثيرين يلعبان دورًا ، وبينما يمكن أن يؤدي أي منهما إلى أن تصبح المادة المظلمة جزءًا من الهياكل واسعة النطاق المرتبطة بالجاذبية في الكون ، فإن تأثيرهما المشترك يكون أكثر أهمية. عندما تحاكي كيف تتشكل البنية في الكون مع تضمين هذين التأثيرين ، تجد أن المادة المظلمة لا تشكل فقط غالبية الكتلة في هذه الهياكل المقيدة التي تنشأ ، ولكن حتى لو قمت بمحاكاة كون به مظلم فقط المادة - مع عدم وجود مادة طبيعية على الإطلاق - ستظل تشكل شبكة كونية واسعة من البنية.

هذا المقتطف من محاكاة تشكيل البنية ، مع تمدد الكون بشكل متدرج ،. [+] يمثل مليارات السنين من نمو الجاذبية في الكون الغني بالمادة المظلمة. لاحظ أن الخيوط والعناقيد الغنية ، التي تتشكل عند تقاطع الخيوط ، تنشأ أساسًا بسبب المادة المظلمة ، تلعب المادة العادية دورًا ثانويًا فقط.

رالف كالر وتوم أبيل (كيباك) / أوليفر هان

إذا كان الكون كما تصوره أينشتاين في الأصل - ثابتًا ولا يتغير بمرور الوقت - فلن تصبح جسيمات المادة المظلمة مرتبطة بالجاذبية على الإطلاق. أي بنية سقط فيها جسيم من المادة المظلمة ، سترى ، بعد وقت محدد ، أن جسيم المادة المظلمة يهرب مرة أخرى: حالة تنطبق بالتساوي على الكواكب ، والنظام الشمسي ، والمجرات ، وحتى عناقيد المجرات.

ولكن نظرًا لأن الكون يتمدد ، مما يقلل من الطاقة الحركية للجسيمات التي تنتقل عبره ، ولأن الهياكل تنمو أيضًا بقوة الجاذبية بمرور الوقت ، مما يعني أن الجسيم الذي يسقط فيه يواجه وقتًا أصعب في العودة مرة أخرى ، فإن جزيئات المادة المظلمة تنتهي بقوة جاذبية داخلها الهياكل. على الرغم من أنها لا تصطدم أو تتبادل الزخم أو تبدد الطاقة بطريقة أخرى ، إلا أنها لا تزال تساهم بطريقة ذات مغزى في بنية الكون واسعة النطاق. في حين أن المادة العادية فقط تنهار لتشكل هياكل فائقة الكثافة مثل النجوم والكواكب ، تظل المادة المظلمة في هالات وشعيرات كبيرة منتشرة. عندما يتعلق الأمر ببنية الكون واسعة النطاق ، فإن وجود المادة المظلمة له تأثير واضح لا يمكننا ببساطة تجاهله.


التلوث الضوئي يضر بالبيئة

بشكل عام ، الإجراء الأكثر شيوعًا هو أن التلوث الضوئي يتغير ويتداخل مع توقيت الأنشطة البيولوجية الضرورية. لنصف الحياة تقريبًا ، تلك الأنواع الشفقية والليلية التي تبدأ أنشطتها اليومية عند غروب الشمس ، تقيد الأضواء الاصطناعية في الليل حياتها بشكل خطير ، وتعريضها للحيوانات المفترسة وتقليل الوقت الذي يتعين عليها العثور على الطعام أو المأوى أو الرفقاء والتكاثر .

إن افتراض أن الكائنات الحية الأخرى على هذا الكوكب سوف "تتكيف" فقط مع جداول الإضاءة التي أنشأناها حديثًا من أجل الراحة التجارية ، فهذا أمر غير مبالٍ ومجنون. لسوء الحظ ، من الأسهل بكثير إعداد ضوء مثبت بشكل سيئ بالخارج بدلاً من فهم الآثار السلبية التي يلقيها الضوء عليها. على سبيل المثال ، تساهم طرق الولايات المتحدة بكمية هائلة من الضوء الضائع. يمكن إعادة تصميم كل تلك الإضاءة السيئة عن طريق استبدال مصابيح الهالوجين 300 وات الموجهة لأعلى بأضواء LED أكثر كفاءة وتوجيه مصابيح LED لأسفل. مع مرور الوقت ، سيكلف ذلك دافعي الضرائب أقل بكثير دون التسبب في تغيير واحد في جودة المعلومات التي يتم تسليمها للمسافر أو المساومة على سلامتهم. تبدو مثل هذه الإضاءة مهدرة بشكل خاص لأن المصابيح الأمامية في السيارات أكثر من كافية لإضاءة اللافتات ، وبالتالي فإن الأضواء ليست ضرورية حقًا على الإطلاق الآن.

ومع ذلك ، فإن الإضاءة السيئة لا تتوقف عند الطرق فقط. كتب تيفاني صالح مقالًا جيدًا عن "تأثيرات الإضاءة الاصطناعية على الحياة البرية" موضحًا ذلك في موقع ويب WildlandsCPR.org.

توفر هذه الصفحة معلومات تنظيمية حول بعض تأثيرات التلوث الضوئي على الأنواع المختلفة التي عاشت على هذا الكوكب لفترة أطول بكثير منا نحن البشر "john-come-lately". سيساعدك عمود القائمة الأزرق الداكن الموجود على اليسار أيضًا على التنقل في هذه الصفحات أثناء نموها.

في غضون مائة عام فقط ، كان لخلقنا ليلة لا تحدث أبدًا بعض التأثيرات الحقيقية على الحيوانات التي كانت هنا قبلنا. لنفس مشاكل كبت الميلاتونين التي نواجهها مع الأضواء في الليل ، تخلق مشاكل مماثلة في الحيوانات. الميلاتونين هو المنظم الهرموني كرونوبيوتيك لنمو الخلايا الورمية ، مما يعني أنه مجرد إشارة هرمونية لساعتنا البيولوجية ، ويستخدم لمثل هذه الوظائف في الثدييات في جميع أنحاء العالم. يصفه علماء الأحياء بأنه الهرمون الأكثر تطوريًا الذي نعرفه ، مما يعني أنه أحد أقدم الهرمونات المعروفة عبر شجرة الحياة والتي تشير أساسًا إلى الجينات والأعضاء سواء كان ذلك في النهار أم لا. ومن ثم فإن التلوث الضوئي يؤثر على الحيوانات أيضًا. إن مجرد إلقاء نظرة سريعة على المقالات الموجودة في صفحات التلوث الضوئي مقابل صحة الإنسان تؤكد هذه الحقيقة بسهولة حيث يتم إجراء اختبار الميلاتونين مرارًا وتكرارًا على أنواع الفئران. في الواقع ، يوجد في جميع الكائنات الحية تقريبًا.

لكن الميلاتونين هو أكثر من مجرد هرمون قديم مدفون في أعماقنا والحيوانات التي تتأثر. يُخبر الليل الكثير من الحيوانات متى تأكل ، ومتى تنام ، ومتى تصطاد ، ومتى تهاجر أو حتى تتكاثر ، ويقدر أن نصف الحياة على الأرض تبدأ أنشطتها اليومية عند غروب الشمس. فيما يلي سرد ​​موجز وغير مكتمل لكيفية إلحاق التلوث الضوئي بالأشخاص الذين يعيشون خارج عالمنا المادي.

ليلة التلاشي - فيديو يوتيوب بواسطة Astrogirlwest

ماذا يحدث عندما تختفي كل الأماكن المظلمة؟
التلوث الضوئي: نادرًا ما يتم التعرف على عواقبه الحقيقية المدمرة ، لكنها مشكلة ذات حلول سهلة منطقية من الناحية الاقتصادية. تعتمد جميع الكائنات الحية على إيقاع الأرض المنتظم ليلا ونهارا لتنظيم الدورات الداخلية. يستخدم الكثيرون حماية الظلام للبحث عن الطعام والتزاوج بأمان. نحن نعيش في توازن مع بيئتنا ، توازن دقيق نقوم بتغييره. في هذه العملية ، نفقد أيضًا ارتباطنا بسماء الليل والكون وراءها.

فلاش: دراسة جديدة تفيد ذلك يمكن أن تؤدي الأضواء المضاءة ليلاً إلى تفاقم ظروف الضباب الدخاني في المدينة تكسر أشعة الشمس NO الراديكالي للنترات3، لذلك تتراكم مستوياته أثناء الليل. أثناء قيامه بذلك ، فإنه يحيد بعض أكاسيد النيتروجين الأخرى (NOx) التي تساهم في الضباب الدخاني. ولكن ليس ضوء الشمس فقط هو الذي يمكن أن يفسد NO3 يمكن لأي ضوء القيام بذلك ، خاصة أضواء المدينة التي تُركت مضاءة طوال الليل. Streetlights are often immediately next to the sources of the exhaust creating smog and are measured to be about 25 times stronger than the light of a full Moon. This combined effect reduces the natural cleaner NO3's levels down by 7%, which then increases the smog components by a non-negligible 5%.

Now add to that the practice of additional outdoor lights on for the holiday season .

Click below to additional pages covering effects of light pollution on plants and animals in:

The old Lakota was wise. He knew that man's heart away from nature becomes hard he knew that lack of respect for growing, living things soon led to lack of respect for humans too.

-- Chief Luther Standing Bear

Links to Other Sites

The Florida Fish and Wildlife Conservation Commission has their own pages about light pollution effects on various biological organisms. Check them out as they are in the field, obseving these effects directly!

The SkyKeepers.org out in California has their own Ecological Light Pollution page covering additional articles and reports on the effects of lights at night and the environment.

light pollution harms the environment harms animals environmental problem Florida Palm Beach County Broward County Miami Dade County light pollution in the deserst Las Vegas light pollution


W ayne h u

Key Concepts

  • Position of peaks mainly sensitive to curvature
  • Shapes fixed by the physical density of matter and baryons
  • Missing or " dark energy " plays a small roll in the position of peaks

As advertised, the position of that first peak in the power spectrum of the anisotropies, and indeed all of the peaks, depend sensitively on the spatial curvature of the universe. As the curvature of the universe decreases (and in fact becomes negative in the yellow curve below)

the peaks move to smaller angles (higher multipole l) while preserving their shape. Cosmologists fraction of the critical density in matter &Omega م so that as 1-&Omega م increases from zero, the universe becomes increasingly negatively curved if there is no other forms of "missing energy" that we've missed in our accounting.

In the blue curve, we assume that there is indeed a form of "missing" or dark energy in a cosmological constant that makes the universe flat despite a sub-critical density of matter. We see that the positions mainly care about the curvature of the universe but there is a small shift to larger angular scales (lower multipoles) through the introduction of a cosmological constant. This is because the cosmological constant produces a small change in the distance light can travel since recombination , a fact that is related to its well known effect on the age of the universe.

Note that in the above figure we assume that the physical density of the matter (&Omega م h 2 ) is fixed. This is different from saying its fraction of the critical density (&Omega م ) is fixed since the Hubble constant (h), or expansion rate today, enters into the definition of the critical density. Given our current uncertainties about the physical density of the matter, the distance that sound can travel by recombination is currently uncertain, a fact related to the matter's effect on the age of the universe at recombination. Likewise we have assumed that the physical density of the baryons (&Omega ب h 2 ) is fixed. Baryons lower the speed of sound in the medium and hence also affect the distance sound can travel. Luckily both of these quantities dramatically change the shape of the peaks as we shall see. They will be measured once the higher peaks are detected and will no longer confuse the measurement of the curvature. As it turns out, the sound horizon is not a standard ruler but rather a standardizeable ruler .


How does light affect the universe? - الفلك

A lot about the world has been learned during the past few centuries, but some mysteries still remain. Apparently, Nature has not revealed to us all her secrets but scientists are hard at work trying to decipher them.

On August 28, 1999, National Public Radio's Science Friday program presented some of the greatest unsolved problems in science. Here is Jupiter Scientific's list.

More detailed information will be provided in the coming months, so come back and find out more.

In Astronomy: The Mystery of Dark Matter

What Is Dark Matter?
Astronomers have discovered that there is an amazing halo of mysterious invisible material that engulfs galaxies and clusters of galaxies. Astronomers have no idea what it is, and it composes about 95% of the mass of the Universe.
If It's Invisible, Then How Does One Sense Its Existence?
Astronomers have detected dark matter indirectly through its gravitational pull. For example, dark matter causes the stars in the outer regions of a galaxy to orbit faster than they would if there was only ordinary matter present.
What Are Some of the Speculations as to Its Composition?
If neutrinos have mass, they might be a component of dark matter. Black holes and undiscovered, exotic elementary particles are other possibilities.
Why Is Dark Matter Important?
Dark matter played a crucial role in galaxy formation during the evolution of the cosmos. It also determines the ultimate fate of the Universe.

Click here for additional information about dark matter.
To read a transcipt of a radio broadcast on dark matter, click here.

In Gravity: The Construction of a Consistent Quantum Theory of Gravity

What Is the Difficulty?
The theory of gravity as formulated by Einstein is incompatible with the rules of quantum mechanics. Theorists encounter serious difficulties when trying to construct a quantum version of gravity.
How Would Our Understanding of Gravity Be Affected?
A quantum gravity theory would lead to few noticeable effects in the macroscopic world. At distances much, much smaller than an atom, however, Einstein's gravity theory would be significantly changed.
Why Is This Problem Important?
Quantum mechanics and gravity are two great pillars of science. The marriage of these two principles would create a new fundamental understanding of Nature. There could also be implications for black holes.

For a more detailed discussion, click here.

In Particle Physics: The Mechanism That Makes Fundamental Mass

What Is the Problem?
The masses of the electron, proton and neutron are generated through what-is-called "electroweak breaking," but particle physicists do not know how this breaking mechanism works.
Does "Electroweak Breaking" Affect the Macroscopic World?
Since all material is made of atoms and since atoms are made of electrons, protons and neutrons, the "breaking" produces the mass of everything.
When Are Scientists Likely to Solve This Problem?
The Large Hadronic Collider, which is being built near Geneva, Switzerland, should be completed around the year 2005. By the end of the next decade, physicists probably will know the answer.

Click here for more information. See also the Jupiter Scientific report on the Possible Discovery of the "God Particle".

In Theoretical High-Energy Physics: The Unification of the Basic Forces

In Cosmology: The Creation of the Universe

In Biology: How the Basic Processes of Life Are Carried Out by DNA and Proteins

In Neuroscience: Free Will

Other Important Scientific Problems:

In Astrophysics: The Source of Gamma Ray Bursts

In Theoretical Cosmology and Particle Physics: The Cosmological Constant Problem (A caller on the August 28 Science Friday broadcast asked a question about this important issue)

Update: Recent observations indicate that the Universe is accelerating and therefore a non-zero cosmological is likely. This increases the importance of the cosmological constant problem. However, theorists have invented a new solution call quintessence.

In Particle Physics and Astrophysics: The Solar Neutrino Problem

Update: This problem is most likely solved. There is strong evidence that neutrinos have mass and that electron neutrinos emitted in the core of the Sun transform into other neutrinos via oscillations on their way to the Earth.

In Solid State Physics: The Mechanism Behind High-Temperature Superconductors

In Biology: Protein Folding

In Neuroscience: Consciousness (Floyd Bluhm, the editor of Science magazine, raised this important issue in the August 28 Science Friday broadcast)

In Paleontology: How Present-Day Microbiological Information Can Be Used to Reconstruct "The Ancient Tree of Life"

In Geology: The Dynamics of the Inner Earth

In Geology: Earthquake Predicting

In Chemistry: How Microscopic Atomic Forces Produce Various Macroscopic Behaviors

In Chemistry: The Fabrication and Manipulation of Carbon-Based Structures (Fullerenes)

If you have a suggestion for this list of great unsolved problems in science, please e-mail it to [email protected]


This report was prepared by the staff of Jupiter Scientific, an organization devoted to the promotion of science through books, the internet and other means of communication.

This web page may NOT be copied onto other web sites, but other sites may link to this page.


Q: Why does the entropy of the universe always increase, and what is the heat death of the universe?

فيزيائي: The increase of entropy is just how a scientist talks about the fact that the universe tends to do the most likely thing. For example, if you throw a bucket of dice you’ll find that about a sixth of them will be 1, about a sixth will be 2, and so on. This has the most ways of happening, so it’s the most likely outcome, and for the same reason it’s the outcome with the highest entropy.

High entropy. Arrangements of lots of dice tend, over time, to end up like this.

In contrast, you wouldn’t expect all of the dice to be 4 at the same time, or otherwise assume one particular pattern. That would be a very unlikely and low entropy outcome.

Audrey Hepburn is one of the lower entropy states you’ll find. Or rather, will never find, because it’s so unlikely. You have to sit back and squint a little to see it.

“Entropy” is just a mathematical tool for extending the idea down to atomic interactions, where we don’t have a nice idea like “dice” to work with.

One of the things that increasing entropy does is to spread out heat as much as possible. If you have a hot object next to a cold object, then the heat will spread so that the cooler object heats up, and the hotter object cools down, until the two are at the same temperature. The idea (the math) behind that is the same as the idea behind mixing fluids or sands together. There are more ways for things to be mixed than sorted.

The same thing happens on a much larger scale. The Sun, and every other star, is radiating heat into the universe. But they can’t do it forever. Eventually the heat will have spread out so much that there won’t be warmer objects and cooler objects. Everything will be the same temperature. The same, very cold, temperature. The vast majority of the universe is already screaming cold, so the heat death of the universe is just about burning what fuel there is and mixing the heat so created into the ever-expansive, cold, and unyielding cosmos. Both the burning of fuel (mostly through fusion in stars) and the distribution of heat are processes which increase entropy.

The cold and unyielding cosmos. What’s the stupid point of anything?

Once everything is the same temperature, the universe attains a “steady state”. With no energy differences, there’s no reason for anything to change what it’s doing (all forces can be expressed as an energy imbalance or “potential gradient“). Heat death is the point at which the universe has finally settled down completely (or تقريبيا completely), and nothing interesting ever happens again.

Which is depressing, but it is a fantastically long time away. There are a hell of a lot of other bad things that’ll probably happen first.

The eminent philosophers Flanders and Swann have a more up beat take on the heat death of the universe:

“Heat is work, and work’s a curse,

and all the heat in the universe,

is gonna cool down. ‘Cause it can’t increase,

then there’ll be no more work, and there’ll be perfect peace.


Bringing the Universe to Classrooms and Homes around the World!

Sir Isaac Newton didn't use his telescope to find any new things in the universe but he did use it to radically transform how we view the world we live in and the universe as a whole.

Sir Isaac Newton is often considered as the greatest Astronomer and Mathematician to ever live. There is a lot of validity to this claim. This article looks at his famous reflector telescope and describes some of his discoveries.

A reflector telescope is one that uses a mirror rather than lenses to bend light and magnify images. Reflector telescopes, because they are easier to make and can be made in sizes much larger than refractors, are an invention that changed astronomy and our understanding of the universe. The largest refractor telescope in the world is forty inches in diameter and reflector telescopes dwarf this in comparison. There are currently several reflector type scopes that are over four hundred inches in diameter.

Sir Isaac Newton surrounded by symbols of some of his greatest findings.
Illustration by Jean-Leon Huens, National Geographic Stock.

Why a reflector is better than a refractor

If you are familiar with a prism or a rainbow you can understand why reflectors are superior to refractors. When light passes through the glass the different bands (or colors) pass through at different angles and this causes aberrations or problems in the images. This is called chromatic aberration and it gives us distorted views of what we see through a lens. In the time of Newton glass making and lens making was very primitive and the problems of chromatic aberration were not yet overcome. Today we can make lenses that have almost no chromatic aberration but we can’t make them very large. When a lens gets to be really large it gets very heavy and its own weight will distort the lens and ruin the image.

Newton’s telescope solved these problems. A mirror doesn’t pass light through it. It simply bounces all the light off the surface. There is no chromatic aberration at all. And because you only need to bounce light off the surface you can place the whole mirror on a supporting structure or base which takes a lot of the weight off the mirror. This way you can build much larger mirrors without any distortion.

It is commonly thought that Newton invented the first reflector telescope but it isn’t true. Credit for making the first reflector goes to an Italian Monk, Physicist, and Astronomer named Niccolo Zucchi. He published a book on Optics in the 1650s and it is this book that inspired Sir Isaac Newton to build his own telescope. Zucchi created his first reflector around 1616 while Newton completed his first (and famous) telescope in 1670. But while Zucchi did make some new discoveries with his telescope it didn’t work well and was difficult to make and to use. It was Newton’s telescope that worked really well and that brought the art and science of reflectors into the world of science.

The real genius of Newton’s Telescope

All of that stuff is remarkable but there is something much more important in Newton’s Astronomy and in his telescope. He didn’t after all, discover moons around Jupiter like Galileo did, or plot the return of a comet-like Halley did. But what he did do was tie in Mathematics, Astronomy, and our understanding of the universe using his telescope and his theory of universal gravitation. He proved mathematically that gravitation was a two-way operation and that while the earth pulled on a falling apple so the apple too pulled on the earth. This was clearly seen, calculated Psychology Articles, and confirmed in the motions of heavenly bodies which was refined and made possible by the new science of reflector telescopes which we can credit to Newton.

Sir Isaac and his telescope carried on with the work of Copernicus and Galileo by furthering our understanding of the universe we live in and helping us to realize there are laws that govern the whole of the universe. And this rule holds true for falling apples and for planets revolving around stars.


How Fast Does Light Travel in Water vs. Air? Refraction Experiment

How fast does light travel, and does it travel faster in water or air? The fastest thing in the whole universe is the speed of light in a vacuum (like outer space!), clocking in at a great 2.99 x 10 8 m/s. Light travels in waves, and we call this traveling propagation. Propagation of waves has both a speed and a direction, called the velocity. The velocity of light changes depends on the material it travels through.

Light waves can be changed in a few different ways. Reflection is when the waves bounce off a surface and change direction, like when they hit a mirror or pool of water. Diffraction spreads out light waves an example of this is water vapor in the air diffracting light from the sun to create a rainbow. The third type of light behavior is refraction. Refraction is where light waves pass through a material (what scientists call a medium) and change direction. Have you ever stuck your arm beneath the surface of the water in a fountain or swimming pool, and wondered why it looks like it has a sharp bend in it right at the surface? This is because of refraction!

In this project, you will use a laser to measure refraction through different media. Laser is an acronym for &ldquoLight Amplification by Stimulated Emission of Radiation,&rdquo which in simple terms means you are firing beams of light in a straight line.

Problem

How does light refract differently when traveling through different media?

Materials:

  • Sheets of paper
  • Pencil
  • Colored marker
  • Ruler
  • Protractor
  • Calculator
  • Rectangular transparent material at least ¼&rdquo thick. Some examples include:
    • Glass
    • Plexiglass
    • Plastic
    • Gelatin
    • Glass dish filled with water
    • Clear plastic dish filled with water

    Procedure

    1. Fold a clean sheet of paper in half.
    2. Place one of the test materials on the folded sheet of paper so the centerline of the object is on the fold.
    3. Trace the outline of the object onto the paper with the pencil.
    4. Use a colored marker to make a small dot on the edge of the sheet. This is where you will aim the laser. This dot should be on the same side as the fold, at least 1.5 inches from the fold. Why should the place where the laser will be aimed be marked?
    5. Lay the laser down on the table or countertop and adjust the beam so it enters the page at the colored dot you made and hits the object at the centerline fold.

    1. Turn the lights off if it makes it easier to see the laser beam.
    2. Mark the laser beam path in and out of the object with a few dots using the pencil.
    3. Use the protractor to measure the angle of incidence and angle of refraction. Record the data and be sure to include any observations. The angle of incidence (&theta1) is the angular distance from a reference (in this case the centerline fold) at which the laser beam approaches and hits the object. In this case, the medium is air. ال angle of refraction (&theta2) is the angular distance from a reference (in this case, the centerline fold) that light travels through the new medium:

    نتائج

    Light will have the fastest velocity when it travels through the air. Light will have the slowest velocity when it travels through gelatin.

    Light slows down when passing through different transparent materials. The more it slows down, the more it bends when it hits a medium made of that material. Snell&rsquos Law of Refraction shows the relationship between incidence and refraction angles and the phase velocities of the materials involved. For this experiment, your laser beam traveled through an air phase before hitting the phase of whatever solid you chose. Snell&rsquos law states that the ratio of the sine of the incidence to the refraction angles, ثيتا, is equal to the ratio of the phase velocities, الخامس.

    Another variation on Snell&rsquos law includes the index of refraction, ن. The previously stated Snell&rsquos law is equal to the reciprocal of the ratio of the indices of refraction.

    The index of refraction is a dimensionless number, or a number without any units. Dimensionless numbers are used to be able to compare two different objects on the same parameters. The index of refraction describe how light travels through a medium.

    Where ج is the speed of light in a vacuum (2.99 x 10 8 m/s) and الخامس is the speed of light in the medium you are measuring in m/s.

    Going Further

    Try adding salt or sugar to the water in the container and perform the experiment again. What happens? Is the velocity different when you dissolve solids in the liquid? You can also try measuring other see-through liquids like clear soda or liquid soap. You can also try using different shaped objects like prisms to see how light is refracted differently.

    Disclaimer and Safety Precautions

    Education.com provides the Science Fair Project Ideas for informational purposes only. Education.com does not make any guarantee or representation regarding the Science Fair Project Ideas and is not responsible or liable for any loss or damage, directly or indirectly, caused by your use of such information. By accessing the Science Fair Project Ideas, you waive and renounce any claims against Education.com that arise thereof. In addition, your access to Education.com's website and Science Fair Project Ideas is covered by Education.com's Privacy Policy and site Terms of Use, which include limitations on Education.com's liability.

    Warning is hereby given that not all Project Ideas are appropriate for all individuals or in all circumstances. Implementation of any Science Project Idea should be undertaken only in appropriate settings and with appropriate parental or other supervision. Reading and following the safety precautions of all materials used in a project is the sole responsibility of each individual. For further information, consult your state's handbook of Science Safety.


    Short Answers To Big Questions: What Is Dark Matter?

    Short Answers To Big Questions: What Is Dark Matter?

    "Dark matter is a very big mystery," Barkana says. "We know it's most of the matter in the universe, but we have no idea about its properties."

    Scientists only know about dark matter because they have observed the effect of its gravity. "Other than gravity, we haven't had any clues," he says.

    He began to think about dark matter in the context of the first stars, and did some calculations. His work suggests the hydrogen gas could be cooled by interactions with dark matter particles that are relatively light, as opposed to the heavier mass people have been theorizing.

    "The idea that a detectable radio signal from the cosmic dawn can be connected to the particle properties of dark matter suggests a potentially revolutionary angle for exploring fundamental physics," Lincoln Greenhill of Harvard University wrote in an opinion article for طبيعة about the new work.

    Everyone agrees that another group working independently needs to confirm the existence of this radio signal from the early universe. "It's very important that this whole result we've got definitely needs to be confirmed, absolutely," says Rogers.

    But if the temperature discrepancy holds up, then the argument over what explains it can really begin in earnest. "It's a really, really interesting result, and a very exciting one as well," says Katie Mack, an astrophysicist at North Carolina State University. "This was not something that was predicted by any of the usual astrophysical models."

    With the exception of the afterglow of the Big Bang itself — the cosmic microwave background — this observation marks the farthest back in time that scientists ever have been able to investigate, says Mack.

    "It's the earliest detection of any kind of astrophysics, ever," she says. "This is a signature of the very first stars in the universe, and the very first black holes in the universe. This is way earlier than anything else."

    The idea that dark matter might play a role makes this even more intriguing. "If that's the case, then we've detected the first non-gravitational interaction between dark matter and anything," says Mack, who says this may turn out to be the first evidence that "dark matter does anything at all other than sit there and gravitate."


    شاهد الفيديو: الصف السابع العلوم كيف يؤثر الضوء على النباتات المائية 1 (يونيو 2022).


تعليقات:

  1. Pan

    أؤكد. أنا أتفق مع كل ما سبق. دعونا نناقش هذا السؤال. هنا أو في PM.

  2. Ercole

    بدلاً من الانتقاد ، ننصح الحل للمشكلة.

  3. Raff

    وهل هو فعال؟

  4. Tojora

    يا له من موضوع رائع

  5. Weldon

    آسف ، لقد حذفت هذا الفكر :)

  6. Ninris

    بالضبط. إنه تفكير جيد. احتفظ به.



اكتب رسالة