Мы привыкли, что ученые рассказывают нам о математике и физике, лежащих в основе астрономических событий. Но что заставляет нас чувствовать изучение космоса?
Ключевые выводы
- Астрофизик - это ученый, изучающий физические процессы, лежащие в основе явлений, которые мы наблюдаем во Вселенной, от частиц до планет, галактик и космоса.
- Но когда мы смотрим на ночное небо или делаем снимок с передовой обсерватории, мы видим те же цвета и яркость, что и любой другой человек.
- С теми знаниями и опытом, которые мы приобрели, однако, у нас несколько иные точки зрения, чем у большинства людей, и это приводит к другому внутреннему опыту для нас.
Если вы хотите знать, что происходит во Вселенной, лучше всего спросить об этом астрофизика. Изучая не только объекты и явления, которые мы можем наблюдать во Вселенной, но и лежащие в их основе физические законы, мы можем прийти к пониманию ответов на некоторые из величайших вопросов. С незапамятных времен мы размышляли над такими вопросами, как:
- Что такое Вселенная?
- Что содержится внутри, и как эти объекты формируются и ведут себя?
- Сколько лет и насколько велика наша наблюдаемая Вселенная?
- Как он возник и как стал таким, какой он есть сегодня?
- И какова его окончательная судьба?
А как насчет ощущений, которые мы испытываем, изучая, наблюдая и думая о небесных объектах за пределами Земли? Что происходит в сердце такого астрофизика, как я? Это то, что хочет знать сторонник Patreon Роб Хансен, спрашивая:
“Вы написали очень много слов о математике и физике звезд. Вы не думали сделать колонку о том, что звезды заставляют вас чувствовать?»
Для меня это необычный вопрос, но он не менее важен, чем любой научный вопрос, который можно задать. В конце концов, существует целая Вселенная, и чем больше времени и усилий мы тратим на ее изучение и изучение, тем больше она может на нас повлиять.
На этой фотографии ночного неба над Очень Большим Телескопом на Паранале рука и кисть показаны в угловом масштабе. Обведенный ноготь на мизинце занимает на небе около одного квадратного градуса, в то время как угловое расстояние между мизинцем и указательным пальцем составляет около 12 градусов: на величину, на которую кажется, что Луна смещается по небу от ночи к ночи.
Каждый раз, когда я смотрю на небо ясной темной ночью, я вспоминаю, каково это было, когда я смотрел вверх в детстве. С 9-го этажа квартиры в Йонкерсе, штат Нью-Йорк, я помню, как вышел на наш маленький балкон и увидел Луну, горизонт Нью-Йорка, огни города и несколько звезд. Я научился определять Большую Медведицу и находить по ней Полярную звезду: следуя за двумя последними звездами в чаше ковша. Помню, когда мне было 6 лет, я купил телескоп - астрономы-любители называют его убийцей хобби - и безрезультатно навел его на полную Луну. Тем не менее, насколько я мог видеть, я помню, как меня переполняло удивление от того, что там было и насколько огромным все это казалось.
Но я также помню, как в 11 лет я отдыхал на севере, в горах Катскилл, вдали от светового загрязнения, с которым я привык. Я помню, как лежал на травянистом склоне холма и смотрел в ночное время, и меня благоговело то, что казалось бесконечным навесом из звезд.(На самом деле, наверное, было ближе к нескольким сотням; я впервые увидел Млечный Путь только в 22 года.) Помню, я чувствовал, что теряю равновесие, и что бездна космоса окружает меня и что я могу легко потеряться в нем. Помню чувство, когда впиваюсь пальцами в травинки, вцепляюсь в них, чтобы как-то не упасть «вверх» в бесконечную ночь.
В гиперторической модели Вселенной движение по прямой линии вернет вас в исходное положение даже в неискривленном (плоском) пространстве-времени. Без доступа к многомерному представлению о том, каким нам кажется наш трехмерный мир, мы не можем знать или измерить его истинные размеры и форму в пространстве.
Я помню, как был подростком, лет 14-15 или около того, ночью гулял у воды. Я помню, как смотрел вверх и думал о звездах, которые были на пределе того, что я мог видеть, и о звездах и галактиках, которые должны быть далеко за ними. Я вспомнил, как задавался вопросом: может ли какая-либо из звезд, появляющихся в одном направлении, совпадать с любой из звезд в другом направлении? Если бы вы путешествовали по прямой достаточно быстро и достаточно долго, вернулись бы вы в конце концов к исходной точке? Люди, с которыми я был, были расстроены и ошеломлены такой мыслью, но меня это только наполнило удивлением.
И я помню, как впервые успешно использовал собственное астрономическое оборудование. Я помню, каково было видеть кольца Сатурна и его яркую лунную булавку, Титан, в одиночестве. Я помню, как направил свой телескоп на Плеяды и увидел не просто 6 или 7 звезд, а слишком много, чтобы сосчитать. Я помню, как самостоятельно нашел свою первую галактику - Мессье 81 - и всего через несколько секунд нашел вторую: близлежащую Мессье 82. Я помню, как видел галактику Андромеды и туманность Кольцо и поражался тому, что я мог и не мог одновременно. увидеть с помощью бинокля и телескопа. И я помню благоговение, которое я испытал, когда увидел, сколько тысяч и тысяч «невидимых» для моего невооруженного глаза объектов стали видимыми, яркими, цветными и со своими характеристиками, просто если посмотреть вверх с помощью подходящего оборудования.
На этом многоволновом изображении двух крупнейших и ярчайших галактик в группе M81 видны звезды, плазма и нейтральный газообразный водород. Газовый мост, соединяющий эти две галактики, падает на обоих членов, вызывая образование новых звезд. Обе галактики меньше и имеют меньшую массу, чем Млечный Путь, но в обеих находятся гораздо более массивные сверхмассивные черные дыры, чем у нас.
Эти чувства остаются со мной каждый раз, когда я смотрю вверх, но к ним присоединяются новые, которые - по крайней мере для меня - обогащают мой опыт, когда я смотрю вверх и удивляюсь. Знание того, что представляет собой каждая звезда и как она работает, как цвет звезды связан с ее температурой и состоянием ионизации ее различных атомов, как эффекты внутренних процессов распространяются на поверхность и, наконец, высвобождаются во Вселенную, дает информацию о том, как я себя чувствую. о каждой звезде, на которую я смотрю. Знание того, что у каждого есть своя история, от формирования до окончательной смерти, и своя собственная система планет, лун и других ледяных и каменистых тел, наполняет меня вопросом о том, что есть, чего нет и что может быть вне там.
Я видел тысячи и тысячи профессиональных астрономических изображений, от фотопластинок и отдельных спектров до великолепных полноцветных панорам и глубоких полей многих областей неба, полученных с различных космических и наземные телескопы. Однако, когда я смотрю на них, я не просто вижу то, что раскрывают эти чудеса современной технологии, но также пытаюсь заполнить пробелы в том, что должно быть там, но выходит за рамки возможностей данных для раскрытия. Сколько галактик и звезд слишком тусклых, слишком далеких или чей свет падает не в том диапазоне длин волн, что эти изображения не могут их показать?
В ходе различных кампаний с длительной выдержкой, таких как экстремальное глубокое поле Хаббла (XDF), показанное здесь, были обнаружены тысячи галактик в объеме Вселенной, который представляет собой долю миллионной части неба. Это изображение содержит 5 500 галактик, но занимает всего 1-32 000 000 всего неба. Но даже со всей мощью Хаббла и всем увеличением гравитационного линзирования все еще есть галактики, которые мы не в состоянии увидеть.
Это заставляет меня задуматься о важных вопросах: о тех, на которые мы уже ответили, и о тех, на которые нам еще предстоит ответить. Из чего состоит реальность на фундаментальном уровне и как эти субатомные составляющие взаимодействуют друг с другом, приводя к сборке структуры, которую мы видим в космических масштабах. Как некоторые звезды, которые мы видим, почти так же стары, как сама Вселенная, в то время как другим всего несколько миллионов лет: по сравнению с этим космическое мгновение ока. Удивительно, как практически все это состоит из материи, и все же как достаточное объяснение того, как образовался избыток материи (по сравнению с антиматерией), все еще ускользает от нашего понимания того, откуда мы произошли.
Как должен существовать океан темной материи - или что-то эквивалентное ему и неотличимое от него - отвечающее за то, чтобы удерживать вместе галактики, скопления галактик и космическую паутину, и все же как все это по-прежнему недостаточно, чтобы обратить расширение Вселенной вспять и в конечном итоге привести к Большому сжатию. Как галактики, какими бы огромными и массивными они ни были, сбиваются в группы и скопления, но пространство между этими отдельными группами и скоплениями расширяется. И как во Вселенной существует дополнительная форма энергии, которую мы называем темной энергией, которая сегодня не только управляет космическим расширением, но и управляет этими группами, скоплениями и тем, что в противном случае было бы еще более крупными структурами, отделенными друг от друга.
Сталкивающееся скопление галактик «Эль-Гордо», крупнейшее из известных в наблюдаемой Вселенной, показывает те же признаки темной материи и обычной материи, что и другие сталкивающиеся скопления. Практически нет места для антиматерии ни в этой, ни на границе любых известных галактик или галактических скоплений, что сильно ограничивает ее возможное присутствие в нашей Вселенной.
В некотором смысле, я знаю, это заставляет меня чувствовать себя жадным: как будто, если бы я мог просто знать ответы на все вопросы, которые у меня есть сегодня, я каким-то образом смог бы лучше понять наше существование.. Что предметы, о которых я думаю, могут быть наполнены смыслом, который я мог бы различить и затем поделиться с другими, подобно тому, что чувствуют астронавты, когда они видят всю Землю сразу с большого расстояния. То, что знание того, откуда мы пришли и как мы оказались здесь, во всех его славных, кровавых подробностях, помогло бы мне лучше понять, что такое само существование.
И все же, размышляя над этими вещами, я чувствую, как мой разум движется в двух направлениях одновременно.
- Размышляя о далеких уголках космоса, я думаю о том, что находится там, за его пределами. За пределами наблюдаемой Вселенной, за будущим пределом видимости, за пределами жизни и смерти всех звезд, звездных остатков и черных дыр, которые существуют там; после горячего Большого Взрыва и обратно к любому «событию» - если оно вообще имело место, - которое породило пространство, время и законы природы.
- И еще, под субатомными частицами, из которых я состою, я ловлю себя на мысли о той бесконечной бездне, которая живет внутри каждого из нас, уникально, в нашем собственном сознании.
С нашей точки зрения наблюдаемая Вселенная может простираться на 46 миллиардов световых лет во всех направлениях, но, безусловно, есть еще ненаблюдаемая Вселенная, возможно, даже бесконечная, такая же, как наша. Со временем мы сможем увидеть больше галактик, в конечном итоге открыв примерно в 2,3 раза больше галактик, чем мы можем видеть сейчас. Даже для частей, которые мы никогда не видим, есть вещи, которые мы хотели бы знать о них. Сбор как можно большего количества информации жизненно важен для достижения цели.
Некоторые вопросы, которые мне часто задают, предполагают, что между ними существует связь.
- Если объективная реальность действительно существует, а квантовая неопределенность - это лишь наблюдаемое явление, а не неотъемлемая часть существования, то предопределено ли все, включая наши собственные действия и мысли?
- Если «событие», породившее нашу Вселенную, не было инициировано божественным существом, то есть ли вообще смысл в нашем существовании; все действительно случайный случай и хаос?
- И, несмотря на все имеющиеся у нас данные наблюдений и экспериментов, можем ли мы быть уверены, что то, что мы «видим» о реальности, на самом деле отражает нашу реальность, или это может быть просто еще один случай «слепых людей и слон», где мы обманываем себя, веря в то, во что нас заставляет верить наш ограниченный опыт?
Когда я думаю об этих вопросах, каждый из них вызывает во мне что-то свое. Я думаю о том, что мы воспринимаем как свободную волю, и о том, как детерминированная или фундаментально неопределенная Вселенная может привести к точно такому же результату, независимо от ответа. Я думаю обо всем, что узнал лично, о смысле жизни и о том, как все сводится к самоуважению и самореализации, независимо от каких-либо внешних причин. И я думаю о том, что мы определяем как реальность, и о том, что если мы отбросим измеримые и наблюдаемые, мы потеряем нашу единственную связь с физическим миром: результаты экспериментов.
Создав два запутанных фотона из ранее существовавшей системы и разделив их на большие расстояния, мы можем «телепортировать» информацию о состоянии одного, измеряя состояние другого, даже из необычайно разных мест.. Интерпретации квантовой физики, требующие как локальности, так и реализма, не могут объяснить множество наблюдений, но все многочисленные интерпретации кажутся одинаково хорошими.
Это также заставляет меня чувствовать двойственное отношение к одиночеству и связанности. Амбивалентность - одно из тех слов, которые мы часто используем для обозначения: «Мне все равно, каким из двух способов это обернется», но более точно оно означает, что вы испытываете сильное отношение к двум вещам, находя важные достоинства у обеих сторон, что имеют большие трудности сосуществования.
С одной стороны, это одиночество вполне реально. Вселенная огромна, огромна и полна галактик, звезд, планет и компонентов жизни. Есть миллиарды планет, похожих на Землю, вокруг звезд, подобных Солнцу, только в Млечном Пути, и, возможно, много секстиллионов звезд, расположенных только в наблюдаемой части Вселенной. Мы обнаружили и охарактеризовали тысячи экзопланет и ищем первые признаки внеземной жизни.
И все же, во всем этом космосе мы еще никого не нашли. Не с кем поговорить, не с кем себя сравнить, не с кем наблюдать за выживанием, процветанием, метаболизмом ресурсов, воспроизводством (кроме неорганических кристаллов) или тем, что мы признаем биологической активностью. Несмотря на все проблемы, с которыми мы сталкиваемся здесь, на Земле, у нас нет ниоткуда указаний на то, что кто-то придет, чтобы спасти или спасти нас.
Разумные инопланетяне, если они существуют в галактике или во Вселенной, могут быть обнаружены по различным сигналам: электромагнитным, по модификациям планет или потому, что они путешествуют в космосе. Но мы пока не нашли никаких доказательств существования обитаемой чужой планеты. Мы действительно можем быть одни во Вселенной, но честный ответ заключается в том, что мы недостаточно знаем о соответствующих вероятностях, чтобы так говорить.
Но связь тоже реальна. Когда я смотрю на небо и вижу то, что вижу, я могу быть уверен, что есть бесчисленное множество других людей - как людей, так и других животных - которые смотрят на то же самое. Некоторые делают это прямо в этот самый момент, поскольку мы можем даже определить «одновременность», учитывая следствия теории относительности Эйнштейна. Хотя Луна может появляться под разным углом к горизонту и с разной ориентацией в зависимости от долготы и широты каждого наблюдателя, со всей Земли наши глаза прикованы к одному и тому же объекту.
У всех нас одна и та же космическая история. Наши атомы родились в тех же звездах и катаклизмах, что и все остальные на Земле. У нас есть общий предок с каждым живым существом на нашей планете, а это означает, что мы все можем проследить нашу эволюционную историю до одних и тех же древних организмов. Мы все возникли из одной и той же туманности вокруг одной и той же протозвезды, которую бомбардировала одна и та же серия метеоритов.
И все мы подчиняемся одним и тем же законам природы и измеряем одни и те же фундаментальные константы. Последнее относится не только к нам, но, насколько мы можем судить, ко всем наблюдателям во времени и пространстве.
Будь то в атоме, молекуле или ионе, переходы электронов с более высокого энергетического уровня на более низкий энергетический уровень будут приводить к излучению излучения на очень конкретной длине волны, определяемой фундаментальными константами. Если бы эти константы изменились, изменились бы и свойства атомов во Вселенной.
Эти чувства, которые я испытываю как астрофизик, уникальны для меня? Может они и есть, но я сомневаюсь. Я всегда считал, что хотя знания экспертного уровня могут однозначно давать возможность тем, кто ими обладает, экспертно рассматривать конкретные проблемы в рамках этой конкретной дисциплины, радость, удивление и любопытство по поводу того, что происходит вокруг и что все это значит, открыты для всех. В конце концов, все, что вы сами достаточно хорошо понимаете, вы должны быть в состоянии объяснить кому-то другому, даже если у него нет того же уровня знаний, что и у вас. В конце концов, разум, а не опыт, определяет окончательный предел того, что мы можем понять.
Мы все ограниченные существа, пытающиеся принимать правильные решения, находить смысл в нашем существовании и делать мир лучше, чем мы его нашли. Да, нет никаких доказательств того, что кто-то наблюдает за нами, присматривает за нами или приходит, чтобы спасти нас от самих себя. Но есть в этом и что-то безмерно обнадеживающее: это значит, что во всей Вселенной, насколько нам известно, мы можем быть добры друг к другу или получать добро от кого-то другого. Всякий раз, когда я достигаю этой точки, когда я смотрю и размышляю о бескрайних просторах глубокого космоса, я знаю, что время было потрачено не зря.
Отправляйте свои вопросы «Задайте Итану» по адресу startwithabang в gmail dot com!