¿Está todo en el universo hecho de átomos?
El "Diccionario chino moderno" explica "universo" como "la suma de toda la materia y sus formas de existencia". Entonces, ¿de qué está hecho el universo? ¿En qué forma existen?
1. Materia normal visible
Innumerables estrellas se mueven en el vasto universo. La mayoría de las estrellas que podemos ver son estrellas. Pueden parecer frías, pero en realidad cada estrella es un sol abrasador. Olas de calor furiosas continúan surgiendo de estas bolas de fuego y se disparan hacia el vasto espacio. Son muy calientes, con temperaturas superficiales de al menos 3.000 grados centígrados. Incluso los metales más duros pueden fundirse o incluso convertirse en gas al entrar en contacto con una superficie. Sin embargo, cuando ves las estrellas titilantes en el tranquilo cielo nocturno, incluso podrías confundirlas con luciérnagas.
Muchas estrellas rojas son muy grandes y algunas pueden albergar 800 millones de soles. Estas estrellas están hechas de material gaseoso muy fino. El más delgado tiene una densidad sólo decenas de miles de veces mayor que la del aire en la Tierra, que es mucho más delgado que el "vacío" creado por nuestra bomba de aire.
También hay algunas estrellas que son muy pequeñas, algunas más pequeñas que la Tierra. Sin embargo, la densidad de este material estelar es extremadamente alta, es del tamaño de una cabeza de cerilla y vale el peso de una docena de adultos. Una bola de platino del mismo tamaño pesaría una millonésima parte de su peso. La gente no puede ponerse de pie sobre esta estrella porque su gravedad es demasiado grande y los huesos humanos han sido aplastados durante mucho tiempo por su propio peso. Una estrella tan pequeña emite una luz blanca intensa y deslumbrante, y la temperatura de su superficie alcanza entre 30.000 y 50.000 grados Celsius.
También hay una gran cantidad de estrellas de tamaño mediano. Al igual que el Sol, estas estrellas no son demasiado grandes ni demasiado densas (la densidad del Sol es 1,4 veces la del agua) y sus temperaturas superficiales no son muy altas, sólo unos pocos miles de grados.
Hay todo tipo de estrellas, pero todas son enormes bolas de gas caliente que emiten luz y calor.
De estas estrellas, creo que habrá muchos planetas apagados orbitando alrededor de ellas. Por supuesto, con los telescopios más grandes de la Tierra hoy en día no podemos ver directamente los planetas de otros mundos estelares, pero ¿qué razón tenemos para decir que la composición del sistema solar es única en el universo? El sol puede tener planetas, ¿por qué otras estrellas no pueden tener planetas?
La distancia de esta estrella a aquella estrella la tomaría una nave espacial que pueda volar a 16,7 kilómetros por segundo, diez mil años.
Tardará decenas de miles de años en completarse. ¡Qué vasto espacio! Aunque las estrellas son grandes, en casi cada una caben millones de Tierras (sólo unas pocas son más pequeñas que la Tierra). En la inmensidad del espacio, estas estrellas son como gotas de agua en el océano, quizás más pequeñas.
También existen innumerables nebulosas compuestas de polvo y gas que flotan entre las estrellas y el espacio, bloqueando el paso de la luz estelar. Algunas de estas nebulosas tienen billones de kilómetros de espesor y no emiten luz por sí mismas. Si hay estrellas cerca, reflejarán la luz y esto se llama nebulosa brillante. De lo contrario, es oscura y se llama nebulosa oscura.
De esta manera, podemos saber que las estrellas luminosas del universo, así como las nebulosas brillantes y oscuras, son todas materia normal del universo.
Cerca de 10 millones de estrellas forman un objeto con forma de disco. La llamamos Vía Láctea y el sol está en ella. Vista desde la Tierra, la Vía Láctea parece un anillo que rodea la Tierra. Este es un hermoso anillo. Cuando la mitad no está bajo el horizonte y la otra mitad atraviesa el cielo, la gente dice que es la Vía Láctea, que separa a la apasionada Tejedora y al Pastor de Vaquetas.
No lo sé, ¡la Vía Láctea ya ha inundado más de 10 millones de estrellas! ¡10 millones, vivirás más de 1000 años de una sola vez!
¿Es este el universo entero? No, es sólo un pequeño punto que constituye el universo.
En el universo hay miles de sistemas estelares como miles de galaxias, la mayoría de las cuales tienen más de 10 millones de estrellas.
Podemos ver la galaxia de Andrómeda a simple vista. A las ocho o nueve de la tarde de principios de invierno, hay un pequeño punto de luz en forma de huso en el centro del cielo, que es este sistema estelar. Está tan lejos que la luz tarda 2,2 millones de años en viajar desde allí hasta la Tierra. En cada sistema estelar, la luz viaja de un extremo al otro durante decenas o incluso cientos de miles de años. No olvides que la luz es el mensajero más rápido del universo. Si es una nave espacial, no sé cuántos miles de años tomará.
Hemos descubierto cientos de millones de sistemas estelares. Pero no creas que hemos visto el universo entero. Ya sabes, miles de millones de sistemas estelares son todavía sólo una pequeña parte del vasto universo. A medida que la tecnología de fabricación de telescopios siga mejorando y se inventen nuevos instrumentos, veremos el mundo más lejano.
Todas las estrellas y galaxias se mueven rápidamente. El sol también arrastra consigo a la Tierra y a otros planetas a una velocidad de 19 kilómetros por segundo. Al mismo tiempo, el sistema solar también participa en la rotación de la Vía Láctea. En movimiento, el sistema solar se mueve a una velocidad de 250 kilómetros por segundo.
El universo entero sigue moviéndose y desarrollándose.
En segundo lugar, la materia oscura invisible
De forma aislada, este punto de vista parece ser correcto, pero cuando se considera por qué las estrellas y galaxias giran tan rápido, surge el problema. Por ejemplo, la Vía Láctea gira una vez cada 200 millones de años. Una velocidad de rotación tan enorme no marearía a la gente, pero sería lo suficientemente poderosa como para destrozar toda la galaxia. La Vía Láctea se mantiene unida gracias a la atracción gravitacional de la materia. Después de un análisis cuidadoso, se descubrió que la gravedad de la materia que mantiene la Vía Láctea es demasiado débil para "estrangular" el "caballo" giratorio de alta velocidad de la Vía Láctea, a menos que una gran cantidad de materia oscura invisible ejerza una fuerza adicional en la Vía Láctea. oscuridad para "estrangular" a los miembros de la Galaxia. Además, las galaxias en el cúmulo de galaxias también giran rápidamente, entonces, ¿qué fuerza mantiene unidas a las galaxias en todo el cúmulo de galaxias? ¿Existe también mucha materia oscura invisible? Ahora parece que efectivamente es así
¿Qué es esta materia oscura invisible? ¿Es una sustancia normal? No. Debido a que todo lo que hay en el universo se condensó en protones y neutrones a los pocos minutos del Big Bang, estos quedaron muy juntos y algunos de ellos se fusionaron formando núcleos pesados como el helio. Si los protones y neutrones del núcleo se comprimen más, se fusionarán formando núcleos más pesados. Los ejemplos incluyen helio, boro y neón en las estrellas y el gas intergaláctico. Pero una vez que se agrega en núcleos pesados, se convierte en materia normal.
Pero la materia normal se concentrará en el centro de la galaxia bajo la influencia de la gravedad. Esto es inconsistente con la observación. Por lo tanto, cualesquiera que sean las propiedades de la materia oscura invisible, no pueden sufrir fusión nuclear. Una posibilidad para esa materia oscura que no permite la fusión nuclear es la "materia oscura fría". Son partículas subatómicas masivas con masas muchas veces mayores que las de los protones. La masa de una sola partícula subatómica se denomina "partícula masiva que interactúa débilmente", que afecta a la materia normal, interactúa a través de la fuerza nuclear débil y la gravedad, y es insensible a las fuerzas electromagnéticas y nucleares fuertes que unen protones y neutrones. Como no hay fusión nuclear, no habrá colisiones al pasar entre sí.
Los astrofísicos creen que las "partículas masivas que interactúan débilmente" son las partículas más simples que pueden realizar un trabajo. Además, hay materia oscura cálida, materia oscura fuerte, materia oscura de aniquilación, materia oscura en descomposición y materia oscura difusa. Pero a los teóricos no les gusta introducir muchos parámetros libres y la mayoría rechaza la materia oscura que no sea la materia oscura fría.
Algunas personas también creen que la mayor parte de la materia del universo puede existir en 6,5438+0 millones de agujeros negros gigantes con la masa del sol. Estos agujeros negros pueden haber nacido poco después del Big Bang. Ahora, las naves espaciales han descubierto agujeros negros masivos en los centros de las galaxias. Tienen algunas de las características básicas de la materia oscura y, por lo tanto, probablemente sean refugios para ella.
Las observaciones del detector de anisotropía de microondas de Wilkinson muestran que además de materia normal y materia oscura, también hay energía oscura en el universo. La materia normal representa el 4,4%, la materia oscura el 23% y la energía oscura el 73%. La energía oscura es una sustancia cósmica especial que puede producir gravedad negativa y acelerar la expansión del universo. ¿Cómo se forma esta sustancia especial? Aún no hay una respuesta clara.
En tercer lugar, la antimateria mágica
Los átomos de antimateria están compuestos por núcleos cargados negativamente y electrones cargados positivamente.
Según la teoría BIGBANG, la antimateria se producirá en el inicio del universo. Según esta teoría, el universo "explotó" desde un estado de materia con temperatura y densidad extremadamente altas hace aproximadamente 654,38+500 millones de años. Continuó expandiéndose, la temperatura cambió de caliente a fría y la densidad de la materia pasó de densa. a escaso. En este proceso se forman simultáneamente partículas como electrones, protones, neutrones y sus antipartículas (antipartículas, antipartículas).
El contacto entre partículas y antipartículas producirá una "aniquilación" con enorme energía. Debido a que hay un poco más de partículas que de antipartículas, el mundo físico actual está formado por las partículas restantes.
Si no se puede encontrar la antimateria, entonces la misteriosa relación entre el Big Bang y la antimateria es sólo una hipótesis científica. Es más, todavía hay mucha gente que niega la existencia de la antimateria. Por ejemplo, el famoso cosmólogo estadounidense Schramm dijo: “La intuición de la mayoría de los teóricos es que la antimateria no existe, lo que significa que si la descubres, será un gran descubrimiento y demostrará que estos teóricos están equivocados. Pero lo más probable es que esto sea así. Significa que nunca la encontrarás. Afortunadamente, ya en 1928, el joven físico británico y ganador del Premio Nobel Dirac la utilizó. La teoría rigurosa describe las ecuaciones que describen las propiedades de los electrones, y todos los cálculos dan como resultado cuatro soluciones. Dos soluciones de energía positiva y dos soluciones de energía negativa. La solución de energía positiva concordaba con las observaciones experimentales, por lo que Dirac señaló creativamente que existían estados de energía negativos y que el vacío era un océano de electrones lleno de estados de energía negativos, completamente ocupado por electrones. Según el "principio de exclusión de Pauli", los electrones en un estado de energía positiva no pueden saltar a un estado de energía negativa, por lo que los electrones en un estado de energía positiva son muy estables. Al mismo tiempo, cuando los electrones de energía negativa se encuentran con electrones de energía positiva, serán "aniquilados" y convertidos en fotones.
Einstein también estableció una fórmula para la energía total de la materia. Según esta fórmula, la energía total de la materia también tiene valores positivos y negativos, lo que concuerda con la conclusión de Dirac.
Hacia 1932, algunos científicos comenzaron a observar la existencia de antielectrones en el laboratorio; en 1955, la Universidad Estatal de California, Berkeley, bombardeó cobre con protones de alta energía para producir antiprotones. En 1956, otro científico creó el antineutrón; luego, aparecieron uno tras otro antineutrinos, antimesons y antiátomos, y surgió un gran número de nuevos miembros en la familia de las partículas elementales, escribiendo un nuevo e interesante capítulo en la física nuclear.
En 1997, los científicos anunciaron el descubrimiento de antimateria en el centro de la Vía Láctea.
En este punto, la antimateria ha hecho su gran debut. Porque cuando la materia se encuentra con la antimateria se producirá una gran explosión (1 gramo de materia cuando se encuentra con la antimateria puede producir 5×107 kilovatios-hora de energía), similar a la explosión de una bomba atómica y a la existencia de materiales radiactivos, lo que puede explicar las "grandes y misteriosas explosiones" que la gente encuentra en todas partes "situación.
Después de discutir y confirmar la existencia de la antimateria, nos preocupa más si realmente existe un "mundo de antimateria" correspondiente al mundo material. Si es así, ¿cómo se ve?
No podemos evitar pensar en la película estadounidense "El Experimento Filadelfia", que cuenta la historia de un experimento secreto realizado por la Marina estadounidense en Filadelfia en febrero de 1943. Un destructor utilizado para experimentos desapareció repentinamente en medio de un humo verde generado por un fuerte campo magnético. Después de detener el experimento, los militares se sorprendieron al descubrir que su destructor había navegado hasta el muelle de Norfolk, a 470 kilómetros de distancia, en un abrir y cerrar de ojos.
Este es realmente un mundo extraño. Pero si entramos en el mundo de la antimateria, ¡sería realmente un mundo maravilloso! Es necesario revertir todos los teoremas de la materia. En el mundo de la antimateria, las fuerzas actúan en direcciones opuestas. Para levantar un objeto de antimateria, hay que presionarlo hacia abajo. Un clavo hecho de antimateria sólo penetrará en la pared si se apunta a ella y se saca con fuerza. Nuestras teorías básicas cambiaron aparentemente de la noche a la mañana, y nadie se atrevió a imaginar lo que sucedería o estaba sucediendo en un mundo así.
¿Existe un mundo tan bonito en la vida real? Según las ecuaciones del campo gravitacional de la relatividad general, los científicos deducen que los agujeros negros en el universo son túneles que conectan dos regiones separadas del espacio y el tiempo. Si el mundo de la antimateria está en otro tiempo y espacio, entonces el agujero negro puede ser el paso al mundo de la antimateria. Por supuesto, todavía no sabemos nada sobre el interior de un agujero negro, pero la mayor posibilidad dentro de un agujero negro es un mundo de antimateria.
El descubrimiento de la antimateria no sólo puede explicar las causas de varias grandes explosiones misteriosas, sino que también proporciona pistas innovadoras sobre el origen del universo. Hasta cierto punto, el universo, el vacío y la antimateria tienen su propia unidad.
El descubrimiento de la antimateria también se considera la fuente de energía definitiva para la humanidad y el combustible ideal para las naves espaciales. Los científicos creen que la antimateria es una fuente infinita de energía. Hay un extraño cuerpo celeste en el universo llamado cuásar; libera energía de hasta 1045 jaulas/segundo, que es mucho más que la energía combinada liberada por todas las estrellas de la Vía Láctea, pero es de tamaño pequeño y menor. de 1 año luz de diámetro.
Por ejemplo, si hubiera un quásar en el centro de la Vía Láctea, el Sol estaría oscuro. Actualmente sabemos que la fuente de energía de las estrellas es la reacción nuclear del hidrógeno, pero la reacción nuclear del hidrógeno ciertamente no desencadenará una reacción tan violenta como la de un quásar.
¿Qué tipo de reacción podría ser tan violenta? La única explicación es la reacción de aniquilación de la antimateria.
¿Cuál es la naturaleza de la materia oscura y la energía oscura? Los científicos están buscando respuestas a estas preguntas y, si las encuentran, sus implicaciones deben ser cósmicas.