Gyorsul-e az univerzum tágulása?

Bizony úgy tűnik, hogy igen, de senki nem tudja, miért; ez a modern kozmológia egyik legnagyobb rejtélye. Az 1998-ban felfedezett la-tipusú (sNe la) szupernóva vöröseltolódása alapján amikor két csillagászcsoport is észrevette, hogy a világegyetem távoli részén felrobbanó csillagok halványabbak annál, mint ahogyan a mért távolságuk alapján várható lett volna. Az egyetlen magyarázat erre az, hogy az univerzum egyre gyorsabban tágul. A gyorsulás oka lehet egyfajta energia, a kozmológiában „sötét energiának” nevezett korrekció egy ismeretlen természeti erő hatása. Arra is van esély, hogy csak egy mindeddig megmagyarázatlan kozmikus természeti jelenségről van szó, amelyet az általános relativitásban végzett számítások egyszerűsítése okoz. Bármi is legyen a magyarázat, szükségessé teszi a ma ismert fizika alapvető újragondolását.

Mire a Nap meghal, keletkezhet egy újabb nap?

Galaxisunkban folyamatosan születnek a csillagok. Kozmikus időmértékben egy Napnyi tömeg nagyjából évente alakul csillagalapanyaggá. Ám a csillagok mérete változó – a legkisebb vörös törpecsillagok esetében 0,1 naptömegtől akár a kék szuperóriásoknál mért 150 naptömegig terjedhet – tehát valójában nem születik nagy tömegű csillag évente. De mivel ennyire távol vannak tőlünk, a valódi kérdés az: képesek vagyunk-e időben kifejleszteni a szükséges technológiát, hogy eljussunk hozzájuk.

Mennyivel előre lehet megjósolni, mikor jelenik meg a sarki fény?

Az északi fény vagy déli megfelelője akkor jelentkezik, amikor a Napból kilőtt izzó gázfelhő eléri a Föld atmoszféráját. Ezek a felhők 18-36 óra alatt teszik meg a 150 millió kilométeres űrtávolságot., ennyi időnk van tehát a figyelmeztetésre. Ahhoz hogy megtudjuk, mikor ér ide és mekkora lesz az ütközés ereje, látnunk kell a napkoronából kilövellő anyagot, és meg kell mérnünk a sebességet. A Napot folyamatosan figyeli több műhold is, például a SOHO, a STEREO és a Napdinamikai obszervatórium.

Mekkora a legnagyobb ismert bolygó?

Jelenleg ez az n Oph c, mintegy százötven fényévre innen. Mérete lenyűgöző a legbátortalanabb becslések szerint is legalább 24,5-ször nagyobb a Jupiternél. Valószínüleg nem is igazi bolygó, inkább egy hidrogén-fúzió beindításában „kudarcot vallott” csillag, vagyis barna törpe. A barna törpék nem ragyognak, mint a csillagok, bár valamikor magjukban történhetett nukleáris fúzió, ám képtelenek voltak a folyamatot fenntartani, és élettelenné váltak, mint egy bolygó.

Milyen régi a Naprendszerünk?

A Naprendszer a Napból, a bolygókból és az apróbb égitestekből áll. A tudósok úgy vélik, a felsoroltak mind egy időben születtek, a Naprendszer kora pedig a jelenlegi becslések szerint 4,6 milliárd év. Ezt a számot az uránium, illetve a Föld szikláiban és a meteoritokban talált egyéb elemek radiometrikus kormeghatározásából tudjuk.

Minden számítás nagyjából 4,6 milliárd évvel ezelőttre mutat. A modern mérések előtt a csillagászok nm becsülték néhány tízmillió évnél idősebbre a Naprendszert. Elképzeléseiket a Nap sugárzásáról szóló helytelen feltételezésekre alapozták, és ellentmondásban álltak a biológusokkal és a geológusokkal is. A geológusok úgy vélik, a domborzatnak több időre volt szüksége a kialakuláshoz, a biológusok szerint pedig több időt vett igénybe a természetes szelekció, amelynek köszönhetően m ilyen változatos lehet az élet. Mindkét tudománynak igaza volt. Az 1950-es évektől használt radiometrikus kormeghatározás eldöntötte a vitát.

Mitől lesz bolygó egy bolygó?

A Nemzetközi Csillagászati Unió szerint egy égitest akkor bolygó, ha nap körüli pályán kering, elég tömege van ahhoz, hogy csaknem gömb alakúvá formálódjon, és elég gravitációs erővel rendelkezik, hogy megtisztítsa pályája környékét. A legvitatottabb kritérium a harmadik; ez vezetett 2006 augusztusában a Plútó lefokozásához. Ekkor próbálták a csillagászok először meghatározni, mitől lesz egy bolygó az, ami. Eszerint egy bolygónak jóval nagyobbnak kell lennie minden másnál, ami ugyanazon a pályán halad, vagyis gravitációs szempontból uralnia kell saját környezetét. A Neptunusz a Plútót számos egyéb égitesttel együtt kényszeríti hasonló keringési pályára, tehát a Plútó gravitációjánál fogva nem lehet domináns a saját környezetében, így a fentiek alapján nem is lehet a bolygók közé sorolni.

Miért sötét az ég éjjel?

Ezt a kérdést a 19. századi csillagász Heinrich Wilhelm Olbers után Olbers-paradoxonként ismerjük. A problémát ő vetette fel, de a kérdés legalább a 16. századig nyúlik vissza. A lényeg: ha az univerzum végtelen, akkor végtelen számú csillagot kellene tartalmaznia. Ha ez így van bármilyen irányba is néznénk, tekintetünk mindenütt egy csillag felületébe ütközne. Bár a távolabbi csillagok halványabbnak tűnnének, mögöttük még több csillag ragyogna. Eszerint a az egész égnek olyan fényesnek kellene lennie, mint a nap felszíne, hiszen végtelen számú csillag összeadódott fénye lángolna rajta. Ez nyilván nincs így, de akkor miért is van sötét éjjel?
Akkor hát az univerzum vagy nem végtelenül nagy, vagy nem tartalmaz végtelen számú csillagot, vagy pedig nem végtelenülrégi. De melyik a helyes válasz? A 20.század legelején Lord Kelvin feltételezte, hogy a paradoxon megoldása : a vilégegyetem nem végtelenül öreg, így a távolabbi csillagok fényének még nem volt idejükelérni hozzánk. Eszerint az univerzum azn része, amelyet megfigyelhetünk - a láthoató univerzum - nem végtelen nagyságú, így nem lehet benn végtelen számú csillag sem. Ma már tudjuk, hogy ha a világmindenség végtelenül nagy lenne is, a csillagok nem születnek olyan gyorsan, és nem is élnek olyan sokáig, hogy megtölthessék fénnyel az egészet, így a paradoxon megoldódott.

Mi a fekete lyuk?

A fekete lyuk egy felfoghatatlan sűrű égitest, amely annyi anyagot tartalmaz, hogy erőteljes gravitációs mezejéből még a fény sem képes szabadulni. Minden ami belekerül, összeropan és megsemmisül. A fekete lyukak gömbölyűek, és valószínüleg forognak, maguk után vonva a téridő-kontinuumot, mint a keverőkanál a mézet. Ezekben a zavaros téridő-régiókban azt sem lehetne tudni, téren vagy időn keresztül utazunk, esetleg mindkettőben. Bármely egyéb tárgyhoz hasonlóan a fény is teljesen és bizonyára örökre elnyelődik benne. Minden bizonnyal semmi nem tud kiszabadulni a fekete lyukból, még az információ sem. Bár ez vitatott,mivel Stephen Hawking elképzeléseinek megfelelően a fekete lyukak előbb-utóbb elpárolognak és meghalnak, részecskéket kell sugározniuk. Eszerint lehetséges volna megfigyelni és bemérni ezeket a részecskéket. Ám jelenleg egyetlen teleszkópunk sem érzékel semmit, ha fekete lyukra irányítjuk. Ennek az ellentmondásnak a feloldására javasolják a tudósok azt az elméletet, hogy a fekete lyuk még az információt is elnyeli. Hogy mi történik a fekete lyuk középpontjában az nem tudjuk. Jeleneleg elméleteink nem működnek, mert képtelenek a végtelen sűrűségű tárgyakkal dűlőre jutni. Úgy gondoljuk, minden fekete lyuk középpontjában egy furcsa objektum, szaknyelven szingularitás található. A fizika törvényei nem érvényesülnek a fekete lyuk belsejében. A fizikusok most új elméleteket próbálnak kidolgozni, hogy megmagyarázzák, mi van ott, és megtudjuk, a lyuk egyáltalán vezet-e valahová.

Miből van a gravitáció?

Ez a kérdés sok ártalmatlan éjszakát okoz a fizika génuszainak. A természetnek négy alapvető ereje van: az elektromágnesesség, amitől a fényt, az elektromosságot és a mágnesességet kapjuk, az erős nukleáris erő, amely az atommagokat tartja össze, a gyenge nukleáris erő, amely a radioaktiv bomlás bizonyos formáit irányítja, illetve a gravitáció. A gravitáción kívül a többit  a fizikusok a tünékeny közvetítő részecskékkel magyarázzák, melyek két anyagi részecskék között közvetítik a kölcsönhatást. Azt remélik, a tömegvonzás is a kvantumelmélet törvényeinek megfelelően működik, a részecskék által szállítható - ezeket már el is nevezték gravitonoknak. A baj csak az  hogy az elmélet mögött álló matematika visszataszítóan bonyolult, a gravitációnak pedig nincsen ellenőrizhető kvanumelmélet. A gravitációra adott legjobb magyarázatunk nem a kvantumelméletre épít.

Albert Einstein általános relativitási elmélete a tömegvonzást a téridő
kontinuum geometriájával, mintegy az univerzum képlékeny szöveteként magyarázza. Ez az a váz, amelybenaz összes égitest elhelyezkedik. Mivel képlékeny, minden test tömege hatással van a formájára, innen ered a tér görbületeként ismert jelenség. Ez a görbület a téridő négydimenziós geometriájában való interpretációjában érthető meg, amelyet mi magunk háromdimenziós lények lévén nem érzékelhetünk. Érezhetjük viszont, ahogy egy erő beránt minket az elhajlásba, mintha lejtőn gurulnánk lefelé. Einstein szerint a tömegvonzás nem erő, hanem mindössze következnénye annak, hogy olyan univerzumban élünk, amelynek több dimenziója van, mint amennyit képesek vagyunk érzékelni. Ám Einstein elmélete hiányos, hiszen kivételesen erős gravitációs mezőkbe nem állja meg a helyét,  például a fekete lyukak belsejében, vagy a világegyetem keletkezésének pillanatában. Az új gravitációs elmélete tehát létezik, csak még nem találtuk meg.

Van-e olyan hely a világegyetemben, ahol megváltoznak a fizika törvényei?

A fizika törvényei nézetünk szerint állandóak. Ennek köszönhetően, hogy a kozmosz hatalmas tereit figyelve képesek vagyunk megérteni, amit látunk. Ha a fizika törvényei helyszínről helyszínre változnának, minden felfoghatatlan lenne számunkra-mintha négy ember különböző szabályok szerint játszana egy társasjátékot. Bizonyos megfigyelések mégis azt sugallják, hogy míg a törvények változatlanok, a természet állandóiban a kozmosz történelme alatt változások mehetnek végbe. Ezek a számok határozzák meg az alapvető fizikai tulajdonságokat, mint például a fénysebesség vagy a nagy G - állandó, ámelynek köszönhetően a tárgyak egymásra gyakorolt gravitációs vonzását állapíthatjuk meg. Miután megvizsgálták, hogyan nyelik el a gázfelhők az ibolyántúli sugárzását a kvazárok, egyes csillagászok ma úgy tartják hoogy az atommag körül keringő elektronok pályája kissé moódosult az idők során. Ezt a pályát a finom szerkezeti állandó (Alfa állandó) határozza meg - egy olyan állandó, amely több állandó kombinációjából, köztük a fénysebességből ered. Lehetséges tehát, hogy a fénysebesség a világegyetem korai stádiumában gyorsabb volt, de igen hamar lelassult, és elérte mostani értékét. A csillagászok a távoli galaxisokban ennek a lassulásnak az utolsó momentumait érzékeli. Ez a konklúzió persze még vitatott. Mások a gravitációs állandó változásait keresik, hogy a nehézkedés új értelmezésére használhassák fel azokat. Mostanáig ezekre sincs szilárd bizonyíték.

Miért ragyognak a csillagok?

A csillagok azért ragyognak, mert energiát bocsátanak ki. Az égbolton minden pislákoló pont egy hatalmas magfúziós reaktor. Minden csillag szívében akkora a gázok sűrűsége, hogy az atommagokat elég erősen egymáshoz szorítsa, így azok fuzionálnak. A fúziók során a nukleonok energiát szabadítanak fel, amely keresztüljut a csillagokon, hogy aztán formájában érjen a felszínre. Számítások szerint a Nap belsejéből eredő fénynek esztendők tíz- vagy százezreire van szüksége ahhoz, hogy küzdelmes útját megjárja, és végül a felszínen szabaddá váljon. A  fehér törpecsillagok külső rétege már eltűnt, láthatóvá téve a nukleáris magot. Ez intenzív ibolyántúli sugárzások keverékét árasztja magából, miközben lehűl, hogy aztán végleg megsemmisüljön.