Eine kurze Zusammenfassung des Universums

Eine kurze Anleitung zur Physik und den Geheimnissen unseres Universums für diejenigen unter Ihnen, die nicht viel Zeit haben.

Ein Verständnis der Physik ist aus vielen Gründen gut. Es informiert uns nicht nur über unser Zuhause im Sonnensystem und im größeren Universum, sondern es ist auch die Grundlage für etwas, das wir alle nutzen: Technologie. Dies hat sowohl die industriellen als auch die elektrischen Revolutionen beflügelt und die moderne Gesellschaft, wie wir sie kennen, zum Leben erweckt. Sie können damit auf das Internet zugreifen, Ihre Lieblingssendungen ansehen und wichtige Bilder erstellen, wenn Sie im Krankenhaus sind. Die Technologie wird es uns in Zukunft ermöglichen, so viel zu tun, dass das meiste, was heute als Science-Fiction gilt - denken Sie daran, Objekte zu bewegen, ohne sie zu berühren, Unsichtbarkeit zu haben und das Altern zu heilen - Realität wird. Unsere Gegenstücke der Zukunft werden im Vergleich zu dem, was wir heute erreichen können, göttlich erscheinen. Und aufgrund des exponentiellen technologischen Wachstums könnte dies alles innerhalb von 100 Jahren geschehen.

Hier habe ich versucht, eine schnelle Grundlage für die Physik zu schaffen und was sie uns über unser Universum sagen kann.

Kurze Geschichte der Physik

Es gibt vier Hauptkräfte im Universum. In der Reihenfolge vom Stärksten zum Schwächsten sind dies: starker Kern, schwacher Kern, elektromagnetisch und Schwerkraft.

Schwere

Im Alter von 23 Jahren schuf Isaac Newton einen Kalkül mit der Geschwindigkeit, mit der man im Unterricht Kalkül lernt. Er erfand auch das Spiegelteleskop, mit dem er damals einen Kometen verfolgte. Er gab uns natürlich auch das Konzept der Schwerkraft. Dies war unser erster Schritt, um die Geheimnisse unseres riesigen und mysteriösen Universums zu entschlüsseln.

Zur schnellen Erinnerung lauten die Newtonschen Gesetze wie folgt:

  1. Ein Objekt in Bewegung bleibt in Bewegung oder ein Objekt in Ruhe bleibt in Ruhe, es sei denn, es wird von einer äußeren Kraft beaufschlagt.

2. Kraft = Masse (Beschleunigung)

3. Für jede Aktion gibt es eine gleiche und entgegengesetzte Reaktion.

Diese ersten Gesetze der Wissenschaft führten zur industriellen Revolution und damit zur Einleitung der Moderne. Es gab jedoch auch einige andere wichtige Akteure.

Elektromagnetisch

Die elektrische Revolution fand größtenteils aufgrund eines Mannes statt, der noch nie eine formelle Ausbildung gehabt hatte. Michael Faraday demonstrierte in seinen öffentlichen Vorträgen die Eigenschaften von Elektrizität. Er ging in Stahlkäfige und elektrisierte sie, um zu zeigen, dass Stahl eine Barriere bildete und dass Sie vor elektrischen Strömen sicher waren, solange Sie die Barriere nicht selbst berührten. In seinem Gesetz geht es darum, wie aus einer magnetischen Umgebung elektrische Spannungen erzeugt werden können. Ein sich bewegender Draht in einem Magnetfeld erzeugt einen elektrischen Strom, indem seine Elektronen gedrückt werden.

Wenn ein sich bewegender Magnet ein elektrisches Feld erzeugt, gilt auch die Umkehrung. Ein sich bewegendes elektrisches Feld führt zu einem Magnetfeld. Sie sind ein und dasselbe. Eine einzige Einheit gezwungen.

James Maxwell berechnete während des Bürgerkriegs die Geschwindigkeit für eine Welle, die zwischen magnetischen und elektrischen Feldern oszillierte. Eine Welle, in der Magnetfelder elektrische Felder erzeugten, die Magnetfelder erzeugten, die elektrische Felder erzeugten. Die Geschwindigkeit dieser Welle stellte sich als exakte Lichtgeschwindigkeit heraus. In der Tat war dies Licht selbst!

Maxwellsche Gleichungen

Starke und schwache Nuklearkräfte

Beide Kräfte wirken auf atomarer Ebene, wenn auch aus genau entgegengesetzten Gründen. Starke Kräfte gehören zu den stärksten im gesamten Universum und binden die Teilchen der Kerne - also die Protonen und Neutronen. Die schwache Kraft befasst sich mit dem radioaktiven Zerfall subatomarer Teilchen. Es ist auch der Kickstart der Kernfusion, der die Sonne am Brennen hält. Wenn ein Element durch die schwache Kraft zerfällt, verwandelt es sich in ein völlig anderes Element. Kohlenstoff mit 6 Protonen und 8 Neutronen zerfällt mit 7 Protonen und 7 Neutronen in Stickstoff. In diesem Fall hat die schwache Kraft auf ein Neutron gewirkt und es in ein Proton umgewandelt.

Einsteins berühmteste Formel

Ihr Gewicht ist nicht festgelegt. Je schneller Sie sich bewegen, desto schwerer werden Sie. Masse ist Energie. Dies ist die Idee hinter Einsteins berühmtester Formel: e = mc² oder die Energie der Bewegung = Masse (Lichtgeschwindigkeit) ².

Diese Formel und unser Wissen über die schwache Atomkraft halfen uns zu verstehen, was in der Sonne vor sich ging.

Wir haben das Glück, dass sich unsere Sonne derzeit an einem Punkt in ihrem Leben befindet, an dem sie unglaublich stabil ist und Wasserstoff konsequent in Helium umwandelt. In einer Milliarde Jahren wird dies jedoch nicht mehr der Fall sein. Die Sonne wird zu diesem Zeitpunkt heiß genug, um unsere Ozeane zum Kochen zu bringen, und in ein paar Milliarden Jahren danach wird sie sich in einen roten Riesen verwandeln, der so groß ist, dass er uns insgesamt verzehrt. Es besteht die noch so geringe Chance, dass die Erde der Hitze der Sonne entkommt und über das Stadium der roten Zwerge der Sonne hinaus überlebt. Aber wenn es überlebt, wird es irgendwann in der Nähe des Asteroidengürtels umkreisen und nun die neue Sonne des weißen Zwergs umkreisen.

Unnötig zu erwähnen, dass die Chancen, dass unsere Spezies lange genug überlebt, um den schönen Tod unseres Sterns zu sehen, unglaublich gering sind.

Stringtheorie

Dies ist die Theorie, die versucht, Einsteins Relativitätstheorie zur Quantenmechanik zu verbinden. Das heißt, es versucht, eine Explantation für die kleinsten Teilchen in unserem Universum bis hin zu den größeren Körpern, denen von Planeten und Sternen, zu sein. Es wird davon ausgegangen, dass Partikel Strings sind und dass das Vibrieren dieser Strings auf andere Weise sie in ein anderes Partikel umwandelt. Somit würde es alle vier Kräfte zusammenbringen, über die wir gerade gesprochen haben.

Während Einsteins Gleichungen im Zentrum eines Schwarzen Lochs und zur Zeit vor dem Urknall zusammenbrechen, legt die Stringtheorie nahe, dass wir nicht nur ein Universum sind, sondern ein Universum, das Teil eines Multiversums ist. Und wenn das stimmt, könnten wir in Zukunft möglicherweise Wurmlöcher für diese anderen Universen schaffen. Selbst die Erstellung von Zeitmaschinen ist machbar, obwohl sie eine enorme Menge an Energie erfordern würden.

Geheimnis der Dunklen Energie und der Dunklen Materie

Während Physikbücher, die heute im Umlauf sind, Ihnen sagen werden, dass der größte Teil des Universums aus Atomen besteht, stimmt das nicht. Der größte Teil des Universums ist dunkel. Dunkle Energie macht 68% des Universums aus, dunkle Materie macht 27% aus und die sogenannte „normale Materie“ - du und ich und alles, was wir um uns herum sehen - macht weniger als 5% aus.

Wir wissen, dass dunkle Energie und dunkle Materie existieren, weil wir beobachten, wie sie unser Universum beeinflussen. Dunkle Materie zum Beispiel interagiert mit keiner anderen Grundkraft im Universum außer der Schwerkraft. Es hat sechsmal mehr Schwerkraft als normale Materie und ohne sie würde es keine Galaxien geben, da die Schwerkraft der Materie nicht ausreicht, um Sterne in galaktischen Clustern zusammenzuhalten. Wir wissen, dass es auch dunkle Materie gibt, weil sich das Licht darum biegt.

Foto von Alexander Andrews

Dunkle Energie bewirkt, dass sich das Universum viel schneller ausdehnt als erwartet. Tatsächlich glaubte man, dass die Schwerkraft die Expansion des Universums verlangsamen und stoppen würde. Was wir über dunkle Energie wissen, ist nur, dass sie dort existiert, wo es leeren Raum gibt und dass sie mit der Zeit immer stärker wird.

Es wartet ein Nobelpreis auf jeden, der uns sagen kann, was dunkle Materie und dunkle Energie sind oder warum wir überhaupt existieren. Nicht wirklich. Nichts davon soll existieren. Wir sind nur deshalb hier, weil es ein Ungleichgewicht zwischen Materie und Antimaterie in einem Verhältnis von einer Milliarde und einer zu einer Milliarde gab. Was hat dieses Ungleichgewicht verursacht? Niemand weiß.

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