The Zoomable Universe:An Epic Journey Through Cosmic Scale

Το Zoomable Universe, ένα νέο βιβλίο από τον αστροβιολόγο Caleb Scharf, τον εικονογράφο Ron Miller και το 5W Infographics, περιηγείται στις 62 τάξεις μεγέθους του σύμπαντος.

Ron Miller, The Zoomable Universe

Ron Miller, The Zoomable Universe

Το πολυτελές νέο βιβλίο του τραπεζιού σαλονιού The Zoomable Universe:An Epic Tour Through Cosmic Scale, From Almost Everything to Nearly Nothing , που γράφτηκε από τον Caleb Scharf και εικονογραφήθηκε από τον Ron Miller και το 5W Infographics, φτάνει σε μια ιδιαίτερη στιγμή της ανθρώπινης ιστορίας όπου βιώνουμε γρήγορες επιστημονικές ανακαλύψεις, αλλά και σε μια κοσμικά ιδιαίτερη στιγμή που το ίδιο το σύμπαν είναι τόσο προσιτό όσο ποτέ ήταν ή θα είναι στην επιστήμη.

Το βιβλίο επανεξετάζει το σταδιακό ταξίδι στη ζυγαριά της φύσης που έχει χρησιμεύσει ως γάντζος στην επιστημονική έκθεση — χρησιμοποιήθηκε κυρίως στο best seller του Robert Hooke το 1665 Micrographia και στη διάσημη ταινία μικρού μήκους του 1977 Powers of Ten. Αλλά η επιστήμη συνεχίζει να προοδεύει και η εικόνα μας για τον κόσμο των Ρώσων-κούκλων έχει οξυνθεί δραματικά τις τελευταίες τέσσερις δεκαετίες. «Αυτό που θέλαμε να κάνουμε είναι να ενημερώσουμε το υλικό», είπε ο Σαρφ, αστροβιολόγος και πλανητολόγος στο Πανεπιστήμιο Κολούμπια, στο Quanta . Αναφερόμενος στις Δυνάμεις του δέκα Ως έμπνευση, πρόσθεσε ότι «το να το κάνεις σε έντυπο βιβλίο επιβραδύνει τα πράγματα, με τον καλό τρόπο».

Γεμάτο με αιχμηρά γεγονότα, ζωντανή πρόζα και υπέροχες εικονογραφήσεις, το βιβλίο οδηγεί τους αναγνώστες από μια ευρυγώνια άποψη του παρατηρήσιμου σύμπαντος στα 1.000.000.000.000.000.000.000.000.000 μέτρα σε μια υποατομική εικόνα του διαστήματος. 0,00000000000000000000000000000000001-μέτρο προσαυξήσεις. Στην πορεία, βλέπουμε μερικές κλίμακες γεμάτες με πράγματα, άλλες που φαίνονται κενές, και άλλες όπου το σύμπαν μοιάζει εντυπωσιακά παρόμοιο σε τεράστιες διαφορές στην κλίμακα. «Τα μικρά κομμάτια του μοιάζουν με τα μεγάλα κομμάτια», είπε ο Μίλερ.

Αλλά πρέπει να θεωρούμε τους εαυτούς μας τυχερούς. δεν υπήρχαν πάντα 62 τάξεις μεγέθους σύμπαντος προς εξερεύνηση, και δεν θα υπάρχουν πάντα. Όπως εξήγησε ο Scharf, «Αν γυρίσετε το ρολόι αρκετά πίσω στη Μεγάλη Έκρηξη, προφανώς υπήρξε μια εποχή που ο αριθμός των ζυγαριών που συνδέθηκαν αιτιακά ήταν μικρότερος και ο ίδιος ο χώρος ήταν μικρότερος». Ομοίως, «εάν κάνετε παρέκταση 100 δισεκατομμυρίων ετών στο μέλλον, υποθέτοντας την τρέχουσα επιταχυνόμενη διαστολή, θα είναι ουσιαστικά αδύνατο για εμάς να δούμε κάτι πολύ πέρα ​​από τον γαλαξία μας ή την τοπική μας ομάδα γαλαξιών». Ο Scharf είπε ότι αυτό φαίνεται να σημαίνει ότι ζούμε σε μια ιδιαίτερη εποχή. Και αναρωτήθηκε, "Θα μπορούσε κάποιος στο μέλλον να καταλάβει πώς λειτουργεί το σύμπαν;"

Επιλεγμένες εικονογραφήσεις και ελαφρά επεξεργασμένα αποσπάσματα από το The Zoomable Universe ακολουθήστε.

Σε πλάτος περίπου 1027 μέτρων, το παρατηρήσιμο σύμπαν είναι αφρώδες και κοκκώδες. Λίγο σαν το σαπουνάδα που έχει απομείνει από έναν νεροχύτη ή ένα λουτρό που αδειάζει, ο αφρός φαίνεται στο περίγραμμα, ο οποίος εντοπίζεται από έναν τρισδιάστατο ιστό σκοτεινής αλλά και φωτεινής ύλης. Πιπερώνοντας αυτόν τον ιστό είναι πυκνές συμπυκνώσεις όπου η βαρύτητα έχει κατακλύσει τη διαστολή του χωροχρόνου. Εδώ κι εκεί υπάρχουν υπερσμήνη γαλαξιών πλάτους ενός τρισεκατομμυρίου τρισεκατομμυρίων μέτρων. Μέσα σε αυτά τα υπερσμήνη υπάρχουν διακριτά σμήνη γαλαξιών, πλατιά και βαθιά πηγάδια βαρύτητας που συγκρατούν σμήνη από εκατοντάδες, μερικές φορές χιλιάδες, γαλαξίες, όλοι σε τροχιά μέσα και έξω από το κέντρο, μαζί με τεράστιες δεξαμενές θερμού αερίου και ψυχρής σκοτεινής ύλης.

Σε σύγκριση με τη σπανιότητα των αστεριών στους γαλαξίες, ο τυπικός διαχωρισμός μεταξύ των ίδιων των γαλαξιών είναι λίγο λιγότερο απομονωτικός. Για παράδειγμα, από το κέντρο του Γαλαξία μας (τέρμα αριστερά) μέχρι το κέντρο της Ανδρομέδας (εμφανίζεται σε κλίμακα), υπάρχει ένας σχετικά μέτριος κόλπος περίπου 2,5 × 1022 μέτρων.

Στα πρώτα εκατό εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, φαίνεται ότι σχηματιζόταν μια αρχική γενιά πολύ μεγάλων άστρων και οι απαρχές των γαλαξιακών δομών. Αυτά τα πρώιμα αστέρια ήταν κρίσιμα για τη δημιουργία των πρώτων βαρέων στοιχείων του σύμπαντος και για την απόρριψή τους στο διαστρικό διάστημα καθώς τα αστέρια γερνούσαν, φουσκώνονταν και εξερράγησαν.

Δίπλα στα ζωντανά όντα, οι πλανήτες μπορεί να είναι τα πιο διαφορετικά και πολύπλοκα αντικείμενα στο σύμπαν. Ο Proxima Centauri b, ο πλησιέστερος γνωστός εξωπλανήτης, μπορεί να έχει ουρανούς γεμάτους με σέλας που προκαλούνται από τον λαμπερό κόκκινο-νάνο ήλιο του.

Η Γη, που απεικονίζεται εδώ στην αρχή του αρχαίου αιώνα, πριν από 4 δισεκατομμύρια χρόνια, είναι μια ισχυρή θερμοδυναμική, χημική και ραδιολογική μηχανή. Πλήθος φαινομένων πλέκονται στην πλανητική επιφάνεια και στο εσωτερικό, καθώς και υφαίνονται μέσα στο χρόνο. Ιδιότητες που θεωρούμε δεδομένες, από το κλίμα μέχρι τα ορυκτά καύσιμα, είναι συνέπεια βαθιών κύκλων και ειρηνικών γεγονότων διάσπαρτων σε δισεκατομμύρια χρόνια.

Στην Κένυα, το ταξίδι μας μέσα από τις κλίμακες της φύσης μπορεί να μας φέρει σε μερικά μόνο ζουμ από το σκληρό κενό του διαστήματος για να αιωρούμε πάνω από ένα κοπάδι ελεφάντων. Επιθεωρούν και επιθεωρούνται από ένα μικρό κοπάδι νευρικών ανθρώπων με τα μεταλλικά τους τζιπ. Μερικές ακόμα ανατροπές του τηλεφακού μας φέρνουν σε ένα μεμονωμένο παχύδερμο. Και σε ένα πουλί βυοκολάπτη που κάθεται πάνω σε αυτόν τον ελέφαντα και ξεκολλάει μια ζουμερή ψείρα από πτυχές σκληρού δέρματος.

Η παρασιτική ψείρα στο ράμφος του πουλιού είναι μέρος μιας ομάδας εντόμων χωρίς φτερά που εξελίχθηκαν πριν από 480 εκατομμύρια χρόνια. Υπό αυτή την έννοια, η ψείρα είναι πιο εξωγήινος οργανισμός από το πουλί και τον ελέφαντα, και επίσης πιο επιτυχημένος, παρά την τρέχουσα δύσκολη θέση.

Η ζωή, όπως τη γνωρίζουμε αυτή τη στιγμή, είναι χτισμένη γύρω από το στοιχείο άνθρακα. Τα άτομα άνθρακα είναι σαν τα αγαπημένα σας κομμάτια σε ένα σετ Lego — τα κομμάτια που σας επιτρέπουν πάντα να ολοκληρώσετε τα πιο φιλόδοξα έργα σας. Τα άτομα άνθρακα φιλοξενούν έξι ηλεκτρόνια, τέσσερα από τα οποία μπορούν εύκολα να έλκονται από τους πυρήνες άλλων ατόμων και να μοιράζονται χώρο με τα ηλεκτρόνια αυτών των ατόμων. Στην κβαντική γλώσσα, αυτά τα ηλεκτρόνια καταλαμβάνουν ζώνες χωρικής πιθανότητας γύρω από ένα άτομο άνθρακα που αφήνουν το άτομο να συσχετιστεί με άλλα άτομα — ή, με άλλα λόγια, να σχηματίσει χημικούς δεσμούς.

Ένας τυπικός ατομικός πυρήνας καταλαμβάνει το ένα τρισεκατομμυριοστό του όγκου του ατόμου του, αλλά κατέχει το 99,9 τοις εκατό της μάζας. Όλο αυτό το κενό σημαίνει ότι το σύμπαν από μια κλίμακα 10–11 μέτρων μέχρι τα 10–15 μέτρα είναι εκπληκτικά θαμπό.

Το εσωτερικό ενός πρωτονίου είναι πολύ πιο ακατάστατο και άκομψο από ό,τι θα περιμέναμε. Αν και αυτό το σύνθετο αντικείμενο βιώνεται από τον έξω κόσμο σαν να περιέχει απλά δύο κουάρκ και ένα κάτω κουάρκ, αυτό είναι μόνο ένα μέρος της ιστορίας. Κάτω από την κλίμακα ενός πρωτονίου, είναι λογικό να τροποποιήσουμε τις προηγούμενες ιδέες μας για μια πραγματικότητα που αποτελείται από «σωματίδια» και «κύματα». Αντίθετα, μας εξυπηρετεί καλύτερα σκεπτόμενοι αυτό που θα ονομάσουμε «πεδία» και «κβάντα». Οι κυματισμοί σε μια λίμνη είναι μια αναλογία.

Απόσπασμα από το THE ZOOMABLE UNIVERS του Caleb Scharf, με εικονογράφηση του Ron Miller και 5W Infographics. Δημοσιεύθηκε τον Οκτώβριο του 2017 από την Scientific American / Farrar, Straus and Giroux, LLC. Πνευματικά δικαιώματα κειμένου © 2017 από τον Caleb Scharf; πνευματικά δικαιώματα εικονογραφήσεων © 2017 από τον Ron Miller; πνευματικά δικαιώματα infographics © 2017 από την 5W Infographics. Με την επιφύλαξη παντός δικαιώματος.

Επόμενο άρθρο

Λύση:«Πώς να κερδίσετε στο Deep Learning»