Что самое быстрое во Вселенной? Часть первая

Мы спрашиваем Кейти из нашего планетария Чарльза Хейдена, каково ограничение скорости Вселенной и как это ограничивает нашу способность исследовать за пределами Солнечной системы в этом подкасте Pulsar, предоставленном вам #MOSatHome. Мы задаем вопросы, присланные слушателями, поэтому, если у вас есть вопрос, который вы хотели бы задать эксперту, отправьте его нам по адресу sciencequestions@mos.org.

Не пропустите выпуск — подпишитесь на Pulsar в Apple Podcasts или Spotify уже сегодня!

Стенограмма

ЭРИК: Это Pulsar от Музея науки в Бостоне, подкаст, в котором мы ищем ответы на самые фантастические вопросы, которые мы когда-либо получали от посетителей.Крайности, как правило, популярны, когда мы задаем вопросы в наших виртуальных программах: самая большая акула, самый старый кратер, и сегодняшний вопрос ничем не отличается. Что самое быстрое во Вселенной? Присоединяюсь ко мне, чтобы поболтать о том, как все быстро, Кейти из нашего собственного планетария Чарльза Хейдена.

КЭТИ: Привет, спасибо, что пригласил меня. Итак, самая быстрая вещь во Вселенной — это свет.

ЭРИК: Легкий?

КЭТИ: Да.

ЭРИК: Так что это не реальный объект, а просто: свет очень быстрый.

КЭТИ: Правильный.

ЭРИК: Насколько это быстро?

КЭТИ: Это около 186 000 миль в секунду. Итак, если вы хотите подумать об этом в немного более понятных терминах, если бы вы могли путешествовать со скоростью света, вы могли бы обогнуть Землю семь с половиной раз за секунду.

ЭРИК: Это супер быстро. Итак, свет — это самое быстрое. Ничто не может идти быстрее, чем это. Это что-то вроде ограничения скорости Вселенной.

КЭТИ: В яблочко. Да, чтобы заставить любой объект, имеющий массу, двигаться со скоростью света, потребуется бесконечное количество энергии.

ЭРИК: То, что мы отправили в другие места во Вселенной, наши космические корабли и тому подобное, не близко к скорости света, но мы не можем двигаться быстрее. Это просто нигде близко.

КЭТИ: В яблочко. Да, самый дальний космический корабль, который люди когда-либо отправляли в космос, «Вояджер-1», находится примерно в 20 световых часах от нас. И он путешествует уже более 40 лет со скоростью около 10 миль в секунду. Так что по большому счету не так уж и далеко.

ЭРИК: Так что это не 1% скорости света для наших космических кораблей. Скорее 0,001%.

КЭТИ: В яблочко. Ага.

ЭРИК: Итак, вы упомянули, что вам потребуется бесконечное количество энергии, чтобы заставить массу двигаться со скоростью света. Но есть вещи, которые обладают огромным количеством энергии, например, середина галактики, и эта штука может запускать объекты, которые больше маленькой частицы, довольно близкой к скорости света, верно?

КЭТИ: Да, абсолютно.Таким образом, материал, который движется вокруг черной дыры или падает в черную дыру, ускоряется очень близко к скорости света, но не до конца. Если какой-либо объект имеет массу, он никогда не сможет достичь скорости света. Но, как вы сказали, он может быть довольно близок к событиям с высокой энергией, таким как аккреция материала черными дырами или взрывы звезд, сверхновые звезды и тому подобное.

ЭРИК: Таким образом, на Земле потребляется намного больше энергии, чем нам хотелось бы, каждая секунда, выброшенная из центра этих экстремальных мест во Вселенной, может заставить вещи двигаться довольно быстро, например, это 99,9% скорости света.

КЭТИ: Ах, да. Да, конечно.

ЭРИК: Это своего рода проблема для людей во многих отношениях: ничто не может двигаться быстрее скорости света. На планете Земля это не проблема, потому что вы разговариваете с кем-то на другом конце земли через Интернет, информация распространяется со скоростью света, ваше отставание почти отсутствует. Например, если вы стоите через комнату от кого-то, кто разговаривает с Австралией по телефону, человек в Австралии слышит голос раньше, чем человек на другом конце комнаты, потому что свет намного быстрее звука. Но когда вы говорите о связи на расстоянии в космосе, мы начинаем сталкиваться с проблемами, верно?

КЭТИ: Да, абсолютно.

ЭРИК: И когда мы отправили людей на Луну, скорость света, чтобы добраться туда, составляла пару секунд. Так что это было не так уж и важно. Мы хотим полететь на Марс, это зависит от того, где Земля и Марс. А вот задержка светового сигнала может быть больше часа.

КЭТИ: Да, потребуется для связи между Землей и Марсом, это зависит от того, где они находятся на своих орбитах. Но да, это может занять значительное количество времени.Таким образом, если бы мы когда-нибудь отправили людей на Марс, они были бы достаточно изолированы, поскольку у них не было бы такой почти мгновенной связи, как у астронавтов на Международной космической станции.

ЭРИК: И наши роботы, которые находятся на Марсе, уже это испытывают. Я имею в виду, что мы не можем дать им инструкции мгновенно, мы не можем мгновенно получить их данные. Это может занять минуты или более часа, мы должны сделать их автономными. Таким образом, у роботов должны быть запланированы эти алгоритмы, когда они собираются что-то бурить, когда они отправляются управлять вертолетом на Марс, он должен делать это сам.

КЭТИ: В яблочко. Даже приземление многих таких марсоходов, как Perseverance и Curiosity. Все это должно было быть запрограммировано заранее. Так что они были как бы сами по себе, и все скрестили пальцы на Земле.

ЭРИК: Да, происходят Семь минут ужаса, чтобы добраться из космоса на землю на Марсе, а затем требуется около часа, чтобы данные вернулись. А потом мы не знаем на тот час, есть оно или его нет. И тогда мы должны наблюдать за этим в режиме реального времени. Итак, вы смотрите в диспетчерскую НАСА, они наблюдают, как данные поступают с часовой задержкой из-за скорости света. И вы чувствуете, что смотрите это вживую, но вы знаете, что вы вроде как смотрите это в записи. Это как смотреть бейсбольный матч на следующий день. Вы смотрите это в реальном времени, но это было давно.

КЭТИ: Да, именно.

ЭРИК: И затем это особенно верно в отношении вещей, которые мы отправляем очень далеко в Солнечной системе, таких как миссия Плутона, Новые Горизонты. Плутон находится в нескольких световых часах от нас. Так что там действительно что-то происходит, и космический корабль сам по себе. Но это был пролет. И поэтому, если что-то пойдет не так, мы обнаружим, что это будет за тысячи миль от Плутона, и мы ничего не сможем сделать. Так это было. на самом деле, когда что-нибудь происходит где-нибудь в Солнечной системе, это нервирует, потому что с первого раза все должно пройти как надо.

КЭТИ: Да, именно.Просто быть в темноте может быть очень страшно. Но также очень здорово, что мы можем общаться на таких расстояниях, хотя это и занимает немного больше времени.

ЭРИК: Да, так что самое дальнее, о чем мы сейчас общаемся, это "Вояджер-1", вы упомянули об этом. И это все еще продолжается спустя 44 года. Он записывает свои данные на восьмидорожечные ленты, это мой любимый факт об этом. Он был запущен в 70-х годах. Вот такая была технология. Но вы знаете, он выходит за пределы Солнечной системы, отправляет данные обратно, а затем, через 18 часов, мы их получаем и забираем. Это предел того, где мы были. А потом какой-то облом, что, да, люди не могут исследовать галактику, как многие из научной фантастики, даже со скоростью света. Даже если бы мы могли двигаться со скоростью света, потребовалось бы четыре года, чтобы добраться до следующей ближайшей звезды.

КЭТИ: Ага-ага. И один из моих самых умопомрачительных фактов, который я люблю рассказывать людям, заключается в том, что если мы хотим отправить «Вояджер-1» к ближайшей звезде, которая находится в четырех световых годах от нас. Если бы он двигался в правильном направлении, ему потребовалось бы еще 70 000 лет, чтобы добраться туда.

ЭРИК: Так что это не похоже на то, что вы садитесь на космический корабль с целой кучей людей, а затем ваши внуки в конце концов увидят следующую звезду. Вы говорите о 70 000 лет, кто знает, что произойдет на космическом корабле через 70 000 лет без возможности выйти на улицу, заправиться или сделать что-то еще? Это ошеломляет. Мы ограничены этим в наших нынешних технологиях. И даже если бы мы могли построить космические корабли со скоростью света, потребуются годы, чтобы добраться до другой звезды. А затем галактика, полная Звезд, около 100 000 световых лет в поперечнике, и даже со скоростью света потребуется так много времени, чтобы добраться куда-либо.Если бы мы нашли еще одно интересное место, которое мы хотели бы посетить, даже с роботами, которых мы могли бы отправить очень быстро, потому что у них нет бледных мягких тел, и нам не нужно беспокоиться об ускорении, это заняло бы вечность.

КЭТИ: Да, мы действительно никогда не сможем увидеть нашу галактику снаружи. Мы никогда не получим галактическое селфи.

ЭРИК: Если только мы не преодолеем скорость светового барьера. Как вы думаете, мы когда-нибудь сможем это сделать?

КЭТИ: О боже, я не знаю. Возможно нет. Но кто знает? Возможно когда-нибудь?

ЭРИК: Что ж, об этом мы поговорим на следующей неделе. Что, если бы мы могли найти способ преодолеть барьер скорости света и отправлять сообщения или людей по всей вселенной в миллион раз быстрее скорости света? Присоединяйтесь к нам во второй части на следующей неделе, когда мы услышим от отмеченного наградами автора научной фантастики, который вообразил миры, в которых свет — не самая быстрая вещь. А пока продолжайте задавать вопросы.

Музыкальная тема Дестина Хейлмана