Theory of Everything- The quest for a big dream

Mysteries of the Standard Model (THE PHYSICS TEACHER ◆ Vol. 55, April 2017)

Theory LQG predicts that both space and time decome quantized, leading to a smallest length abd shortest duration.

Plank length (-35)

Planc time  (-48)

Theory of Everything is he quest for a big dream. Newton,Maxwell, general relativity, Standard Model, quantum gravity grand unified theory and the theory of everything consist the mountain of knowledge. The journey will be continued.

THE DARK SIDE OF THE UNIVERSE: Quantum Chromodynamics - QCD

THE DARK SIDE OF THE UNIVERSE: Quantum Chromodynamics - QCD

Κβαντική Χρωμοδυναμική Παρ' όλο που η Κβαντική Χρωμοδυναμική αναπτύχθηκε πάνω στις ίδιες αρχές με την Κβαντική Ηλεκτροδυναμική, ωστόσο είναι μια αρκετά περίπλοκη θεωρία. Κύρια πηγή της πολυπλοκότητας αυτής είναι η πολλαπλότητα των έγχρωμων φορτίων. Αυτό που ονομάζεται χρώμα του κουάρκ φαίνεται να είναι μια μορφή φορτίου, γι'αυτό και λέγεται φορτίο χρώματος. Η ονομασία αυτή δεν είναι αυθαίρετη. Έχει αποδειχθεί ότι το φορτίο χρώματος είναι υπεύθυνο στη δημιουργία των ισχυρών αλληλεπιδράσεων, όπως τα ηλεκτρικά φορτία είναι υπεύθυνα για τις ηλεκτρικές δυνάμεις. Αλλά με ορισμένες διαφορές. Ενώ τα ηλεκτρικά φορτία είναι είτε θετικά είτε αρνητικά, τα φορτία χρώματος έχουν τρία είδη φορτία χρώματος. Ακριβώς όπως στον Ηλεκτρισμό τα ομώνυμα φορτία απωθούνται, έτσι απωθούνται και τα όμοια φορτία χρώματος. Αλλά για τις έλξεις οι κανόνες είναι πιο σύνθετοι. Έλκονται όχι μόνο αντίθετα χρώματα, αλλά μπορούν να έλκονται, κάτω από ορισμένες συνθήκες, και ανόμοια φορτία χρώματος όπως π.χ. κόκκινα και κυανά κουάρκ. Σ' αυτό παίζει ρόλο η κβαντική κατάσταση των δυο έγχρωμων κουάρκ.  Επίσης τα φορτία χρώματος, όπως και τα ηλεκτρικά, είναι προσθετικά. Για παράδειγμα το κόκκινο, το μπλε και το πράσινο μπορούν να συνδυαστούν. Σύμφωνα με την QCD, η ισχυρή δύναμη δεν δρα μεταξύ ηλεκτρικών φορτίων (δεν 'βλέπει' τα φορτία) αλλά μεταξύ φορτίων χρώματος. Επίσης στην QCD το μέτρο της δύναμης που αναπτύσσεται μεταξύ δυο σωματίων είναι ανάλογο του γινομένου των φορτίων χρώματος. Σωμάτια που δεν έχουν φορτίο χρώματος, δεν επηρεάζονται από την ισχυρή αλληλεπίδραση.   Αλλά και ο μηχανισμός με τον οποίο μεταβιβάζεται η ισχυρή δύναμη θεωρείται ότι είναι ανάλογος του μηχανισμού που λειτουργεί στον Ηλεκτρομαγνητισμό: η αλληλεπίδραση μεταξύ δύο ηλεκτρικά φορτισμένων σωματίων περιγράφεται με την ανταλλαγή ενός τρίτου σωματίου. Ενώ όμως στην Κβαντική Ηλεκτροδυναμική υπάρχει ένα μόνο τέτοιο σωμάτιο, το φωτόνιο, στην Κβαντική Χρωμοδυναμική υπάρχουν οκτώ άμαζα γκλουόνια, μεταφέρουν όμως κι' αυτά φορτίο χρώματος, κάτι που δεν συμβαίνει με το φωτόνιο (να μεταφέρει ηλεκτρικό φορτίο). Αφού τα γκλουόνια μεταφέρουν φορτίο χρώματος μπορούν όχι μόνο να μεταδώσουν την ισχυρή δύναμη αλλά μπορούν επίσης να αλλάξουν το χρώμα των κουάρκ, ενώ η εκπομπή ή απορρόφηση των φωτονίων ποτέ δεν μπορεί να αλλάξει το ηλεκτρικό φορτίο των σωματίων.

Χρειάζονται 8 ειδών γκλουόνια για τη σωστή περιγραφή της QCD. Τα έξι από αυτά φτιάχνονται από ένα χρώμα και ένα αντι-χρώμα (όχι όμως του αντίστοιχου χρώματος). Τα άλλα δύο φτιάχνονται με κατάλληλους συνδυασμούς όλων των χρωμάτων και αντι-χρωμάτων, τους οποίους ορίζει επακριβώς το μαθηματικό υπόβαθρο. Το χρώμα των κουάρκ δεν μένει σταθερό, όπως η γεύση τους (up, down κλπ). Τα κουάρκ αλλάζουν συνεχώς το χρώμα τους καθώς ανταλλάσσουν γκλουόνια με άλλα κουάρκ.  Για παράδειγμα, ένα κόκκινο κουάρκ μπορεί να μεταπέσει σ' ένα κόκκινο κουάρκ (ταυτοτικός μετασχηματισμός)  ή σ’ ένα πράσινο κουάρκ ή σ' ένα κυανό κουάρκ. Το τελικό αποτέλεσμα της ενδιάμεσης ανταλλαγής όλων αυτών των γκλουονίων, μεταξύ των κουάρκ,  είναι να παράγεται μια δύναμη που τείνει να συγκρατεί μαζί τα κουάρκ σ' ένα σύστημα που είναι ουδέτερο από άποψη χρώματος, δηλαδή κουάρκ και γκλουόνια είναι μόνιμα περιορισμένα μέσα στα αδρόνια.

PRESENTATION

PRESENTATION DARK MATTER

PRESENTATION HIGGS PARTICLE

ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΓΑΛΑΞΙΑΣ

Οι γαλαξίες αποτελούν τεράστια βαρυτικά συστήματα αστέρων, γαλαξιακών αερίων, αστρικής σκόνης και (πιθανώς) αόρατηςσκοτεινής ύλης. Η ετυμολογία της λέξης προέρχεται από τα ελληνικά και σημαίνει άξονας από γάλα και αναφέρεται στον δικό μας Γαλαξία. Οι τυπικοί γαλαξίες αποτελούνται από 10 εκατομμύρια έως 1 τρις (10⁷ - 10¹²) αστέρες, οι οποίοι βρίσκονται σε τροχιά γύρω από ένα βαρυτικό κέντρο.

 Εκτός από αστέρες, οι περισσότεροι γαλαξίες περιέχουν και ένα μεγάλο πλήθος αστρικών συστημάτων και αστρικών σμηνών όπως και διάφορους τύπους νεφελωμάτων. Οι περισσότεροι γαλαξίες έχουν διάμετρο από μερικές χιλιάδες έως μερικές εκατοντάδες χιλιάδες έτη φωτός και απέχουν μεταξύ τους εκατοντάδες χιλιάδες έως εκατομμύρια έτη φωτός.

NGC 4414, ένας τυπικός σπειροειδής γαλαξίας, στον αστερισμό της Κόμης της Βερενίκης. Έχει διάμετρο περίπου 56.000 έτη φωτός και βρίσκεται σε απόσταση 60 εκατομμύρια έτη φωτός από τον Γαλαξία μας.

ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΤΩΝ ΓΑΛΑΞΙΩΝ

Γενικά οι γαλαξίες παρουσιάζουν στην όψη σχήμα κανονικό, της σφαιρικής ατράκτου ή εκείνου του αμφίκυρτου φακού. Αποτελούνται συνήθως από τρία κύρια μέρη:

·         Το κέντρο του γαλαξία, περιοχή με υψηλή πυκνότητα άστρων, στην οποία βρίσκεται, όπως υποψιάζονται οι επιστήμονες, μία τεράστια μαύρη τρύπα.

·         Τον γαλαξιακό δίσκο, όπου βρίσκονται συγκεντρωμένα τα περισσότερα άστρα του γαλαξία.

·         Την άλω του γαλαξία, που περιέχει λιγότερα και διαφορετικού τύπου άστρα, αέριο και σκοτεινή ύλη.

Ο σύγχρονος Αμερικανός αστρονόμος Έντγουιν Χαμπλ (E. Hubble) 1889-1953, ένας εκ των κυριοτέρων ερευνητών του Σύμπαντος (ο οποίος διαπίστωσε το 1929, μεφασματοσκοπικές μεθόδους, τη διαστολή του Σύμπαντος), ταξινόμησε τους γαλαξίες ως εξής: σε ελλειπτικούς, σπειροειδείς και ανώμαλους. Καθώς η ταξινόμηση του Χαμπλ αφορά μονάχα το σχήμα, παραλείπει συχνά κάποια άλλα σημαντικά χαρακτηριστικά, όπως ο αριθμός δημιουργίας άστρων ή τη δραστηριότητα του πυρήνα.

ΙΔΙΟΜΟΡΦΟΙ ΓΑΛΑΞΙΕΣ

Οι ιδιόμορφοι γαλαξίες αποτελούν γαλαξιακούς σχηματισμούς που έχουν ασυνήθιστες ιδιότητες εξαιτίας της βαρυτικής αλληλεπίδρασης με άλλους γαλαξίες. Ένα παράδειγμα αυτού είναι ο δακτυλιοειδής γαλαξίας, που έχει μία δακτυλιοειδή δομή άστρων και αερίου που περιβάλει ένα «γυμνό» πυρήνα. Αυτοί οι γαλαξίες θεωρείται ότι σχηματίζονται όταν ένας μικρότερος γαλαξίας περάσει μέσα από τον πυρήνα ενός σπειροειδή γαλαξία. Ένα τέτοιο γεγονός μπορεί να έχει επηρεάσει και τον γαλαξία της Ανδρομέδας, καθώς παρουσιάζει πολλαπλές δακτυλιοειδείς μορφές στην υπέρυθρη ακτινοβολία.

Ένας φακοειδής γαλαξίας είναι η ενδιάμεση μορφή εμφάνισης μεταξύ ελλειπτικού και σπειροειδή γαλαξία. Αυτοί οι γαλαξίες κατηγοριοποιήθηκαν από τον Χαμπλ ως S0 και κατέχουν ασθενώς καθορισμένους σπειροειδείς βραχίονες, με μία ελλειπτική άλω αστέρων.

Το αντικείμενο του Hoag είναι ένα παράδειγμα δακτυλιοειδή γαλαξία.

ΑΣΤΡΟΓΟΝΟΙ

Οι αστρογόνοι γαλαξίες χαρακτηρίζονται από συγκεντρώσεις σκόνης και αερίων και την εμφάνιση νεοσύστατων αστέρων, συμπεριλαμβανομένων και τεράστιων αστέρων που ιονίζουν τα γύρω νέφη δημιουργόντας περιοχές H II. Αυτοί οι τεράστιοι αστέρες μετατρέπονται σε υπερκαινοφανείς αστέρες, των οποίων τα υπολείμματα επεκτίνονται και αλληλεπιδρούν δυναμικά με το περιβάλλον αέριο. Αυτά τα ξεσπάσματα μπορούν να προκαλέσουν μια αλυσιδωτή αντίδραση γένεσης αστέρων, που εξαπλώνεται σε ολόκληρη την περιοχή του αερίου. Μόνο όταν το διαθέσιμο αέριο έχει σχεδόν καταναλωθεί ή διασκορπίσει, η αστρογόνος δραστηριότητα σταματά.

Ένα κλασσικό παράδειγμα αστρογόνου γαλαξία είναι ο Μεσιέ 82, ο οποίος υπόκειται σε μία σύντομη πρόσεγγιση με τον μεγαλύτερο Μεσιέ 81. Οι ανώμαλοι γαλαξίες συνήθως παρουσιάζουν κόμβους έντονης αστρογόνου δραστηριότητας.

Ο γαλαξίας Μεσιέ 82, ο αρχέτυπος των αστρογόνων γαλαξιών, παράγει 10 φορές περισσότερους αστέρες απ'ότι ενάς κανονικός γαλαξίας.

ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΗ ΚΑΙ ΜΑΖΑ ΓΑΛΑΞΙΩΝ

Συνήθως ο μικρός άξονας του ελλειψοειδούς σχήματος ενός γαλαξία είναι συγχρόνως και ο «άξονας περιστροφής» του.

Τη περιστροφή των γαλαξιών μαρτυρεί, κατ' αρχήν, το ίδιο το σχήμα τους, ενώ οι σπειροειδείς βραχίονές τους καταδεικνύουν σαφώς και τη φορά προς την οποία περιστρέφεται ένας γαλαξίας.

Με τη βοήθεια βέβαια του φασματοσκοπίου κατορθώθηκε όχι μόνο να επιβεβαιωθεί η περιστροφή των γαλαξιών αλλά και ακόμη να μετρηθεί η ταχύτητα περιστροφής τους. Η ταχύτητα δε αυτή φθάνει ή και να υπερβαίνει τα 300 km/s (χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο) στα εξωτερικά όρια των βραχιόνων.

Η ταχύτητα περιστροφής ενός γαλαξία επιτρέπει να υπολογισθεί και η μάζα του, δηλαδή το ποσόν της ύλης που περιέχει. Εξάλλου, όταν είναι γνωστές οι διαστάσεις και η μάζα ενός γαλαξία, εύκολα υπολογίζεται και η μέση πυκνότητα της ύλης του από τον γνωστό τύπο ρ=m/v, όπου ρ = η πυκνότητα, m = η μάζα και v = ο όγκος του γαλαξία.

Βρέθηκε έτσι πως η μάζα των μεγάλων γαλαξιών μπορεί να είναι και 300 δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη της μάζας του Ηλίου μας. Οι περισσότεροι όμως γαλαξίες έχουν μάζα μικρότερη της τάξεως των 6•10¹⁰ και 2•10¹⁰ ηλιακών μαζών. Υπάρχουν όμως και γαλαξίες με μάζα ίση προς ένα μόνο δισεκατομμύριο φορές τη μάζα του Ηλίου μας.

Οι εξαγωγές αυτών των μετρήσεων της μάζας των γαλαξιών είναι εκείνες που επιτρέπουν την έμμεση εκτίμηση και του πλήθους των αστέρων που περιέχονται σε κάθε γαλαξία, αν υποτεθεί ότι η μέση μάζα των αστέρων είναι ίση προς την ηλιακή μάζα. Από αυτό εξάγεται και το συμπέρασμα (που αναφέρθηκε παραπάνω στη «Σύσταση Γαλαξιών») πως το πλήθος των αστέρων εκάστου γαλαξία είναι της τάξεως των 10-άδων ή 100-άδων δισεκατομμυρίων.

ΣΥΣΤΑΣΗ ΓΑΛΑΞΙΩΝ

Όπως απέδειξαν οι έρευνες των τελευταίων 10ετιών, καθένας των γαλαξιών συνίσταται από αστέρες, νεφελώματα και μεσοαστρική ύλη.
Οι αστέρες καθενός γαλαξία είναι ήλιοι, όπως ο Ήλιος μας. Το πλήθος των αστέρων εκάστου γαλαξία δεν είναι δυνατόν να καταμετρηθεί διότι λόγω της μεγάλης απόστασης των γαλαξιών δεν καθίσταται εύκαιρη η παρατήρησή τους ειδικότερα στους πυρήνες τους. Μόνο στους πλησιέστερους γαλαξίες διακρίνονται αστέρες και πάλι όχι στους πυρήνες αλλά στους βραχίονές τους που είναι και αραιότεροι.

Δια διαφόρων όμως μεθόδων οι αστρονόμοι προσδιορίζουν τους αστέρες σε κάθε γαλαξία να είναι της αριθμητικής τάξεως των δεκάδων έως εκατοντάδων δισεκατομμυρίων.

Τα νεφελώματα καθενός γαλαξία είναι ύλη νεφελώδης, σχετικά πυκνή, συνήθως σκοτεινή, εκτός και αν φωτίζεται από γειτονικούς αστέρες, οπότε και φαίνεται φωτεινή.

Τα νεφελώματα διακρίνονται ως σκοτεινές κηλίδες ή σκοτεινές ταινίες οι οποίες και αμαυρώνουν κατά τόπους τόσο τον πυρήνα όσο και τους βραχίονες καθενός γαλαξία.

Τέλος η μεσοαστρική ύλη είναι ύλη διάσπαρτη από αέρια και αστρική σκόνη πολύ αραιότερη από την ύλη των νεφελωμάτων, η οποία επειδή πληροί τον μεσοαστρικό χώρο μεταξύ των αστέρων του κάθε γαλαξία ονομάσθηκε μεσοαστρική.

Η μεσοαστρική ύλη είναι ανάλογη με την υπάρχουσα ανάμεσα στους γαλαξίες και που ονομάζεται εξ αυτού διαγαλαξιακή ή μεσογαλαξιακή ύλη.

Η τετράδα του Στεφάνου είναι ένα παράδειγμα μίας συμπυκνωμένης ομάδας αλληλεπιδρώντων γαλαξιών.

Ιδιόμορφος γαλαξίας του ARP 273

ΟRBIT

Εάν ένα αντικείμενο φθάνει ταχύτητα διαφυγής, αλλά δεν κατευθύνεται κατ 'ευθείαν έξω από τον πλανήτη, τότε θα ακολουθήσει μια καμπύλη διαδρομή. Αν και αυτή η διαδρομή δεν σχηματίζουν ένα κλειστό σχήμα, εξακολουθεί να θεωρείται μια τροχιά. Υποθέτοντας ότι η βαρύτητα είναι η μόνη σημαντική δύναμη στο σύστημα, η ταχύτητα αυτού του αντικειμένου σε οποιοδήποτε σημείο στην τροχιά θα είναι ίση με την ταχύτητα διαφυγής σε εκείνο το σημείο (λόγω της διατήρησης της ενέργειας, συνολικής ενέργειας του πρέπει πάντοτε να είναι μηδέν, πράγμα που σημαίνει ότι έχει πάντα ταχύτητα διαφυγή. Το σχήμα της τροχιάς θα είναι μια παραβολή των οποίων η εστίαση βρίσκεται στο κέντρο μάζας του πλανήτη. Μια πραγματική απόδραση απαιτεί μια πορεία με μια τροχιά που δεν τέμνονται με τον πλανήτη, ή την ατμόσφαιρα του, δεδομένου ότι αυτό θα μπορούσε να προκαλέσει το αντικείμενο για την συντριβή. Όταν κινείται μακριά από την πηγή, αυτό το μονοπάτι ονομάζεται τροχιά διαφυγής . Αποδράστε τροχιές είναι γνωστά ως C3 = 0 τροχιές C3 είναι το. Χαρακτηριστικό ενέργειας , = - GM / a, όπου a είναι η ημι-κύριο άξονα , που είναι άπειρη για παραβολικές τροχιές.

Όταν υπάρχουν πολλά σώματα περιστρέφονται, όπως στο ηλιακό σύστημα, έναν πύραυλο που ταξιδεύει με ταχύτητα διαφυγής από ένα σώμα, λένε Γη, δεν θα ταξιδέψει σε άπειρη απόσταση, γιατί χρειάζεται μια ακόμα υψηλότερη ταχύτητα για να ξεφύγει από τη βαρύτητα του Ήλιου. Κοντά από τη Γη, η τροχιά του πυραύλου θα εμφανιστεί παραβολικά, αλλά θα γίνει μια έλλειψη γύρω από τον Ήλιο, με εξαίρεση όταν διαταράσσεται από τη Γη, του οποίου η τροχιά θα πρέπει να εξακολουθούν να τέμνονται, και άλλους φορείς.

TΑΧΥΤΗΤΑ ΔΙΑΦΥΓΗΣ

Ταχύτητα διαφυγής (αγγλικά: escape velocity) χαρακτηρίζεται οποιαδήποτε ταχύτητα που υπερνικά ενάντια δράση. Ειδικότερα στην Αστρονομία, Αστροναυτική και Κοσμογραφίαως ταχύτητα διαφυγής χαρακτηρίζεται η ελάχιστη αρχική ταχύτητα που θα πρέπει να αναπτύξει ένα σώμα (π.χ. ένας πύραυλος) προκειμένου να υπερνικήσει τη βαρυτική έλξη που υφίσταται αυτό στην επιφάνεια ενός ουρανίου σώματος. Για να διαφύγει από τη βαρύτητα ενός ουράνιου σώματος ένας πύραυλος πρέπει να έχει κινητική ενέργεια που να ξεπερνά την δυναμική του ενέργεια στο βαρυτικό πεδίο του ουράνιου σώματος.

Σε κάθε ουράνιο σώμα παρατηρείται διαφορετική ένταση βαρύτητας, συνεπώς διαφορετική είναι και η ταχύτητα διαφυγής η οποία μειώνεται υψομετρικά από την επιφάνειά του. Όσο πιο μακριά βρίσκονται τα κέντρα των μαζών δύο σωμάτων, τόσο μικρότερη είναι η ταχύτητα διαφυγής του ενός ως προς το άλλο.

Η ταχύτητα διαφυγής δίνεται από την ακόλουθη σχέση:

Η ταχύτητα διαφυγής ελαττώνεται όσο απομακρύνεται το ένα σώμα από το άλλο. Αν το μικρότερο σώμα αναπτύξει ταχύτητα μικρότερη της ταχύτητας διαφυγής, τότε αυτό δεν πρόκειται να εγκαταλείψει το μεγαλύτερο. Συνεπώς, ένα αντικείμενο που εκτοξεύεται από την επιφάνεια της Γης με αρχική ταχύτητα μικρότερη της ταχύτητας διαφυγής δεν θα εγκαταλείψει ποτέ την βαρυτική έλξη της Γης. Στην πραγματικότητα η απαιτούμενη ταχύτητα είναι ακόμα μεγαλύτερη από την ταχύτητα διαφυγής, καθώς στο αντικείμενο θα ασκηθούν και δυνάμεις τριβής λόγω της ατμόσφαιρας της Γης.

ΚΑΣΤΑΝΙΑ ΜΑΡΚΕΛΛΑ

4850 Feet Below the Ground: The search for Dark Matter

Ισχυρισμός για ανίχνευση «σκοτεινής ύλης» υποβάλλεται σε έλεγχο

MUSIC FROM HIGGS BOSON (ATLAS)

The data behind the Higgs boson breakthrough has been turned into a melody.

A team of researchers has taken data created by the ATLAS experiment, which is part of the Large Hadron Collider (LHC) at CERN, and turned it into a musical score. The data underpins CERN scientists' announcement last week that they have almost certainly found the Higgs boson , which confirms our basic model of physics.