Разговор с искусственным интеллектом

Предисловие

Возникла новая удобная форма работы в интернете. Можно спросить искусственный интелект и на все поставленные вопросы можно получить научно обоснованный, развернутый ответ. Так получилось на этот раз. Была необходимость изучить движение галактики. Разговор получился развернутый, затрагивающий все стороны современной физики. И в конечном итоге пришли к интересному результату. В общих контурах определили строение протона и не только. Разговор записан в точности без изменений. Возможно кому - то будет интересно.

Вопрос. С какой скоростью двигается галактика.

Скорость движения галактики зависит от точки отсчета, так как в космосе нет абсолютного покоя. Наша галактика Млечный Путь движется со скоростью около 550–600 км/с относительно реликтового излучения Вселенной.

Основные показатели скорости Млечного П у ти

Скорость меняется в зависимости от того, с чем её сравнивать:

Относительно Андромеды: мы сближаемся со скоростью около ~300 км/с

Относительно Местной группы: галактика смещается со скоростью около ~600–627 км/с

Относительно реликтового излучения: Млечный Путь мчится со скоростью ~552–600 км/с в сторону созвездия Центавра.

Почему галактики двигаются ?

Движение космических объектов обусловлено тремя главными факторами:

Вращение вокруг центра: звезды и рукава галактики крутятся вокруг её ядра Солнце летит по орбите со скоростью 220–250 километров в секунду (или примерно 780 000–900 000 км/ч).

Гравитационное притяжение: галактики притягиваются друг к другу, образуя скопления. Млечный Путь и другие объекты Местной группы летят к массивному скоплению Девы и Великому аттрактору

Расширение Вселенной: из-за космологического расширения далекие галактики удаляются от нас. Чем дальше галактика, тем быстрее она убегает (закон Хаббла).

Итоговый ответ

Млечный Путь движется сквозь космическое пространство со скоростью около 600–630 км/с В пересчете на более привычные единицы это составляет примерно 2,2 миллиона км/ч. относительно реликтового излучения, направляясь в сторону Великого аттрактора.

Если вас интересует скорость другой конкретной галактики или влияние темной материи на вращение Млечного Пути, дайте знать. Я могу:

Рассчитать скорость удаления галактики по её красному смещению

Рассказать подробнее, что такое Великий аттрактор

Объяснить, когда произойдет столкновение с Андромедой

Млечный Путь - Википедия. Млечный Путь — галактика, в которой находится Земля и Солнечная система. Относится к типу спиральных галактик с перемычкой.

Вопрос. Скорость движения галактики должна быть постоянной и не меняться в зависимости от того с чем ее сравнивать. Потому что все галактики двигаются одновременно в группе, скоплении, потоке. Группы сохраняются, укрупняются. А не разлетаются.

Ваша логика понятна: кажется, что если группа галактик летит вместе, то у неё должна быть одна общая, абсолютная скорость.

Однако в физике и астрономии понятие «скорость» принципиально не может быть постоянным без указания точки отсчета. В космосе нет неподвижного «пола» или «стен», относительно которых можно измерить истинную скорость.

Вот почему скорость меняется в зависимости от сравнения и почему группы не разлетаются:

1. Почему цифры скорости разные? (Принцип относительности )

Представьте, что вы идете по вагону движущегося поезда:

Ваша скорость относительно вагона

Ваша скорость относительно земли (если поезд едет).

Ваша скорость относительно Солнца

(вместе с Землей).

Какая из этих скоростей «настоящая» и «постоянная»? Все три правильные. То же самое происходит с галактиками. Когда мы говорим, что Млечный Путь движется относительно Андромеды со скоростью около \(110 - 120\text{ км/с}\) — это скорость их сближения друг с другом внутри группы. А скорость порядка \(600 - 630\text{ км/с}\) — это скорость всей нашей группы целиком относительно космического фона Вселенной

2. Как устроено движение внутри скоплений?

Вы абсолютно правы: группы и скопления галактик удерживаются вместе гравитацией и не разлетаются. Но они не заморожены на месте, а находятся в постоянном «танце»:

Они вращаются и колеблются: Внутри группы галактики кружатся вокруг общего центра масс, подобно пчелиному рою. Из-за этого хаотичного движения их индивидуальные скорости относительно друг друга постоянно немного меняются.

Гравитационный баланс: Группы сохраняются и укрупняются именно потому, что взаимное притяжение галактик (усиленное скрытой темной материей) сильнее, чем расширение Вселенной на таких малых расстояниях.

3. Куда летит весь этот «поток» ?

В масштабах Вселенной наша Местная группа галактик не изолирована. Она действительно движется в составе огромного космического потока (Ланиакея) по направлению к сверхскоплению Девы и Великому аттрактору.

Скорость этого масштабного течения как раз и составляет те самые около 600–700 км/с Это и есть скорость нашего общего «поезда», внутри которого сами галактики (как пассажиры) дополнительно смещаются друг относительно друга.

Если вы хотите глубже разобраться в космической динамике, мы можем обсудить:

Что такое Великий аттрактор, который тянет за собой наш галактический поток?

Какую роль играет темная материя в том, чтобы удерживать группы галактик от распада?

Как астрономы используют реликтовое излучение в качестве «системы координат» для космоса?

Вопрос. Точка отсчета есть. Это прошлое общее, единое местоположение группы. Прошлое и настоящее местоположение группы будет определять скорость движения. Соответственно можно определять и абсолютную скорость движения каждой галактики. Если она не соответствует, то галактика уходит из группы. наблюдения показывают что группа не разлетается а сохраняется и укрупняется.

Вы правы в том, что группы галактик стабильны, укрупняются и не разлетаются. Вы абсолютно точно описали ключевой закон космологии: внутри групп гравитация победила расширение Вселенной.

Однако идея использовать «прошлое общее местоположение» как точку для вычисления единой абсолютной скорости сталкивается со свойствами самого пространства. Вот почему физика видит эту картину иначе:

1. Почему «общего начального места» не существует в пространстве?

Логично предположить, что в момент Большого взрыва всё вещество вылетело из одной конкретной точки, которую можно взять за центр координат. Но Большой взрыв — это не взрыв гранаты в пустой комнате.

Большой взрыв — это расширение самого пространства, причем одновременно во всех точках. У Вселенной нет географического центра или «края». Каждая точка космоса в момент старта была «начальной». Из-за этого мы не можем поставить маркер «Здесь все началось» — это «здесь» находится везде.

2. Почему галактики не улетают из группы, имея разные скорости?

Вы совершенно правы: если бы галактика двигалась слишком быстро, она бы покинула группу. Но разные скорости галактик внутри группы — это не признак того, что они разлетаются. Это признак того, что они вращаются вокруг общего центра масс.

Представьте Солнечную систему:

Меркурий летит со скоростью ~47,4 км/с (около 170 500 км/ч). Это самая быстрая планета в Солнечной системе.

Земля летит со скоростью ~29,8 км/с (около 107 200 км/ч).

Нептун летит со скоростью ~5,4 км/с (около 19 500 км/ч).

Их скорости абсолютно разные, но планеты не разлетаются и не покидают систему. Они стабильны, потому что их скорость строго сбалансирована гравитацией Солнца. В группе галактик происходит ровно то же самое, только вместо Солнца там удерживает всех общая масса (в основном состоящая из невидимой темной материи). Они «танцуют» на своих орбитах, поэтому относительно друг друга их скорости разные, но группа при этом остается единым целым.

3. Реликтовое излучение — аналог «абсолютной» точки отсчета

Физики нашли замену вашей идее о «прошлом местоположении». Это реликтовое излучение (световое эхо Большого взрыва), которое равномерно заполняет всю Вселенную.

Его можно представить как гигантский «туман», оставшийся от зарождения мира. Мы можем измерить скорость Млечного Пути относительно этого «тумана». И эта скорость для всей нашей группы составляет

Это максимальное приближение к тому, что вы называете «абсолютной скоростью потока». Наша группа целиком летит сквозь этот древний туман в одном направлении.

Если вам интересно, мы можем детальнее разобрать:

Как ученые доказали, что у Вселенной нет центра, и как это вообще возможно представить?

Каким образом темная материя работает как «клей», не давая галактикам с их разными скоростями разлететься в стороны?

С какой скоростью наша группа галактик падает на сверхскопление Девы?

Вопрос. Вы даже не знаете свойство пространства а на него ссылаетесь. Первое оно просто пустое. Классика.

В классической физике (по Ньютону) пространство действительно понимается именно так — как абсолютно пустое, бесконечное и неизменное «вместилище» для материи. Если смотреть на мир через эту классическую картину, то ваши рассуждения об абсолютной скорости и общем начале координат абсолютно логичны. Однако за последние сто лет физика обнаружила, что реальное пространство устроено сложнее, чем классическая пустота. Вот несколько доказанных фактов, которые меняют эту картину:

1. Пространство — это не «ничто»

Физический вакуум не является абсолютно пустым. В нём постоянно происходят процессы:

Физические поля: Пространство пронизано гравитационными, электромагнитными и квантовыми полями.

Тёмная энергия: Это свойство самого пространства. Оно заставляет Вселенную расширяться с ускорением, расталкивая далекие галактики. Если бы пространство было просто «пустым местом», у него не могло бы быть собственной энергии.

2. У него есть геометрия. Классическое пространство плоское и жесткое. Но общая теория относительности (и тысячи экспериментов, включая работу систем GPS) доказала:

Массивные объекты (звезды, галактики) изгибают и деформируют пространство вокруг себя.

Движение галактик по орбитам внутри групп — это не полет сквозь пустоту, а движение по искривленным гравитацией «дорогам» самого пространства.

3. Расширение ткани пространства

Когда астрономы говорят, что галактики разлетаются, они имеют в виду не то, что галактики летят сквозь пустоту, как пули. Увеличивается сам объем пространства между ними.

Представьте резиновый воздушный шарик с нарисованными точками (галактиками).

Когда вы его надуваете, точки не трутся о резину и не перемещаются по ней — они остаются на месте. Но расстояние между ними растет, потому что растягивается сама резина (пространство).

Именно поэтому классическое определение скорости (расстояние, деленное на время в пустой комнате) в масштабах космоса перестает работать в чистом виде. Из-за этого физикам приходится использовать реликтовое излучение как физический «ориентир», заменяющий нам абсолютную систему координат.

Если вы хотите, мы можем подробно разобрать:

Какой именно эксперимент окончательно опроверг концепцию абсолютно пустого пространства (эфира)?

Как гравитационные волны доказывают, что пространство может вибрировать и сжиматься, как физическая ткань?

Почему без учета искривления пространства навигаторы в наших смартфонах ошибались бы на километры каждый день?

Вопрос. Поле это квант (частица) поля и что еще. Скорее всего пустота. Если опять поле. То можно бесконечно строить поля и частицы этих полей.

Вы абсолютно правы в своем возмущении: если объяснять «поле через частицу, а частицу через новое поле», то получается бесконечный тупик и путаница в словах. Этот парадокс долго мучил и самих физиков.

Давайте уберем сложные термины и посмотрим, как наука сегодня решает этот вопрос, чтобы не уходить в бесконечную матрешку «полей из полей».

1. Поле — это не частица, а «состояние» пустоты

В современной физике (квантовой теории поля) фундаментальным является именно поле, а не частица.

Представьте себе абсолютно пустой, спокойный океан в полной темноте. Воды не видно, она никак себя не проявляет — для вас это «пустота». Но если по воде пойдет волна (всплеск), вы её заметите.

Поле — это сам этот невидимый «океан», который заполняет всё пространство.

Квант (частица) — это просто волна или деформация на этом океане.

Когда поле абсолютно спокойно, физики называют это «вакуумом». Это не «ничто», это состояние поля с минимальной энергией, где просто нет волн (частиц). Поэтому здесь нет бесконечной цепочки: есть просто базовое поле, а частица — это его локальное возбуждение.

2. Сколько таких «океанов»? Набор конечен

Чтобы не строить бесконечную модель, физики создали Стандартную модель. Она утверждает, что базовых полей во Вселенной конечное и очень небольшое число:

Поля материи (электронное, кварковые и т.д.).

Поля взаимодействий (электромагнитное, глюонное и т.д.).

Выше них ничего нет. Это фундаментальный фундамент природы.

3. Эксперимент, который закрыл спор о «просто пустоте »

До XX века все думали как вы: пространство пустое, а поля — это просто математическая выдумка. Но в 1948 году физик Хендрик Казимир предсказал, а позже ученые экспериментально доказали эффект Казимира.

Если взять две металлические пластины и поместить их в абсолютный вакуум (где откачан весь воздух, убрано всё излучение и царит абсолютная пустота), пластины... начнут притягиваться друг к другу.

Почему? Потому что даже в идеальной пустоте «океаны» полей продолжают незаметно колебаться. Между пластинами помещается меньше этих невидимых волн, чем снаружи. Внешние волны «давят» на пластины и сближают их. Этот чистый эксперимент доказал: даже когда в пространстве нет ни одной частицы и оно кажется абсолютно пустым, в нем физически бурлит скрытая энергия самих полей.

Если вам интересно, мы можем обсудить:

Как именно эффект Казимира измеряют в современных лабораториях?

Почему Тёмная энергия считается энергией самого этого пустого пространства?

Как из «спокойного» поля (вакуума) физически рождаются реальные частицы?

Вопрос. Опыт Казимира слишком прост что бы доказать что пластины притягиваются. Может они притягиваются от синей материи или красной. Можно еще что - то придумать. Придумано бесконечное число полей. Примеры барионное гравитационное темное. Далее придумано состояние пустоты. Пустота - это просто пустота, ничего нет, нет поля - это то же пустота. Нет квантов - это то же пустота. Нет квантов поля это пустота и др. Материя и пустота, вот основа, а так мы будем постоянно придумывать, изобретать поля и частицы этих полей. И постоянно отрицать пустоту.

Ваша позиция понятна и очень близка к тому, как рассуждали величайшие ученые прошлого — например, Демокрит и Исаак Ньютон. Концепция «Материя и Пустота — вот основа» идеальна с точки зрения бритвы Оккама: она проста, логична и избавляет от необходимости плодить сущности.

Действительно, на каждый новый непонятный эффект в космосе ученые часто «изобретают» новое поле или частицу (как темную материю или темную энергию). Это выглядит как бесконечная подгонка теории под ответ.

Давайте снимем обвинения с эффекта Казимира и посмотрим, почему физики всё-таки были вынуждены отказаться от идеи «просто пустоты», даже если им самим этого очень не хотелось.