ความหลงใหลในความเข้าใจ
สัมพัทธภาพทั่วไป: แรงโน้มถ่วงในฐานะกาลอวกาศโค้ง
วัตถุขนาดใหญ่บิดเบือนกาลอวกาศ อธิบายวงโคจร เลนส์แรงโน้มถ่วง และเรขาคณิตของหลุมดำ จากแรงโน้มถ่วงนิวตันสู่เรขาคณิตของกาลอวกาศ เป็นเวลาหลายศตวรรษที่ กฎแรงโน้มถ่วงสากลของนิวตัน ครองความเป็นใหญ่: แรงโน้มถ่วงเป็นแรงที่กระทำจากระยะไกล โดยแปรผกผันกับกำลังสองของระยะทาง กฎนี้อธิบายวงโคจรของดาวเคราะห์ น้ำขึ้นน้ำลง และเส้นทางบอลลิสติกได้อย่างงดงาม อย่างไรก็ตาม ภายในต้นศตวรรษที่ 20 รอยร้าวในทฤษฎีนิวตันเริ่มปรากฏ: วงโคจรของ Mercury แสดงการเลื่อนตำแหน่งเพอริฮีเลียนที่ฟิสิกส์นิวตันไม่สามารถอธิบายได้ทั้งหมด ความสำเร็จของ สัมพัทธภาพพิเศษ (1905) กำหนดว่าไม่สามารถมีแรงทันทีได้หากความเร็วแสงเป็นขีดจำกัดสูงสุด ไอน์สไตน์แสวงหาทฤษฎีแรงโน้มถ่วงที่สอดคล้องกับสมมติฐานของสัมพัทธภาพ ในปี 1915, Albert Einstein เผยแพร่...
สัมพัทธภาพทั่วไป: แรงโน้มถ่วงในฐานะกาลอวกาศโค้ง
วัตถุขนาดใหญ่บิดเบือนกาลอวกาศ อธิบายวงโคจร เลนส์แรงโน้มถ่วง และเรขาคณิตของหลุมดำ จากแรงโน้มถ่วงนิวตันสู่เรขาคณิตของกาลอวกาศ เป็นเวลาหลายศตวรรษที่ กฎแรงโน้มถ่วงสากลของนิวตัน ครองความเป็นใหญ่: แรงโน้มถ่วงเป็นแรงที่กระทำจากระยะไกล โดยแปรผกผันกับกำลังสองของระยะทาง กฎนี้อธิบายวงโคจรของดาวเคราะห์ น้ำขึ้นน้ำลง และเส้นทางบอลลิสติกได้อย่างงดงาม อย่างไรก็ตาม ภายในต้นศตวรรษที่ 20 รอยร้าวในทฤษฎีนิวตันเริ่มปรากฏ: วงโคจรของ Mercury แสดงการเลื่อนตำแหน่งเพอริฮีเลียนที่ฟิสิกส์นิวตันไม่สามารถอธิบายได้ทั้งหมด ความสำเร็จของ สัมพัทธภาพพิเศษ (1905) กำหนดว่าไม่สามารถมีแรงทันทีได้หากความเร็วแสงเป็นขีดจำกัดสูงสุด ไอน์สไตน์แสวงหาทฤษฎีแรงโน้มถ่วงที่สอดคล้องกับสมมติฐานของสัมพัทธภาพ ในปี 1915, Albert Einstein เผยแพร่...
สัมพัทธภาพพิเศษ: การยืดเวลารวมถึงการหดตัวของควา...
กรอบแนวคิดของ Einstein สำหรับการเดินทางด้วยความเร็วสูงและวิธีที่ความเร็วมีผลต่อการวัดเวลาและอวกาศ บริบททางประวัติศาสตร์: จาก Maxwell ถึง Einstein ภายในปลายศตวรรษที่ 19 สมการของ James Clerk Maxwell ได้รวมไฟฟ้าและแม่เหล็กเข้าด้วยกันเป็นทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าเดียว ซึ่งบ่งชี้ว่าแสงเดินทางด้วยความเร็วคงที่ c ≈ 3× 108 เมตร/วินาทีในสุญญากาศ อย่างไรก็ตาม ฟิสิกส์คลาสสิกถือว่าความเร็วควรเป็น สัมพัทธ์ กับบางสิ่งที่เรียกว่า “อีเธอร์” หรือกรอบอ้างอิงที่หยุดนิ่งอย่างสมบูรณ์ การทดลอง Michelson–Morley (1887)...
สัมพัทธภาพพิเศษ: การยืดเวลารวมถึงการหดตัวของควา...
กรอบแนวคิดของ Einstein สำหรับการเดินทางด้วยความเร็วสูงและวิธีที่ความเร็วมีผลต่อการวัดเวลาและอวกาศ บริบททางประวัติศาสตร์: จาก Maxwell ถึง Einstein ภายในปลายศตวรรษที่ 19 สมการของ James Clerk Maxwell ได้รวมไฟฟ้าและแม่เหล็กเข้าด้วยกันเป็นทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าเดียว ซึ่งบ่งชี้ว่าแสงเดินทางด้วยความเร็วคงที่ c ≈ 3× 108 เมตร/วินาทีในสุญญากาศ อย่างไรก็ตาม ฟิสิกส์คลาสสิกถือว่าความเร็วควรเป็น สัมพัทธ์ กับบางสิ่งที่เรียกว่า “อีเธอร์” หรือกรอบอ้างอิงที่หยุดนิ่งอย่างสมบูรณ์ การทดลอง Michelson–Morley (1887)...
บทนำสู่ธรรมชาติของอวกาศและเวลา
ความเข้าใจของเราต่อ จักรวาล ขึ้นอยู่กับวิธีที่เรามองเห็น อวกาศ และ เวลา ตั้งแต่ต้นศตวรรษที่ 20 การค้นพบที่ปฏิวัติวงการ—สัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ กลศาสตร์ควอนตัม และอื่นๆ—ได้เปลี่ยนแนวคิดเหล่านี้จากกรอบคงที่และสัมบูรณ์เป็นสนามที่มีพลวัตและบางครั้งขัดกับสัญชาตญาณ ซึ่ง อนุภาค สนาม และ กาลอวกาศ เองโต้ตอบกันในวิธีที่น่าทึ่ง ความก้าวหน้าเหล่านี้บังคับให้นักฟิสิกส์ละทิ้งแนวคิดนิวโตเนียนแบบดั้งเดิมและยอมรับจักรวาลที่ ความเร็วใกล้แสง บิดเบือนการวัดระยะทางและระยะเวลา; ที่ แรงโน้มถ่วง เกิดจาก ความโค้ง ของกาลอวกาศ ไม่ใช่แรงที่มองไม่เห็น; และที่ ปรากฏการณ์ควอนตัม ทำให้อณูทำหน้าที่เหมือนคลื่น พัวพันกันข้ามระยะทางไกล...
บทนำสู่ธรรมชาติของอวกาศและเวลา
ความเข้าใจของเราต่อ จักรวาล ขึ้นอยู่กับวิธีที่เรามองเห็น อวกาศ และ เวลา ตั้งแต่ต้นศตวรรษที่ 20 การค้นพบที่ปฏิวัติวงการ—สัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ กลศาสตร์ควอนตัม และอื่นๆ—ได้เปลี่ยนแนวคิดเหล่านี้จากกรอบคงที่และสัมบูรณ์เป็นสนามที่มีพลวัตและบางครั้งขัดกับสัญชาตญาณ ซึ่ง อนุภาค สนาม และ กาลอวกาศ เองโต้ตอบกันในวิธีที่น่าทึ่ง ความก้าวหน้าเหล่านี้บังคับให้นักฟิสิกส์ละทิ้งแนวคิดนิวโตเนียนแบบดั้งเดิมและยอมรับจักรวาลที่ ความเร็วใกล้แสง บิดเบือนการวัดระยะทางและระยะเวลา; ที่ แรงโน้มถ่วง เกิดจาก ความโค้ง ของกาลอวกาศ ไม่ใช่แรงที่มองไม่เห็น; และที่ ปรากฏการณ์ควอนตัม ทำให้อณูทำหน้าที่เหมือนคลื่น พัวพันกันข้ามระยะทางไกล...
วิวัฒนาการระบบสุริยะในระยะยาว
เมื่อดวงอาทิตย์กลายเป็นดาวแคระขาว อาจเกิดการรบกวนหรือการขับไล่ดาวเคราะห์ที่เหลือในช่วงเวลาหลายยุคสมัย ระบบสุริยะหลังจากช่วงยักษ์แดง เป็นเวลาประมาณ ~5 พันล้านปีเพิ่มเติม ที่ดวงอาทิตย์ของเราจะยังคงทำปฏิกิริยาฟิวชันไฮโดรเจนในแกนกลาง (ช่วงหลักของชีวิตดาว) อย่างไรก็ตาม เมื่อเชื้อเพลิงนั้นหมดลง ดวงอาทิตย์จะวิวัฒนาการผ่านช่วง ยักษ์แดง และ สาขายักษ์แอสซิมโทติก โดยปล่อยมวลจำนวนมากออกไปและสุดท้ายทิ้งไว้เพียง ดาวแคระขาว ในระหว่างขั้นตอนวิวัฒนาการช่วงปลายนี้ วงโคจรของดาวเคราะห์—โดยเฉพาะ ยักษ์นอก—อาจตอบสนองต่อการสูญเสียมวล แรงน้ำขึ้นน้ำลงจากแรงโน้มถ่วง และแรงต้านจากลมดาวฤกษ์หากอยู่ใกล้พอ แม้ว่า ดาวเคราะห์ใน (พุธ ศุกร์ และอาจรวมถึงโลก) มีแนวโน้มจะถูกกลืนกิน ดาวเคราะห์ที่เหลืออาจรอดแต่มีวงโคจรเปลี่ยนแปลงไป ในช่วงเวลานานมาก (หลายสิบพันล้านปี)...
วิวัฒนาการระบบสุริยะในระยะยาว
เมื่อดวงอาทิตย์กลายเป็นดาวแคระขาว อาจเกิดการรบกวนหรือการขับไล่ดาวเคราะห์ที่เหลือในช่วงเวลาหลายยุคสมัย ระบบสุริยะหลังจากช่วงยักษ์แดง เป็นเวลาประมาณ ~5 พันล้านปีเพิ่มเติม ที่ดวงอาทิตย์ของเราจะยังคงทำปฏิกิริยาฟิวชันไฮโดรเจนในแกนกลาง (ช่วงหลักของชีวิตดาว) อย่างไรก็ตาม เมื่อเชื้อเพลิงนั้นหมดลง ดวงอาทิตย์จะวิวัฒนาการผ่านช่วง ยักษ์แดง และ สาขายักษ์แอสซิมโทติก โดยปล่อยมวลจำนวนมากออกไปและสุดท้ายทิ้งไว้เพียง ดาวแคระขาว ในระหว่างขั้นตอนวิวัฒนาการช่วงปลายนี้ วงโคจรของดาวเคราะห์—โดยเฉพาะ ยักษ์นอก—อาจตอบสนองต่อการสูญเสียมวล แรงน้ำขึ้นน้ำลงจากแรงโน้มถ่วง และแรงต้านจากลมดาวฤกษ์หากอยู่ใกล้พอ แม้ว่า ดาวเคราะห์ใน (พุธ ศุกร์ และอาจรวมถึงโลก) มีแนวโน้มจะถูกกลืนกิน ดาวเคราะห์ที่เหลืออาจรอดแต่มีวงโคจรเปลี่ยนแปลงไป ในช่วงเวลานานมาก (หลายสิบพันล้านปี)...
การสำรวจมนุษย์: อดีต ปัจจุบัน และอนาคต
ภารกิจ Apollo, ยานสำรวจหุ่นยนต์ และแผนการสำหรับฐานบนดวงจันทร์และดาวอังคาร การเข้าถึงของมนุษยชาติที่เกินกว่าดวงโลก เป็นเวลาหลายพันปีที่ท้องฟ้ายามค่ำคืนดึงดูดบรรพบุรุษของเรา แต่มีเพียงในศตวรรษที่ 20 เท่านั้นที่มนุษย์พัฒนาเทคโนโลยีเพื่อเดินทางออกไปนอกชั้นบรรยากาศของโลก ความสำเร็จนี้เกิดจากความก้าวหน้าในด้านจรวด วิศวกรรม และการแข่งขันทางภูมิรัฐศาสตร์—ส่งผลให้เกิดความสำเร็จเช่นการลงจอดบนดวงจันทร์ของApollo การมีอยู่ต่อเนื่องในวงโคจรต่ำของโลก (LEO) และภารกิจหุ่นยนต์บุกเบิกทั่วระบบสุริยะ เรื่องราวของการสำรวจอวกาศจึงครอบคลุมหลายยุคหลายสมัย: จรวดยุคแรกและการแข่งขันในอวกาศ (1950–1970) พัฒนาการหลัง Apollo: Space Shuttle ความร่วมมือระหว่างประเทศ (เช่น ISS) ยานสำรวจหุ่นยนต์: เยี่ยมชมดาวเคราะห์ ดาวเคราะห์น้อย และที่ไกลออกไป ความพยายามในปัจจุบัน:...
การสำรวจมนุษย์: อดีต ปัจจุบัน และอนาคต
ภารกิจ Apollo, ยานสำรวจหุ่นยนต์ และแผนการสำหรับฐานบนดวงจันทร์และดาวอังคาร การเข้าถึงของมนุษยชาติที่เกินกว่าดวงโลก เป็นเวลาหลายพันปีที่ท้องฟ้ายามค่ำคืนดึงดูดบรรพบุรุษของเรา แต่มีเพียงในศตวรรษที่ 20 เท่านั้นที่มนุษย์พัฒนาเทคโนโลยีเพื่อเดินทางออกไปนอกชั้นบรรยากาศของโลก ความสำเร็จนี้เกิดจากความก้าวหน้าในด้านจรวด วิศวกรรม และการแข่งขันทางภูมิรัฐศาสตร์—ส่งผลให้เกิดความสำเร็จเช่นการลงจอดบนดวงจันทร์ของApollo การมีอยู่ต่อเนื่องในวงโคจรต่ำของโลก (LEO) และภารกิจหุ่นยนต์บุกเบิกทั่วระบบสุริยะ เรื่องราวของการสำรวจอวกาศจึงครอบคลุมหลายยุคหลายสมัย: จรวดยุคแรกและการแข่งขันในอวกาศ (1950–1970) พัฒนาการหลัง Apollo: Space Shuttle ความร่วมมือระหว่างประเทศ (เช่น ISS) ยานสำรวจหุ่นยนต์: เยี่ยมชมดาวเคราะห์ ดาวเคราะห์น้อย และที่ไกลออกไป ความพยายามในปัจจุบัน:...
โซนที่อาจอยู่อาศัยได้เกินกว่าโลก
มหาสมุทรใต้ผิวดวงจันทร์ (เช่น ยูโรปา เอนเซลาดัส) และการค้นหาลายเซ็นชีวภาพ การคิดใหม่เกี่ยวกับความสามารถในการอยู่อาศัย เป็นเวลาหลายทศวรรษที่นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์มุ่งค้นหา สภาพแวดล้อมที่อยู่อาศัยได้ บนพื้นผิวโลกที่คล้าย โลก โดยสมมติว่าอยู่ใน “เขตโกลดิล็อกซ์” ที่น้ำในสถานะของเหลวสามารถมีอยู่ได้ อย่างไรก็ตาม การค้นพบล่าสุดได้แสดงให้เห็นดวงจันทร์น้ำแข็งที่มี มหาสมุทรภายใน ซึ่งรักษาไว้ด้วยความร้อนจากแรงน้ำขึ้นน้ำลงหรือการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสี ที่ซึ่งน้ำในสถานะของเหลวยังคงอยู่ใต้เปลือกน้ำแข็งหนา—ไม่ได้รับผลกระทบจากรังสีดวงอาทิตย์ การค้นพบเหล่านี้ขยายมุมมองของเราเกี่ยวกับสถานที่ที่ชีวิตอาจเจริญเติบโตได้ ตั้งแต่ใกล้ดวงอาทิตย์ (โลก) ไปจนถึงบริเวณที่เย็นจัดรอบดาวเคราะห์ยักษ์ ตราบใดที่มีแหล่งพลังงานและสภาพแวดล้อมที่มั่นคง ยูโรปา (โคจรรอบดาวพฤหัสบดี) และ เอนเซลาดัส (โคจรรอบดาวเสาร์) เป็นตัวเลือกชั้นนำ: แต่ละดวงแสดงหลักฐานที่น่าสนใจสำหรับมหาสมุทรใต้ผิวที่มีความเค็ม...
โซนที่อาจอยู่อาศัยได้เกินกว่าโลก
มหาสมุทรใต้ผิวดวงจันทร์ (เช่น ยูโรปา เอนเซลาดัส) และการค้นหาลายเซ็นชีวภาพ การคิดใหม่เกี่ยวกับความสามารถในการอยู่อาศัย เป็นเวลาหลายทศวรรษที่นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์มุ่งค้นหา สภาพแวดล้อมที่อยู่อาศัยได้ บนพื้นผิวโลกที่คล้าย โลก โดยสมมติว่าอยู่ใน “เขตโกลดิล็อกซ์” ที่น้ำในสถานะของเหลวสามารถมีอยู่ได้ อย่างไรก็ตาม การค้นพบล่าสุดได้แสดงให้เห็นดวงจันทร์น้ำแข็งที่มี มหาสมุทรภายใน ซึ่งรักษาไว้ด้วยความร้อนจากแรงน้ำขึ้นน้ำลงหรือการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสี ที่ซึ่งน้ำในสถานะของเหลวยังคงอยู่ใต้เปลือกน้ำแข็งหนา—ไม่ได้รับผลกระทบจากรังสีดวงอาทิตย์ การค้นพบเหล่านี้ขยายมุมมองของเราเกี่ยวกับสถานที่ที่ชีวิตอาจเจริญเติบโตได้ ตั้งแต่ใกล้ดวงอาทิตย์ (โลก) ไปจนถึงบริเวณที่เย็นจัดรอบดาวเคราะห์ยักษ์ ตราบใดที่มีแหล่งพลังงานและสภาพแวดล้อมที่มั่นคง ยูโรปา (โคจรรอบดาวพฤหัสบดี) และ เอนเซลาดัส (โคจรรอบดาวเสาร์) เป็นตัวเลือกชั้นนำ: แต่ละดวงแสดงหลักฐานที่น่าสนใจสำหรับมหาสมุทรใต้ผิวที่มีความเค็ม...