shebuk

Чтобы стать космонавтом, нужно хорошо учиться, делать зарядку, слушаться взрослых и так далее – все это мы знаем прекрасно, но этого явно недостаточно. Да и настоящие космонавты далеко не всегда были такими уж паиньками. Как же быть тому, кто отчаянно мечтает о космосе? Просто следуйте инструкциям.

Юрий Гагарин – «Кедр», Алексей Леонов – «Алмаз», Сергей Крикалев – «Базальт», Светлана Савицкая – «Памир-2». Кто из детей хотя бы раз не мечтал стать космонавтом и с орбиты подать собственные позывные, которые услышит весь мир? Кому не хотелось хотя бы однажды, надев скафандр, оказаться в сверкающей бездне открытого космоса? Жаль, что время стирает эти мечты, стремления блекнут, и мы проводим остаток жизни в кондиционированном офисе. Ведь если постараться как следует, все это вполне осуществимо. И если вы еще не отчаялись окончательно, то двигайтесь «вперед и вверх», а мы подскажем, как это сделать.

Детство, отрочество, юность

Четыре женщины и 117 мужчин из нашей страны побывали в космосе. Самым молодым был Герман Титов, совершивший первый полет в 25 лет. Павел Виноградов побывал на МКС, будучи уже 60-летним. За шесть полетов Сергей Крикалев провел на орбите рекордные 803 дня, а Валерий Поляков оставался в космосе 437 суток без перерыва.

Но все герои, конечно, начинали обычными мальчиками и девочками, которые просто мечтали о небе. У сегодняшних школьников-мечтателей тоже достаточно возможностей начать этот путь в космос. И прежде всего стоит подумать о кружках и курсах, связанных с космонавтикой, астрономией и летным делом. В любом крупном городе можно найти несколько вариантов на выбор.

Центр подготовки космонавтов им. Ю. А. Гагарина

Разумеется, стоит налегать и на школьную программу, особенно по важным предметам, таким как физика и математика. Немало полезного можно узнать, участвуя в специализированных образовательных программах. Например, подмосковный Центр подготовки космонавтов (ЦПК) организует экскурсии «Знакомьтесь, космонавтика» и целые программы для детей и родителей продолжительностью в несколько дней. «Космические» смены проходят в некоторых летних лагерях, кружки и курсы могут работать при вузах, музеях и центрах детского творчества. Отдельное внимание нужно уделять здоровью и физической подготовке. Школьнику необязательно достигать профессиональных высот в спорте, но регулярная зарядка и достаточные нагрузки очень важны, тем более что именно в этом возрасте они позволяют исправить некоторые проблемы со здоровьем.

Как стать космонавтом: наикратчайшая инструкция:

1. Получить подходящее образование и опыт работы.

2. Дождаться объявления о наборе в отряд.

3. Отправить документы и получить приглашение на очный этап.

4. Успешно пройти испытания и собеседование.

5. Выдержать два года обучения и еще несколько лет подготовки.

6. Получить назначение в экипаж и дождаться старта.

Уже на этом этапе стоит начать думать над тем, какую «дорожку» в космос выбрать в будущем. По большому счету их три: через профессию летчика, специалиста по космической технике или врача. Первый вариант, видимо, самый надежный: исторически большинство отечественных космонавтов начинали как летчики, и из более чем 550 (общее количество побывавших в космосе) 285 были летчиками. Им отдается предпочтение, как профессионалам, привыкшим к повышенным нагрузкам и необходимости одновременно делать несколько дел: пилотировать самолет, следить за десятками показаний на приборной панели, координировать действия с партнерами, визуально контролировать горизонт и т. д.

С другой стороны, в последние десятилетия космонавтика становится все более и более «гражданской». И все больше шансов получают хорошие инженеры, разработчики космических ракет или спутников – за историю космонавтики на орбите побывало больше 220 инженеров, ученых и программистов. Отдельно ценятся опытные медики, хотя им придется основательно разбираться в аэрокосмическом «железе». Выбрав свою стезю и подходящее учебное заведение, можно переходить к следующему этапу обучения.

Основные требования к астронавтам NASA (США):

– Как минимум степень бакалавра по одному из четырех направлений – инженерия, биология, физика, информатика (или математика).

– Как минимум три года опыта по специальности или 1000 часов налета на реактивных самолетах.

– Отличная физическая форма, способность выдержать высокие физические и психические нагрузки на выносливость и стрессоустойчивость.

– Нормальная острота зрения невооруженным глазом или в очках.

– Кровяное давление в норме не выше 140/90, желателен рост в промежутке от 157 до 190 см.

– Бонус – склонность к лидерству, навыки командной работы и публичных коммуникаций.

Стоит помнить, что по окончании военного летного училища понадобится отслужить несколько лет в Вооруженных силах, а гражданского – поработать пилотом гражданской авиации. Также и после получения инженерного диплома, например «Бауманки», необходимо поработать на предприятиях аэрокосмической отрасли. Тем же, кто решил стать «космическим доктором», стоит специализироваться по соответствующему направлению и подумать о работе в институте или на предприятии, связанном с космической или авиационной медициной, либо непосредственно с пилотируемыми полетами. Всем, кто выбрал «нелетный» путь, параллельно стоит пройти курсы пилотирования и совершить хотя бы несколько прыжков с парашютом, это будет хорошим бонусом в будущем.

Требования

Первые требования к кандидатам в космонавты сформулировал еще Сергей Королев: «Безупречное состояние здоровья при высокой психической устойчивости и общей выносливости организма; высокая летная успеваемость при выраженных задатках воли, трудолюбия и любознательности; активное желание освоить полеты на ракетных летательных аппаратах; антропометрические параметры: рост не более 170 см, вес 70–72 кг, возраст не старше 30 лет». Стоит добавить, что во времена СССР космонавты также должны были быть членами компартии и иметь безупречный моральный облик. Сегодня ваши политические взгляды могут быть любыми, да и требования к размерам заметно смягчились – капсулы современных космических кораблей стали намного вместительнее.

Основные требования к астронавтам ESA (Евросоюз, Канада):

– Высшее образование в подходящей научной или технической области, хороший уровень предыдущих исследований.

– Опыт управления самолетами приветствуется, но необязателен, как и другие навыки.

– Равное внимание уделяется физической форме и психологической устойчивости, адаптируемости и самоконтролю.

– Важны также открытость и готовность общаться с публикой и с прессой, что входит в число обязанностей астронавта.

– Обязательно отличное знание английского, бонусом будет знание русского.

– Принимаются только граждане стран, входящих в Европейское космическое агентство, – это почти все государства Европы плюс Канада, имеющая статус ассоциированного члена.

В ходе последнего набора претендентов на обучение для поступления в отряд космонавтов предельный возраст обозначили как 35 лет, масса тела – 50–90 кг, рост – 150–190 см. Дополнительные критерии: ширина бедер – до 41 см, плеч – до 52 см, обхват груди – 94–112 см, размер обуви – до 46. Помимо этого требовались российское гражданство, высшее образование по инженерной или летной специальности и опыт работы от трех лет. Физические нормативы тоже далеки от жестких требований, которые предъявлялись во времена Королева.

Они находятся на уровне норм ГТО для 18–29 лет: пробежать 1 км за 3 минуты 35 секунд, подтянуться не меньше 14 раз и т. д. Обширные и весьма высокие требования к здоровью и психологическому состоянию оцениваются в ходе очных испытаний, которые проводятся в подмосковном Звездном городке.

Российский сегмент МКС (тренажер в натуральную величину)

Обратный отсчет: училища и вузы для абитуриентов и школьников

Профессия: инженер

Центры обучения: Московский авиационный институт, Московский государственный технический университет им. Баумана, профильные факультеты и кафедры МФТИ, МГУ, СПбГУ, НГУ или другого хорошего университета или института страны. После вуза крайне желателен опыт работы на предприятиях ракетно-космической отрасли – РКК «Энергия», ГКНПЦ им. Хруничева, НПП «Звезда», НПО «Энергомаш», ИСС им. Решетнева, НПО им. Лавочкина и т. д.

Профессия: летчик

Центры обучения: Ульяновский институт гражданской авиации (филиалы в Сасово и Красном Куте), Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации (филиал в Бугуруслане), Омский летно-технический колледж гражданской авиации, Калужское авиационное летно-техническое училище ЦС ДОСААФ, Высшие военные авиационные училища летчиков и учебные центры ВВС (Сызрань, Барнаул, Краснодар, Воронеж, Армавир и др.).

Профессия: врач

Центры обучения: любой медицинский вуз по подходящей специальности. Желательна последующая врачебная практика, а также сотрудничество и работа в близкой к космонавтике медицинской организации – Институте медико-биологических проблем (ИМБП) РАН, Институте космических исследований (ИКИ) РАН или Федеральном медико-биологическом агентстве (ФМБА) России. Придется пройти серьезную дополнительную подготовку в области инженерии, техники и пилотирования.

Кстати, для космонавтов (и туристов), посещающих МКС, действуют общие критерии отбора, которые в 2002 году согласовали страны-участницы проекта. В нем, помимо медицинских и профессиональных качеств, рассматриваются и личные дела кандидатов. Не будет допущен к полету человек, если он совершил преступление или сообщил о себе ложные сведения, известен дурным поведением, склонен к пьянству или употребляет наркотики.

Анкету проверяет Интерпол, а для кандидатов-граждан государств, не участвующих в проекте МКС, понадобится согласие всех 15 стран-участниц. Для всех обязательно уверенное знание английского языка, а часто и дополнительного – при полетах на российских космических кораблях – русского.

Предпоследние шаги

Сегодня российский отряд космонавтов насчитывает 27 человек, и каждые несколько лет Роскосмос объявляет набор новых. Предыдущий состоялся в 2012 году, последний стартовал 14 марта 2017-го и продлился до сентября. Он проводился открыто, позволив принимать заявки от всех граждан России, удовлетворяющих первичным требованиям, пусть даже не связанным с авиацией или ракетно-космической отраслью.

Мы уже цитировали конкурсную заявку, опубликованную Центром подготовки космонавтов (ЦПК), – помимо названных требований она упоминает уверенное пользование компьютерной техникой, знание английского языка и, вообще, высокую способность к обучению физическим и техническим аспектам работы космической техники.

На адрес: «141160, Московская область, Звездный городок, начальнику ФГБУ “НИИ ЦПК имени Ю.А. Гагарина”» поступили сотни заявок с пометкой «В комиссию по отбору кандидатов в космонавты», однако отберут лишь 6–8 человек, необходимых для пополнения российского отряда. Если вашу заявку не приняли, отчаиваться тоже не стоит. Несмотря на все трудности и даже катастрофы, которые сотрясали российскую космическую отрасль в последние годы, профессия космонавта остается чрезвычайно престижной и столь же востребованной, как и во всем мире. Поэтому заявок на отбор поступает намного больше необходимого, и далеко не все – и далеко не с первого раза – проходят отбор.

И если вас «отсеяли» не по медицинским или другим строгим ограничениям, а из-за банальной нехватки какой-то мелочи, можно попытаться снова. Отставной астронавт Клэй Андерсон в своей автобиографии признался, что подавал заявку в NASA 15 раз, прежде чем был принят для подготовки.

Источник: Naked Science

Читайте также:

– Сверхчеловеческие подвиги обычных людей;

– 10 медицинских технологий, которые могут привести к бессмертию;

– 10 поразительных космических событий, запечатленных на камеру.

Разберемся в сложном хитросплетении технологического оборудования атомной электростанции.

Человек ищет энергию везде: в пламени горящих дров и угля, в напоре речного потока, силе ветра и тепле солнечных лучей. В середине прошлого века мы научились использовать энергию, спрятанную в атомных ядрах тяжелых элементов. Сегодня на атомных электростанциях эта невидимая глазу энергия атома превращается в такое привычное нам электричество.

Без мирного атома никак

Мировая экономика немыслима без атомной энергетики. На атомных электростанциях вырабатывается одна десятая всей производимой на планете электроэнергии. Сегодня 192 атомные электростанции работают в 31 стране мира. Как правило, все они имеют по несколько энергоблоков – технологических комплексов оборудования для производства электроэнергии, имеющих в своем составе ядерный реактор. Общее количество таких энергоблоков в мире составляет 451.

На первом месте по количеству АЭС находятся США – 62, на втором Франция – 19, третье место у Японии – 17. Россия занимает пятое место по количеству атомных электростанций. Их у нас 10 с 37 энергоблоками. Общая мощность всех АЭС мира составляет около 392 ГВт.

Атомная энергетика имеет много плюсов. Ключевые – высокая рентабельность и отсутствие выбросов в атмосферу продуктов сгорания, как это происходит на тепловых электростанциях. Однако есть и серьезные минусы. В случае аварии на атомной электростанции продукты деления ядерного топлива, вырвавшиеся из реактора, могут надолго сделать непригодными для жизни большие территории, прилегающие к станции. Еще один минус – это проблема хранения и переработки отработанного ядерного топлива.

Принцип работы атомной электростанции

Использование атомной энергии началось практически одновременно с созданием ядерного оружия. Пока шли военные разработки, начались исследования возможности применения атомной энергии и в мирных целях, прежде всего для производства электроэнергии. Началом мирного использования ядерной энергии принято считать 1954 г., когда в подмосковном Обнинске заработала первая в мире атомная электростанция.

В отличие от ядерной бомбы, при взрыве которой происходит неуправляемая цепная реакция деления атомных ядер с одномоментным высвобождением колоссального количества энергии, в ядерном реакторе происходит регулируемая ядерная реакция деления – топливо медленно отдает нам свою энергию. Тем самым для того, чтобы использовать цепную реакцию деления атома в мирных целях, ученым пришлось придумать, как ее приручить.

Атомная электростанция – это целый комплекс технических сооружений, предназначенных для выработки электрической энергии. Ядерная реакция происходит в самом сердце атомной электростанции – ядерном реакторе. Но само электричество вырабатывает совсем не он.

На АЭС происходит три взаимных преобразования форм энергии: ядерная энергия переходит в тепловую, тепловая – в механическую, а уже механическая энергия преобразуется в электрическую. И для каждого преобразования предусмотрен свой технологический «остров» – комплекс оборудования, где происходят эти превращения. Пройдемся вдоль технологической цепочки и подробно посмотрим, как рождается электричество.

Ядерный реактор

Реактор атомной электростанции представляет собой конструктивно выделенный объем, куда загружается ядерное топливо и где протекает управляемая цепная реакция. Ядерный реактор можно сравнить с мощным железобетонным бункером. Он имеет стальной корпус и помещен в железобетонную герметичную оболочку.

Эффект Вавилова — Черенкова (излучение Вавилова — Черенкова) — свечение, вызываемое в прозрачной среде заряженной частицей, которая движется со скоростью, превышающей фазовую скорость распространения света в этой среде.

Пространство, в котором непосредственно происходит реакция деления ядер, называется «активной зоной ядерного реактора». В ее процессе выделяется большое количество энергии в виде тепла, которое нагревает теплоноситель. В большинстве случаев теплоносителем выступает обычная вода. Правда, предварительно ее очищают от различных примесей и газов. Она подается снизу в активную зону реактора с помощью главных циркуляционных насосов. Именно теплоноситель передает тепло за пределы реактора. Он обращается в замкнутой системе труб – контуре. Первый контур нужен для того, чтобы отобрать тепло у разогретого реакцией деления реактора (охладить его) и передать его дальше. Первый контур является радиоактивным, но он включает в себя не все оборудование станции, а лишь его часть, преимущественно ядерный реактор.

В активной зоне ядерного реактора находится ядерное топливо и, за редким исключением, так называемый замедлитель. Как правило, в большинстве типов реакторов в качестве топлива применяется уран 235 или плутоний 239.

Для того чтобы можно было использовать ядерное топливо в реакторе, его первоначально помещают в тепловыделяющие элементы – твэлы. Это герметичные трубки из стали или циркониевых сплавов внешним диаметром около сантиметра и длиной от нескольких десятков до сотен сантиметров, которые заполнены таблетками ядерного топлива. При этом в качестве топлива выступает не чистый химический элемент, а его соединение, например оксид урана UO2. Все это происходит еще на предприятии, где ядерное топливо производится.

Для упрощения учета и перемещения ядерного топлива в реакторе твэлы собираются в тепловыделяющие сборки по 150–350 штук. Одновременно в активную зону реактора обычно помещается 200–450 таких сборок. Устанавливают их в рабочих каналах активной зоны реактора.

Именно твэлы – главный конструктивный элемент активной зоны большинства ядерных реакторов. В них происходит деление тяжелых ядер, сопровождающееся выделением тепловой энергии, которая затем передается теплоносителю. Конструкция тепловыделяющего элемента должна обеспечить отвод тепла от топлива к теплоносителю и не допустить попадания в теплоноситель продуктов деления.

В ходе ядерных реакций образуются, как правило, быстрые нейтроны, то есть нейтроны, имеющие высокую кинетическую энергию. Если не уменьшить их скорость, то ядерная реакция со временем может затухнуть. Замедлитель и решает задачу снижения скорости нейтронов. В качестве замедлителя, широко используемого в ядерных реакторах, выступают вода, бериллий или графит. Но наилучшим замедлителем является тяжелая вода (D2O).

Здесь нужно добавить, что по уровню энергии нейтронов реакторы разделяются на два основных класса: тепловые (на тепловых нейтронах) и быстрые (на быстрых нейтронах). Сегодня в мире только два действующих реактора на быстрых нейтронах и оба находятся в России. Они установлены на Белоярской АЭС. Однако использование реакторов на быстрых нейтронах является перспективным, и интерес к этому направлению энергетики сохраняется. Скоро реакторы на быстрых нейтронах могут появиться и в других странах.

Так вот, в реакторах на быстрых нейтронах в замедлителе нет необходимости, они работают по другому принципу. Но и систему охлаждения реактора здесь тоже нужно выстраивать иначе. Вода, применяемая в качестве теплоносителя в тепловых реакторах, – хороший замедлитель, и ее использование в этом качестве в быстрых реакторах невозможно. Здесь могут применяться только легкоплавкие металлы, например ртуть, натрий и свинец. Кроме того, в быстрых реакторах используется и другое топливо – уран-238 и торий-232. Причем уран-238 гораздо чаще встречается в природе, чем его «собрат» уран-235. Строительство атомных электростанций с реакторами на быстрых нейтронах способно значительно расширить топливную базу ядерной энергетики.

Для того чтобы предотвратить попадание нейтронов в окружающую среду, активная зона реактора окружается отражателем. В качестве материала для отражателей часто используют те же вещества, что и в замедлителях. Кроме того, наличие отражателя необходимо для повышения эффективности использования ядерного топлива, так как отражатель возвращает назад в активную зону часть вылетевших из зоны нейтронов.

Парогенератор

Вернемся к процессу преобразования ядерной энергии в электричество. Для производства водяного пара на АЭС применяются парогенераторы. Тепло они получают от реактора, оно приходит с теплоносителем первого контура, а пар нужен для того, чтобы крутить паровые турбины.

Применяются парогенераторы на двух- и трехконтурных АЭС. На одноконтурных их роль играет сам ядерный реактор. Это так называемые кипящие реакторы, в них пар генерируется непосредственно в активной зоне, после чего направляется в турбину. В схеме таких АЭС нет парогенератора. Пример электростанции с такими реакторами – японская АЭС «Фукусима-1».

Вода первого контура, циркулирующая через активную зону реактора, омывает тепловыделяющие элементы, нагреваясь при этом до температуры 320–330° С. Но поскольку вода в обычном состоянии при давлении в 1 атмосферу закипает уже при температуре 100°С, то для того чтобы повысить температуру кипения, повышают и давление в первом контуре теплоносителя. В современных реакторах типа ВВЭР (водо-водяной энергетический реактор – они являются основой мировой атомной энергетики) давление в первом контуре достигает 160 атмосфер.

Дальше эта очень горячая вода из реактора прокачивается насосами через парогенератор, где отдает часть тепла, и снова возвращается в реактор. В парогенераторе это тепло передается воде второго контура. Это контур так называемого рабочего тела, т. е. среды, совершающей работу, преобразуя тепловую энергию в механическую. Эта вода, которая находится под гораздо меньшим давлением (половина давления первого контура и менее), поэтому она закипает. Образовавшийся водяной пар под высоким давлением поступает на лопатки турбины.

Турбина и генератор

Пар из парогенератора поступает на турбину, в которой энергия пара преобразуется в механическую работу. В паровой турбине потенциальная энергия сжатого и нагретого водяного пара преобразуется в энергию кинетическую, которая, в свою очередь, преобразуется в механическую работу – вращение вала турбины, а он уже вращает ротор электрогенератора. Теперь механическая энергия превратилась в электрическую.

Прошедший через турбину пар поступает в конденсатор. Здесь пар охлаждается, конденсируется и превращается в воду. По второму контуру она поступает в парогенератор, где снова превратится в пар. Конденсатор охлаждается большим количеством воды из внешнего открытого источника, например водохранилища или пруда-охладителя. С водой первого контура, как мы помним, радиоактивного, паровая турбина и конденсатор не взаимодействуют, это облегчает их ремонт и уменьшает количество радиоактивных отходов при закрытии и демонтаже станции.

Управление реактором

Вернемся снова к ядерному реактору. Как же он управляется? Помимо твэлов с топливом и замедлителя в нем находятся еще управляющие стержни. Они предназначены для пуска и остановки реактора, поддержания его критического состояния в любой момент его работы и для перехода с одного уровня мощности на другой. Стержни изготовлены из материала, хорошо поглощающего нейтроны.

Для того чтобы реактор работал на постоянном уровне мощности, необходимо создать и поддерживать в его активной зоне такие условия, чтобы плотность нейтронов была неизменной во времени. Это состояние реактора и принято называть «критическим состоянием», или просто «критичностью».

Когда активная зона сильно разогревается, в нее опускаются управляющие стержни, которые встают между твэлами и вбирают в себя избыточные нейтроны. Если нужно добавить мощности, управляющие стержни снова поднимают. Если же их опустить на всю длину твэлов, то цепная реакция прекратится, реактор будет заглушен.

Кроме того, на случай непредвиденного катастрофического развития цепной реакции, а также возникновения других аварийных режимов, связанных с избыточным энерговыделением в активной зоне реактора, в каждом реакторе предусмотрена возможность экстренного прекращения цепной реакции. В этом случае в центральную часть активной зоны под действием силы тяжести сбрасываются стержни аварийной защиты.

Что еще есть на АЭС?

После удаления из реактора в твэлах с отработанным ядерным топливом все еще продолжаются процессы деления. В течение длительного периода времени они продолжают оставаться мощным источником нейтронов и выделяют тепло. Поэтому в течение некоторого времени твэлы выдерживают под водой в специальных бассейнах, которые находятся тут же, на атомной электростанции. Если их не охлаждать, они просто могут расплавиться.

После того как их радиоактивность и температура снизятся до значений, позволяющих их перевозить, а для водо-водяных реакторов это три года, твэлы извлекают, помещают в толстостенную стальную тару и отправляют в «сухие хранилища».

Кроме того, если посмотреть на атомную электростанцию со стороны, то ее силуэт, как правило, определяют высокие сооружения башенного типа. Это градирни. Они нужны в случае если невозможно использовать воду для конденсации пара из водохранилища. Тогда на станции применяют оборотные системы охлаждения, ключевым элементом которых являются охладительные башни. Внутри градирен горячая вода распыляется, падая с высоты как в обычном душе. Часть воды при этом испаряется, что и обеспечивает требуемое охлаждение. Благодаря своим внушительным размерам, а некоторые из них достигают высоты 60-этажного дома (например, градирня энергоблока №6 Нововоронежской АЭС), градирни обычно являются самой заметной частью атомной электростанции.

Кроме того, каждая атомная станция имеет еще одну или несколько высоких труб, внешне похожих на дымовые трубы обычных тепловых электростанций. Но дым из них не идет – это вентиляционные трубы, через них выводятся газоаэрозольные выбросы – радиоактивные инертные газы, аэрозоли радиоактивных продуктов деления и летучие соединения радиоактивного иода. Но по большей части это радиоактивные изотопы инертных газов – аргон-41, криптон-87 и ксенон-133. Они представляют собой короткоживущие радионуклиды и без ущерба для экологии распадаются за несколько дней или даже часов.

Источник: Naked Science

Читайте также:

– Незаметные, но всепроникающие: как насосы определяют облик нашей цивилизации;

– Тайна трех поколений: почему частицы вещества делятся на три практически идентичных поколения;

– Дорога в небо: как стать космонавтом.

С тех пор как появились подходящие технологии, мы начали искать жизнь вокруг других звезд. Но коллег по интеллектуальному цеху обнаружить так и не удалось. Может, дело в том, что их нет? Если так, то почему?

Вот вам одно довольно удручающее уравнение:

N = R* × fP × ne × f1 × fi × fc × L.

Это уравнение Дрейка, описывающие количество инопланетных цивилизаций в Галактике, с которыми нам, возможно, когда-то удастся связаться. Его условия отвечают таким значениям, как доля звезд с планетами, доля планет, где может возникнуть жизнь, доля планет, способных поддержать разумную жизнь, и так далее. Используя консервативные расчеты, минимальный результат этого уравнения — 20. То есть в Млечном Пути должно быть 20 разумных цивилизаций, с которыми мы гипотетически можем связаться и которые гипотетически могут связаться с нами. Но на сегодня мы еще ни с кем не установили контакт. Более того, мы никого не нашли и продолжаем дрейфовать на нашей космической пылинке, с надеждой смотря в глубины космоса.

Уравнение Дрейка — пример более глубокой проблемы, обсуждаемой в научном сообществе. Учитывая только размер Вселенной и наши знания о том, что разумная жизнь развилась — по крайней мере однажды, — в космосе должны быть признаки инопланетной жизни. Это чаще всего называют парадоксом Ферми, получившим название в честь физика Энрико Ферми, который впервые задумался над противоречием между высокой вероятностью существования инопланетных цивилизаций и их явным отсутствием. Ферми обобщил это емким вопросом: «Где все?»

Возможно, этот вопрос был неверным. Вероятно, лучшим вариантом, хотя и более тревожным, может быть «Что со всеми произошло?» В отличие от вопроса о существовании жизни во Вселенной, на этот есть более ясный ответ: Великий фильтр.

Пустота Вселенной

Инопланетная жизнь, вероятно, существует, но мы ее не видим. Следовательно, дело может быть в том, что на протяжении развития цивилизации она сталкивается с серьезным и частым препятствием, которое приводит жизнь к концу, прежде чем она становится достаточно разумной и распространенной, чтобы мы смогли ее увидеть, – и это некий великий фильтр.

Этот фильтр может принимать множество форм. Возможно, расположение планеты в зоне Златовласки, или зоне обитаемости — в узкой полоске вокруг звезды, где не слишком жарко и не слишком холодно для существования жизни — и наличие на этой планете органических молекул, способных к образованию жизни, маловероятно. Мы наблюдали множество планет в зоне обитаемости разных звезд (порядка 40 миллиардов в Млечном Пути), но не исключено, что их условия не подходят для зарождения жизни.

Схематическое обозначение зоны Златовласки или зоны обитаемости / © beardycast.com

Великий фильтр может произойти и на самых ранних этапах развития жизни. Возможно, когда вы проходили биологию в старших классах, вам запомнилась фраза «митохондрии — это электростанции клетки». Однако митохондрии когда-то были отдельными бактериями, которые вели самостоятельный образ жизни. В какой-то момент одноклеточный организм на Земле попытался съесть одну из этих бактерий, но вместо того, чтобы перевариться, бактерия вступила в тандем с клеткой и стала производить дополнительную энергию, которая помогла клетке развиваться таким образом, что со временем стало возможно образование высших форм жизни. Вполне вероятно, что такое удивительно событие произошло в Млечном Пути всего один раз.

Кроме того, фильтром может быть и развитие большого мозга — вроде человеческого. В конце концов, мы живем на планете, которую населяет множество существ, но интеллект, подобный человеческому, возник на ней всего однажды. Вероятно, живым существам на других планетах просто не нужно развивать такие энергетически затратные нейронные структуры, необходимые интеллекту.

Ждет ли нас Великий фильтр в будущем?

Все вышеперечисленные возможности предполагают, что Великий фильтр уже далеко позади нас, а человечество — успешный вид, преодолевший препятствие, которое стало невероятным для любой другой жизни. Однако и это может быть не так. Жизнь может постоянно развиваться до нашего уровня, но уходить в небытие в результате какой-то катастрофы. Открытие ядерной энергии — вероятное событие для любого продвинутого общества, но оно способно и уничтожить нас — как это же развитое высокотехнологичное общество. Использование ресурсов для создания продвинутой цивилизации убивает саму планету: ярким примером служит глобальное изменение климата, которое ученые считают почти полностью спровоцированным действиями человека. Или же это может быть что-то совсем неизвестное нам — серьезная угроза, которую мы не заметим, пока не будет слишком поздно.

Схематическое обозначение Великого фильтра, уже оставшегося позади нас и еще одной гипотетической цивилизации / © Wait But Why

Также одно из самых печальных и даже нелогичных предположений о Великом фильтре — то, что человечеству не стоит искать инопланетную жизнь — в особенности ту, которая уже достигла уровня технологического развития, подобного нашему. Если Галактика и правда пуста и мертва — говоря об иной жизни, — шансы на то, что мы уже прошли Великий фильтр, повышаются. Галактика может быть пустой просто потому, что другая жизнь не смогла пройти некоторое испытание, которое удалось преодолеть человечеству.

Если мы когда-нибудь найдем инопланетную цивилизацию, но при этом космос не будет кишеть разумной жизнью, это может означать, что Великий фильтр все еще ожидает нас где-то в будущем. По идее, Галактика должна изобиловать жизнью, но это не так. Еще одна возможность в том, что другие цивилизации, которые должны населять Млечный Путь, были стерты с лиц своих планет какой-то катастрофой, с которой еще предстоит столкнуться нам и нашим инопланетным товарищам.

Как бы то ни было, иной жизни, кроме той, что есть на Земле, мы по сей день не обнаружили. И хотя порой может возникать чувство, что мы одиноки, это только указывает на то, что шансы человечества на долгосрочное выживание чуть выше, чем может показаться.

Источник: Naked Science

Читайте также:

– Как устроены атомные электростанции;

– Незаметные, но всепроникающие: как насосы определяют облик нашей цивилизации;

– Тайна трех поколений: почему частицы вещества делятся на три практически идентичных поколения.

Четырнадцатого марта 1879 года в городе Ульм родился человек, впоследствии перевернувший научный мир с ног на голову. Его работы лежат в основе понимания Вселенной — в частности, гравитации. В чем же вся гениальность трудов Альберта Эйнштейна и каково их место в XXI веке?

Когда юный Альберт Эйнштейн опубликовал Общую теорию относительности в 1915 году, вряд ли кто-то мог предположить, какое влияние она окажет на науку. Относительность изменила наше понимание Вселенной и предоставила новые способы изучения фундаментальной физики, которым подчиняется окружающий мир.

Несмотря на всю важность принципа относительности, с ней не все так просто, как хотелось бы. И пусть кому-то может показаться, что эта теория слишком абстрактна и оторвана от реальности, на самом деле она напрямую связана с нашим существованием на фундаментальном уровне. Она позволила изучить и исследовать космос, а на Земле она стоит за технологиями, связанными со множеством открытий: от GPS до ядерной энергии, от смартфонов до ускорителей частиц — множество инноваций, которые мы принимаем как должное, уходят корнями в теорию Эйнштейна.

Как работает относительность

Прежде всего стоит отметить, что Общая теория относительности состоит из двух отдельных теорий. Первая — Специальная теория относительности — опубликована в 1905 году и была принята научным сообществом со смешанными чувствами. В чем причина такой реакции? Дело в том, что Специальная теория относительности перевернула большую часть того, что — как казалось ученым — было известно о мире.

Альберт Эйнштейн и Нильс Бор во время Сольвеевского конгресса 1930 года / © Danish Film Institute/Paul Ehrenfest

До публикации Эйнштейном своего научного откровения было принято считать, что время всегда и везде протекает с одинаковой скоростью. Вне зависимости от скорости движения объекта природа секунд, минут и часов считалась неизменной. Однако Эйнштейн считал, что время на самом деле непостоянно и изменяется в зависимости от того, насколько быстро движется объект.

Великий ученый утверждал, что настоящая неизменная величина — константа — это скорость света. Свет движется с постоянной скоростью 299 792 458 метров в секунду в вакууме, тогда как время течет по-разному — в зависимости от скорости, с которой объект движется через пространство. Для объектов, движущихся очень быстро, время замедляется.

Это откровение пошатнуло основы физики, но на этом все не закончилось. Спустя всего десять лет гениальный нонконформист из бернского патентного бюро дополнил теорию новой деталью — на этот раз речь шла о гравитации.

Альберт Эйнштейн во время лекции в Вене, 1921 год / © Ferdinand Schmutzer/Wikimedia Commons

Гравитация как кривизна пространства-времени

Настоящим украшением идей Эйнштейна стала Общая теория относительности. Она отвечала на многовековой вопрос: как именно работает гравитация?

Когда в середине XVII века, как гласит популярная легенда, Исааку Ньютону на голову упало яблоко, родилась революционная теория гравитации. Ньютон определил, что гравитация существует, и постулировал ее воздействие, но не мог наверняка сказать, каковы ее истоки.

Ответ был найден спустя почти три века посредством Общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Он считал, что, так как пространство и время «текучи» и изменчивы, их могут искривлять массивные объекты.

Представьте шар для боулинга посередине натянутого батута. Поскольку он тяжелый, то искривляет ткань, стягивая таким образом все объекты, находящиеся у краев батута, к центру. Гравитация работает похожим образом. Массивные объекты вроде Земли искривляют ткань пространства и времени, притягивая к себе материю, а также время и свет.

Три нобелевских лауреата по физике. Слева направо: Альберт Майкельсон, Альберт Эйнштейн, Роберт А. Милликан / © Smithsonian Institution Libraries/Wikimedia Commons

Доказательства относительности

Как и многие другие теории, относительность непросто доказать окончательно. Но все собранные более чем за 100 лет данные указывают на абсолютную правоту Эйнштейна в этом вопросе. Часы, установленные на небоскребах, отмеряют время несколько быстрее, чем часы, установленные у их оснований, так как первые находятся дальше от центра Земли, а значит, и пространство-время на такой высоте искривлено меньше.

Иногда на снимках далекого космоса, таких как Hubble Ultra-Deep Field, можно видеть некоторые объекты, которые выглядят искаженными и увеличенными на фоне галактических скоплений: это феномен гравитационного линзирования. Масса таких объектов искривляет пространство-время, из-за чего изображение получается искаженным.

Однако, пожалуй, самым значимым доказательством Общей теории относительности стало событие, о котором было объявлено в 2016 году — спустя более чем 100 лет после публикации работы. Этим доказательством стали гравитационные волны — рябь на ткани пространства-времени. Они были зарегистрированы посредством детекторов LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория) в Ливингстоне и Хэгнфорде, разработкой которых с 1992 года занимался физик-теоретик Кип Торн.

Если пространство и время — это ткань, напоминающая поверхность батута, то такие масштабные и массивные события, как слияния черных дыр, будут создавать на ней рябь. Если теория Эйнштейна верна, то мы должны быть способны зарегистрировать эти волны, но до недавнего времени это было только теорией без экспериментальных доказательств.

В начале 2016 года ученые объявили, что применили детектор LIGO для регистрации гравитационных волн, точно определив субатомные расширения и сокращения, проходящие через пространство-время.

LIGO напоминает невероятно мощную линейку: он направляет лазерный луч между двумя зеркалами, расположенными в четырех километрах друг от друга, затем пускается лазерный луч и измеряется время, за которое лазер проходит этот путь. Из-за гравитационных волн все смещается, и если лазерный луч перестает двигаться синхронно, то для ученых это знак, что его путь пересекла гравитационная волна и вызвала субатомное смещение зеркала. Регистрацию гравитационных волн можно назвать самым главным преимуществом теории Эйнштейна. Помимо этого, относительность была применена для постулирования Большого взрыва и расширения Вселенной.

Стол Альберта Эйнштейна в его кабинете в Институте перспективных исследований в Принстоне. Именно таким его оставил гениальный ученый перед своей смертью в апреле 1955 года / © Ralph Morse-Time & Life Pictures/Getty Images

Наследие Эйнштейна и будущее науки

Относительность помогла нам предположить, что Вселенная на 95% состоит из темной энергии и темной материи. Эта же теория помогла разработать ускорители частиц, в которых электроны, протоны и другие элементарные частицы разгоняются до скоростей, близких к световой.

Теория относительности сделала для науки и нашего понимания устройства мира неописуемо много. А теперь, когда есть возможность регистрировать гравитационные волны, мы можем заглянуть еще глубже в устройство Вселенной, изучить такие объекты, как черные дыры и нейтронные звезды, опираясь на беспрецедентно точные предсказания теории.

Прошло чуть больше века с тех пор, как относительность Эйнштейна фундаментально перевернула наше понимание Вселенной. Но самое великое наследие ученого заключается не в его революционных теориях: его работа вдохновила тысячи ученых, которые в итоге последовали за ним в поисках истинной природы реальности.

Сегодня теория Эйнштейна регулярно подвергается различным проверкам, которые с достоинством проходит. Благодаря теории относительности и другим работам когда-то скромного работника бернского патентного бюро, у нас есть Стандартная модель, инфляционная модель Вселенной и новые гипотезы, рождающиеся в попытках понять самые глубинные принципы устройства вещей, которые помогли бы в исчерпывающей полноте описать Вселенную и реальность как таковую.

Источник: Naked Science

Читайте также:

– Сверхчеловеческие подвиги обычных людей;

– 10 медицинских технологий, которые могут привести к бессмертию;