Ons universum strekt zich uit van subatomaire tot kosmische schaal.
De reis van macroscopische naar subatomaire schalen overspant vele ordes van grootte, maar door kleine stapjes te nemen kan elke nieuwe schaal toegankelijker worden dan de vorige. Mensen zijn opgebouwd uit organen, cellen, organellen, moleculen en atomen, dan elektronen en kernen, dan protonen en neutronen, dan quarks en gluonen binnenin. Dit is de grens van hoe ver we de natuur onderzoeken.
Tot slot zijn er momenteel 13 verschillende schalen bekend.
Aan de rechterkant worden de gemeten bosonen geïllustreerd, die de drie fundamentele kwantumkrachten van ons universum mediëren. Er is slechts één foton dat de elektromagnetische kracht bemiddelt, er zijn drie bosonen die de zwakke kracht bemiddelen en acht die de sterke kracht bemiddelen. Dit geeft aan dat het standaardmodel een mengsel is van drie groepen: U(1), SU(2) en SU(3), waarvan de interacties en deeltjes samen alles vormen waarvan bekend is dat het bestaat. De grootte van elk van de bekende fundamentele deeltjes kan niet groter zijn dan ongeveer ~ 10 ^ -19 μm.
1.) Fundamentele, elementaire deeltjes. tot 10-19 meter, deze hoeveelheden zijn niet verdeeld.
Wanneer twee protonen, elk bestaande uit drie quarks die aan elkaar zijn gebonden door gluonen, interageren, is het voor hen mogelijk om samen te smelten tot een samengestelde toestand, afhankelijk van hun eigenschappen. De meest voorkomende en bewezen mogelijkheid is de productie van een deuteron, gemaakt van een proton en een neutron, waarvoor de emissie van een neutrino, een positron en mogelijk ook een foton nodig zou zijn.
2.) Nucleaire schalen. Op een femmometer (~10-15 m) Schalen, individuele nucleonen, opgebouwd uit quarks en gluonen, zijn aan elkaar gebonden.
Ook al ben je zelf gemaakt van atomen, wat je voelt als een “aanraking” vereist niet noodzakelijkerwijs een ander extern atoom om daadwerkelijk in contact te komen met de atomen in je lichaam. Gewoon dichtbij genoeg komen om kracht uit te oefenen is niet alleen niet genoeg, het is de meest voorkomende gebeurtenis.
3.) Atomaire schalen. Angstrom-formaat (~10-10 m), vormen atomen alle materie op aarde.
Moleculen, voorbeelden van moleculen van materie gebonden in complexe formaties, bereiken de vormen en structuren die ze doen vanwege de elektromagnetische krachten die bestaan tussen hun samenstellende atomen en elektronen. De verscheidenheid aan structuren die kunnen worden gemaakt, is bijna onbeperkt.
4.) Moleculaire schalen. nm (~10-9 m) en grotere moleculen bevatten meerdere aan elkaar gebonden atomen.
Deze tunneling-elektronenmicroscoopafbeelding toont enkele monsters van de cyanobacterie Prochlorococcus marinus. Elk van deze organismen is slechts ongeveer een halve micron groot, maar alle cyanobacteriën zijn grotendeels verantwoordelijk voor de vorming van zuurstof op aarde: in het begin en zelfs tot op de dag van vandaag. Zoals alle bacteriën is hun leven veel korter dan dat van een mens.
5.) Microschalen. Minder dan 0,0001 m (de breedte van een mensenhaar), gereedschap buiten het menselijk oog vereist.
In warme, ondiepe watermassa’s zijn roze flamingo’s vaak te zien waden, gladstrijken en op zoek naar voedsel. Een gebrek aan carotenoïde pigmenten in hun voedselvoorraad, wat te zien is bij sommige (maar niet alle) flamingo’s die hier worden getoond, zorgt ervoor dat veel van deze flamingo’s meer wit lijken dan de stereotiepe roze of rode, maar het gedrag van het staan op een voet in plaats van twee, slaagde hij erin het warmteverlies van het lichaam bijna te halveren.
6.) Macroscopische schubben. Onze conventionele waarnemingen strekken zich uit van subschalen tot vele kilometers.
Deze selectie van asteroïden en kometen die door ruimtevaartuigen zijn bezocht, omvat verschillende schalen in grootte, van objecten van minder dan een kilometer tot objecten van meer dan 100 kilometer aan één kant. Geen van deze objecten heeft echter voldoende massa om ze in een cirkelvorm te trekken. Zwaartekracht kan ze bij elkaar houden, maar elektromagnetische krachten zijn voornamelijk verantwoordelijk voor hun vorm.
7.) Subplanetaire schalen. Waar de zwaartekracht het elektromagnetisme niet kan verslaan, kunnen vrij zwevende objecten honderden kilometers ver reizen.
Nu Saturnus in beeld is gebracht door de JWST, kan de eerste “familiefoto” van de gasreuzenwerelden zoals gezien door de ogen van de JWST worden gevormd. Hier wordt elke planeet weergegeven met een hoekgrootte die is gekalibreerd op hoe ze ten opzichte van elkaar verschijnen, zoals gezien door de JWST. Planeten kunnen tweemaal zo groot zijn als Jupiter, maar kunnen ook 1000 km of zelfs kleiner zijn.
8.) Planetaire schalen. Planeten zijn bolvormig vanwege hun eigen zwaartekracht en planeten zijn meestal tussen de 1.000 en 200.000 kilometer breed.
Bruine dwergen, tussen ongeveer 0,013-0,080 zonsmassa’s, zullen deuterium + deuterium samensmelten tot helium-3 of tritium, waarbij ze ongeveer even groot blijven als Jupiter, maar veel grotere massa’s bereiken. Rode dwergen zijn slechts iets groter, maar zelfs de hier getoonde zonachtige ster vertoont hier geen schaal; De diameter zou ongeveer 7 keer die van een lichte ster zijn. Binnen dit universum kunnen sterren bijna 2000 keer de diameter van onze zon bereiken.
9.) Sterrenschalen. Van 0,08 tot 2000 keer de grootte van de zon, deze nucleaire ovens verlichten het universum.
Illustratie van de binnenste en buitenste Oortwolk rond onze zon. Terwijl de binnenste Oortwolk ringvormig is, is de buitenste Oortwolk bolvormig. De ware omvang van de buitenste Oortwolk kan minder dan 1 lichtjaar of meer dan 3 lichtjaar zijn; Hier heerst een grote onzekerheid. Elk massief object dat door de Oortwolk gaat, heeft een grote kans om objecten in de buurt te verstoren.
10.) De schalen van het sterrenstelsel. De Oort-achtige wolken, die zich tot twee lichtjaar uitstrekken, tasten de grenzen van individuele sterrenstelsels af.
Hoewel er veel voorbeelden zijn van veel sterrenstelsels in hetzelfde deel van de ruimte, komt het meestal voor tussen slechts twee sterrenstelsels of in zeer dichte delen van de ruimte, zoals de centra van clusters van sterrenstelsels. Het is uiterst zeldzaam om 5 melkwegstelsels met elkaar te zien interageren in een ruimte op minder dan een miljoen lichtjaar afstand, hier met fantastisch detail vastgelegd door Hubble. Omdat al deze sterrenstelsels nog steeds nieuwe sterren vormen, worden ze door astronomen allemaal geclassificeerd als “levend”.
11.) Melkwegschalen. Op ongeveer 100 tot 1.000.000 lichtjaar afstand houden donkere en gewone materie sterrenstelsels bij elkaar.
Tussen de grote clusters en filamenten van het universum bevinden zich grote kosmische leegten, waarvan sommige honderden miljoenen lichtjaren in diameter kunnen overspannen. Hoewel sommige holtes groter zijn dan andere, een miljard lichtjaar of meer omspannend, bevatten ze allemaal materie op een bepaald niveau. Zelfs de leegte met MCG+01–02–015, het eenzaamste sterrenstelsel in het universum, bevat waarschijnlijk kleine, weinig heldere oppervlaktestelsels die onder de huidige detectielimiet van telescopen zoals Hubble liggen.
12.) Massa- en ruimtetabellen. Met een diameter van 10 tot 100 miljoen lichtjaar zijn ze de grootste van de door zwaartekracht gebonden structuren.
Op grotere schaal kan de manier waarop sterrenstelsels samenklonteren in waarnemingen (blauw en violet) niet overeenkomen met simulaties (rood), tenzij donkere materie wordt meegerekend. Hoewel er manieren zijn om dit type structuur te reproduceren zonder specifiek donkere materie op te nemen, zoals het toevoegen van een specifiek type veld, lijken deze vervangingen ofwel verdacht niet te onderscheiden van donkere materie of slagen ze er niet in om een van de vele waarnemingen de andere te reproduceren om donkere materie te ondersteunen.
13.) Echt kosmische schalen. Het gehele waargenomen kosmische web omspant 92 miljard lichtjaar.
In de moderne kosmologie wordt het universum onderbroken door een uitgebreid netwerk van donkere materie en gewone materie. Op de schaal van individuele en kleinere melkwegstelsels zijn de door materie gevormde structuren in hoge mate niet-lineair, met dichtheden die enorm afwijken van de gemiddelde dichtheden. Op zeer grote schaal ligt de dichtheid van elk gebied in de ruimte echter zeer dicht bij de gemiddelde dichtheid: de nauwkeurigheid is ongeveer 99,99%.
Zelfs op de grootste en kleinste schaal kunnen er nog steeds nieuwe fenomenen wachten om ontdekt te worden.
Deze verticaal georiënteerde logaritmische kaart van het universum omspant bijna 20 ordes van grootte en brengt ons van planeet Aarde tot aan de rand van het zichtbare universum. Elke grote ‘markering’ op de rechter schaalbalk komt overeen met een toename van de afstandschalen met een factor 10.
Stille Maandag vertelt meestal een universeel verhaal in foto’s en visuals en niet meer dan 200 woorden.
“Amateur-organisator. Wannabe-bierevangelist. Algemene webfan. Gecertificeerde internetninja. Fanatieke lezer.”
More Stories
Het omzetten van onzichtbare donkere materie in zichtbaar licht
Een ongekende meteorietontdekking daagt astrofysische modellen uit
SpaceX heeft een Falcon 9-raket gelanceerd tijdens zijn recordbrekende 20e missie