Астрофизика с космической скоростью, или Великие тайны Вселенной для тех, кому некогда - [2]
Противоречие между теорией гравитации и квантовой механикой в нашу эпоху не приводит ни к каким практическим осложнениям, потому что инструменты и принципы этих теорий применяются к совершенно разным классам задач. Однако поначалу, в планковскую эру, большое было маленьким, и мы подозреваем, что эти теории были вынуждены, так сказать, наладить совместную жизнь. Увы, для нас пока остается тайной, какими обетами они обменялись на церемонии бракосочетания, поэтому никакие известные нам законы физики не объясняют сколько-нибудь достоверно поведение Вселенной в тот период.
Тем не менее, мы предполагаем, что к концу планковской эры гравитация вырвалась из объятий остальных, по-прежнему единых сил природы и приобрела независимость, которую так хорошо описывают наши нынешние теории. Перевалив за возраст в 10>–35 секунды, Вселенная продолжала расширяться, концентрированная энергия разбавлялась, а то, что осталось от единых сил, разделилось на две силы: «электрослабую» и «сильную ядерную». Еще позднее электрослабая сила разделилась на электромагнитную и слабую ядерную силы, и получились четыре отдельные силы, которые мы знаем и любим:
• слабое ядерное взаимодействие контролирует радиоактивный распад;
• сильное ядерное взаимодействие связывает атомное ядро;
• электромагнитная сила связывает атомы и молекулы;
• а гравитация – скопления вещества.
Все это время шло непрерывное взаимодействие вещества в виде субатомных частиц и энергии в виде фотонов (не имеющих массы переносчиков энергии света, в равной мере частиц и волн). Во Вселенной было так жарко, что фотоны могли спонтанно преобразовывать энергию в пары частиц вещества и антивещества, которые сразу аннигилировали, возвращая энергию обратно фотонам.
Да-да, антивещество – это не фантастика. И его открыли мы, ученые, а не писатели-фантасты. Такие метаморфозы полностью описывает самое знаменитое уравнение Эйнштейна E = mc>2 – действующий в обе стороны рецепт, показывающий, сколько вещества стоит то или иное количество энергии и сколько энергии стоит то или иное количество вещества. В этой формуле c>2 – это квадрат скорости света, очень большое число, которое, будучи помножено на массу, показывает, сколько энергии на самом деле дает нам это преобразование.
Непосредственно перед, во время и после того, как сильное и электрослабое взаимодействия разорвали знакомство, Вселенная была бурлящим бульоном из кварков, лептонов и их антисобратьев, а также бозонов – частиц, которые обеспечивают их взаимодействие. Считается, что представители всех этих семейств уже не делятся на что-то еще более мелкое и элементарное, хотя у каждой из таких частиц есть несколько разновидностей.
Да-да, антивещество – это не фантастика. И его открыли мы, ученые, а не писатели-фантасты.
Обычный фотон входит в семейство бозонов. Из лептонов не-физикам лучше всего знакомы, пожалуй, электрон и, возможно, нейтрино, а из кварков… гм, знакомых кварков у вас, наверное, нет. Каждому из шести видов кварков дали абстрактное название, не имеющее никакой цели – ни филологической, ни философской, ни педагогической, – кроме цели отличать их друг от друга. Кварки называются так: верхний, нижний, странный, очарованный, прелестный и истинный.
А вот бозоны, кстати, названы в честь индийского ученого Шатьендраната Бозе. Слово «лептон» образовано от древнегреческого «лептос», что значит «маленький» или «легкий». Однако происхождение самого слова «кварк» гораздо интереснее: его источник – литературное произведение. Физик Мюррей Гелл-Манн, который в 1964 году выдвинул гипотезу о существовании кварков как составляющих нейтронов и протонов и в то время считал, что семейство кварков состоит всего лишь из трех членов, позаимствовал их название из «Поминок по Финнегану» Джеймса Джойса, где чайки выкрикивают загадочную фразу: «Три кварка для мистера Марка!»
К чести кварков можно сказать одно: у них очень простые названия – искусство, которое так и не далось химикам, биологам и особенно геологам, которые дают предметам своих изысканий на диво заковыристые имена.
Кварки – те еще фрукты. В отличие от протонов, обладающих электрическим зарядом +1, и электронов, у которых заряд равен –1, у кварков заряды дробные, кратные одной трети. Изловить отдельный кварк нельзя, он всегда цепляется за соседние. Более того, сила, связывающая два (или больше) кварка, лишь возрастает при попытке их разделить, как будто они соединены своего рода субъядерной резинкой. Если растащить кварки достаточно далеко, резинка лопается, и высвобождаемая энергия при помощи E = mc>2 создает по новому кварку на каждом конце – начинай сначала!
Кварки – те еще фрукты. Изловить отдельный кварк нельзя, он всегда цепляется за соседние.
В кварк-лептонную эру Вселенная была такая плотная, что среднее расстояние между несвязанными кварками было сравнимо с расстоянием между связанными кварками. При таких условиях между соседними кварками не могла установиться однозначная связь, и они не образовывали коллективные союзы, а свободно перемещались. Об открытии такого состояния вещества, своего рода кваркового плавильного котла, впервые заявила в 2002 году группа физиков из Брукхейвенской национальной лаборатории на Лонг-Айленде в штате Нью-Йорк.
Нил Деграсс Тайсон – известный американский астрофизик и популяризатор науки, обладающий особым даром рассказывать о самых сложных научных вопросах понятно, захватывающе и с юмором. В этой книге вы найдете ответы на самые интересные вопросы о Вселенной: «Что будет, если упасть в черную дыру?», «Какие ошибки допускают создатели голливудских фильмов о космосе?», «Зачем построили Стоунхендж?», «Наступит ли когда-нибудь конец света?», «Как могут выглядеть инопланетяне?» и многие другие.Эта книга будет интересна и школьникам, и взрослым, интересующимся наукой.
В книге рассказывается история главного героя, который сталкивается с различными проблемами и препятствиями на протяжении всего своего путешествия. По пути он встречает множество второстепенных персонажей, которые играют важные роли в истории. Благодаря опыту главного героя книга исследует такие темы, как любовь, потеря, надежда и стойкость. По мере того, как главный герой преодолевает свои трудности, он усваивает ценные уроки жизни и растет как личность.
Наше происхождение началось не на Земле, а, на самом деле, в космосе. Основываясь на научных открытиях и исследованиях, где пересекаются несколько наук — геология, биология, астрофизика и космология, — вы узнаете, как сформировались наши знания о космосе. В этой книге Нил Деграсс Тайсон и Дональд Голдсмит отправят вас в космический тур, где вы узнаете о рождении галактики, исследованиях Марса, об открытии воды на одной из лун Юпитера и многое другое.
В своей книге «Астрофизика начинающим: как понять Вселенную» знаменитый астрофизик и популяризатор науки Нил Деграсс Тайсон раскрывает все тайны большой физики, загадки нашей Вселенной и отвечает на множество вопросов о том, как все устроено в нашем мире. В книге много полноцветных фотографий, инфографики и остроумных разъяснений самых сложных научных концепций.
Эта книга не только о том, как устроена Вселенная, хотя, казалось бы, разговоров как раз на эту тему следует ожидать от увлеченного астрофизика. Все дело в том, что поклонники и противники Нила Деграсса Тайсона в своих письмах спрашивают его не только об инопланетной жизни, звездных системах, путешествиях в пространстве, параллельных вселенных и прочих космических штучках. Они хотят знать, как относиться к теории эволюции, как построить вечный двигатель, когда ждать конца света, как пережить утрату близкого человека, изменить свою жизнь… И автор осторожно делится своим мнением на этот счет, обнаруживая не только широкий кругозор и интеллигентное чувство юмора – о котором всем известно, – но также и мудрость, и чуткость, и простоту.
Новая книга известного американского астрофизика Нила Деграсса Тайсона, написанная в соавторстве с Эвис Лэнг, посвящена исследованию многолетних отношений науки и армии. Что объединяет астрофизиков и военных специалистов, в чем точки их пересечения, как наука служит войне? Как выясняется, многие открытия и достижения астрофизики, такие как, например, многоспектральное обнаружение, дальность, отслеживание, визуализация, ядерный синтез и доступ в космос, – это не просто научные открытия, а инструменты в руках войны.
Книга посвящена жизни и творчеству выдающегося советского кристаллографа, основоположника и руководителя новейших направлений в отечественной науке о кристаллах, основателя и первого директора единственного в мире Института кристаллографии при Академии наук СССР академика Алексея Васильевича Шубникова (1887—1970). Классические труды ученого по симметрии, кристаллофизике, кристаллогенезису приобрели всемирную известность и открыли новые горизонты в науке. А. В. Шубников является основателем технической кристаллографии.
Нильс Бор — одна из ключевых фигур квантовой революции, охватившей науку в XX веке. Его модель атома предполагала трансформацию пределов знания, она вытеснила механистическую модель классической физики. Этот выдающийся сторонник новой теории защищал ее самые глубокие физические и философские следствия от скептиков вроде Альберта Эйнштейна. Он превратил родной Копенгаген в мировой центр теоретической физики, хотя с приходом к власти нацистов был вынужден покинуть Данию и обосноваться в США. В конце войны Бор активно выступал за разоружение, за интернационализацию науки и мирное использование ядерной энергии.
Джеймс Клерк Максвелл был одним из самых блестящих умов XIX века. Его работы легли в основу двух революционных концепций следующего столетия — теории относительности и квантовой теории. Максвелл объединил электричество и магнетизм в коротком ряду элегантных уравнений, представляющих собой настоящую вершину физики всех времен на уровне достижений Галилея, Ньютона и Эйнштейна. Несмотря на всю революционность его идей, Максвелл, будучи очень религиозным человеком, всегда считал, что научное знание должно иметь некие пределы — пределы, которые, как ни парадоксально, он превзошел как никто другой.
Ежемесячный научно-популярный и научно-художественный журнал.
«Занимательное дождеведение» – первая книга об истории дождя.Вы узнаете, как большая буря и намерение вступить в брак привели к величайшей охоте на ведьм в мировой истории, в чем тайна рыбных и разноцветных дождей, как люди пытались подчинить себе дождь танцами и перемещением облаков, как дождь вдохновил Вуди Аллена, Рэя Брэдбери и Курта Кобейна, а Даниеля Дефо сделал первым в истории журналистом-синоптиком.Сплетая воедино научные и исторические факты, журналист-эколог Синтия Барнетт раскрывает удивительную связь между дождем, искусством, человеческой историей и нашим будущим.
Эта книга – захватывающий триллер, где действующие лица – охотники-ученые и ускользающие нейтрино. Крошечные частички, которые мы называем нейтрино, дают ответ на глобальные вопросы: почему так сложно обнаружить антиматерию, как взрываются звезды, превращаясь в сверхновые, что происходило во Вселенной в первые секунды ее жизни и даже что происходит в недрах нашей планеты? Книга известного астрофизика Рэя Джаявардхана посвящена не только истории исследований нейтрино. Она увлекательно рассказывает о людях, которые раздвигают горизонты человеческих знаний.
Wall Street Journal назвал эту книгу одной из пяти научных работ, обязательных к прочтению. Ученые, преподаватели, исследователи и читатели говорят о ней как о революционной, переворачивающей представления о мозге. В нашей культуре принято относиться к мозгу как к главному органу, который формирует нашу личность, отвечает за успехи и неудачи, за все, что мы делаем, и все, что с нами происходит. Мы приравниваем мозг к компьютеру, считая его «главным» в нашей жизни. Нейрофизиолог и биоинженер Алан Джасанов предлагает новый взгляд на роль мозга и рассказывает о том, какие именно факторы окружающей среды и процессы человеческого тела формируют личность и делают нас теми, кто мы есть.
Обладатель ученой степени в области теоретической химической физики, старший научный сотрудник исследовательской группы по разработке новых лекарств Скотт Бембенек в лучших традициях популярной литературы рассказывает, как рождались и развивались научные теории. Эта книга — уникальное сочетание науки, истории и биографии. Она доступным языком рассказывает историю науки от самых ранних научных вопросов в истории человечества, не жертвуя точностью и корректностью фактов. Читатель увидит: — как энергия, энтропия, атомы и квантовая механика, составляющие основу нашей Вселенной, управляют миром, в котором мы живем; — какой трудный путь прошло человечество, чтобы открыть законы физических явлений; — как научные открытия (и связанные с ними ученые) сформировали мир, каким мы его знаем сегодня.
Таблица Менделеева занимает в нашем воображении такое же прочное место, как и алфавит, календарь и знаки зодиака. Но сами химические элементы, помимо нескольких самых распространенных: железа, углерода, меди, золота, – покрыты завесой тайны. По большей части мы не знаем, как они выглядят, в каком виде встречаются в природе, почему так названы и чем полезны для нас. Добро пожаловать на головокружительную экскурсию по страницам истории и литературы, науки и искусства! «Научные сказки» познакомят вас с железом, которое падает с неба, и расскажут о скорбном пути неонового света.