Красота физики. Постигая устройство природы [заметки]

1

В английском языке слово «воплощать» происходит от корня body, т. е. «тело», а не от «плоти», как в русском. – Прим. пер.

2

Полное название предыдущей книги автора – «Легкость бытия: масса, эфир и объединение взаимодействий» (The Lightness of Being: Mass, Ether, and the Unification of Forces, 2008).

3

Часть коры головного мозга, которая принимает и обрабатывает чувствительные нервные импульсы от глаз. – Прим. пер.

4

Отметим, что автор «Аттических ночей» Авл Геллий жил более трех столетий спустя в Риме, т. е. в другой стране. – Прим. науч. ред.

5

Американская писательница и основательница религиозной секты «Христианская наука» (1821–1910). – Прим. пер.

6

Или, в другом варианте перевода, «все вещи суть числа». – Прим. ред.

7

Здесь автор говорит о вынужденных колебаниях, частота которых близка к собственной частоте мембраны в данной точке. – Прим. ред.

8

Так называемый потенциал действия. – Прим. ред.

9

Имеется в виду Пентагон – главное административное здание Министерства обороны США. – Прим. пер.

10

Слой атомов углерода, соединенных в гексагональную двумерную кристаллическую решетку. – Прим. пер.

11

Евангелие от Матфея, 13:12. – Прим. пер.

12

Музей искусства и археологии в Оксфорде. – Прим. пер.

13

Цит. по: Ньютон И. Оптика, или Трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света. – М.-Л.: Госиздат, 1927. – С. 306.

14

Говорят, что знаменитый физик-теоретик Вольфганг Паули однажды раскритиковал беспомощную работу молодого ученого такими вошедшими в поговорку словами: «Это не просто неверно, это даже не дотягивает до ошибочного!» – Прим. пер.

15

Не во всех вирусах генетический материал представлен в виде ДНК; есть и РНК-содержащие вирусы. – Прим. ред.

16

Более известное название картины – «Тайная вечеря». – Прим. пер.

17

Здесь и далее цит. по: Платон. Государство. – М.: АСТ, 2006.

18

Отсылка к знаменитому роману Джорджа Оруэлла «1984». – Прим. ред.

19

Цит. по: Вавилов С. И. Исаак Ньютон (1643–1727). – М.: Наука, 1989. – С. 209.

20

Цит. по: Ньютон И. Оптика, или Трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света. – М.-Л.: Госиздат, 1927. – С. 263.

21

Цит. по: Ньютон И. Указ. соч. – С. 315.

22

«Поминки по Финнегану» – экспериментальный комический роман ирландского писателя-модерниста Джеймса Джойса, где автор увлекается словотворчеством и каламбурами настолько, что роман становится трудным для восприятия. – Прим. пер.

23

Четверть галлона, или 1,14 л. – Прим. пер.

24

«Википедия» определяет положение сабсайзера (subsizar) Тринити-колледжа в Кембридже, причем именно в применении к Ньютону, несколько иначе: он был освобожден от платы за обучение, но должен был выполнять работу по кухне и в общежитии колледжа. – Прим. ред.

25

Цит. по: Ньютон И. Указ соч. – 2-е изд. – М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1954. – С. 116.

26

У телескопа Ньютона были, однако, проблемы с другим видом искажения изображения. – Прим. науч. ред.

27

Во время солнечного затмения эту линию наблюдал только Пьер Жанссен. Норман Локьер наблюдал ее чуть позже, в солнечном свете уже без затмения. Их работы поступили в журнал Французской академии наук в один день. – Прим. науч. ред.

28

Cм., напр.: Ньютон И. Математические начала натуральной философии. – М.: Наука, 1989.

29

Равномерного и прямолинейного движения. – Прим. науч. ред.

30

В решении есть одна лишняя t – Ньютон не хотел, чтобы оно было слишком простым. – Прим. авт.

31

Джон Китс. Ламия. – Пер. С. Александровского. – Прим. пер.

32

Уризен, согласно «Википедии», – символ человеческого разума, ограничитель энергии, законодатель, завистливый тиран, мстящая совесть. – Прим. науч. ред.

33

Джон Китс. Ода греческой вазе. – Пер. В. Микушевича. – Прим. пер.

34

Ньютон И. Математические начала натуральной философии. – М.: Наука, 1989. – С. 659.

35

Вейль Г. О философии математики. – М-Л., 1934. – С. 26.

36

Вавилов С. И. Исаак Ньютон. – 2-е изд., доп. – М.-Л.: Изд. АН СССР, 1945.

37

Тит Лукреций Кар. О природе вещей / Пер. Ф. А. Петровского. – М.: Художественная литература, 1983.

38

Ньютон И. Математические начала натуральной философии / Пер. с лат. и примечания А. Н. Крылова; Под ред. Л. С. Полака. – М.: Наука, 1989.

39

Карцев В. П. Приключения великих уравнений. – М.: Знание, 1986.

40

Максвелл Дж. Избранные сочинения по теории электромагнитного поля. – М.: ГИТТЛ, 1952.

41

Дж. Китс «После первого чтения чапменовского „Гомера“», перевод В. Микушевича.

42

Это не совсем верно. Прямых экспериментов действительно не было, но если бы Максвелл не внес в одно из уравнений дополнительное слагаемое, то он был бы вынужден согласиться с нарушением закона сохранения заряда, который был к тому времени проверен в многочисленных экспериментах. Вид этого слагаемого почти полностью определялся законом сохранения заряда, записанного в виде уравнения непрерывности. – Прим. науч. ред.

43

Мы обсудим это в следующей главе. – Прим. авт.

44

Мандала – сакральное схематичное изображение в буддистских и индуистских религиозных практиках. – Прим. пер.

45

Блейк У. Избранные стихи. Сборник. – М.: Прогресс, 1982.

46

RGB (Red, Green, Blue) – распространенная аббревиатура, использующаяся в компьютерной графике, в фото– и видеотехнике. – Прим. пер.

47

1,83 метра. – Прим. пер.

48

Мы решили сохранить это забавное различие – конечно же, в русском варианте истории Мюнхгаузен вытянул себя вместе с лошадью из болота за волосы. – Прим. пер.

49

В самом конце XX в. в космической технике (наблюдения Земли из космоса) и некоторых других областях начали применять гиперспектрометры, позволяющие заснять объект не в 12–16 цветовых каналах, а в 100 и даже более. Однако вопрос о том, как увидеть все их одновременно, а не в сочетаниях по три, по-прежнему остается открытым. – Прим. ред.

50

Так стихотворение Comin' Thro' the Rye называется в переводе С. Маршака. – Прим. пер.

51

Карцев В. П. Максвелл. – М.: Молодая гвардия, 1974.

52

Вейль Г. Симметрия. – М.: Наука, 1968.

53

Успехи физических наук. 1958. Т. 66. Вып. 1. С. 79.

54

Галилей Г. Диалог о двух системах мира. – М.-Л.: ГИТТЛ, 1948.

55

Рассказывают, что на некой ферме коровы давали мало молока, поэтому фермер обратился в местный университет с просьбой о помощи. Приехала команда профессоров, возглавляемая физиком-теоретиком. Вскоре после этого физик вернулся на ферму и сказал фермеру: «У меня есть решение, но оно работает только для сферических коров в вакууме». – Прим. пер.

56

В физике их принято называть резонаторами, если они похожи на закрытый ящик, или волноводами, если они подобно трубе допускают распространение звуковых волн от одного края к другому. Стоячие волны бывают только в резонаторах. – Прим. науч. ред.

57

Начало истории квантовой теории было сложным. Несколько других, менее очевидных парадоксов также сыграли большую роль, направив мысли первооткрывателей определенным путем, но эти люди опробовали и много тупиковых путей. Здесь я излагаю понятную и относительно простую историю, которая является существенной идеализацией того, что было на самом деле. В истории, в отличие от глубинной структуры Природы, Реальное и Идеальное очень отличаются. Мудрый учитель, иезуит отец Джеймс Мэлли подарил мне прекрасную фразу: «Более достойно благословения просить прощения, чем разрешения». – Прим. авт.

58

Борн М. Альберт Эйнштейн и световые кванты // Успехи физических наук. 1956. Т. 59. № 1.

59

Для тех, кто разбирается в вопросе: требуется, чтобы интеграл импульса, взятый по длине орбиты, – так называемый интеграл действия – равнялся целому числу единиц, известных как постоянная Планка. – Прим. авт.

60

Эйнштейн А. Собрание научных трудов. – Т. 4. – М.: Наука, 1967.

61

Телевизионная игра-викторина, популярная во многих странах мира. Ее особенность в том, что вопросы звучат в утвердительной форме, а ответы игроков даются в вопросительной форме. «Своя игра» на российском телевидении сначала проводилась по аналогичным правилам. – Прим. пер.

62

Если это незнакомая для вас тема, вы можете справиться в «Терминах» или просто воспринимать это как поэзию. Мы не будем углубляться в детали свойств комплексных чисел, красивых, как и они сами. – Прим. авт.

63

Максвелл Дж. Статьи и речи. – М.: Наука, 1968.

64

Так у автора. Согласно современным представлениям, палеозойская эра и кембрийский период начались примерно 540 млн лет назад. – Прим. ред.

65

Строго говоря, четыре трехмерных уравнения Максвелла объединяются в два четырехмерных уравнения, а не в одно, как можно было бы предположить из этого описания. – Прим. науч. ред.

66

С Робертом Кёрлом и Ричардом Смолли. – Прим. ред.

67

Мольер Ж.-Б. Мещанин во дворянстве. Пер. В. Лихачева. – Прим. ред.

68

Эти три понятия так тесно связаны между собой, что в сущности взаимозаменяемы. Чтобы узнать об этом больше, см. Измерение, Поле и Пространство свойств в разделе «Термины». – Прим. авт.

69

Стероиды – это вещества, ускоряющие образование и обновление структурных частей клеток, тканей и мышечных структур и используемые культуристами для быстрого искусственного увеличения массы и силы мышц. Ироническое выражение «на стероидах» применяют к любому новому объекту, кажущемуся искусственно увеличенной, «накачанной» копией старого. – Прим. ред.

70

«Оклахома!» – мюзикл композитора Ричарда Роджерса и либреттиста Оскара Хаммерстайна. – Прим. пер.

71

14 июля 2015 г. коллаборация LHCb Большого адронного коллайдера в CERN заявила об открытии пентакварка, т. е. частицы, состоящей из пяти кварков. Пентакварки не являются ни мезонами, ни барионами. Результаты исследования были опубликованы в журнале Physical Review Letters за 12 августа 2015 г. На момент подписания книги в печать другие эксперименты на БАК не предоставили ни подтверждения, ни опровержения этого открытия. – Прим. пер.

72

Сокращенное наименование Стэнфордского линейного ускорителя (Stanford Linear Accelerator). – Прим. ред.

73

Буквально – «божий суд», испытание огнем и водой. – Прим. ред.

74

Эквивалентным термином, по большей части используемым в химии, является «хиральность». – Прим. пер.

75

После сообщения об обнаружении бозона Хиггса в прессе поднялась шумиха, в процессе которой родился еще один «термин» – «частица Бога». – Прим. науч. ред.

76

Точнее, это так называемое пространство свойств гиперзаряда. Более подробное обсуждение этого вопроса и нескольких других специальных терминов см. в разделе «Термины» и примечаниях в конце книги. – Прим. авт.

77

Перевод С. Я. Маршака. – Прим. пер.

78

Реймонд (Рей) Курцвейл – американский изобретатель и футуролог, известный, в частности, научными технологическими прогнозами, учитывающими появление искусственного интеллекта и средств радикального продления жизни людей. Завещал сохранить свое тело после смерти, чтобы с развитием медицины можно было устранить ее причину и оживить его. – Прим. ред.

79

Выражение «gild the lily» – сочетание двух шекспировских выражений «gild refined gold» и «paint the lily», т. е. «позолотить чистое золото» и «раскрасить лилию», которое означает «пытаться улучшить то, что в улучшении не нуждается». – Прим. пер.

80

Я выиграл несколько пари, пользуясь этим неуместным скептицизмом. – Прим. авт.

81

От англ. super symmetry; это сокращение можно прочесть как имя Сьюзи. – Прим. пер.

82

Написания «селектрон» и «сэлектрон» встречаются одинаково часто. – Прим. ред.

83

The Odd Couple – пьеса американского драматурга и сценариста Нила Саймона, по которой было снято несколько сериалов. – Прим. пер.

84

Название раздела пародирует, а заголовок книги содержит выражение «In God we trust», напечатанное на американских долларах и признаваемое официальным девизом США. В норме, разумеется, оно переводится как «на Бога уповаем». – Прим. ред.

85

Кроме этого, были сделаны еще многие операции вроде вычитания излучения отдельных источников, например в нашей Галактике, и пересчет картинки так, как она бы выглядела в системе отсчета, относительно которой реликтовое излучение в среднем неподвижно («вычитание диполя»). – Прим. науч. ред.

86

Скончался 5 июля 2015 г. – Прим. пер.

87

CERN (ЦЕРН) – Европейский совет по ядерным исследованиям и одноименная, крупнейшая в мире лаборатория физики высоких энергий. – Прим. пер.

88

Терминологический словарь Фрэнка Вильчека столь обширен и подробен, что представляет собой самостоятельную ценность. Мы решили придать ему дополнительную функцию русско-английского словаря, отражающего национальные особенности терминологии в квантовой физике и смежных областях. С этой целью заголовки словарных статей (кроме отсылочных) даны на двух языках. – Прим. ред.

89

От англ. glue ball, т. е. шар из глюонов. – Прим. пер.

90

От англ. Large Electron-Positron collider. – Прим. пер.

91

Антропный принцип часто применяется в космологии. Теории, в которых Вселенная может возникать вновь после коллапса (циклические Вселенные), но с другими свойствами или в которых многочисленные части Вселенной могут иметь разные физические законы (мультивселенная, Мультиверс, Омниверс, Поливерсум) имеют существенное преимущество при объяснении существования жизни именно благодаря антропному принципу. – Прим. науч. ред.

92

Чаще говорят о подчинении статистике Бозе – Эйнштейна. – Прим. пер.

93

Первоначально значение англоязычного термина booster (и booster stage) – это именно первая ступень ракеты-носителя, придающая необходимую скорость верхней ступени, которая завершает выведение полезного груза на орбиту. Впоследствии оно также стало применяться в отношении дополнительных ускорителей («бустеров»), навешиваемых на первую ступень для увеличения стартовой тяги. – Прим. ред.

94

У слова void (пустота) имеется также более приземленное значение: им называют обширные области пространства с низкой плотностью видимой и темной материи в ячеистой структуре видимой Вселенной. В этом значении оно обычно передается транскрипцией «войд». – Прим. ред.

95

От англ. weak (слабый). Обычно их называют бозонами слабого взаимодействия или W– и Z-бозонами. – Прим. пер.

96

Речь идет о так называемом космологическом горизонте. Его не следует путать с горизонтом (или горизонтом событий) у черных дыр. – Прим. науч. ред.

97

Уточним, что чем дальше находится объект наблюдения, тем дольше шел его свет к наблюдателю. Поэтому удаленные объекты мы видим, когда они были моложе, чем в данный момент. На очень больших расстояниях мы бы не смогли увидеть ни звезд, ни галактик, ведь эти объекты образовались не сразу, а через некоторый промежуток времени после Большого взрыва. – Прим. науч. ред.

98

Цит. по: Ньютон Исаак. Математические работы. – М.-Л.: ОНТИ, 1937.

99

Речь, естественно, идет о диапазоне воспринимаемых длин волн. Выражение «the doors of perception» («двери восприятия») использовал Олдос Хаксли как название книги о его опытах с употреблением мескалина, и оно же дало название известной рок-группе The Doors. В русском языке аналогом служит понятие «расширить сознание». – Прим. науч. ред.

100

Если бы Максвелл этого не сделал, то уравнение противоречило бы закону сохранения заряда. – Прим. науч. ред.

101

Заметим, что два хорошо различимых русских термина «измерение» и «размерность» (количество измерений) по-английски выражаются одним и тем же словом «dimension». – Прим. пер.

102

В русской научной терминологии эта величина называется освещенностью, точнее, энергетической или фотометрической освещенностью. – Прим. науч. ред.

103

То есть частицы обычного вещества совершают нулевые колебания, в то время как они сами должны служить измерительным прибором для обнаружения этих малых эффектов и в идеальном случае не должны были бы менять своего состояния без внешних влияний. – Прим. пер.

104

Или аргументом. – Прим. пер.

105

На самом деле нельзя, потому что существующая запись истории не включает нулевого года: первому году нашей эры предшествует первый год до нашей эры. Чтобы сохранить возможность вычисления промежутка времени между произвольными датами, придется присвоить пятому году до нашей эры временну́ю координату −4. – Прим. ред.

106

Речь идет о массе покоя разогнанных частиц. – Прим. науч. ред.

107

Известное также как реликтовое излучение. – Прим. ред.

108

От слова «мутация» (изменение) и компонента – трон, входящего также в состав названий электрон и позитрон. – Прим. пер.

109

В русской научной литературе употребляется именно термин «общая ковариантность» (да и в английской в основном тоже). – Прим. пер.

110

В астрономии и космологии ее принято называть барионной материей. – Прим. науч. ред.

111

Д. И. Менделеева. – Прим. ред.

112

Проще запомнить «правило штопора», именуемое в школе обычно правилом буравчика. Если штопор (буравчик, винт с правой резьбой и т. д.) вращать в направлении обхода контура, то положительным направлением вдоль его оси считается то, в котором смещается штопор. – Прим. науч. ред.

113

В русском языке это значение слова «сила» используется редко, и в переводе в этом случае употребления обычно используется термин «взаимодействие», поскольку так больше принято, а также в связи с тем, что термины «слабая сила» или «сильная сила» не слишком удачны. – Прим. пер.

114

Для англоговорящих читателей автор поясняет, что media – то самое, которое вошло в выражение массмедиа и относится к сфере распространения информации, – является множественным числом от medium – среда. – Прим. ред.

115

Также существует теорема Гаусса для ньютоновской гравитации. – Прим. пер.

116

Электрический ток – это явление, заключающееся в упорядоченном движении электрических зарядов. Его мерой являются плотность тока и сила тока. В английском языке выражение electric current означает и сам ток, и его силу, а термин current density (плотность тока) употребляется редко и также обычно заменяется на current. – Прим. науч. ред.

117

Речь идет об упомянутой в предыдущем примечании плотности тока. Она равна произведению электрического заряда на среднюю скорость и объемную концентрацию его носителей, просуммированному для всех частиц, движение которых образуют ток. – Прим. науч. ред.

118

В английском языке слово current действительно используется для описания потока воды. Его можно перевести и как «поток», но для электрического тока в русском языке оно не принято. – Прим. пер.

119

Получили свое английское название по имени американского архитектора Бакминстера Фуллера, автора аналогичных макроскопических конструкций. – Прим. ред.

120

Приведем более строгое определение циркуляции для любого векторного поля. Выберем замкнутый контур и направление его обхода, затем вычислим вдоль контура интеграл от проекции вектора поля на направление контура. Это и будет циркуляция. Циркуляция электрического поля называется электродвижущей силой (ЭДС), магнитного – магнитодвижущей силой (МДС), силы – работой при перемещении по данному контуру. – Прим. науч. ред.

121

Более точно называть их переносчиками взаимодействия. – Прим. ред.

122

Вам потребуется определенная ловкость рук и гибкость мысли. – Прим. ред.

123

Обычно эту энергию называют энергией покоя. – Прим. пер.

124

Последнее легко понять и без формулы сложения синусов: если два тона одинаковой частоты достигают нашего уха в противофазе, они должны погасить друг друга. – Прим. ред.

125

Сохраняя авторские ссылки на рекомендованную англоязычную литературу, мы добавили указания на существующие переводы и аналогичные издания на русском языке. – Прим. ред.