Механизм Вселенной: как законы науки управляют миром и как мы об этом узнали - [2]
Я хотел бы выразить благодарность моей дорогой Софии. Я только-только начал писать эту книгу, когда мы встретились. Она поддерживала меня в течение всей работы и помогла закончить книгу, чтобы поскорее увидеть ее. Я бесконечно благодарен.
Несколько человек прочитали различные версии этой рукописи и дали на нее превосходную обратную связь: Захари Бахман, Элизабет Нгуен, Рути Шварцберг, Николас Эвергэйтс, Фрэнк Акс, Джесс Беренс и Скотт П. Браун. Я хотел бы выразить особую благодарность Эрику Шиптону за время, потраченное на критический обзор научных аспектов рукописи. Наконец, я благодарю тех, кто поддерживал меня все эти годы, в частности Джима Даля, Робба Хэнкинса, Марти Дженкинса и Кэйси Чеа.
Введение
Эта книга не учебник, поэтому ее изложение — не единое целое. В конце глав вы не найдете задачи и упражнения; нет там и строгих выводов, ссылки на них я оставляю в библиографии. Книга написана как «научная история». Я описываю истории научных открытий и биографии ученых, чтобы превратить реальную науку на всем ее пути в увлекательный рассказ. Это позволит вам познакомиться с «ключевыми игроками» истории науки, с тем, с чем они боролись в свое время (лично и с научной точки зрения), и с сегодняшним подходом к научным феноменам.
Книга разделена на четыре основных части:
• энергия;
• энтропия;
• атомы;
• квантовая механика.
Я выбрал именно их, потому что, на мой взгляд, это наиболее важные (если не самыми важные) темы физики с химией. Если вы понимаете их, то можете далеко пойти в науке. Они также и самые интересные, по моему скромному мнению.
Эти четыре ключевых темы очень глубокие, и я разделил их на части и главы, чтобы сделать материал очень доступным. Вы не обязаны начинать с первой темы; читайте откуда хотите. Однако я рекомендовал бы закончить одну тему, перед тем как перейти к другой. Дело в том, что каждая часть (в основном) самодостаточна, но при этом связана с другими темами, затронутыми в книге. Таким образом, вы можете подробно разобраться в каждой конкретной теме отдельно и углубить свои знания, изучив ее связь с другими главами. Для тех из вас, кто хочет знать только «формальные области» физики и химии, которые затрагивает книга — это классическая механика, термодинамика, статистическая механика, кинетическая теория, квантовая механика, и многое другое.
Вы заметите, что в моей книге множество сносок. Сколько бы материала я ни охватывал, всегда хочется подробнее обсудить некоторые темы. В этом случае я решил, что дополнения будут уместнее в качестве сноски, а не основного текста. Информация в сносках дает не только простор для обсуждения, но и больше деталей. В некоторых случаях этот материал в сравнении с основным текстом более современный, так что он принесет чуть больше удовлетворения научным энтузиастам и опытным ученым.
Хорошо, давайте говорить о слоне в комнате или, скорее, о книге. Во всей книге я привожу несколько уравнений, в основном в главах ближе к концу книги. Честно говоря, я сомневался, стоит ли вообще вставлять какие бы то ни было уравнения. Действительно, редактор книги Стивена Хокинга предупреждал его, что каждое уравнение, которое он включит в «Краткую историю времени», вдвое снизит количество читателей. В конце концов Хокинг включил в книгу одно единственное уравнение. Откровенно говоря, я написал текст так, чтобы он превосходно читался самостоятельно, безо всяких уравнений. Почему же тогда я все-таки включил их в повествование? Мною двигало желание проиллюстрировать, как математика и наука дополняют друг друга — вместе они часто обеспечивают наилучшее объяснение физических явлений. Ричард Фейнман красноречиво говорит об этом в «Характере физических законов»:
«Если вы хотите узнать природу, оценить ее, необходимо понять язык, на котором она говорит (Прим. авт. — математику). Она излагает информацию только в одной форме; мы не настолько высокомерны, чтобы требовать ее измениться, дабы мы обратили на нее внимание».
Тем не менее не стесняйтесь пропускать любое из них или даже все уравнения — вы не многое потеряете — если они тяготят вас.
Таким образом, если вы ищете интересную книгу, наполненную фактами из истории развития науки, биографиями и, собственно, наукой, то эта книга для вас. Даже если вы не очень подкованы в науке, вы сможете разобраться в некоторых областях физики и химии. Если же вы искушенный исследователь, эта книга поможет вам переосмыслить уже знакомые темы или узнать нечто новое (особенно, если вы будете обращать внимание на дополнительную информацию в сносках). В конце концов, перед вами хорошая «научная история», которая, надеюсь, не оставит вас равнодушными.
Скотт Бембенек
(осень 2016)
Часть 1
Первое начало: энергия
Глава 1
Ничто не дается даром
Сохранение работы
Важно понимать, что сегодня физика не может дать объяснение тому, что такое энергия… Ее абстрактность заключается в том, что она не объясняет нам причины или механизм действия своих формул.
Ричард Фейнман, американский физик (1918–1988)
У всех нас есть базовые представления об энергии. Мы знаем, что разные ее формы влияют на нашу жизнь: мы используем газ, чтобы ездить на машинах, электричество питает телевизоры, тостеры, холодильники, электропечи и другие приборы, как и батарейки в наших камерах, пульты управления, мобильные телефоны; и этот список можно продолжать и продолжать. Проще говоря, энергия — это фундаментальное физическое свойство каждой системы. Таким образом, она во многом напоминает другие физические свойства, которые мы используем при описании той или иной системы, например температуру, давление или плотность. Сама же система может представлять собой что угодно: машину, движущуюся по автостраде, чашку горячего кофе или Тихий океан. Мы можем обоснованно говорить об энергии системы, а иногда даже определять ее.
В эпоху тотальной цифровизации сложно представить свою жизнь без интернета и умных устройств. Но даже люди, осторожно ведущие себя в реальном мире, часто недостаточно внимательно относятся к своей цифровой безопасности. Между тем с последствиями такой беспечности можно столкнуться в любой момент: злоумышленник может перехватить управление автомобилем, а телевизор – записывать разговоры зрителей, с помощью игрушек преступники могут похищать детей, а к видеокамерам можно подключиться и шпионить за владельцами.
Виктор Пронин пишет о героях, которые решают острые нравственные проблемы. В конфликтных ситуациях им приходится делать выбор между добром и злом, отстаивать свои убеждения или изменять им — тогда человек неизбежно теряет многое.
История машинного обучения, от теоретических исследований 50-х годов до наших дней, в изложении ведущего мирового специалиста по изучению нейросетей и искусственного интеллекта Терренса Сейновски. Автор рассказывает обо всех ключевых исследованиях и событиях, повлиявших на развитие этой технологии, начиная с первых конгрессов, посвященных искусственному разуму, и заканчивая глубоким обучением и возможностями, которые оно предоставляет разработчикам ИИ. В формате PDF A4 сохранен издательский макет.
В наше время научные открытия совершатся большими коллективами ученых, но не так давно все было иначе. В истории навсегда остались звездные часы, когда ученые, задавая вопросы природе, получали ответы, ставя эксперимент в одиночку.Джордж Джонсон, замечательный популяризатор науки, рассказывает, как во время опытов по гравитации Галилео Галилей пел песни, отмеряя промежутки времени, Уильям Гарвей перевязывал руку, наблюдая ход крови по артериям и венам, а Иван Павлов заставлял подопытных собак истекать слюной при ударе тока.Перевод опубликован с согласия Alfred A, Knopf, филиала издательской группы Random House, Inc.
Настоящее издание поможет систематизировать полученные ранее знания, а также подготовиться к экзамену или зачету и успешно их сдать. Пособие предназначено для студентов высших и средних образовательных учреждений.
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.
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.
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.
Темное вещество, гравитация, возможность межгалактических полетов и Теория Большого взрыва… Изучение тайн Вселенной подобно чтению захватывающего романа. Но только если вы хорошо понимаете физику, знаете, что скрывается за всеми сложными терминами и определениями. В самых головоломных вопросах науки вам поможет разобраться Нил Деграсс Тайсон – один из самых авторитетных и в то же время остроумных астрофизиков нашего времени. Он обладает особым даром рассказывать о сложнейших научных теориях понятно, интересно и с юмором. Новая книга Нила Тайсона – это очередное захватывающее путешествие в мир современной науки.