Мир физики и физика мира. Простые законы мироздания - [10]
Примечательно также, что те самые уравнения общей теории относительности, которые объясняют, как сила тяготения вызывает мельчайшие изменения в скорости тиканья часов, могут еще и рассказать нам о явлениях крупнейшего масштаба, рисуя историю Вселенной на протяжении миллиардов лет, с самого Большого взрыва, а могут даже помочь предсказать ее будущее. Эйнштейновская теория относительности одинаково справедлива и для самых маленьких, и для самых больших временных периодов.
Однако у этой универсальности есть свои границы. Мы знаем, что в области самых мелких размерных и временных масштабов физика обычного мира (и по Ньютону, и по Эйнштейну) перестает работать; вместо нее приходится пользоваться теорией квантовой механики. Как я объясню дальше, по сути, само понятие времени в квантовой теории разительно отличается от понятия, используемого в общей теории относительности. И это одна из многих проблем, которые возникают перед физиками, когда они пытаются свести теорию относительности и квантовую механику в единое целое, теорию квантового тяготения.
Симметрия
Универсальность законов природы имеет интереснейшее математическое обоснование и связано с одной из самых мощных научных идей – с идеей симметрии.
На простейшем уровне все понимают, что значит, если какая-то геометрическая фигура является симметричной, например квадрат. Если вы проведете вертикальную линию через его центр, разделив его надвое (или сделаете то же с помощью горизонтальной или диагональной линии), а потом поменяете обе части местами, вы не измените форму начальной фигуры. Тот же эффект достигается, если квадрат поворачивать на число градусов, кратное 90. Круг даже еще более симметричен, потому что его можно поворачивать на любое число градусов – и его внешний вид останется неизменным.
В физике симметрия может значить нечто гораздо большее, чем просто инвариантность определенной формы при повороте или перевороте объекта. Когда физики говорят о том, что какая-то физическая система обладает симметрией, они имеют в виду, что какое-то свойство этой системы остается неизменным при всяких прочих изменениях. Эта мысль, как выясняется, обладает колоссальным потенциалом. «Глобальные» виды симметрии наблюдаются, когда законы физики остаются неизменными (неизменен способ, с помощью которого они описывают какой-то параметр Вселенной), а все остальные области в одинаковой степени изменяются, или трансформируются.
В 1915 году Эмми Нётер открыла, что во всех случаях, когда мы наблюдаем в природе такую глобальную симметрию, мы непременно обнаружим действующий при этом закон сохранения (когда физическое количество остается неизменным). Например, тот факт, что действие законов физики остается неизменным при перемещении из одного места в другое, дает нам закон сохранения импульса, а тот факт, что действие законов физики остается неизменным при переходе от одного момента времени к другому, дает нам закон сохранения энергии.
Эта идея чрезвычайно полезна для теоретической физики и приводит к важным философским выводам. Физики постоянно ищут более глубокие, менее явные виды симметрии, которые скрыты в их математических выкладках. Теорема Нётер утверждает: чтобы найти способ описания мира, нам не надо «изобретать» особую математику; скорее, как и отмечал Галилей, природа сама говорит на языке математики, который уже существует и лишь ждет своего открытия.
Поиск новых видов симметрий помог физикам в их стремлении объединить все силы природы. Один из видов такой симметрии, который непросто объяснить, называется «суперсимметрия». Мы еще не знаем, является ли она подлинным свойством природы, но, если это так, это помогло бы разгадать несколько загадок, например, из чего состоит темная материя или является ли теория струн истинной теорией квантового тяготения. Проблема в том, что эта теория обосновывает существование некоторых, еще не открытых субатомных частиц. Пока мы не получим экспериментальное подтверждение, суперсимметрия будет оставаться только красивым математическим конструктом.
Кроме того, физики многое узнали – и получили за это кучу Нобелевских премий, анализируя исключения из правил и законов, проистекающих из симметрии. Такие явления называются «нарушением симметрии». С вами когда-нибудь случалось такое: вы сидите за круглым обеденным столом на торжественном мероприятии и не знаете, с какой стороны находится ваша тарелка с хлебом – справа или слева? Аккуратно расставленные тарелки, бокалы и приборы расположены совершенно симметрично. Если не иметь в виду этикет, то, в общем-то, не имеет значения, с какой стороны ваша тарелка для хлеба, но, как только кто-нибудь из гостей сделает свой выбор и (совершенно правильно) положит свой кусок на тарелку слева, симметрия нарушается и все могут последовать его примеру.
Нарушение симметрии помогло физикам понять, какие структурные компоненты образуют материю: это элементарные частицы и силы взаимодействия между ними.
Самый известный пример связан с одним из двух типов сил, действующих в пределах атомного ядра, известным под названием «слабая ядерная сила». До 1950-х годов считалось, что законы физики будут работать точно так же и в зеркальном отражении нашей Вселенной. Эта идея (о возможности замены левого на правое) известна как «закон сохранения четности», который справедлив для трех сил природы: тяготения, электромагнетизма и сильной ядерной силы. Однако оказалось, что слабая ядерная сила, которая связана с переходом протонов в нейтроны и обратно, не подчиняется закону зеркальной симметрии. В этом случае при замене левого на правое физика становится другой. Это нарушение зеркальной симметрии теперь является важным элементом Стандартной модели физики частиц.
Жизнь — самый экстраординарный феномен в наблюдаемой Вселенной; но как возникла жизнь? Даже в эпоху клонирования и синтетической биологии остается справедливой замечательная истина: никому еще не удалось создать живое из полностью неживых материалов. Жизнь возникает только от жизни. Выходит, мы до сих пор упускаем какой-то из ее основополагающих компонентов? Подобно книге Ричарда Докинза «Эгоистичный ген», позволившей в новом свете взглянуть на эволюционный процесс, книга «Жизнь на грани» изменяет наши представления о фундаментальных движущих силах этого мира.
Пища всегда была нашей естественной и неизбежной потребностью, но отношение к ней менялось с изменением социальных условий. Красноречивым свидетельством этого является тот огромный интерес к разнообразным продуктам питания, к их природе и свойствам, который проявляет сегодня каждый из нас. Только, достигнув высокого уровня жизни и культуры, человек, свободный от проблемы — где и как добыть пищу, имеет возможность выбирать из огромного ассортимента высококачественных продуктов то, что отвечает его вкусу, что полезнее и нужнее ему, и не только выбирать, но и руководить своим питанием, строить его сообразно требованиям науки о питании и запросам собственного организма.
Курс по скорочтению рассчитан на четыре недели. Имея дело с чтением, наиболее важным является наслаждение им. Не важно, что вы читаете: техническую литературу, детские книжки, романы или статьи в журналах, наслаждение – самый важный компонент эффективного чтения. Расслабьтесь, позвольте интересу завладеть вами... .
В работе проанализированы малоисследованные в нашей литературе социально-культурные концепции выдающегося немецкого философа, получившие названия «радикализации критического самосознания индивида», «просвещенной общественности», «коммуникативной радициональности», а также «теоретиколингвистическая» и «психоаналитическая» модели. Автором показано, что основной смысл социокультурных концепций Ю. Хабермаса состоит не только в критико-рефлексивном, но и конструктивном отношении к социальной реальности, развивающем просветительские традиции незавершенного проекта модерна.
Пражская весна – процесс демократизации общественной и политической жизни в Чехословакии – был с энтузиазмом поддержан большинством населения Чехословацкой социалистической республики. 21 августа этот процесс был прерван вторжением в ЧССР войск пяти стран Варшавского договора – СССР, ГДР, Польши, Румынии и Венгрии. В советских средствах массовой информации вторжение преподносилось как акт «братской помощи» народам Чехословакии, единодушно одобряемый всем советским народом. Чешский журналист Йозеф Паздерка поставил своей целью выяснить, как в действительности воспринимались в СССР события августа 1968-го.
Книга посвящена первой успешной вооруженной революции в Латинской Америке после кубинской – Сандинистской революции в Никарагуа, победившей в июле 1979 года.В книге дан краткий очерк истории Никарагуа, подробно описана борьба генерала Аугусто Сандино против американской оккупации в 1927–1933 годах. Анализируется военная и экономическая политика диктатуры клана Сомосы (1936–1979 годы), позволившая ей так долго и эффективно подавлять народное недовольство. Особое внимание уделяется роли США в укреплении режима Сомосы, а также истории Сандинистского фронта национального освобождения (СФНО) – той силы, которая в итоге смогла победоносно завершить революцию.
Испокон веков люди обращали взоры к звездам и размышляли, почему мы здесь и одни ли мы во Вселенной. Нам свойственно задумываться о том, почему существуют растения и животные, откуда мы пришли, кто были наши предки и что ждет нас впереди. Пусть ответ на главный вопрос жизни, Вселенной и вообще всего не 42, как утверждал когда-то Дуглас Адамс, но он не менее краток и загадочен — митохондрии.Они показывают нам, как возникла жизнь на нашей планете. Они объясняют, почему бактерии так долго царили на ней и почему эволюция, скорее всего, не поднялась выше уровня бактериальной слизи нигде во Вселенной.
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.
«Карло Ровелли – это человек, который сделал физику сексуальной, ученый, которого мы называем следующим Стивеном Хокингом». – The Times Magazine Что есть время и пространство? Откуда берется материя? Что такое реальность? «Главный парадокс науки состоит в том, что, открывая нам твердые и надежные знания о природе, она в то же время стремительно меняет ею же созданные представления о реальности. Эта парадоксальность как нельзя лучше отражена в книге Карло Ровелли, которая посвящена самой острой проблеме современной фундаментальной физики – поискам квантовой теории гравитации. Упоминание этого названия многие слышали в сериале “Теория Большого взрыва”, но узнать, в чем смысл петлевой гравитации, было почти негде.
Надеемся, что отсутствие формул в книге не отпугнет потенциальных читателей. Шон Кэрролл – физик-теоретик и один из самых известных в мире популяризаторов науки – заставляет нас по-новому взглянуть на физику. Столкновение с главной загадкой квантовой механики полностью поменяет наши представления о пространстве и времени. Большинство физиков не сознают неприятный факт: их любимая наука находится в кризисе с 1927 года. В квантовой механике с самого начала существовали бросающиеся в глаза пробелы, которые просто игнорировались.