Основы реальности. 10 фундаментальных принципов устройства Вселенной - [54]
Я хотел бы подчеркнуть, что ни то ни другое не является «темным» в обычном смысле. Оба явления пока просто невидимы. Из мест, где должно находиться «темное» вещество, не зарегистрированы излучения, не нашли там и поглощения света.
Темная материя может состоять из частиц нового вида, образовавшихся во время Большого взрыва и очень слабо взаимодействующих с прочими. Темная энергия может быть и плотностью самого пространства Вселенной.
Пока это самые популярные гипотезы, которые достаточно убедительно объясняют широкий спектр наблюдений. Есть сторонники и других концепций, но те более спекулятивны.
Подобные проблемы — проблемы скрытых источников ускорений — возникали и раньше в астрономии. Расскажу одну такую историю.
В 1687 году Ньютон представил миру свою механику и закон всемирного тяготения, которые называл «Системой мира». За последующие десятилетия их правильность не раз триумфально подтверждалась. За это время многие астрономы осуществили гораздо более точные наблюдения за движениями небесных тел, а другие исследователи провели гораздо более точные вычисления разнообразных эффектов, вытекающих из ньютоновской теории. Почти все наблюдения соответствовали предсказаниям.
Однако два противоречия нарушали эту благостную картину. Они касались движения Урана и Меркурия. Предсказания теории Ньютона и наблюдаемые положения этих планет расходились. Расхождения были сравнительно небольшими — намного меньше, чем, скажем, размер Луны в небе, но тем не менее вызывали сомнения. Либо в расчетах что-то не учитывалось, либо теория была ошибочной. Загадка требовала ответа.
Когда чрезвычайно успешная во всех прежних ситуациях теория сталкивается с противоречием, первая мысль, которая приходит на ум: чего-то не хватает. Исходя из этого, Джон Коуч Адамс и Урбен Леверье[132] предположили существование еще одной неизвестной планеты, гравитация которой могла сбивать Уран с курса. Другими словами, они предположили, что здесь действует очень специфический вид темной материи.
Адамс и Леверье рассчитали, где должна быть новая планета и где она должна появиться на ночном небе. Леверье сообщил о своем предположении Берлинской обсерватории. И наблюдатели ее увидели. Новую планету, открытую в 1846 году, назвали Нептуном.
Леверье попытался аналогично решить проблему с Меркурием: предположил существование еще одной планеты, которую назвал Вулканом. Вулкан должен был располагаться очень близко к Солнцу, чтобы его гравитация повлияла на Меркурий, но не оказала заметного действия на другие планеты. Это также объяснило бы, почему Вулкан не наблюдался: за мощью солнечного излучения трудно что-либо разглядеть.
Астрономы задались целью обнаружить Вулкан. Особенно тщательно его искали во время солнечных затмений, многие даже сообщали об успехе. Но ни одно наблюдение не убедило научное сообщество, и проблема усугубилась. В итоге решение пришло совсем с другой стороны и многим позже.
Альберт Эйнштейн предложил принципиально новую теорию гравитации. Хотя теория Ньютона и общая теория относительности основаны на радикально разных идеях, они делают много схожих предсказаний. В пределах Солнечной системы, безусловно, самое значительное (но все равно небольшое) расхождение касается движения Меркурия. Одним из первых триумфальных достижений теории Эйнштейна, уже вошедших в его оригинальную статью, была ее способность объяснить наблюдаемое движение Меркурия, не вводя дополнительную планету. Вулкан больше не вспоминали.
Открытие темной энергии потребовало изменения закона тяготения, и Эйнштейн модифицировал его с позиций общей теории относительности. Он учел темную энергию, дав ей другое название — «космологическая постоянная». В рамках концепций общей теории относительности это, по сути, был единственный способ изменить закон тяготения — ввести такой вот «свободный параметр». Когда Эйнштейн работал над уравнением, еще не существовало наблюдений, которые требовали бы ненулевой космологической постоянной, и в духе бритвы Оккама[133] Эйнштейн приравнял ее к нулю. Но она могла бы принять и ненулевое значение, если бы того потребовали наблюдения.
Подводя итог этим историческим параллелям, можно в шутку сказать, что темную материю породил Нептун, а темную энергию — Меркурий. А мораль в том, что у хороших научных загадок часто находятся достойные отгадки.
Темная материя
Современная проблема темной материи затрагивает всю Вселенную. Астрономы сталкиваются со множеством «избыточных» ускорений разных масштабов. Здесь я упомяну два класса наблюдений, которые охватывают десятки, если не сотни документально подтвержденных примеров.
Первый класс касается скорости, с которой звезды и газовые облака на внешних окраинах галактик вращаются вокруг этих галактик. Один из законов Кеплера, который, как мы знаем сегодня, следует из обеих теорий гравитации — Ньютона и Эйнштейна, — связывает скорость вращения по орбите с количеством находящейся у нее внутри массы. Таким образом, по этой скорости можно предположить, как распределяются массы в интересующей нас галактике. Но обнаружилось, что для объяснения наблюдаемых скоростей требуется наличие большой массы в местах, где излучается мало света. Практически все изученные галактики как будто окружены ореолами из темной (невидимой) материи. На самом деле правильнее сказать, что освещенная часть галактики — инородная примесь в облаке темной материи. И гало темной материи в сумме весит примерно в шесть раз больше, чем эта «примесь».
Перед вами — уникальная книга, исследующая подоплеку новейших физических идей о массе, энергии и природе вакуума. Автор, лауреат Нобелевской премии по физике, излагает современные взгляды на нашу невероятную Вселенную и прогнозирует новый золотой век фундаментальной физической науки.Великолепный рассказ о единстве материи и энергии, об элементарных частицах и их взаимодействиях — в этом шедевре серьезной научно-популярной литературы.
Верно ли, что красота правит миром? Этим вопросом на протяжении всей истории человечества задавались и мыслители, и художники, и ученые. На страницах великолепно иллюстрированной книги своими размышлениями о красоте Вселенной и научных идей делится Нобелевский лауреат Фрэнк Вильчек. Шаг за шагом, начиная с представлений греческих философов и заканчивая современной главной теорией объединения взаимодействий и направлениями ее вероятного развития, автор показывает лежащие в основе физических концепций идеи красоты и симметрии.
Монография впервые в отечественной и зарубежной историографии представляет в системном и обобщенном виде историю изучения восточных языков в русской императорской армии. В работе на основе широкого круга архивных документов, многие из которых впервые вводятся в научный оборот, рассматриваются вопросы эволюции системы военно-востоковедного образования в России, реконструируется история военно-учебных заведений лингвистического профиля, их учебная и научная деятельность. Значительное место в работе отводится деятельности выпускников военно-востоковедных учебных заведений, их вкладу в развитие в России общего и военного востоковедения.
Как цикады выживают при температуре до +46 °С? Знают ли колибри, пускаясь в путь через воды Мексиканского залива, что им предстоит провести в полете без посадки около 17 часов? Почему ветви некоторых деревьев перестают удлиняться к середине июня, хотя впереди еще почти три месяца лета, но лозы и побеги на пнях продолжают интенсивно расти? Известный американский натуралист Бернд Хайнрих описывает сложные механизмы взаимодействия животных и растений с окружающей средой и различные стратегии их поведения в летний период.
Немногие культуры древности вызывают столько же интереса, как культура викингов. Всего за три столетия, примерно с 750 по 1050 год, народы Скандинавии преобразили северный мир, и последствия этого ощущаются до сих пор. Викинги изменили политическую и культурную карту Европы, придали новую форму торговле, экономике, поселениям и конфликтам, распространив их от Восточного побережья Америки до азиатских степей. Кроме агрессии, набегов и грабежей скандинавы приносили землям, которые открывали, и народам, с которыми сталкивались, новые идеи, технологии, убеждения и обычаи.
Голуби, белки, жуки, одуванчики – на первый взгляд городские флора и фауна довольно скучны. Но чтобы природа заиграла новыми красками, не обязательно идти в зоопарк или включать телевизор. Надо просто знать, куда смотреть и чему удивляться. В этой книге нидерландский эволюционный биолог Менно Схилтхёйзен собрал поразительные примеры того, как от жизни в городе меняются даже самые обычные животные и растения. В формате PDF A4 сохранен издательский макет.
«Представляемая мною в 1848 г., на суд читателей, книга начата лет за двадцать пред сим и окончена в 1830 году. В 1835 году, была она процензирована и готовилась к печати, В продолжение столь долгого времени, многие из глав ее напечатаны были в разных журналах и альманахах: в «Литературной Газете» Барона Дельвига, в «Современнике», в «Утренней Заре», и в других литературных сборниках. Самая рукопись читана была многими литераторами. В разных журналах и книгах встречались о ней отзывы частию благосклонные, частию нет…».
Бой 28 июля 1904 г. — один из малоисследованых и интересных боев паровых броненосных эскадр. Сражение в Желтом море (японское название боя 28.07.1904 г.) стало первым масштабным столкновением двух противоборствующих флотов в войне между Россией и Японией в 1904–05 гг. Этот бой стал решающим в судьбе русской 1-й эскадры флота Тихого океана. Бой 28.07.1904 г. принес новый для XX века боевой опыт планирования, проведения морских операций в эпоху брони и пара, управления разнородными силами флота; боевого использования нарезной казнозарядной артиллерии с бездымным порохом и торпедного оружия.
Лиза Фельдман Барретт, известная ученая, занимающаяся исследованиями мозга, развенчивает мифы, настолько плотно укоренившиеся в нашем сознании, что многие годы они кажутся нам неопровержимыми научными фактами. Небольшие, интересные и понятные эссе (плюс одна короткая история об эволюции мозга) откроют вам дверь в удивительный мир человеческого разума. Вы узнаете, как начал формироваться мозг, какова его структура (и почему это важно понимать), как ваш мозг взаимодействует с мозгом других людей и создает всю ту реальность, в которой вы живете.
Если вы сомневались, что вам может пригодиться математика, эта книга развеет ваши сомнения. Красота приведенных здесь 10 уравнений в том, что пронизывают все сферы жизни, будь то грамотные ставки, фильтрование значимой информации, точность прогнозов, степень влияния или эффективность рекламы. Если научиться вычленять из происходящего данные и математические модели, то вы начнете видеть взаимосвязи, словно на рентгене. Более того, вы сможете управлять процессами, которые другим кажутся хаотичными. В этом и есть смысл прикладной математики. На русском языке публикуется впервые.
Популяризатор науки мирового уровня Стивен Строгац предлагает обзор основных понятий матанализа и подробно рассказывает о том, как они используются в современной жизни. Автор отказывается от формул, заменяя их простыми графиками и иллюстрациями. Эта книга – не сухое, скучное чтение, которое пугает сложными теоретическими рассуждениями и формулами. В ней много примеров из реальной жизни, которые показывают, почему нам всем нужна математика. Отличная альтернатива стандартным учебникам. Книга будет полезна всем, кто интересуется историей науки и математики, а также тем, кто хочет понять, для чего им нужна (и нужна ли) математика. На русском языке публикуется впервые.
Если упражнения полезны, почему большинство их избегает? Если мы рождены бегать и ходить, почему мы стараемся как можно меньше двигаться? Действительно ли сидячий образ жизни — это новое курение? Убивает ли бег колени и что полезнее — кардио- или силовые тренировки? Дэниел Либерман, профессор эволюционной биологии из Гарварда и один из самых известных исследователей эволюции физической активности человека, рассказывает, как мы эволюционировали, бегая, гуляя, копая и делая другие — нередко вынужденные — «упражнения», а не занимаясь настоящими тренировками ради здоровья. Это увлекательная книга, после прочтения которой вы не только по-другому посмотрите на упражнения (а также на сон, бег, силовые тренировки, игры, драки, прогулки и даже танцы), но и поймете, что для борьбы с ожирением и диабетом недостаточно просто заниматься спортом.