Основы реальности. 10 фундаментальных принципов устройства Вселенной - [55]
Второй класс наблюдений касается искривления света, или так называемого гравитационного линзирования. Астрономы во многих случаях отмечали, что изображение далеких галактик сильно искажено, как если бы вы смотрели на них через стакан с водой или бутылку из-под колы. В частности, это происходит, когда свет наблюдаемой галактики проходит через область пространства, содержащую кластер других галактик. Общая теория относительности предсказывает, что гравитация должна искривлять свет, поэтому существование гравитационного линзирования неудивительно. Удивителен его масштаб. И для объяснения такого эффекта астрономам нужно, чтобы галактики в кластере весили примерно в шесть раз больше, чем видимые звезды и газовые облака.
Эти и другие наблюдения говорят о том, что темная материя составляет около 25% массы Вселенной. Доля «обычной» материи — той, которую мы понимаем и из которой сделаны, — около 4%. Большая часть того, что остается, — это темная энергия.
Темная энергия
Другой класс наблюдений приводит нас к темной энергии. Здесь важна предыстория.
Напомню, Альберт Эйнштейн сформулировал свою теорию гравитации — общую теорию относительности — в 1915 году, а вскоре, в 1917-м, изменил уравнения и ввел в них «космологическую постоянную». Физически введение этого параметра соответствует наделению ненулевой плотностью самого пространства. Ненулевое значение космологической постоянной означает, что каждая единица объема пространства вносит равный, ненулевой вклад в общую массу Вселенной, даже когда (как нам кажется) там ничего нет.
Ненулевая космологическая постоянная легко укладывается в рамки общей теории относительности, не требуя значительного изменения основных ее принципов. Материя искривляет пространство-время так же, как раньше, и так же реагирует на искривление. Космологическая постоянная просто учитывает возможность того, что само пространство-время — материя, которую наша теория позволяет изгибать, толкать и трясти, — также обладает инерцией. Другие возможные вариации общей теории относительности либо чрезмерно искусственны, либо приводят к малым физическим эффектам.
Универсальная плотность космического вакуума, соответствующая космологической постоянной, сопровождается другим специфическим свойством. Вместе с положительной плотностью массы пространства необходимо ввести отрицательное давление, абсолютная величина которого равна плотности, умноженной на квадрат скорости света. Это соотношение между плотностью и давлением для массы, связанной в космосе, и есть аналог соотношения для частиц E = mc>2, которое связывает их энергию с массой.
В 1990-х годах космологическая постоянная подверглась «ребрендингу» и стала темной энергией. Новое название отражает новое отношение. Современные физики извлекли уроки из понимания других сил и осознали: плотность пространства — не просто параметр, фигурирующий в общей теории относительности и не имеющий иного смысла. Он связан с остальной физикой, и на него могут влиять разные источники. Во Вселенной, наполненной вездесущими квантовыми полями, было бы удивительно, если бы космическое пространство не обладало инерцией.
В 1998 году астрономы «поймали» темную энергию. Точнее, они наблюдали, как скорость расширения Вселенной возрастает, что соответствует отрицательному давлению. Данные получили из измерений красного смещения, подобно тому, как это делал Хаббл, но с использованием сверхновых вместо цефеид — пульсирующих переменных звезд. Сверхновые намного ярче, и их возможно наблюдать на больших расстояниях.
Плотность пространства, которую ученые измерили, по всем меркам крайне мала. Объем пространства, равный объему Земли, весит около 7 миллиграммов. В пределах Солнечной системы или даже Галактики доля массы пустого пространства совершенно ничтожна по сравнению с массой обычной (или темной) материи. Но межгалактические пустоты настолько велики, что эта небольшая, зато рассеянная по всему космосу плотность вносит основной вклад в общую массу Вселенной.
На сегодня считается, что темная энергия составляет около 70% массы Вселенной. Никто не знает, почему несколько различных, гораздо более крупных вкладов от разных источников — и положительных, и отрицательных — вместе приводят именно к такому результату. Это большая космическая загадка.
Космологическая «Стандартная модель»
Понимая, что темная материя и темная энергия в настоящее время составляют (гипотетически) большую часть массы Вселенной, мы можем ожидать, что и в ранней ее истории они играли значительную роль. Но чтобы «прокрутить фильм в обратном направлении» и проверить это предположение, нужно познакомиться с ними ближе.
Вернувшись к Большому взрыву, мы получим шанс узнать о свойствах темной стороны Вселенной. И если здесь мы сделаем какие-то ошибочные предположения, наша модель Большого взрыва не сможет привести к созданию наблюдаемой Вселенной.
Учитывая, сколь мало мы знаем, кажется нереальным вообще предположить, как темная материя и темная энергия могли вести себя в первые моменты после Большого взрыва. К счастью, оказалось, что нам и не нужно знать много. Хватит и некоторых простых догадок.
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.