Всего шесть чисел. Главные силы, формирующие Вселенную [заметки]

Сноски

1

Большая книга афоризмов (изд. 9-е, исправленное) / составитель К. В. Душенко. – М.: Эксмо, 2008.

2

В настоящее время наибольшее количество экзопланет обнаружено методом транзитов, в первую очередь благодаря работе спутника «Кеплер». – Прим. науч. ред.

3

Современный уровень точности составляет десятки сантиметров в секунду. – Прим. науч. ред.

4

Сейчас чувствительность приборов позволяет обнаруживать землеподобные планеты в зонах обитаемости вокруг звезд, более легких, чем Солнце. Кроме того, потенциально обитаемые планеты обнаруживаются другими методами, в первую очередь методом транзитов. – Прим. науч. ред.

5

О современных представлениях по этому вопросу см.: Никитин М. Происхождение жизни. От туманности до клетки. – М.: Альпина нон-фикшн, 2018. – Прим. науч. ред.

6

Бруно Д. Философские диалоги. – М.: ИП Карелин, 2013.

7

Англ. SETI, Search for Extraterrestrial Intelligence. – Прим. пер.

8

Галилео Г. Избранные произведения в двух томах. Т. 2. Составитель У. И. Франкфурт. – М.: Наука, 1964. С. 216–217.

9

Эддингтон А. Внутреннее строение звезд. Лекция, прочитанная в Английском Королевском институте 23 февраля 1923 г. Приложение к Nature от 12 мая 1923 г., с. 15, https://ufn.ru/ufn24/ufn24_1/Russian/r241b.pdf

10

Современное значение ближе к 4 млн масс Солнца. – Прим. науч. ред.

11

Уилер лишь популяризировал термин, предложенный журналисткой Энн Юинг. – Прим. науч. ред.

12

В 2015 г. было также обнаружено гравитационное излучение от слияния черных дыр. – Прим. науч. ред.

13

Уитмен У. Избранные стихотворения и проза. – М.: Гослитиздат, 1944.

14

«В настоящее время имеются данные по десяткам так называемых «предсверхновых». – Прим. науч. ред.

15

Заметим, что эта пропорция верна лишь для самых развитых стран. В мире же не наберется и 100 000 астрономов. – Прим. науч. ред.

16

Есть и атомы с большим числом протонов, так что таблица продолжается, но такие элементы в основном создаются искусственно. В природе их крайне мало. – Прим. науч. ред.

17

Современные данные говорят о том, что значительное количество тяжелых элементов также синтезируется при слияниях нейтронных звезд. – Прим. науч. ред.

18

Бирс А. Словарь Сатаны. – М.: Центрполиграф, 2003.

19

Такие галактики астрономы обычно называют спиральными. – Прим. пер.

20

По сегодняшним уточненным данным, 13,7–13,8 млрд лет. – Прим науч. ред.

21

В русскоязычной литературе используется термин «реликтовое излучение», который мы и будем использовать в этой книге. – Прим. ред.

22

С тех пор важные наблюдения были сделаны на спутнике WMAP и ряде наземных установок. На сегодняшний день самые полные и детальные данные получены спутником Planck. – Прим. науч. ред.

23

Иногда их также называют бурыми карликами. – Прим. науч. ред.

24

Даже сейчас надо быть оптимистом, чтобы это повторить. – Прим. науч. ред.

25

Современные данные исключают возможность того, что три известных сорта нейтрино могут объяснить всю темную материю. – Прим. науч. ред.

26

Сейчас мы знаем, что оно еще ближе к 1. – Прим. науч. ред.

27

Пит Хейн-младший (1905–1996) – датский ученый, писатель, изобретатель, художник и инженер. Наибольшую известность приобрел благодаря созданию коротких стихотворных афоризмов, которые называл груками. – Прим. пер.

28

Сейчас данные по ускоренному расширению вселенной проверены несколькими разными методами, и результаты 1998 г. подтвердились. За это открытие была вручена Нобелевская премия по физике. – Прим. науч. ред.

29

Гамов Д. Моя мировая линия: Неформальная автобиография. – М.: Наука, 1994.

30

Такое предсказание было сделано в 1922 г. Александром Фридманом в России. – Прим. науч. ред.

31

Космический телескоп им. Джеймса Вебба планируется к запуску в 2019 г. – Прим. науч. ред.

32

Спутник получил название в честь известного астронома Вилкинсона WMAP – Wilkinson Microwave Anisotropy Probe. – Прим. науч. ред.

33

В последние годы такие расчеты появились. – Прим. науч. ред.

34

Бл. Августин. О граде Божием. – М.: Харвест, АСТ, 2000.

35

На сегодняшний день – более 50 лет. – Прим. науч. ред.

36

Слово происходит от лат. inflatio – раздувание. – Прим. пер.

37

На настоящий момент мы можем говорить о том, что наблюдаемая Вселенная описывается плоской геометрией с точностью около 1 %. – Прим. науч. ред.

38

Первое такое событие (слияние черных дыр) было зарегистрировано в 2015 г. – Прим. науч. ред.

39

Людвиг Йозеф Иоганн Витгенштейн – австрийский философ и логик, представитель аналитической философии, один из крупнейших философов XX в. – Прим. пер.

40

Двумерный мир из одноименного романа Эдвина Эбботта. – Прим. ред.

41

Эмис М. Стрела времени, или Природа преступления. – М.: Астрель, CORPUS, 2011.

42

Воннегут К. Сирены Титана. – М.: Neoclassic, АСТ, 2017.

43

На момент подготовки к печати русского издания этой книги (март 2018 г.) Стивен Хокинг уже ушел из жизни. – Прим. ред.

44

Бра́на (от мембрана) в теории струн – гипотетический фундаментальный многомерный физический объект размерности, меньшей, чем размерность пространства, в котором он находится (протяженная p-мерная мембрана, где p – количество пространственных измерений). – Прим. пер.

45

Галилей Г. Диалог о двух главнейших системах мира – Птолемеевой и Коперниковой. М.: Л.: ГИТТЛ, 1948.

Комментарии

1

Изображения, отражающие весь диапазон масштабов нашей Вселенной от самых больших к самым маленьким, впервые были представлены голландцем Кисом Биком в книге «Космическая точка зрения: Вселенная в сорока прыжках» (Cosmic View: the Universe in Forty Jumps, John Day, 1957). Эти изображения развились далее и стали популярны после выхода книги и фильма под названием «Степени десяти» (Powers of Ten), представленных Чарльзом и Рэй Имз совместно с Филиппом и Филлис Моррисон (W. H. Freeman, 1985).

2

Был разработан альтернативный метод – систематическое измерение положения звезды, достаточно точное, чтобы отследить ее орбитальные колебания. (Тогда как метод Доплера измеряет движение вдоль луча зрения, этот метод обнаруживает поперечное движение в плоскости неба.)

3

Для того чтобы атом вышел из сферы действия тяготения, должна быть проделана работа. Ее можно считать силой «обратного квадрата» и вычисляется она как соотношение (масса) / (радиус)², умноженное на расстояние, через которое действует сила и которое пропорционально (радиусу). Также известна и энергия связи. Она пропорциональна соотношению (масса) / (радиус). Следовательно, эту формулу можно представить как (масса)^2/3, потому что при постоянной плотности радиус вычисляется как (масса)^1/3.

4

Имеется в виду книга Джулиана Барбура «Конец времени» (The End of Time, Weidenfeld & Nicolson, 1999). На русский язык не переводилась.

5

Эта неуверенность по поводу экстремальных условий около сингулярности не подрывает нашей уверенности в существовании черных дыр или в нашем понимании их свойств. Подобным образом тайна кварков не уменьшает нашей уверенности в обычной физике атомов, которая зависит от поведения электронов на орбитах в несколько больших масштабах.

6

Ливио и др. (Nature, 340, 281 1989) вычислили, насколько производство углерода чувствительно к изменениям в закономерностях ядерной физики.

7

Согласно теории Эйнштейна гравитация зависит не только от плотности, но от [(плотность) + 3 (давление) / с²]. Если игнорировать второй член, то в случаях, когда важно давление излучения, мы получаем разницу в два раза. Тем не менее мы увидим в главе 7, что даже в пустом пространстве может быть какая-то энергия. Если это так, она будет иметь отрицательное давление (иначе говоря, «упругость»). Тогда второй член компенсирует первый, и это вызывает крупное качественное изменение: расширение на самом деле ускоряется вместо того, чтобы замедляться. Этот интуитивно непостижимый результат важен в ранней Вселенной, а также в настоящее время, если энергия пустого пространства (λ – см. главу 7) станет доминирующей.

8

Смешивания между центральной областью Солнца и его внешними слоями не происходит, поэтому в ядре все еще будет больше гелия из-за скопления отработанного ядерного топлива, которое заставляет Солнце светиться более 4,5 млрд лет.

9

Точное значение критической плотности и, кстати, некоторых других плотностей, упомянутых здесь, зависит от текущего масштаба Вселенной – это то, что известно с точностью всего 10–20 % из-за проблем определения так называемой постоянной Хаббла. Эти проблемы сами по себе могут составить содержание целой книги. Тем не менее я должен упомянуть, из уважения к специалистам, что числа в этой книге соответствуют постоянной Хаббла, составляющей (в обычных единицах) 65 км/с на мегапарсек.

10

Куда более интересный вопрос – не нарушается ли закон обратных квадратов в очень маленьких масштабах или – что примерно является тем же самым – не вступает ли в масштабах меньше нескольких метров в игру «пятая сила». Рассуждения, связанные с теорией суперструн (см. главу 10), предполагают, что таким образом могут проявляться дополнительные пространственные измерения. Здесь нам снова не хватает экспериментальных доказательств, и они оказываются куда менее точными, чем нам бы хотелось, потому что тяготение между лабораторными объектами является очень слабым.

11

Меньшее количество дейтерия в случае, когда плотность выше, на первый взгляд кажется ошибочным результатом, но на самом деле это вполне естественно. Чем выше плотность, тем чаще ядра сталкиваются друг с другом и тем быстрее ядерные реакции будут превращать водород (с одним протоном) в гелий (с двумя протонами и двумя нейтронами). Дейтерий (с одним протоном и одним нейтроном) – промежуточный продукт реакции. Если плотность высока, его остается не слишком много, потому что реакции проходят так быстро, что почти весь дейтерий перерабатывается в гелий. С другой стороны, если бы плотность была ниже, нам стоило бы ожидать большего количества «остаточного» дейтерия, оставшегося после первых трех минут существования нашей Вселенной. Эта зависимость тонкая, поэтому любые достаточно точные измерения доли дейтерия говорят нам о средней плотности атомов во Вселенной.

12

Это доказательство на самом деле говорит нам о разнице квадратов масс двух различных видов нейтрино. Более ранний вариант эксперимента «Камиоканде» записал данные 11 событий, связанных с высокоэнергетическими нейтрино от появившейся в 1987 г. неподалеку от нас сверхновой, о чем было упомянуто в главе 4. Американский эксперимент в соляной шахте в Огайо зафиксировал данные еще восьми событий. (Также нейтринные события зарегистрировал детектор в Баксанской лаборатории на Кавказе. – Прим. науч. ред.) Полученные цифры порадовали астрофизиков, поскольку хорошо согласовываются с предсказаниями теорий сверхновых.

13

Следующий шаг в теоретическом понимании субатомной физики может затрагивать понятие, которое называется «суперсимметрия». На этом этапе необходимо связать ядерные силы с другими силами внутри атомов (и таким образом обеспечить лучшее понимание нашего космического числа ε). Тут задействованы и некоторые виды электрически нейтральных частиц, которые были созданы во время Большого взрыва и массу которых можно вычислить.

14

Следующие друг за другом «гребни волн» в излучении любого атома или молекулы связаны с их колебанием, которое, в сущности, является микроскопическими часами. Вершины волн прибывают медленнее, когда источник удаляется и длина волны увеличивается.

15

Из книги «Воображение природы» (Nature’s Imagination) под редакцией Дж. Корнуэлла (Oxford University Press, 1998).

16

На первый взгляд может показаться, что это противоречит утверждению о том, что число Q остается одним и тем же во всех масштабах. Тем не менее Q на самом деле рассчитывается как избыточная плотность, умноженная на квадрат масштаба длины. Согласно законам тяготения Ньютона, гравитационная энергия связи на поверхности сферы зависит от массы, деленной на радиус. Тем не менее для сфер различной массы, но одинаковой плотности масса зависит от (радиус)³, поэтому энергия связи отличается на (радиус)². Следовательно, в более крупных масштабах колебания плотности имеют меньшую амплитуду.

17

Кто-то может задаться вопросом, почему исчезают подструктуры внутри галактик, тогда как отдельные галактики продолжают существовать внутри скоплений, которые не становятся едиными «супергалактиками». Это происходит потому, что на более поздних этапах создания иерархии в скоплениях газ является слишком горячим и рассеянным, чтобы сконденсироваться в звезды. Процесс формирования звезд «угасает» в масштабах больших, чем галактики.

18

В частности, интенсивность излучения, измеренная аппаратом COBE в миллиметровых длинах волн, может быть слабее, чем предсказанная экстраполяция того, что было надежно определено в сантиметровых длинах волн. Многие процессы могут сопровождаться дополнительным излучением на миллиметровых волнах, например излучение от пыли или от звезд с очень сильным красным смещением, и поэтому мы не должны быть обескуражены тем, что на этих длинах волн излучение будет более интенсивным, чем у абсолютно черного тела. Сложнее будет объяснить более низкую температуру на миллиметровых волнах.

19

«Инфляционная Вселенная: В поисках новой теории происхождения космоса» (The Inflationary Universe: The Quest for a New Theory of Cosmic Origins, Addison-Wesley, Reading, 1997).

20

Из книги «Кварки, хаос и христианство» (John Polkinghorne, Quarks, Chaos and Christianity, SPCK Triangle Press, 1994).

21

Уильям Оккам привел взгляд на вещи, который в переводе с латинского означает: «Не следует умножать сущности сверх необходимого».

22

Как саркастически заметил космолог Джон Барроу, если это замечание верно, то оно, конечно, не является оригинальным.