Вселенная из ничего - [24]
Причину бесконечности легко объяснить. Когда мы рассматриваем все возможные виртуальные частицы, которые могут появиться, из принципа неопределенности Гейзенберга (который, я напомню, говорит, что неопределенность измеряемой энергии системы обратно пропорциональна промежутку времени, за который вы ее наблюдаете) следует, что частицы, несущие больше всего энергии, могут появиться спонтанно из ничего, если только они затем исчезают в кратчайшее время. Поэтому, в принципе, частицы могут обладать почти бесконечной энергией при условии, что они исчезают в почти бесконечно малое время.
Тем не менее, законы физики, как мы их понимаем, применимы только для времени и расстояний больших, чем определенное значение, соответствующее масштабам, где необходимо учитывать эффекты квантовой механики при попытке понять гравитацию (и связанные с ней воздействия на пространство-время). Пока у нас нет теории «квантовой гравитации», как ее называют, мы не можем доверять экстраполяциям, которые выходят за эти пределы.
Таким образом, мы могли бы надеяться, что новая физика, связанная с квантовой гравитацией, каким-то образом отсечет эффекты виртуальных частиц, которые живут меньше, чем «планковское время», как его называют. Если мы затем рассмотрим суммарное действие только виртуальных частиц с энергией, равной или ниже энергии, которую позволяет это временное ограничение, мы приходим к конечной оценке энергии, вносимой в ничто виртуальными частицами.
Но есть проблема. Это число оказывается примерно в
1.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.
000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.
000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.
000.000.000.000.000.000.000.000.000.000
раз больше, чем энергия, связанная со всей известной материей во Вселенной, в том числе с темной материей!
Если расчет расположения атомных энергетических уровней, включая виртуальные частицы, является лучшим вычислением во всей физике, то эта оценка энергетического пространства — на 120 порядков большая, чем энергия всего остального во Вселенной — это, несомненно, худшее вычисление! Если энергия пустого пространства как-то приближается к этому огромному числу, возникающая сила отталкивания (помните, энергия пустого пространства равна космологической постоянной) была бы достаточно большой, чтобы взорвать Землю сегодня, но что более важно, она была бы так велика в древние времена, что все, что мы сейчас видим в нашей Вселенной, оттолкнулось бы друг от друга так быстро в первые доли секунды после Большого Взрыва, что ни одна структура, ни звезды, ни планеты и ни люди никогда бы не образовались.
Эту проблему, подходяще названную проблемой космологической постоянной, существовавшую задолго до того, как я стал аспирантом, впервые совершенно ясно выразил русский космолог Яков Зельдович примерно в 1967 году. Она остается нерешенной и, пожалуй, самой глубокой нерешенной фундаментальной проблемой в физике сегодня.
Несмотря на то, что мы не имели ни малейшего представления, как решить эту проблему в течение более чем сорока лет, мы, физики-теоретики, знали, что ответ должен был быть. Как четвероклассник, который, я полагаю, догадался бы, что энергия пустого пространства равна нулю, мы тоже чувствовали, что, когда конечная теория будет получена, она объяснит, как аннулируются эффекты виртуальных частиц, оставляя пустое пространство с ровно нулевой энергией. Или ничто. Или, скорее, Ничто.
Наши рассуждения были лучше, чем рассуждения четвероклассника, или мы так думали. Нам нужно было уменьшить величину энергии пустого пространства от действительно гигантского значения, предложенного наивной оценкой, до величины, соответствующей верхним пределам, допустимым наблюдением. Это потребовало бы какого-то способа вычесть из очень большого положительного числа другое очень большое положительное число, так, чтобы сократить 120 знаков, оставляя что-то ненулевое под 121 знаком! Но нет ни одного прецедента в науке для сокращения двух больших чисел с такой точностью, чтобы осталось только что-то мизерное.
Однако ноль — это число, которое легко получить. Примеры симметрии в природе часто позволяют продемонстрировать, что есть абсолютно равные и противоположные вклады, получаемые в разных местах в расчете, которые полностью сокращаются, совершенно ничего не оставляя в остатке. Или, снова же, Ничего.
Таким образом, мы, теоретики, могли расслабиться и спать спокойно. Мы не знали, как добиться окончательного ответа, но мы были уверены, что он должен был быть.
У природы, однако, было на уме что-то другое.
Глава 5: Глава о разбегающейся Вселенной
Просто вздор думать в настоящее время о происхождении жизни; впору думать о происхождении материи.
— Чарльз Дарвин
То, что мы с Майклом Тернером утверждали в 1995 году, было в высшей степени еретическим. На основании не более чем теоретических предубеждений мы предположили, что Вселенная была плоской. (Здесь я должен еще раз подчеркнуть, что «плоская» трехмерная вселенная является не плоским двумерным блином, а, скорее, трехмерным пространством, которое все мы интуитивно себе представляем, и в котором лучи света проходят по прямой линии. Ее следует отличать от гораздо более трудно представимых изогнутых трехмерных пространств, в которых световые лучи, очерчивающие основополагающую кривизну пространства, идут не по прямой линии.) Тогда мы сделали вывод, что все доступные космологические данные в то время согласовывались с плоской Вселенной, только если около 30 процентов от общей энергии пребывало в той или иной форме «темной материи», которая, как указывали наблюдения, существовала вокруг галактик и скоплений, но гораздо более странно, чем даже это, то, что остальные 70 процентов от общей энергии во Вселенной пребывало не в какой-либо из форм материи, а, скорее, в самом пустом пространстве.
Лоуренса Краусса иногда называют Ричардом Докинзом от точных наук. Он серьезный физик-исследователь и один из самых известных в мире популяризаторов науки, с работами которого российский читатель только начинает знакомиться. Уже подзаголовок его книги подчеркивает, что нарисованная наукой картина мира превзошла по величественности все религиозные эпосы. Это грандиозное повествование разворачивается у Краусса в двух планах: как эволюция Вселенной, которая в итоге привела к нашему существованию, и как эволюция нашего понимания устройства этой Вселенной.
Известный физик и автор книг-бестселлеров Лоуренс Краусс предлагает новаторский взгляд на то, как возникло в начале времен все, что существует вокруг нас. Откуда взялась Вселенная? Что было до нее? Что принесет будущее? И наконец, почему вообще существует что-то, а не ничто? Краусс – один из немногих видных ученых наших дней, кому удалось преодолеть пропасть между наукой и популярной культурой. Он описывает поразительно красивые экспериментальные наблюдения и головоломные новые теории, которые не только наглядно показывают, что нечто может возникнуть из ничего, но и утверждают, что нечто возникает из ничего всегда.
Откуда взялась Вселенная? Что было до этого? Что день грядущий нам готовит? И главное – могла ли Вселенная появиться вот так, из ничего, или все-таки нужно искать следы некоего, возможно Божественного вмешательства? Знаменитый ученый, астрофизик, соратник Ричарда Докинза и великолепный популяризатор науки Лоуренс Краусc, опираясь на ошеломляющие эксперименты и новейшие теории физики, включая неуловимый бозон Хиггса, доказывает, что нечто не только может возникнуть из пустоты, но именно на этом принципе «нечто из ничего» и строится Вселенная.
Легендарная книга Лоуренса Краусса переведена на 12 языков мира и написана для людей, мало или совсем не знакомых с физикой, чтобы они смогли победить свой страх перед этой наукой. «Страх физики» — живой, непосредственный, непочтительный и увлекательный рассказ обо всем, от кипения воды до основ существования Вселенной. Книга наполнена забавными историями и наглядными примерами, позволяющими разобраться в самых сложных хитросплетениях современных научных теорий.
Тим Пик увлекается марафонским бегом, альпинизмом и лыжным спортом, воспитывает сына и ходит в спелеологичес кие походы в Западном Суссексе. А еще Тим прошел отбор в программу Европейского космического агентства (EKA). На шесть мест для полетов в открытый космос претендовало более 8000 участников… А сегодня Тим Пик – единственный космонавт во всей Великобритании. 15 декабря 2015 года в 14:03 Тим Пик в должности второго борт инженера отправился с космодрома Байконур к МКС, чтобы провести на орбите 186 суток и узнать все о том, как жить и выживать в космосе. Что чувствовал Тим, вращаясь вокруг Земли быстрее, чем ускоряющаяся пуля? Каково это есть, спать и вообще жить в космосе? Что делать, когда нечего делать? Как вообще обстоят дела в современном космосе? Вернувшись домой, Тим решил поделиться всем пережитым с землянами.
Перед вами первая книга на русском языке, почти целиком посвященная остывающим реликтам звезд, известным под именем белых карликов. А ведь судьба превратиться в таких обитателей космического пространства ждет почти все звезды, кроме самых массивных. История открытия белых карликов и их изучение насчитывает десятилетия, и автор не только подробно описывает их физическую природу и во многом парадоксальные свойства, но и рассказывает об ученых, посвятивших жизнь этим объектам Большого космоса. Кроме информации о сверхновых звездах и космологических проблемах, связанных с белыми карликами, читатель познакомится с историей радиоастрономии, узнает об открытии пульсаров и квазаров, о первом детектировании, происхождении и свойствах микроволнового реликтового излучения и его роли в исследовании Вселенной.
Эта книга о потомке немецких баронов и гениальном конструкторе, который создал для Гитлера самое совершенное по тем временам оружие устрашения — баллистическую ракету «Фау-2». Незадолго до поражения Третьего рейха Вернер фон Браун предложил свой талант и знания победителям и дистанцировался от своих бывших товарищей по нацистской партии. Сначала он предложил себя армии США, а затем — НАСА, а свои мечты о космических путешествиях — миллионам американцев. А еще через десяток лет продал своей второй заокеанской родине Луну. Для широкого круга читателей.
Гравитационные волны были предсказаны еще Эйнштейном, но обнаружить их удалось совсем недавно. В отдаленной области Вселенной коллапсировали и слились две черные дыры. Проделав путь, превышающий 1 миллиард световых лет, в сентябре 2015 года они достигли Земли. Два гигантских детектора LIGO зарегистрировали мельчайшую дрожь. Момент первой регистрации гравитационных волн признан сегодня научным прорывом века, открывшим ученым новое понимание процессов, лежавших в основе формирования Вселенной. Книга Говерта Шиллинга – захватывающее повествование о том, как ученые всего мира пытались зафиксировать эту неуловимую рябь космоса: десятилетия исследований, перипетии судеб ученых и проектов, провалы и победы.
Книга авторитетного британского ученого Джона Дрейера посвящена истории астрономии с древнейших времен до XVII века. Автор прослеживает эволюцию представлений об устройстве Вселенной, начиная с воззрений древних египтян, вавилонян и греков, освещает космологические теории Фалеса, Анаксимандра, Парменида и других греческих натурфилософов, знакомит с учением пифагорейцев и идеями Платона. Дрейер подробно описывает теорию концентрических планетных сфер Евдокса и Калиппа и геоцентрическую систему мироздания Птолемея.
Выпуск Итоги науки и техники из серии Ракетостроение, том 3, «Пилотируемые полеты на Луну, конструкция и характеристики Saturn V Apollo» является обзором и систематизацией работ, информация о которых опубликована в изданиях ВИНИТИ АН СССР в 1969—1972 гг. В томе 3 описываются конструкция, весовые, летные характеристики и космические летные испытания ракеты-носителя Saturn V и корабля Apollo. Рассматриваются системы управления корабля Apollo, принципы прицеливания траектории полета Земля-Луна-Земля, навигация, коррекция траектории полета, методы аварийного возвращения.