Dave'o Goldbergo visata yra galinio vaizdo veidrodyje. Visata galinio vaizdo veidrodyje
Dave'as Goldbergas
Visata yra galinio vaizdo veidrodyje. Ar Dievas buvo dešiniarankis? Arba paslėpta simetrija, antimedžiaga ir Higso bozonas
© 2013, Dave'as Goldbergas
© Brodotskaya A. vertimas į rusų kalbą, 2015 m
© AST Publishing House LLC, 2015 m
* * *Knygų apžvalgos
„Visata galinio vaizdo veidrodyje“
Visata galinio vaizdo veidrodyje yra puikus skaitymas visiems, kurie nori suprasti, kodėl mūsų visata tokia sudėtinga ir tokia nuostabi... Goldbergas yra puikus draugas, kuris nuves jus į tikslą – pasigrožėti visatos grožiu.
Gamtos fizikaMatematinės simetrijos suteikia atsakymus į daugelį klausimų, tačiau savo šmaikštioje ir lengvabūdiškoje knygoje Goldbergas pateikia skaitytojui gaires, neapkraudamas matematiniais skaičiavimais. Patarimas: nepraleiskite daugybės išnašų, kupinų aukšto lygio humoro!
AtrastiGoldbergas turi puikų humoro ir absurdo jausmą – jis puikiai paaiškina, kodėl tai, ką mes laikome savaime suprantamu dalyku, pavyzdžiui, gravitacinių ir inercinių masių lygybė, iš tikrųjų yra labai keista ir visai neakivaizdu... Ši knyga yra tarsi pasivažinėjimas kalneliais, pastatytas per Tolkieno Moriją.
Naujasis mokslininkasOho, kokia įdomi simetrijos tema! Fizikas Dave'as Goldbergas įveda skaitytoją tiesiai į didelių fizikos koncepcijų verpetą, tačiau laivą valdo taip mikliai, kad skaitytojui negresia nuskęsti.
GamtaPrasminga, neperkrauta matematikos, be galo žavi knyga apie simetrijos sąvoką fizikoje... Goldbergo knyga nuo pradžios iki galo parašyta prieinamai ir humoristiškai... Autorius savo paaiškinimus dosniai pabarsto nuorodomis į populiariuosius. kultūrą – nuo Doctor Who ir Lewiso Carrollo iki „Angry Birds“ – ir dėl žavingo pateikimo būdo jis supaprastina net pačias sudėtingiausias temas.
Publishers WeeklyGoldbergas apie dešimt fundamentaliausių visatos savybių kalba su nuolatiniu humoru, bet kartu subtiliai, giliai ir suprantamai.
Kirkus AtsiliepimaiŠi knyga yra įdomus ir įtraukiantis pagrindinių fizikos sąvokų tyrinėjimas, apimantis, be kita ko, istoriją apie vieną iš neapdainuotų fizikos herojų, milžiną, ant kurio pečių atsistojo daugelis fizikų – Emmy Noether!
Danica McKellar, aktorė, knygos „Math Does’t Suck“ autorėDave'as Goldbergas surengia tikrą atrakcionų parką, kuriame yra žavingų įdomybių, mįslingų paradoksų ir subtilaus humoro... Jis puikiai paaiškina skaitytojui, koks yra simetrijos vaidmuo fizikoje, astronomijoje ir matematikoje. Nuostabi istorija apie nuostabią visatą!
Paulius Halpernas, knygos „Visatos kraštas“ autoriusNežiūrėk į šalį! Ši knyga – tikra dovana kiekvienam skaitytojui, kuriam smalsu visi mūsų nuostabios visatos stebuklai. Jei pagrindinės fizikos sąvokos ir dėsniai mokyklose būtų dėstomi taip aiškiai ir smagiai, kaip apie jas savo knygoje pasakoja Dave'as Goldbergas, daug geriau pavyktų pritraukti jaunimą į mokslą.
Priyamvada Natarajan, Jeilio universiteto Moterų fakulteto forumo fizikos ir astronomijos katedrų pirmininkėŠi knyga yra beveik tokia pat plati, kaip ir joje taip nuostabiai aprašyta fizinė visata. Bet svarbiausia, ko gero, tai, kad Goldbergas išsamiai rašo apie neįvertintus Emmy Noether nuopelnus. Jos teorema, kad kiekvienai simetrijai yra išsaugotas dydis, sujungia daugybę skirtingų fizikos sričių, o Goldbergas paaiškina, kaip ir kodėl.
Johnas Allenas Paulosas, Temple universiteto matematikos dėstytojas, knygos „Innumeracy“ autoriusDave'as Goldbergas kalba apie tai, kaip simetrija formuoja visatą taip sumaniai, kad jo knygą malonu skaityti. Jo pasakojimų – nuo „kaonų koano“ ir skruzdžių karalystės iki šurmulio aplink Higso bozoną – neįmanoma nutildyti, o kartu jos yra neįprastai edukacinės.
J. Richardas Gotas, Prinstono universiteto astrofizikos dėstytojasSkaityti šią knygą – tarsi klausytis nuostabiausios fizikos mokytojos pasaulyje paskaitos! Goldbergas pasakoja viską, ką norėjote sužinoti apie fiziką, bet nedrąsiai klausėte, pavyzdžiui, ar įmanoma pastatyti Tardis, arba kas nutiktų, jei Žemė būtų įtraukta į juodąją skylę. Privaloma perskaityti visiems, kurie nori suprasti visatos prigimtį – ir tuo pat metu pasijuokti!
Annalee Newitz, laiko iškraipymo lauko redaktorius ir operatorius adresu http://i09.comSkirta Emily, Willa ir Lily – jūs esate mano gyvenimas, meilė ir įkvėpimas
Reikia atsiminti, kad tai, ką mes stebime, yra ne pati gamta, o gamta, pavaldi mūsų klausimo metodui.
Verneris Heisenbergas
Įvadas
Kuriame jums pasakoju, kas ir kaip, todėl geriau neslinkti
Kodėl pasaulyje yra kažkas, o ne nieko? Kodėl ateitis nėra tokia pati kaip praeitis? Kodėl rimtam žmogui kyla tokie klausimai?
Kai kalbate apie mokslo populiarumą, papuolate į savotišką drąsų iniciatoriaus skepticizmą. Skaitote visus šiuos tviterius ir tinklaraščius – ir susidaro įspūdis, kad reliatyvumo teorija yra ne kas kita, kaip tuščias kažkokio bičiulio plepėjimas vakarėlyje, o ne viena sėkmingiausių fizinių teorijų žmonijos istorijoje, kuri atlaikė. visi eksperimentiniai ir stebėjimo bandymai šimtą metų .
Žvelgiant iš netyčia, fizika kažkaip skausmingai perkrauta visokiais dėsniais ir formulėmis. Ar negali būti paprasčiau? Ir patys fizikai dažnai džiaugiasi atskiru savo projektų sudėtingumu. Kai seras Arthuras Eddingtonas prieš šimtą metų buvo paklaustas, ar tiesa, kad tik trys žmonės pasaulyje suprato bendrą Einšteino reliatyvumo teoriją, jis akimirką susimąstė, o paskui atsainiai pastebėjo: „Aš bandau išsiaiškinti, kas yra trečiasis. yra." Šiandien reliatyvumo teorija yra įtraukta į kiekvieno fiziko standartinį arsenalą, jos kasdien moko vakarykštis ir net šiandienos moksleiviai. Taigi laikas atsisakyti arogantiškos minties, kad visatos paslapčių supratimas yra prieinamas tik genialams.
Gilių įžvalgų apie mūsų pasaulio veikimą beveik niekada neatsirado naujos formulės išradimas, nesvarbu, ar būtumėte Edingtonas, ar Einšteinas. Priešingai, proveržiai beveik visada įvyksta tada, kai suprantame, kad anksčiau manėme, kad tai skirtingi dalykai, bet iš tikrųjų tai yra tas pats dalykas. Norėdami suprasti, kaip viskas veikia, turite suprasti simetriją.
Didysis XX amžiaus fizikas, Nobelio premijos laureatas Richardas Feynmanas fizikos pasaulį palygino su šachmatų žaidimu. Šachmatai yra žaidimas, kupinas simetrijos. Pasukite lentą pusę apsisukimo ir ji atrodys lygiai taip pat, kaip ir pradėjus. Vienoje pusėje esančios figūros, išskyrus spalvą, yra beveik tobulas kitoje pusėje esančių figūrų veidrodinis vaizdas. Net žaidimo taisyklės turi simetriją. Štai kaip tai apibūdina Feynmanas:
Pagal taisykles vyskupas šachmatų lentoje juda tik įstrižai. Galime daryti išvadą, kad ir kiek judesių praeitų, tam tikras vyskupas visada liks baltame kvadrate... Ir taip bus, ir gana ilgai – bet staiga atrandame, kad vyskupas atsidūrė juodajame kvadrate. (iš tikrųjų taip ir atsitiko: šį kartą vyskupas buvo suvalgytas, bet vienas iš pėstininkų pasiekė paskutinę eilę ir tapo vyskupu juodame kvadrate). Tas pats su fizika. Turime dėsnį, kuris galioja visuotinai ilgą, ilgą laiką, net kai negalime atsekti visų detalių, o tada ateina momentas, kai galime atidaryti naujas įstatymas.
Pažiūrėkite žaidimą dar kelis kartus ir staiga išauš, kad vyskupas lieka tos pačios spalvos langeliuose būtent todėl, kad juda tik įstrižai. Paprastai galioja spalvų išsaugojimo dėsnis, tačiau gilesnis įstatymas reikalauja gilesnio paaiškinimo.
Simetrija gamtoje atsiranda beveik visur – net jei ji nepastebima ar net akivaizdi ir banali. Drugelio sparnai puikiai atspindi vienas kitą. Jų funkcijos identiškos, bet man tikrai būtų gaila vargšo drugelio su dviem kairiaisiais ar dviem dešiniais sparnais - jis bejėgiškai skristų ratu. Simetrija ir asimetrija gamtoje, kaip taisyklė, yra priversti konkuruoti tarpusavyje. Galiausiai simetrija yra įrankis, kuriuo mes ne tik formuluojame dėsnius, bet ir suprantame, kodėl jie veikia.
Puslapis 1 iš 85
© 2013, Dave'as Goldbergas
© Brodotskaya A. vertimas į rusų kalbą, 2015 m
© AST Publishing House LLC, 2015 m
* * *
Knygų apžvalgos
„Visata galinio vaizdo veidrodyje“
......Visata galinio vaizdo veidrodyje yra puikus skaitymas visiems, kurie nori suprasti, kodėl mūsų visata tokia sudėtinga ir tokia nuostabi... Goldbergas yra puikus draugas, kuris nuves jus į tikslą – pasigrožėti visatos grožiu.
...Matematinės simetrijos suteikia atsakymus į daugelį klausimų, tačiau savo šmaikštioje ir lengvabūdiškoje knygoje Goldbergas pateikia skaitytojui gaires, neapkraudamas matematiniais skaičiavimais. Patarimas: nepraleiskite daugybės išnašų, kupinų aukšto lygio humoro!
...Goldbergas turi puikų humoro ir absurdo jausmą – jis puikiai paaiškina, kodėl tai, ką mes laikome savaime suprantamu dalyku, pavyzdžiui, gravitacinių ir inercinių masių lygybė, iš tikrųjų yra labai keista ir visai neakivaizdu... Ši knyga yra tarsi pasivažinėjimas kalneliais, pastatytas per Tolkieno Moriją.
...Oho, kokia įdomi simetrijos tema! Fizikas Dave'as Goldbergas įveda skaitytoją tiesiai į didelių fizikos koncepcijų verpetą, tačiau laivą valdo taip mikliai, kad skaitytojui negresia nuskęsti.
...Prasminga, neperkrauta matematikos, be galo žavi knyga apie simetrijos sąvoką fizikoje... Goldbergo knyga nuo pradžios iki galo parašyta prieinamai ir humoristiškai... Autorius savo paaiškinimus dosniai pabarsto nuorodomis į populiariuosius. kultūrą – nuo Doctor Who ir Lewiso Carrollo iki „Angry Birds“ – ir dėl žavingo pateikimo būdo jis supaprastina net pačias sudėtingiausias temas.
...Goldbergas apie dešimt fundamentaliausių visatos savybių kalba su nuolatiniu humoru, bet kartu subtiliai, giliai ir suprantamai.
...Ši knyga yra įdomus ir įtraukiantis pagrindinių fizikos sąvokų tyrinėjimas, apimantis, be kita ko, istoriją apie vieną iš neapdainuotų fizikos herojų, milžiną, ant kurio pečių atsistojo daugelis fizikų – Emmy Noether!
...Dave'as Goldbergas surengia tikrą atrakcionų parką, kuriame yra žavingų įdomybių, mįslingų paradoksų ir subtilaus humoro... Jis puikiai paaiškina skaitytojui, koks yra simetrijos vaidmuo fizikoje, astronomijoje ir matematikoje. Nuostabi istorija apie nuostabią visatą!
...Nežiūrėk į šalį! Ši knyga – tikra dovana kiekvienam skaitytojui, kuriam smalsu visi mūsų nuostabios visatos stebuklai. Jei pagrindinės fizikos sąvokos ir dėsniai mokyklose būtų dėstomi taip aiškiai ir smagiai, kaip apie jas savo knygoje pasakoja Dave'as Goldbergas, daug geriau pavyktų pritraukti jaunimą į mokslą.
...Ši knyga yra beveik tokia pat plati, kaip ir joje taip nuostabiai aprašyta fizinė visata. Bet svarbiausia, ko gero, tai, kad Goldbergas išsamiai rašo apie neįvertintus Emmy Noether nuopelnus. Jos teorema, kad kiekvienai simetrijai yra išsaugotas dydis, sujungia daugybę skirtingų fizikos sričių, o Goldbergas paaiškina, kaip ir kodėl.
...Dave'as Goldbergas kalba apie tai, kaip simetrija formuoja visatą taip sumaniai, kad jo knygą malonu skaityti. Jo pasakojimų – nuo „kaonų koano“ ir skruzdžių karalystės iki šurmulio aplink Higso bozoną – neįmanoma nutildyti, o kartu jos yra neįprastai edukacinės.
Skaityti šią knygą – tarsi klausytis nuostabiausios fizikos mokytojos pasaulyje paskaitos! Goldbergas pasakoja viską, ką norėjote sužinoti apie fiziką, bet nedrąsiai klausėte, pavyzdžiui, ar įmanoma pastatyti Tardis, arba kas nutiktų, jei Žemė būtų įtraukta į juodąją skylę. Privaloma perskaityti visiems, kurie nori suprasti visatos prigimtį – ir tuo pat metu pasijuokti!
Skirta Emily, Willa ir Lily – jūs esate mano gyvenimas, meilė ir įkvėpimas
Reikia atsiminti, kad tai, ką mes stebime, yra ne pati gamta, o gamta, pavaldi mūsų klausimo metodui.
Verneris Heisenbergas
Įvadas
Kuriame jums pasakoju, kas ir kaip, todėl geriau neslinkti
Kodėl pasaulyje yra kažkas, o ne nieko? Kodėl ateitis nėra tokia pati kaip praeitis? Kodėl rimtam žmogui kyla tokie klausimai?
Kai kalbate apie mokslo populiarumą, papuolate į savotišką drąsų iniciatoriaus skepticizmą. Skaitote visus šiuos tviterius ir tinklaraščius – ir susidaro įspūdis, kad reliatyvumo teorija yra ne kas kita, kaip tuščias kažkokio bičiulio plepėjimas vakarėlyje, o ne viena sėkmingiausių fizinių teorijų žmonijos istorijoje, kuri atlaikė. visi eksperimentiniai ir stebėjimo bandymai šimtą metų .
Žvelgiant iš netyčia, fizika kažkaip skausmingai perkrauta visokiais dėsniais ir formulėmis. Ar negali būti paprasčiau? Ir patys fizikai dažnai džiaugiasi atskiru savo projektų sudėtingumu. Kai seras Arthuras Eddingtonas prieš šimtą metų buvo paklaustas, ar tiesa, kad tik trys žmonės pasaulyje suprato bendrą Einšteino reliatyvumo teoriją, jis akimirką susimąstė, o paskui atsainiai pastebėjo: „Aš bandau išsiaiškinti, kas yra trečiasis. yra." Šiandien reliatyvumo teorija yra įtraukta į kiekvieno fiziko standartinį arsenalą, jos kasdien moko vakarykštis ir net šiandienos moksleiviai. Taigi laikas atsisakyti arogantiškos minties, kad visatos paslapčių supratimas yra prieinamas tik genialams.
Gilių įžvalgų apie mūsų pasaulio veikimą beveik niekada neatsirado naujos formulės išradimas, nesvarbu, ar būtumėte Edingtonas, ar Einšteinas. Priešingai, proveržiai beveik visada įvyksta tada, kai suprantame, kad anksčiau manėme, kad tai skirtingi dalykai, bet iš tikrųjų tai yra tas pats dalykas. Norėdami suprasti, kaip viskas veikia, turite suprasti simetriją.
Didysis XX amžiaus fizikas, Nobelio premijos laureatas Richardas Feynmanas fizikos pasaulį palygino su šachmatų žaidimu. Šachmatai yra žaidimas, kupinas simetrijos. Pasukite lentą pusę apsisukimo ir ji atrodys lygiai taip pat, kaip ir pradėjus. Vienoje pusėje esančios figūros, išskyrus spalvą, yra beveik tobulas kitoje pusėje esančių figūrų veidrodinis vaizdas. Net žaidimo taisyklės turi simetriją. Štai kaip tai apibūdina Feynmanas:
...Pagal taisykles vyskupas šachmatų lentoje juda tik įstrižai. Galime daryti išvadą, kad ir kiek judesių praeitų, tam tikras vyskupas visada liks baltame kvadrate... Ir taip bus, ir gana ilgai – bet staiga atrandame, kad vyskupas atsidūrė juodajame kvadrate. (iš tikrųjų taip ir atsitiko: šį kartą vyskupas buvo suvalgytas, bet vienas iš pėstininkų pasiekė paskutinę eilę ir tapo vyskupu juodame kvadrate). Tas pats su fizika. Turime dėsnį, kuris galioja visuotinai ilgą, ilgą laiką, net kai negalime atsekti visų detalių, o tada ateina momentas, kai galime atidaryti naujas įstatymas.
Dabartinis puslapis: 7 (iš viso knygoje yra 24 puslapiai) [galima skaitymo ištrauka: 16 puslapių]
Kodėl kiekviena iš šių žvaigždžių negali turėti tokios pat nuostabios svitos kaip mūsų Saulė – planetų svita, kuriai tarnauja mėnuliai?
Ir nieko blogo jam neatsitiko - bent jau bažnyčia jam nieko nepadarė.
Kai kur eini, vis tiek kažkur atsidursi
Kopernikas vienas pirmųjų suprato didžiąją tiesą: mūsų vieta visatoje yra nepastebima. Šią pamoką žmonija turi išmokti kartas nuo karto. Mūsų vidutiniškumas yra toli už Saulės sistemos ribų. Galilėjus pažymėjo, kad visatoje yra begalė žvaigždžių ir visos turi vienodą teisę pretenduoti į visatos centro titulą.
Rutulinių spiečių sistema, projekcija į galaktikos plokštumą. Galaktikos ilguma žymima kas trisdešimt laipsnių. „Vietinė sistema“ yra tik mažiausiame apskritime, aptvertame ištisine linija, kurios spindulys yra tūkstantis parsekų. Didesni apskritimai, nubrėžti ištisine linija, taip pat yra heliocentriniai, tačiau jų spindulys didėja 10 000 parsekų intervalais. Taškinė linija žymi tariamą pagrindinę sistemos ašį, punktyriniai apskritimai yra koncentriški jos centro atžvilgiu. Taškai yra maždaug keturis kartus didesni už tikrąjį klasterių skersmenį šioje skalėje. Devynios klasteriai yra daugiau nei 15 000 parsekų nuo galaktikos plokštumos ir nėra įtraukti į šią diagramą.
1918 m. astronomas Harlow Shapley pažymėjo 69 rutulinius spiečius Paukščių Take. Tai labai artimos šimto tūkstančių ar net daugiau žvaigždžių grupės, todėl buvo pagrįsta manyti, kad rutuliniai spiečiai yra pasiskirstę simetriškai galaktikos centro atžvilgiu. Shapley atrado, kad mūsų vieta negali būti laikoma privilegijuota net mūsų pačių galaktikoje. Esame tik viena iš maždaug 10 milijardų žvaigždžių sistemų užmiestyje.
Douglasas Adamsas rašo apie tą patį:
Kažkur galinėse gatvelėse vienoje nemadingoje Galaktikos vakarinės spiralinės šakos srityje, kurios net nėra žemėlapyje, yra maža, nepastebima geltona saulė. Maždaug už devyniasdešimt dviejų 44
Adamsas nėra astronomas ar, šiaip sakant, anglas, todėl atleisime jam už klaidą verčiant metrinius matus. Realiai ši vertė yra arčiau 93 milijonų mylių.Aplink ją milijonus mylių sukasi visiškai neapsakoma žaliai mėlyna planeta, kurios gyventojai, kilę iš beždžionių, yra tokie primityvūs, kad elektroninius laikrodžius vis dar laiko išskirtiniu.
(Išvertė Yu. Arinovič)
Bet tai toli gražu nesibaigė. 1920-aisiais Edvinas Hablas parodė, kad mūsų galaktika yra tik viena iš daugybės salų visatų, plaukiojančių erdvėje. Kaip jau matėme, SDSS tyrimas sudarė daugiau nei šimtą milijonų galaktikų, tačiau konservatyviais skaičiavimais bendras skaičius stebimoje visatoje yra keli trilijonai. Vidutiniškai atrodo, kad šie trilijonai galaktikų yra pasiskirstę erdvėje nepaprastai vienodai. Simetrijos kalba tai reiškia, kad visata vienalytis. Taip pat atrodo, kad šiaurinis visatos pusrutulis yra daugiau ar mažiau toks pat kaip ir pietinis pusrutulis. Vėlgi, moksliškai kalbant, visata atrodo tokia izotropinis.
Šie stebėjimai sudarė vadinamojo kosmologinio principo pagrindą. Iš esmės jame sakoma, kad visata visur ir visomis kryptimis yra daugmaž vienoda. Stebėjimai tai patvirtina, tačiau iš tikrųjų kosmologinis principas yra aksioma. Panašiai kaip prielaida, kad fizinių dėsnių nekintamumas leidžia mums interpretuoti praeitį ir numatyti ateitį, kosmologinis principas leidžia pagrįstai interpretuoti duomenis, gautus iš kitų visatos dalių.
Esame skolingi Edvinui Hablai už pirmuosius žvilgsnius suprasti, kokia yra visata už mūsų galaktikos ribų. Kaip jau matėme, tai ne tik parodė visatos mastelį, bet ir atskleidė, kad beveik visos visatos galaktikos, atrodo, tolsta nuo mūsų.
Idėja, kad visata plečiasi, tikriausiai davė jums klaidingą idėją, kad visata turi centrą. Ne, visata neturi centro. Norėdami suprasti, kodėl, turime šiek tiek pakalbėti apie reliatyvumą. Tuo jau įsitikinome ypatingas Reliatyvumo teorija daro prielaidą, kad tarp laiko ir erdvės yra glaudus ryšys. Ir genijus bendras Reliatyvumo teorija teigia, kad gravitacija gali išlenkti tiek erdvę, tiek laiką, tiek abu tuo pačiu metu.
Besiplečianti visata yra tarsi gumos lakštas
Jei neturite intuityvaus jausmo, kas yra erdvės kreivumas, nesijaudinkite. Labai lengva susipainioti lygtyse ir formulėse. Tačiau, laimei, Tarptautinė kosmologijos propaguotojų gildija sugalvojo puikią analogiją, ir jei duosite man žodį, kad to nesuvokčiau per daug pažodžiui, paseksiu savo kolegų pavyzdžiu.
Ant didžiulio gumos lakšto priklijuokite saują mažų plastikinių galaktikų.
Suraskite stiprių vyrų grupę ir kartu su jais paimkite paklodę iš visų pusių.
Traukite tinkamai.
Vienoje iš galaktikų gyvenanti skruzdėlė laikys save visatos bamba, nes visos kitos galaktikos, jo požiūriu, tolsta. Be to, kuo didesnis atstumas tarp dviejų galaktikų, tuo greičiau – skruzdėlių požiūriu – jos nutols viena nuo kitos: būtent tokį efektą pastebėjo Hablas.
Galiu įmesti tave į bet kurią galaktiką, ir jei tau užteks egocentrizmo, laikysi save visatos centru. Tačiau – ir tai yra svarbiausia – bet kuris stebėtojas bet kurioje galaktikoje matys tą patį.
Pasukite visatos laikrodį atgal, ir atstumai tarp visų galaktikų sumažės iki nulio. Kur įvyko Didysis sprogimas? Ir visur!
Tačiau per daug pažodžiui priimti šią analogiją yra pavojinga. Ypač užsispyrusi skruzdė, kaip tik tokia, pastatys gražų žvaigždėlaivį ir eis, pavyzdžiui, ieškoti guminio paklodės krašto. Bet mūsų (ne guminėje) visatoje iš esmės neįmanoma pasiekti krašto, nėra apie ką net svajoti. Visata neturi nei centro, nei kraštų. Taigi mums lieka tik dvi galimybės.
Pirmas, tiesą sakant, atšaldo. Gali pasirodyti, kad visata iš tikrųjų yra begalinė. Tai yra, ne tik labai, labai didelis, bet ir tikrai begalinis. Pagalvok apie tai – begalė!
Toroidinė visata
Grįšime prie praktinių skirtumų tarp milžiniškos visatos ir begalinės visatos, bet asmeniškai mane daug labiau guodžia antrasis variantas: galbūt visata užsidarė savyje. Panašu, kad Pac-Man išnyksta vienoje ekrano pusėje, o paskui pasirodo kitoje pusėje. Pac-Mano požiūriu, jis tęsiasi ir tęsiasi ir negali pasiekti pabaigos.
Nesijaudinkite – Žemė elgiasi lygiai taip pat. Jei nekreipsite dėmesio į mūsų bendražmonių savavališkai nustatytas demarkacijos linijas, kaip Tarptautinė datos linija, galite be galo vaikščioti į rytus – ir nepasieksite nei krašto, nei centro. Nuolat eisite per tas pačias vietas - tai viskas.
Praktiniu požiūriu nėra didelio skirtumo tarp begalinės ir pasikartojančios visatos. Visatos plėtimasis ir ribotas šviesos greitis neleido mums net skristi aplink visatą ir grįžti į pradinį tašką. Bet tai netrukdo mums užduoti tokio klausimo: kokio dydžio yra visata?
Visata: viena ar daug?
Erdvė didelė. Labai.
Bet, tiesą sakant, negalime tiksliai pasakyti, kokio dydžio jis yra. Mes negalime pažvelgti į visą visatą, nes ji egzistuoja tik 14 milijardų metų, o šviesos greitis yra toks, koks yra. Žemėje mes vadiname liniją, už kurios nematome horizonto, ir tai taip pat taikoma visai Visatai.
Iš esmės į šį horizontą galime sutalpinti trilijonus galaktikų, bet niekur nesakoma, kad visa tai baigsis. Yra labai reali galimybė, kad visata už horizonto, kur mes jos nematome, visiškai skiriasi nuo tos, kuri yra šalia. Mes ne tik negalime pamatyti, kas vyksta už šimtų milijardų šviesmečių, nes viskas apskritai juda arba šviesos greičiu, arba lėčiau: viskas, kas yra už horizonto, jokiu būdu neturi įtakos to, kas vyksta čia, Žemėje.
Tačiau to neužtenka: visatai plečiantis vis spartesniu greičiu, paaiškėja, kad laikui bėgant iš mūsų regėjimo lauko išnyks vis daugiau galaktikų. Mūsų horizonte esančios galaktikos yra tik 60 milijardų šviesmečių atstumu nuo mūsų. Ir viskas, kas nutiks toliau, amžinai liks paslaptimi.
Viskas, kas yra už mūsų horizonto, bet kokiu praktiniu požiūriu yra kitokia, nepriklausoma visata, todėl, norime to ar nenorime, gyvename multivisata– tam tikra prasme. Jei esate mokslinės fantastikos mėgėjas 45
Žinoma, eksperte, kaip gali būti kitaip?
Jūs bent paviršutiniškai esate susipažinęs su daugialypės visatos idėja, tačiau kiekvienas supranta frazę „daugybinė visata“ savaip. Mūsų laimei, MIT fizikas Maxas Tegmarkas sukūrė išsamią hierarchinę kelių visatų klasifikaciją. Ranka prie širdies, viskas šioje klasifikacijoje, išskyrus pirmąjį lygį, dėl kurio jau neabejojame, yra itin spekuliatyvu – ir kuo toliau, tuo labiau spekuliatyvu. Taigi susitarkime, kad kol kas tik dėliojame viską į lentynas.
Pirmojo lygio daugialypė visata. Visata yra labai didelė, bet ją galima suprasti
Praktiniu požiūriu bet kurią 100 milijardų šviesmečių dydžio visatos dalį visiškai įmanoma laikyti sala. Tačiau jei salos nėra sujungtos viena su kita, kyla pagrįstas klausimas, kodėl taip atsitiko ir kodėl kiekviena atskira atkarpa turi būti panaši į visas kitas.
Įsivaizduokite, į šį klausimą visiškai įmanoma gauti atsakymą. Tačiau pirmiausia konstatuojame faktą, patvirtintą stebėjimais: mus supa radiacija, likusi nuo Visatos pradžios, ir ši spinduliuotė yra vienoda maždaug šimto tūkstantosios dalies tikslumu. Šis faktas tampa dar keistesnis, kai prisimename, kad šviesa, patenkanti į mus „iš viršaus“ ir „iš apačios“ – iš šiaurės ir pietų ašigalių – ateina iš neįtikėtinai tolimų visatos taškų. Du fotonai iš šių srautų greičiausiai niekada nebuvo regionuose, kurie kada nors turėjo terminį kontaktą vienas su kitu.
Tai vienas giliausių ir skaudžiausių klausimų kosmologijoje. Iš pradžių visata buvo labai maža, tačiau tai truko neilgai. Atrodo, kad dangaus sritys, kurios yra daugiau nei laipsnis, neturėjo galimybės maišytis viena su kita, tačiau visata kaip visuma atrodo stebėtinai vienalytė. Leiskite jums priminti, kad tai yra viena iš kosmologinio principo prielaidų.
Devintajame dešimtmetyje Alanas Guthas, tuomet dirbęs SLAC nacionalinėje greitintuvo laboratorijoje, pasiūlė infliacijos hipotezę, kad apeitų horizonto problemą. Ir nors tai sunku suvokti, iš anksto perspėju, kad šiuo metu infliacinis modelis daugeliui kosmologų tapo dogma. Tai leidžia mums paaiškinti daugybę reiškinių visatoje, kai mes ją stebime.
Pirmosiomis multivisatos egzistavimo akimirkomis čia buvo daug veiklos, ypač pirmąsias 10–35 sekundes. Per šią trumpą akimirką visata patyrė milžinišką eksponentinį plėtimąsi, o atskiros erdvės dalys – atskiri burbuliukai – išaugo 10 60 ar daugiau kartų.
Jei infliacijos hipotezė yra teisinga, ir kartoju, mes esame praktiškai įsitikinę, kad taip yra, tada dar yra daug erdvės už matomos erdvės. Kiekvienas burbulas yra visata savaime, ir nesunku įsivaizduoti, kad jei jų būtų pakankamai, daugelis jų galėtų būti panašūs į mūsiškį, tikriausiai net lygiai taip pat kaip mūsų. Remiantis daugeliu infliacijos modelių, burbulai sukuria kitus burbulus ir taip toliau iki begalybės, todėl susidaro begalinė visata, kuri iš pradžių mus labai išgąsdino.
Kokį dydį turi pasiekti pirmojo lygio daugialypė visata, kad kiekvienas žmogus Žemėje turėtų tikslų dvigubą dydį? Tiesiog monstriška. Tegmarko skaičiavimais, nuo čia iki identiškos visatos galia yra maždaug nuo 10 iki 10 29 metrų – šios knygos puslapiuose nebus didesnių skaičių, išskyrus pačią begalybę. Tai reiškia, kad kiekvienas pasikartojančioje visatoje esantis atomas yra lygiai toje pačioje vietoje ir juda tokiu pačiu greičiu, iki kvantinio neapibrėžtumo, kaip ir mūsų visatoje. Tai reiškia, kad net jei jūsų dublio biografija skiriasi nuo jūsų, dublio smegenys yra sukurtos taip, kad jis manytų, kad jis turi būtent tokią biografiją.
Matote? Grįžtame prie niekšiškų dvynių temos!
Jei visata yra begalinė, joje atsiras vietos ne tik jūsų dubliui, bet ir nesuskaičiuojamai daugybei jūsų dublių!
Tai žemina ir šiek tiek baisu. Tarsi turėtum begalę šnipų, sėlinančių į tave.
Jei visata nėra begalinė, galite ramiai ilsėtis ant savo unikalumo laurų. Remiantis konservatyviais teoriniais skaičiavimais, mažiausias mūsų daugialypės visatos dydis yra apie 10 80 metrų, o tai atrodo daug, kol neprisimenate, kad tai tik mažytė erdvės, reikalingos dublių atsiradimui, dalis.
Antrojo lygio daugialypė visata. Skirtingos visatos su skirtingais fiziniais dėsniais
Mūsų visatos dalis išaugo iš mažytės ką tik besikuriančios daugialypės visatos gabalėlio, tačiau, kaip jau supratome, mūsų burbulas nėra vienintelis. Be to, gali būti, kad kai kuriuose iš šių burbulų, o gal ir visuose, fizikos dėsniai šiek tiek skiriasi nuo mūsų. Arba elektra juose yra šiek tiek stipresnė arba silpnesnė, arba stipri sąveika (kuri kartu sulaiko neutronus ir protonus) nėra visiškai tokia pati kaip mūsų, arba yra daugiau nei trys matmenys.
Leiskite man paaiškinti kai kurias antrojo lygio kelių visatų egzistavimo aplinkybes.
1. Nėra akivaizdu, kad šis modelis yra teisingas. Gali būti, kad pagrindinės jėgos iš tikrųjų yra visos egzistencijos pagrindas ir visos visatos yra sukurtos remiantis tais pačiais fiziniais dėsniais.
2. Jei tikrai yra antrojo lygio kelios visatos, jos nebūtinai yra tokios kaip mūsų. Galbūt daugelis jų neturi žvaigždžių ar galaktikų, kai kurios beveik visiškai tuščios, kai kurios sugriuvo veikiamos savos gravitacijos. Norint sukurti, pavyzdžiui, žvaigždes ar sunkiuosius elementus, fizika turi būti labai labai tiksliai sureguliuota, kaip ir mes, o dauguma visatų tiesiog nepraeina atrankos.
3. Visata vis dar neturi krašto. Visatos viena nuo kitos nėra atitvertos mūrine siena. Visos antrojo lygio daugialypės visatos visatos yra potencialios pirmojo lygio daugialypės visatos.
Tačiau istorija nesibaigia antruoju lygiu. Tegmarkas teigia, kad egzistuoja ir trečiojo, ir ketvirtojo lygio daugialypės visatos, kurios yra dar labiau spekuliatyvios ir neturi nieko bendra su simetrijos klausimu ir tuo, ar fizikos dėsniai visur yra vienodi. Bet mes vis tiek apie juos pakalbėsime, tai labai įdomu.
Trečio lygio daugialypė visata. Daugybė kvantinės mechanikos pasaulių
Jau šiek tiek kalbėjau apie tai, kaip veikia kvantinė mechanika, ir dauguma fizikų tiesiog laiko savaime suprantamu dalyku, kad pasaulyje turi būti tam tikras atsitiktinumas (galbūt liūto dalis) ir keistų, išradingų ryšių tarp plačiai atskirtų įvykių galimybė.
Tačiau ne visi tuo įsitikinę. 1957 m. Hugo Everettas, dirbdamas moksliniu konsultantu Pentagone, sugalvojo kvantinės mechanikos „daugelio pasaulių interpretaciją“. Nėra taip, tarsi Everetas sukūrė visiškai naują fizinių dėsnių rinkinį. Iš esmės jis norėjo pasakyti: „Ar žinote visus tuos eksperimentus, kurie rodo kvantinį elgesį? Taigi, galite pažvelgti į juos kitu požiūriu.
Remiantis daugelio pasaulių interpretacija, kiekvieną kartą, kai galima išmatuoti kvantinį įvykį, sukuriamas naujas visatų rinkinys. Apskaičiuota, kad vienoje visatoje elektrono sukimasis yra aukštyn. Kitoje – tarsi nukreipta žemyn. Įdomu tai, kad pagal daugelio pasaulių interpretaciją šios visatos gali sąveikauti viena su kita, sukeldamos keistą elgesį – kvantinius trukdžius.
Kaip sakiau, matematiškai daugelio pasaulių interpretacija iš kvantinių eksperimentų tikisi tų pačių dalykų, kaip ir standartinė – Kopenhagos – interpretacija, kurios laikosi dauguma fizikų, įskaitant mane. Tačiau tai taip pat suteikia mums visiškai naują požiūrį į multivisatą – ir, atvirai kalbant, perspektyvą, teikiančią fantastišką perspektyvą, jei mokslinės fantastikos rašymas yra jūsų gyvenimo darbas. Vis dėlto turiu jus perspėti: jei pritariate daugelio pasaulių interpretacijai, būkite labai aiškūs, kad nei Everetas, nei kas nors kitas nepasiūlė fizinio kelionės tarp visatų mechanizmo. Fantazuokite pagal savo skonį, bet iš čia niekur nepabėgsite.
Ketvirto lygio daugialypė visata. Jei visata matematiškai yra savarankiška, ji egzistuoja
Ketvirtajame lygyje viskas tampa dar keistesnė. Nuo pirmo iki trečio lygio daroma prielaida, kad fizikos dėsniai bent jau miglotai panašūs į mūsų visatos dėsnius. Ketvirtojo lygio daugialypėje visatoje Tegmarkas mano: „Visos matematiškai egzistuojančios struktūros egzistuoja ir fiziškai“, nors nėra visiškai aišku, kiek visatų yra, kurias galima apibūdinti matematiškai.
Kiek žinome, gali būti, kad yra visata, kurioje yra tik viena arba nė viena iš mūsų pagrindinių sąveikų. Kadangi mes vis dar iki galo nesuprantame fizikos savo daugialypės visatos dalyje, net jei yra ketvirto lygio daugialypė visata, negalime pasakyti, kokios yra ją sudarančios visatos, net ir su nedideliu tikrumu.
Problema, su kuria susidūrėme šiame skyriuje, iš dalies yra ta, kad mes nežinome, ar parametrai, apibūdinantys mūsų visatą, iš tikrųjų yra būtini, ar nuosekli visata gali egzistuoti be jų, ar jie yra visiškai savavališki. Ketvirtojo lygio daugialypė visata pagal Tegmarko klasifikaciją gali daryti prielaidą, kad egzistuoja ir begalinis skaičius visatų, ir tik viena.
Jei jau svaigstate dėl kelių visatų įvairovės, galvojimas apie galimus parametrų rinkinius jums nelabai padės.
Tačiau iš tikrųjų mes kalbėsime apie kelias pirmojo ir antrojo lygių visatas. Galų gale, jei pamiršote, pagrindinis mūsų pokalbio tikslas yra suprasti klausimą, ar fizikos dėsniai yra vienodi visoje visatoje.
Ar visata skirta mums?
Jau įspėjau jus, bet reikia šiek tiek papildomo atsargumo: nors simetrijos leidžia geriau suprasti gamtos paslaptis ir fizikos dėsnių formą, jos nieko nepasako apie konkrečią įtrauktų konstantų reikšmę. šiuose įstatymuose. Mes neketiname „išvados“ apie elektrono masę (bent jau mums nepavyko to padaryti). Galbūt visatoje yra kažkas esminio, kas leis mums išvesti visas fizines konstantas, bet kol kas čiupinėjame tamsoje. Tai reiškia, kad mes nežinome, ar fizinės konstantos buvo būdingos dėsniams nuo pat pradžių, ar jos pasirodė santykinai atsitiktinai – kaip ir temperatūra už lango yra atsitiktinė tam tikrą dieną. Simetrija mums nurodo, kaip parašyti lygtis, tačiau ji tyli apie skaitines kintamųjų reikšmes.
Yra nemažai parametrų, pavyzdžiui, elektrono krūvis, kurie paimami daugiau ar mažiau iš oro. Galbūt šie parametrai skiriasi nuo gigantiškos visatos galo iki galo, o tam tikroms sritims – pavyzdžiui, mūsų stebimai visatai – tiesiog pasisekė, kad jos yra tinkamos sudėtingai gyvybei atsirasti.
Nėra nieko paslaptingo tame, kad atsitiktinai gyvename regione, kuriame fizikos dėsniai yra idealūs žmogaus egzistavimui. Negali būti kitaip! Priešingu atveju tu ir aš neegzistuotume ir nebūtų kam apie tai kalbėti. Tai reiškia, kad dauguma fizikų tikrai nemėgsta antropinio argumento. Daugelis iš mūsų puoselėja viltį, kad kada nors galėsime sukurti visko teoriją, pagrįstą vien pirmaisiais principais.
Ir jei jie nėra įterpti į patį visatos audinį, kiek reikia koreguoti fizikos dėsnius, kad galėtume egzistuoti? Kokie yra mūsų šansai?
Leiskite man numatyti tipišką klausimą apie visatos koregavimą. Kodėl šviesa sklinda 299 792 458 metrų per sekundę greičiu? Kaip jau matėme, trumpas atsakymas yra toks, kad daug prasmingiau paprasčiausiai pasakyti, kad šviesa sklinda vienos šviesos sekundės per sekundę greičiu, ir palikti nuošalyje skaitiklio, kaip istorinio įdomumo, apibrėžimo klausimą.
Kitaip tariant, parametrų reikšmės, išreikštos kai kuriais vienetais, beveik niekada nėra svarbios, nes jos akivaizdžiai priklauso nuo to, kokius vienetus pasirinksite. Pateikiu tai, nes yra keletas būdų, kaip sujungti fizines konstantas, kad visi vienetai atšauktų. Štai, pavyzdžiui, vadinamoji smulkiosios struktūros konstanta (trumpiau – PTS), kuri yra tiesiog skaičius be jokių vienetų.
Kokie tai laiškai? Šioje lygtyje e- elektronų krūvis, Su– žinoma, šviesos greitis ir ћ
– Dirako konstanta, dar žinoma kaip sumažinta Planko konstanta 46
Jei atsainiai paminėsite ją kitame kokteilių vakarėlyje, nepraleiskite progos! – vadink tai „perbraukta pelenais“. Profesionalai iškart supras.
Jis pasirodo visur, kur dalyvauja kvantinė mechanika.
Smulkiosios struktūros konstanta yra maždaug 1⁄137.035 999 08 ir yra viena tiksliausiai apskaičiuotų konstantų fizikos istorijoje. Ir dėl viso šito tikslumo mes neįsivaizduojame, iš kur jis atsirado. Tai neįvyksta su skaičiais grynoje matematikoje. Pavyzdžiui, skaičių p galima išvesti iš pirmųjų principų, net jei niekada gyvenime nematėte apskritimo. Štai kaip tai apibūdina Richardas Feynmanas:
Puikiai žinome, kokius šokius reikia atlikti eksperimentuose, kad šis skaičius būtų išmatuotas labai tiksliai, tačiau nesuprantame, kokius šokius reikia atlikti kompiuteriu, kad gautume šį skaičių – nebent ten slapta jį įvedame!
PTS yra elektromagnetinės sąveikos stiprumo matas ir, kaip galbūt pastebėjote, jis yra daug mažesnis nei vienas. Objektyviu požiūriu elektromagnetinė jėga yra labai silpna. Kita vertus, palyginti su kitomis sąveikomis, elektromagnetizmas yra neįtikėtinai stiprus. Tik pagalvokite apie tai, kad elektrostatinis atstūmimas tarp mūsų sportbačių ir grindų lengvai įveikia visos Žemės gravitacinę trauką!
Mūsų standartiniuose kosmologijos ir dalelių fizikos modeliuose yra mažiausiai 25 skirtingi bedimensiniai ir akivaizdžiai nepriklausomi parametrai. Tarkime, imame ir keičiame tik PTS. Kas nutiks?
Jei PTS būtų, pavyzdžiui, didesnis nei 0,1 (apie 14 kartų didesnis už išmatuotą vertę), tada anglis, taigi ir visi už anglį sunkesni elementai, negalėtų susidaryti žvaigždėse. Tai būtų nelaimė anglies pagrindu veikiančioms gyvybės formoms.
Arba paimkime kitą parametrą – stiprios branduolinės sąveikos stiprumą, tą patį, kurio dėka atomų branduoliai netrupa. Jei stiprios jėgos konstanta būtų padidinta vos keturiais procentais, protonai greitai susijungtų vienas su kitu ir susidarytų helis-2 – izotopas, kuriame visai nėra neutronų. Žvaigždės greitai perdegtų ir gamintų tik inertinį helią – ir nieko įdomaus neatsiras.
Atrodo, kad taip yra su dauguma pagrindinių konstantų. Mes gyvename visatoje, kurioje parametrų santykis yra toks, kad tai užtikrina mūsų egzistavimą. Tai leidžia padaryti tik tris galimas išvadas – ir visos jos nelabai vilioja.
1. Visata buvo sukurta specialiai žmonėms arba sudėtingam gyvenimui apskritai.
2. Visatos parametrai natūraliai išplaukia iš kažkokio dar neatrasto fizikos dėsnio, ir mums tiesiog velniškai pasisekė, kad šis dėsnis leidžia mums egzistuoti.
3. Parametrai multivisatoje skiriasi, ir dėl būtinybės mes gyvename viename iš regionų (galbūt labai retai), kuris gali sudaryti sąlygas gyventi (nes kitaip mūsų nebūtų).
Pirmas variantas tiesiog neturi nieko bendra su fizika, todėl man jis ir nepatinka. Antrasis variantas atrodo teisingas, bet fizikai dar turi atrasti visko teoriją. Tuo tarpu apie tai galima pasakyti labai mažai, todėl antrasis variantas kelia man didelį nepasitenkinimą. Ką galima pasakyti apie trečiąjį variantą?
Užuot klausus, kas būtų, jei pasikeistų PTS (ar bet kuris kitas parametras), galima užduoti klausimą, į kurį atsakys stebėjimai – ar jis apskritai keičiasi – ir tam teks pažvelgti į bedugnę. erdvė.
Jei norime pažvelgti į tai, kaip visata keičiasi kosmologiniu atstumu nuo mūsų, turėsime pradėti stebėti objektus, esančius milijardus šviesmečių nuo mūsų. Laimei, gamta mums parūpino idealius švyturius – kvazarus. Iš esmės kvazarai yra milžiniškos juodosios skylės, kurios sugeria didžiulį kiekį medžiagos. Kai medžiaga patenka į juos beveik šviesos greičiu, ji įkaista ir sukuria pakankamai spinduliuotės, kad būtų matoma tolimuose Visatos kampeliuose.
Erdvė tarp mūsų ir kvazarų užpildyta dujų debesimis, o šios dujos iš dalies sugeria spinduliuotę pakeliui į mus. Debesys sugeria šviesą tik tam tikro bangos ilgio diapazone, o šie bangų ilgiai nustatomi pagal PTS reikšmę. Jei pakeisite PTS, pasikeis ir šis diapazonas.
Nuo 1999 m. Johnas Webbas iš Naujojo Pietų Velso universiteto ir jo bendradarbiai tiria, ar PTS keičiasi laikui bėgant ir atstumui, stebėdami fotonus, kuriuos absorbuoja įvairūs geležies ir magnio jonai labai tolimuose debesyse. Tyrinėdami santykinius absorbuotų fotonų bangos ilgius, mokslininkai gali palyginti PTS kosmologiniais atstumais su tuo, kas gaunama iš laboratorinių matavimų čia, Žemėje.
Rezultatai buvo labai netikėti. Tolimų galaktikų stebėjimų vienoje dangaus srityje duomenys rodo, kad ten PTS yra maždaug šimtas tūkstantosios daugiau nei Žemėje, o kitoje srityje – šimtatūkstantine dalimi mažiau.
Jei šie rezultatai teisingi, jų reikšmė yra didžiulė. Pasirodo, PTS dėl tam tikrų priežasčių skiriasi įvairiose visatos srityse – ir mes neturime pamiršti, kad, visų pirma, mes nežinome, iš kur kyla PTS reikšmė. Tai yra antausis kosmologiniam principui.
Du labai svarbūs faktai. Pirma, net jei šis rezultatas yra teisingas, nuokrypis yra neįprastai mažas. Tai, ką Webbas ir jo kolegos pastebėjo, nė vienas stebimos visatos galas nėra netinkamas žmogaus gyvenimui. Norėdami tai padaryti, turėtume pakilti nepamatuojamai toliau. Antra, dauguma fizikų dar nėra įsitikinę, kad rezultatas yra teisingas. Signalas yra gana silpnas, o daugelis kitų tyrimų grupių to nepatvirtina. Asmeniškai aš kol kas nesiruošiu artintis prie savo vadovėlių su dideliu linijos taisymo buteliu. Jei keičiasi fizikos dėsniai visatoje, tai labai, labai mažai.
Tačiau šiame tepe yra musės. Net jei šis nuokrypis tikrai egzistuoja, jis toks mažas, kad galime įvesti kitą simetriją.
Vertimo simetrija: fizikos dėsniai yra visiškai vienodi visose visatos vietose.
Didelis Visatos struktūros homogeniškumas – bendras vienodumas – rodo arba bent jau rodo, kad visatai yra būdinga transliacinė simetrija.
Nemėgsti fizikos? Jūs tiesiog neskaitėte Dave'o Goldbergo knygų! Ši knyga supažindins jus su viena iš labiausiai intriguojančių šiuolaikinės fizikos temų – pagrindinės simetrijos. Iš tiesų, mūsų nuostabiojoje Visatoje beveik viskas – nuo antimedžiagos ir Higso bozono iki masyvių galaktikų spiečių – susidaro remiantis paslėptomis simetrijomis! Būtent jų dėka šiuolaikiniai mokslininkai daro pačius sensacingiausius atradimus.
Ar įmanoma sukurti įrenginį, skirtą momentiniam informacijos perdavimui? Kas atsitiks, jei Žemė bus įtraukta į juodąją skylę? Ko mokyklos pamokose nemokoma apie laiką ir erdvę? Perskaitykite ir sužinosite atsakymus į šiuos klausimus. Tai suprantama, žavu, gali būti juokinga – taip dabar galvosite apie fiziką.
Mūsų svetainėje galite nemokamai ir be registracijos atsisiųsti Dave'o Goldbergo knygą "Visata galinio vaizdo veidrodyje. Ar Dievas buvo dešiniarankis? Arba paslėpta simetrija, antimedžiaga ir Higso bozonas" fb2, rtf, epub, pdf, txt formatu. formatu, skaitykite knygą internetu arba įsigykite knygą internetinėje parduotuvėje.
Dabartinis puslapis: 1 (iš viso knygoje yra 20 puslapių) [galima skaitymo ištrauka: 12 puslapių]
Dave'as Goldbergas
Visata yra galinio vaizdo veidrodyje. Ar Dievas buvo dešiniarankis? Arba paslėpta simetrija, antimedžiaga ir Higso bozonas
© 2013, Dave'as Goldbergas
© Brodotskaya A. vertimas į rusų kalbą, 2015 m
© AST Publishing House LLC, 2015 m
Knygų apžvalgos
„Visata galinio vaizdo veidrodyje“
Visata galinio vaizdo veidrodyje yra puikus skaitymas visiems, kurie nori suprasti, kodėl mūsų visata tokia sudėtinga ir tokia nuostabi... Goldbergas yra puikus draugas, kuris nuves jus į tikslą – pasigrožėti visatos grožiu.
Matematinės simetrijos suteikia atsakymus į daugelį klausimų, tačiau savo šmaikštioje ir lengvabūdiškoje knygoje Goldbergas pateikia skaitytojui gaires, neapkraudamas matematiniais skaičiavimais. Patarimas: nepraleiskite daugybės išnašų, kupinų aukšto lygio humoro!
Goldbergas turi puikų humoro ir absurdo jausmą – jam puikiai sekasi paaiškinti, kodėl dalykai, kuriuos laikome savaime suprantamais, pavyzdžiui, gravitacinių ir inercinių masių lygybė, iš tikrųjų yra labai keisti ir visai neaiškūs... Ši knyga yra tarsi pasivažinėjimas kalneliais, pastatytas per Tolkieno Moriją.
Oho, kokia įdomi simetrijos tema! Fizikas Dave'as Goldbergas įveda skaitytoją tiesiai į didelių fizikos koncepcijų verpetą, tačiau laivą valdo taip mikliai, kad skaitytojui negresia nuskęsti.
Prasminga, neperkrauta matematikos, be galo žavi knyga apie simetrijos sąvoką fizikoje... Goldbergo knyga nuo pradžios iki galo parašyta prieinamai ir humoristiškai... Autorius savo paaiškinimus dosniai pabarsto nuorodomis į populiariuosius. kultūrą – nuo Doctor Who ir Lewiso Carrollo iki „Angry Birds“ – ir dėl žavingo pateikimo būdo jis supaprastina net pačias sudėtingiausias temas.
Publishers Weekly
Goldbergas apie dešimt fundamentaliausių visatos savybių kalba su nuolatiniu humoru, bet kartu subtiliai, giliai ir suprantamai.
Ši knyga yra įdomus ir įtraukiantis pagrindinių fizikos sąvokų tyrinėjimas, apimantis, be kita ko, istoriją apie vieną iš neapdainuotų fizikos herojų, milžiną, ant kurio pečių stovėjo daugelis fizikų – Emmy Noether!
Dave'as Goldbergas surengia tikrą atrakcionų parką, kuriame yra žavingų įdomybių, mįslingų paradoksų ir subtilaus humoro... Jis puikiai paaiškina skaitytojui, koks yra simetrijos vaidmuo fizikoje, astronomijoje ir matematikoje. Nuostabi istorija apie nuostabią visatą!
Nežiūrėk į šalį! Ši knyga – tikra dovana kiekvienam skaitytojui, kuriam smalsu visi mūsų nuostabios visatos stebuklai. Jei pagrindinės fizikos sąvokos ir dėsniai mokyklose būtų dėstomi taip aiškiai ir smagiai, kaip apie jas savo knygoje pasakoja Dave'as Goldbergas, daug geriau pavyktų pritraukti jaunimą į mokslą.
Priyamvada Natarajan, Jeilio universiteto Moterų fakulteto forumo fizikos ir astronomijos katedrų pirmininkė
Ši knyga yra beveik tokia pat plati, kaip ir joje taip nuostabiai aprašyta fizinė visata. Bet svarbiausia, ko gero, tai, kad Goldbergas išsamiai rašo apie neįvertintus Emmy Noether nuopelnus. Jos teorema, kad kiekvienai simetrijai yra išsaugotas dydis, sujungia daugybę skirtingų fizikos sričių, o Goldbergas paaiškina, kaip ir kodėl.
John Allen Paulos, Temple universiteto matematikos dėstytojas, knygos „Innumeracy“ autorius
Dave'as Goldbergas kalba apie tai, kaip simetrija formuoja visatą taip sumaniai, kad jo knygą malonu skaityti. Jo pasakojimų – nuo „kaonų koano“ ir skruzdžių karalystės iki šurmulio aplink Higso bozoną – neįmanoma nutildyti, o kartu jos yra neįprastai edukacinės.
J. Richard Gott, Prinstono universiteto astrofizikos dėstytojas
Skaityti šią knygą – tarsi klausytis nuostabiausio pasaulyje fizikos mokytojo paskaitos! Goldbergas pasakoja viską, ką norėjote sužinoti apie fiziką, bet nedrąsiai klausėte, pavyzdžiui, ar įmanoma pastatyti Tardis, arba kas nutiktų, jei Žemė būtų įtraukta į juodąją skylę. Privaloma perskaityti visiems, kurie nori suprasti visatos prigimtį – ir tuo pat metu pasijuokti!
Annalee Newitz, redaktorė ir laiko deformacijos lauko operatorė adresu http://i09.com
Skirta Emily, Willa ir Lily – jūs esate mano gyvenimas, meilė ir įkvėpimas
Reikia atsiminti, kad tai, ką mes stebime, yra ne pati gamta, o gamta, pavaldi mūsų klausimo metodui.
Verneris Heisenbergas
Įvadas
Kuriame jums pasakoju, kas ir kaip, todėl geriau neslinkti
Kodėl pasaulyje yra kažkas, o ne nieko? Kodėl ateitis nėra tokia pati kaip praeitis? Kodėl rimtam žmogui kyla tokie klausimai?
Kai kalbate apie mokslo populiarumą, papuolate į savotišką drąsų iniciatoriaus skepticizmą. Skaitote visus šiuos tviterius ir tinklaraščius – ir susidaro įspūdis, kad reliatyvumo teorija yra ne kas kita, kaip tuščias kažkokio bičiulio plepėjimas vakarėlyje, o ne viena sėkmingiausių fizinių teorijų žmonijos istorijoje, kuri atlaikė. visi eksperimentiniai ir stebėjimo bandymai šimtą metų .
Žvelgiant iš netyčia, fizika kažkaip skausmingai perkrauta visokiais dėsniais ir formulėmis. Ar negali būti paprasčiau? Ir patys fizikai dažnai džiaugiasi atskiru savo projektų sudėtingumu. Kai seras Arthuras Eddingtonas prieš šimtą metų buvo paklaustas, ar tiesa, kad tik trys žmonės pasaulyje suprato bendrą Einšteino reliatyvumo teoriją, jis akimirką susimąstė, o paskui atsainiai pastebėjo: „Aš bandau išsiaiškinti, kas yra trečiasis. yra." Šiandien reliatyvumo teorija yra įtraukta į kiekvieno fiziko standartinį arsenalą, jos kasdien moko vakarykštis ir net šiandienos moksleiviai. Taigi laikas atsisakyti arogantiškos minties, kad visatos paslapčių supratimas yra prieinamas tik genialams.
Gilių įžvalgų apie mūsų pasaulio veikimą beveik niekada neatsirado naujos formulės išradimas, nesvarbu, ar būtumėte Edingtonas, ar Einšteinas. Priešingai, proveržiai beveik visada įvyksta tada, kai suprantame, kad anksčiau manėme, kad tai skirtingi dalykai, bet iš tikrųjų tai yra tas pats dalykas. Norėdami suprasti, kaip viskas veikia, turite suprasti simetriją.
Didysis XX amžiaus fizikas, Nobelio premijos laureatas Richardas Feynmanas fizikos pasaulį palygino su šachmatų žaidimu. Šachmatai yra žaidimas, kupinas simetrijos. Pasukite lentą pusę apsisukimo ir ji atrodys lygiai taip pat, kaip ir pradėjus. Vienoje pusėje esančios figūros, išskyrus spalvą, yra beveik tobulas kitoje pusėje esančių figūrų veidrodinis vaizdas. Net žaidimo taisyklės turi simetriją. Štai kaip tai apibūdina Feynmanas:
Pagal taisykles vyskupas šachmatų lentoje juda tik įstrižai. Galime daryti išvadą, kad ir kiek judesių praeitų, tam tikras vyskupas visada liks baltame kvadrate... Ir taip bus, ir gana ilgai – bet staiga atrandame, kad vyskupas atsidūrė juodajame kvadrate. (iš tikrųjų taip ir atsitiko: šį kartą vyskupas buvo suvalgytas, bet vienas iš pėstininkų pasiekė paskutinę eilę ir tapo vyskupu juodame kvadrate). Tas pats su fizika. Turime 1 Geriau, nei skaityti „Feynmano fizikos paskaitas“ yra tiesiog jų klausytis. Citata paimta iš paskaitos, kurią Feynmanas skaitė Kalifornijos technologijos institute, garso įrašo. Tiesą sakant, jis ketino skaityti paskaitas pirmakursiams, bet semestro pabaigoje visas vietas, matyt, užėmė kolegos.
yra dėsnis, kuris galioja visuotinai ilgai, ilgai, net kai negalime sekti visų smulkmenų, o tada ateina momentas, kai galime atrasti naują dėsnį.
Pažiūrėkite žaidimą dar kelis kartus ir staiga išauš, kad vyskupas lieka tos pačios spalvos langeliuose būtent todėl, kad juda tik įstrižai. Paprastai galioja spalvų išsaugojimo dėsnis, tačiau gilesnis įstatymas reikalauja gilesnio paaiškinimo.
Simetrija gamtoje atsiranda beveik visur – net jei ji nepastebima ar net akivaizdi ir banali. Drugelio sparnai puikiai atspindi vienas kitą. Jų funkcijos identiškos, bet man tikrai būtų gaila vargšo drugelio su dviem kairiaisiais ar dviem dešiniais sparnais - jis bejėgiškai skristų ratu. Simetrija ir asimetrija gamtoje, kaip taisyklė, yra priversti konkuruoti tarpusavyje. Galiausiai simetrija yra įrankis, kuriuo mes ne tik formuluojame dėsnius, bet ir suprantame, kodėl jie veikia.
Tarkime, erdvė ir laikas nėra tokie skirtingi, kaip gali atrodyti. Jie yra kaip dešinysis ir kairysis drugelio sparnai. Jų panašumas sudarė specialiosios reliatyvumo teorijos pagrindą ir sukūrė garsiausią formulę visoje fizikoje. Matyt, fizikos dėsniai laikui bėgant nesikeičia – ši simetrija leidžia daryti išvadą, kad energija yra tausojama. Ir tai taip pat gerai: energijos taupymo dėka mūsų milžiniška baterija - Saulė - sugeba aprūpinti visą gyvybę Žemėje.
Daugeliui iš mūsų (gerai, fizikai) simetrijos dėsniai, aptikti tyrinėjant fizinę visatą, yra tokie pat gražūs kaip deimanto, snaigės simetrija ar idealizuota idealiai simetriško žmogaus veido estetika.
Matematikas Marcusas du Sautoy apie tai gražiai rašo:
Tik stipriausi, sveikiausi augalai turi energijos rezervą, leidžiantį išlaikyti pusiausvyrą kuriant formą. Simetriška gėlė yra pranašesnė už asimetrinę, o tai atsispindi tuo, kad ji gamina daugiau nektaro ir šiame nektare yra didesnis cukraus kiekis. Simetrijos skonis saldus.
Iššūkiai, kuriuos mums kelia simetrija, yra neįtikėtinai malonūs mūsų protui. Amerikietiški kryžiažodžiai, kaip taisyklė, yra juodų ir baltų kvadratų raštas, kuris nesikeičia, jei visą paveikslą pasukate pusę apsisukimo arba žiūrite į jį veidrodyje. Daugelis tapybos ir architektūros šedevrų pastatyti ant simetrijos – piramidės, Eifelio bokštas, Tadžmahalas.
Verta paieškoti savo mintyse ir tikriausiai prisiminsite penkis platoniškus kietuosius elementus. Yra tik penki taisyklingi daugiakampiai su vienodais paviršiais: tetraedras (keturi veidai), kubas (šešis), oktaedras (aštuoni), dodekaedras (dvylika) ir ikosaedras (dvidešimt). Kai kurie mokslo vėplai, kaip aš, su meile žiūrės į vaikystę ir supras, kad būtent taip atrodė Dungeons & Dragons rinkinio kauliukai.
2 pabodę juodi diržų laikikliai parodys tai, ką pamiršau paminėti
dešimtapusis štampas. Taigi, žinokite, kad dekaedras nėra platoniška kieta medžiaga. Jis priklauso antibipiramidžių klasei ir taip pat vadinamas penkiakampiu trapecoedru.
Kartais kasdieniame pokalbyje žodis „simetrija“ tiesiog reiškia, kaip dalykai „sutampa“ arba „atspindi“ vienas kitą, tačiau iš tikrųjų ši sąvoka tikrai turi tikslų apibrėžimą. Formuluotė, kuria remsimės šios knygos puslapiuose, priklauso matematikui Hermannui Weylui:
Objektas vadinamas simetrišku, jei galite jam ką nors padaryti, o po to jis atrodys taip pat, kaip anksčiau.
Apsvarstykite lygiakraštį trikampį. Su šiuo trikampiu galite daryti ką norite – ir jis vis tiek išliks toks pat, kaip ir anksčiau. Galite pasukti trečdalį apsisukimo ir atrodys taip pat. Arba galite pažiūrėti į veidrodį – ir atspindys bus lygiai toks pat, kaip ir originalo.
Lygiakraštis trikampis
Apskritimas yra tobulas simetriškas objektas. Skirtingai nuo trikampių, kurie atrodo taip pat, jei pasukate juos tam tikru kampu, apskritimą galima pasukti taip, kaip norite, ir jis išliks toks pat. Nenorėčiau aiškinti to, kas akivaizdu, bet ratas veikia būtent tokiu principu.
Dar gerokai prieš tai, kai supratome, kaip planetos juda, Aristotelis pasiūlė, kad jų orbitos būtų apskritos, būtent dėl to, kad apskritimas yra simetriškos formos „tobulumas“. Aristotelis klydo – ir nenuostabu: jis klydo beveik viskuo, kas susiję su fiziniu pasauliu.
Didelė pagunda pasinerti į saldų pasitenkinimą savimi, tyčiojantis iš senolių, tačiau Aristotelis buvo teisus dėl vieno labai svarbaus dalyko. Nors planetos iš tikrųjų skrieja aplink Saulę elipsėmis, jas link Saulės traukianti gravitacinė jėga visomis kryptimis yra vienoda. Gravitacija yra simetriška. Remdamasis šia prielaida ir išradingu supratimu, kaip gravitacija silpnėja didėjant atstumui, seras Izaokas Niutonas teisingai padarė išvadą apie planetų judėjimą. Iš dalies dėl to jūs taip gerai žinote šį pavadinimą, nors tam yra daug priežasčių. Formos, kurios neatrodo beveik tokios tobulos kaip apskritimas – elipsinės planetų orbitos – yra daug gilesnės simetrijos pasekmė.
Simetrijos nurodo tikruosius gamtos principus. Niekas negalėjo suprasti, kaip veikia paveldimumas, kol Rosalind Franklin nepadarė DNR rentgeno spindulių, kurie leido Jamesui Watsonui ir Francisui Crickui atrasti dvigubą spiralinę struktūrą. Ir ši struktūra, susidedanti iš dviejų vienas kitą papildančių spiralinių gijų, leido suprasti kopijavimo ir paveldėjimo metodą.
DNR dviguba spiralė
Jei judate visiškai nepriklausančių mokslinių sraigtų ratais, tikriausiai girdėjote, kad vienas iš jų tą ar kitą teoriją vadina „natūralia“ arba „gražia“. Paprastai tai reiškia, kad prielaida, kuria grindžiama teorija, yra tokia paprasta, kad ji tiesiog turi būti teisinga. Kitaip tariant, pradedant nuo labai paprastos taisyklės, galite apibūdinti visokias sudėtingas sistemas, tokias kaip gravitacija aplink juodąsias skyles arba pagrindiniai gamtos dėsniai.
Tai knyga apie simetriją, kaip ji pasireiškia gamtoje, kaip ji vadovaujasi mūsų intuicija ir kaip ji pasirodo ten, kur to nesitiki. Nobelio premijos laureatas Philas Andersonas tai išreiškė glausčiausiai:
Galima sakyti, kad fizika yra simetrijos tyrimas.
Kartais simetrija yra tokia akivaizdi, kad atrodo visiškai banali, bet sukelia neįtikėtinai priešingų rezultatų. Kai važiuojate kalneliais, kūnas negali atskirti, ar jį į sėdynę spaudžia gravitacija, ar vežimėlio pagreitis: jaučiasi taip pat. Kai Einšteinas pasiūlė, kad „jaučiasi vienodai“ reiškia „yra tas pats“, jis išvedė gravitacijos veikimo dėsnius, kurie vėliau paskatino juodųjų skylių egzistavimo hipotezę.
Arba, tarkime, tai, kad dvi to paties tipo dalelės gali būti sukeistos, neišvengiamai veda prie mūsų Saulės likimo supratimo ir paslaptingo Paulio išskyrimo principo, o galiausiai ir prie neutroninių žvaigždžių funkcionavimo ir visos pasaulio chemijos. .
Kita vertus, laiko eiga atrodo taip pat akivaizdžiai asimetriška. Praeitis skiriasi nuo ateities, tai tikrai. Tačiau, kaip bebūtų keista, fizikos dėsniai nieko nežino apie laiko ašį – jie pamiršo apie tai pasakyti. Mikroskopiniu lygmeniu beveik bet koks galimas eksperimentas vyksta abiem kryptimis nepaprastai gerai.
Lengva pasiduoti norui apibendrinti ir manyti, kad viskas pasaulyje yra simetriška. Aš, skaitytojau, nesu tavęs pažįstamas, todėl esu pasirengęs daryti pačias įžeidžiančias prielaidas. Ar vidurinėje mokykloje ar koledže bent kartą dalyvavote verčiančiame pokalbyje tema „O jeigu, vaikinai, mūsų visata yra tik atomas kokioje nors didžiulėje, milžiniškoje visatoje?
Ar nuo to laiko tau pavyko užaugti? Pripažinkite, jūs puikiai žinote, apie ką yra filmas „Vyrai juodais drabužiais“, ir su malonumu prisimenate, kaip vaikystėje skaitėte „Dramblys Hortonas ką nors girdi“, bet net ir dabar negalite susimąstyti, ar nėra. t miniatiūrinė visata kažkur, kuri yra toli už mūsų suvokimo ribų.
Ne, mano drauge, atsakymas yra ne – bet čia turėtume užduoti šiek tiek gilesnį klausimą: kodėl?
Jei ką nors galima padidinti arba sumažinti jo nekeičiant, tada mes turime tam tikrą simetriją. Tie, kurie skaitėte Guliverį, tikriausiai prisimins, kad vos tik susitikome su liliputais, liliputai visais matmenimis yra dvylika kartų mažesni už Guliverį. Padauginti ir padalyti iš dešimties yra daug lengviau, todėl paprastumo dėlei nusprendžiau viską suapvalinti ir supaprastinti. Tu neprivalai man dėkoti.
Džonatanas Sviftas pradeda ilgą, išsamią diskusiją apie viską, kas išplaukia iš ūgio skirtumo tarp Guliverio ir liliputų, o vėliau tarp Guliverio ir Brobdingnagio milžinų. Čia Swift aiškiai persistengė – jis rašo viso pasaulio dydžių santykį, nuo žingsnio ilgio iki vietinių gyvūnų, kurių Guliveriui reikėjo, kad užtektų.
Tačiau jau Svifto laikais niekas neabejojo, kad tokių šalių ir tautų egzistavimas (apie kalbančius arklius apskritai tyliu) prieštarauja fizikos dėsniams. Prieš šimtmetį Galilėjus Galilėjus parašė „Du naujus mokslus“, kuriame tyrinėjo milžinų egzistavimo galimybę moksliniu požiūriu. Po ilgų svarstymų jis padarė išvadą, kad prielaida klaidinga – taip iš ateities kartų atimama galimybė linksmintis. Bėda ta, kad kaulas, padvigubėjęs, pasunkėja aštuonis kartus, o jo paviršius padidėja tik keturis kartus. Taigi jis sulūžs, neatlaikęs savo svorio. Štai kaip apie tai rašo pats Galilėjus:
Dviejų šimtų uolekčių aukščio ąžuolas negalėtų išlaikyti savo šakų, jei jos būtų paskirstytos taip pat, kaip ant paprasto aukščio medžio; ir gamta negali pagaminti dvidešimt kartų didesnio žirgo už paprastą arklį ar milžino, dešimt kartų didesnio už paprastą žmogų, nebent per stebuklą arba labai pakeitus jo kūno proporcijas, ypač kaulus, kurie turi būti labai dideli. padidintas nuo įprasto.
4 Švelniai tariant, vertas savo laiko ir talentų panaudojimas.
Todėl mažas šuo kartais gali ant nugaros neštis du ar tris savo dydžio šunis, bet manau, kad arklys negali nešti net vieno tokio pat dydžio arklio.
Štai kodėl Žmogus-voras yra taip prastai suprojektuotas. Jis niekaip negalėjo turėti proporcingai padidėjusios voro jėgos. Priešingu atveju jis būtų taip masiškai pastatytas, kad jo net nereikėtų spausti. Gravitacija viską padarytų pati. Kaip rašo biologas J. B. S. Haldane'as savo esė „Apie tinkamą dydį“:
5 Jau seniai įrodyta, kad jei pakankamai ilgai kalbėsitės su mokslininku, jis viską sugadins, įsigilinęs į esmę. Štai kodėl mums taip dažnai lemta vienišų vakarų.
Štai kodėl vabzdys nebijo gravitacijos – gali nukristi ir likti nepažeistas, stebėtinai mažomis pastangomis gali prilipti prie lubų... Tačiau pasaulyje egzistuoja jėga, kurios vabzdys bijo lygiai taip pat, kaip žinduolis – gravitacijos. . Tai paviršiaus įtampa... Vabzdžiui, nusprendusiam išgerti, gresia toks pat pavojus, kaip ir žmogui, pakibusiam ant bedugnės krašto, ieškant maisto. Kai vabzdys pateks į vandens paviršiaus įtempimą – tai yra tiesiog sušlaps – jis greičiausiai nebegalės išeiti ir nuskęs.
Tiesą sakant, problema yra daug gilesnė nei milžiniškų kaulų atsparumas tempimui ir proporcingas vabzdžių stiprumas. Visus objektus, prilygstamus žmogaus dydžiui, iš pažiūros galima proporcingai sumažinti ir padidinti be didelės žalos – šešių metrų robotas žudikas, matyt, su lygiai tokiu pat įrenginiu kaip ir jo trijų metrų modelis, veiks dvigubai geriau – bet jei pereiti prie atomų ir molekulių skalės, visos prognozės nustoja pasiteisinusios. Atomų pasaulis yra ir kvantinės mechanikos pasaulis, o tai reiškia, kad mūsų makroskopinės egzistencijos konkretumą staiga pakeičia netikrumas.
Kitaip tariant, pats mastelio keitimo veiksmas neturi nieko bendra su gamtos simetrija. Kosminio galaktikų tinklo žemėlapis iš tiesų atrodo kaip neuronų paveikslas, bet tai nėra kažkokia didelė visuotinė simetrija. Tai sutapimas. Galėčiau ir toliau aprašyti skirtingus simetrijos atvejus vieną po kito, bet tikiuosi, kad apskritai paaiškinau, kas yra kas. Vieni pokyčiai svarbūs, kiti – ne. Šioje knygoje nusprendžiau laikytis tokio požiūrio: kiekvieną skyrių skirti atskiram klausimui, į kurį, kaip vėliau paaiškėja, yra atsakymas, nors ir netiesioginis, o jį duoda esminės visatos simetrijos.
Kita vertus, net dešinė žmogaus ranka skiriasi nuo kairiosios. Viena iš pagrindinių paslapčių, apie kurias galvoja žmonės, yra ta, kad tam tikra prasme visata nėra simetriška. Jūsų širdis yra kairėje krūtinės pusėje, ateitis nėra tokia pati kaip praeitis, jūs esate sudarytas iš materijos, o ne iš antimedžiagos. Taigi ši knyga taip pat yra knyga apie pažeistą ir netobulą simetriją, galbūt net daugiau nei apie idealią simetriją. Populiari išmintis sako, kad persiškas kilimas yra tobulas savo netobulumu ir idealus savo netobulumu. Tikrų, tradicinių kilimėlių raštai yra šiek tiek nukrypę, o simetrijos pažeidimas suteikia visam kūriniui daugiau asmeniškumo. Tas pats vyksta ir su gamtos dėsniais – ir tai puiku: tobulai simetriška visata būtų siaubingai nuobodi. Tačiau mūsų visatos negalima pavadinti nuobodžia.
Visata, kurią matome galinio vaizdo veidrodyje, yra arčiau nei atrodo, ir tai viską pakeičia. Tačiau nežiūrėkime atgal – vykstame į ilgą kelionę po visatą. Ir simetrija bus mūsų vadovas, bet kai ji bus pažeista, turėsime apie ką rašyti namo.
Pirmas skyrius. Antimedžiaga
Iš to mes sužinome, kodėl pasaulyje yra kažkas, o ne niekas
Žiūrėti mokslinės fantastikos filmus tikintis sužinoti ką nors naujo apie mokslą paprastai yra beprasmiška idėja. Be kita ko, gausite labai iškreiptą idėją, pavyzdžiui, kaip kosmose riaumoja sprogimai (jie tyli), kaip lengva pasiekti superluminal greitį (bet jokiu būdu), kiek angliškai kalbančių ir ne visai humanoidinių. , bet vis tiek velniškai patrauklūs ateiviai yra kosmose (visi jie vedę). Tačiau visokie „Žvaigždžių karai“ ir „Žvaigždžių keliai“ įskiepijo mums vieną labai teisingą mintį: su antimedžiaga nereikia juokauti.
Antimedžiaga turi tokią nuostabią galią, kad tiesiog neįmanoma atsispirti pagundai, o jei mokslinės fantastikos rašytojas nori į savo užpilą įtraukti „tikrosios fizikos“, jis beveik visada pasiekia žiupsnelį antimedžiagos: ji priaugs svorio. skaitytojai. Erdvėlaivio Enterprise variklis veikė materijos ir antimedžiagos sąveikoje. Isaacas Asimovas suteikė savo robotams pozitronines smegenis ir pavertė pozitroną, antimedžiagos dalelę, mokslinės fantastikos MacGuffin.
Netgi Dano Browno knygoje „Angelai ir demonai“ – knygoje, kuri vargu ar priskiriama tikra mokslinei fantastikai, antimedžiaga tarnauja kaip pragariška mašina. Piktadariai pavagia pusę gramo antimedžiagos – ir šio kiekio pakanka, kad sukeltų sprogimą, kurio galia prilygsta pirmųjų branduolinių bombų galiai. Neskaitant to, kad Danas Brownas klydo savo aritmetiniuose skaičiavimuose du kartus, jis visiškai neteisingai suprato, kas iš tikrųjų vyksta dalelių greitintuve, ir maždaug trilijoną kartų praleido ribą, kai įvertino, kiek antimedžiagos gali būti sukaupta. vežamas, su jo moksline dalimi Viskas gerai.
Pasirodo, nuolat susiduriame su antimedžiaga – bet visiškai neteisingai suprantame, kas tai yra. Ši medžiaga jokiu būdu nėra tas nesustabdomas žudikas, kuriuo įpratote nepasitikėti tiek metų. Jei antimedžiaga nėra sutrikdyta, ji elgiasi gana taikiai. Antimedžiaga yra lygiai taip pat, kaip įprasta medžiaga, kurią žinote ir mėgstate – pavyzdžiui, jos masė yra tokia pati – ji yra kaip tik priešinga: priešingas krūvis ir priešingas pavadinimas. Jis kvepia keptu tik tuo atveju, jei sumaišysite antimedžiagą su įprasta medžiaga.
6 Scenarijaus rašte MacGuffin yra tam tikras objektas, aplink kurį kuriamas siužetas – pavyzdžiui, Gralis Artūro cikle arba dvylika kėdžių Ilfo ir Petrovo „Dvylikoje kėdžių“. – apytiksliai vertimas
7 Kai antimedžiaga eina „Bang-Bang“, toks pat medžiagos kiekis išnyksta. Brownas, matyt, apie tai pamiršo.
Antimedžiaga ne tik nėra egzotiškesnė už paprastą medžiagą, bet ir atrodo bei elgiasi lygiai taip pat beveik visose svarbiose situacijose. Jei visos visatos dalelės staiga būtų pakeistos jų antiversija, nieko nepastebėtumėte. Paprasčiau tariant, taip pat yra simetrija, kaip fizikos dėsniai traktuoja medžiagą ir antimateriją, tačiau jie turėtų šiek tiek skirtis: juk jūs ir visi, kuriuos pažįstate, esate pagaminti ne iš antimedžiagos, o iš paprastos materijos.
Mums patinka manyti, kad atsitiktinumų nebūna, kad yra kažkokia pasaulinė priežastis, kodėl šiuo metu nesėdi kambaryje, kuriame pilna antižmonių. Norėdami išsiaiškinti, kas čia vyksta, eisime giliau į praeitį.
Nagi, anti-žmonės, iš kur aš atsiradau?
Paaiškinti, iš kur kažkas ateina, gali būti sunku. Ne visada viską galima tiksliai priskirti radioaktyvaus voro įkandimui, gimtosios planetos sprogimui ar net lavono atgimimui (dėl mokslo, supranti). Mūsų pačių atsiradimo istorija yra sudėtinga, tačiau jums bus malonu žinoti, kad mes (kaip ir Hulkas) galiausiai esame gama spinduliuotės poveikio rezultatas. Tai ilga istorija.
Fizika dar negali atsakyti net į klausimą, iš kur atsirado pati visata, tačiau galime daug pasakyti apie tai, kas įvyko po to. Rizikuodami sukelti egzistencinę krizę, galime bent pabandyti atsakyti į vieną iš didžiųjų filosofijos klausimų, tikrą didelį šūvį jos panteone: „Kodėl pasaulyje yra kažkas, o ne niekas?
Klausimas nėra toks kvailas, kaip gali atrodyti. Remiantis viskuo, ką matome laboratorijoje, jūs neturėtumėte egzistuoti. Nieko asmeniško. Aš taip pat neturėčiau egzistuoti, taip pat neturėtų egzistuoti Saulė, Paukščių Tako galaktika ar filmas „Saulėlydis“ (dėl daugybės priežasčių).
Norėdami suprasti, kodėl jūs neturėtumėte egzistuoti, turime pažvelgti į veidrodines visatas, antimaterijos visatas ir savo visatą mažiausiu mastu. Skirtumas tarp materijos ir antimaterijos išryškėja tik esant mažiausiam mastu, ir net tada jis toli gražu nėra akivaizdus.
Visata mažiausiu mastu yra visiškai kitokia. Viskas, ką matome, yra sudaryta iš molekulių, kurių mažiausios yra maždaug milijoninės milimetro dalies dydžio. Jei palyginsime tai su žmogaus masto reikšmėmis, tai žmogaus plaukas yra maždaug šimto tūkstančių molekulių storio. Taip, molekulės yra labai mažos, bet kad ir kokios mažos jos būtų, jos susideda iš dar mažesnių dalelių. Ir tai taip pat yra gerai – jei mums įdomu rasti bent kažkiek tvarką pasaulyje. Karališkosios chemijos draugijos duomenimis, žinome apie 20 milijonų skirtingų molekulių tipų, o nauji junginiai atrandami taip dažnai, kad neverta net bandyti pateikti tikslaus skaičiaus. Jei nesuprastume, kad molekulės yra sudarytos iš kažko dar mažesnio, būtume įstrigę jų sąraše.
8 Tikiuosi, nepraleidote įžangos. Ten yra daug gerų dalykų.
9 Ernestas Rutherfordas, kuris, atvirai kalbant, daugiau nei kiti nuveikė aiškindamas materijos sandarą, nevyniodamas žodžių pareiškė: „Visi mokslai skirstomi į. Mažiau nei dešimties milijardųjų metro dalių skalėje pradedame skirti atskirus atomus. Žinome tik 118 cheminių elementų, o daugumos jų gamtoje apskritai nėra arba randama tik nedideliais kiekiais.
Tai, ką matome makroskopinėje skalėje, visiškai nepadeda pasiruošti tam, ką mes susiduriame, kai pasiekiame atskirų atomų dydį, nes tada pradeda veikti kvantinė mechanika. Apie kvantinę tikrovės prigimtį dar nekalbėsiu, pasakysiu tik vieną dalyką: ten viešpatauja nemalonus netikrumas. Kol kas galite į tai nekreipti dėmesio, bet kiek vėliau teks patekti į šią pelkę iki ausų.
Net jei tiksliai nežinote, kas yra atomai, vis tiek galite iš jų pasinaudoti. Būtent tai XIX amžiuje atrado rusų chemikas Dmitrijus Mendelejevas. Greičiausiai esate susipažinę su pagrindiniu jo laimėjimu, jei bent kartą gyvenime užklydote į mokyklos chemijos ar fizikos kabinetą. Mendelejevas išrado periodinę lentelę.
Tai ne tik ilgas sąrašas. Mendelejevas įrodė, kad kiekvienos lentelės stulpelio elementai turi labai panašias chemines savybes. Pavyzdžiui, varis, gyvūnų fizika ir pašto ženklų kolekcionavimas. Kaip jam turėjo būti gėda 1908 m. gauti Nobelio chemijos premiją!
10 Mendelejevas yra pirmasis iš daugelio šios knygos herojų, iš kurio praktiškai buvo atimta Nobelio premija. Jo atveju chemijos premijos 1907 m. jis negavo dėl politinių intrigų – nepaisant to, kad periodinė lentelė yra visos šiuolaikinės chemijos ir atominės fizikos pagrindas.
loto ir sidabras yra toje pačioje stulpelyje, ir visi jie yra labai didelio laidumo metalai. Užpildydamas tuščias vietas, Mendelejevas sugebėjo nuspėti elementų savybes dar prieš juos aptinkant laboratorijoje!
Pati mintis, kad atomai sudaro nematomą materijos pagrindą, buvo suformuluota jau prieš pustrečio tūkstančio metų, nors ir gana primityvia forma. Leukipas, Demokritas ir senovės graikų atomistai išreiškė šią mintį V amžiuje prieš Kristų. e., ir galime nesunkiai daryti prielaidą, kad praleidome pastaruosius du tūkstančius metų, kad ji pagaliau mus pasiektų. Asmeniškai manau, kad senoliai turi per daug garbės.
Apskritai pirmieji atomistai tik sakė, kad materijos skaidyti be galo neįmanoma. Jie neįsivaizdavo, kokie yra maži atomai, kokia jų sandara, ar kad juos galima toliau skaidyti (nors žodis „atomas“ pažodžiui reiškia „nedalomas“).
Mes tik pradėjome ką nors suprasti apie tai, kas yra atomai, per pastaruosius du šimtus metų, o tai baigėsi nuostabia Einšteino Brauno judėjimo analize 1905 m. Prieš 80 metų botanikas Robertas Brownas mikroskopu ištyrė skystyje maišytas žiedadulkes. Brownas pažymėjo, kad nesvarbu, kiek jis laukė, kol vaizdas nusiramins, žiedadulkių dalelės ir toliau siautėjo atsitiktinai.
Einšteinas teisingai manė, kad atskiros molekulės nuolat atsitiktinai stumia žiedadulkių daleles skirtingomis kryptimis – ir iš to jis galėjo padaryti išvadą, kad atomai egzistuoja tikrovėje, ir netgi įvertinti jų dydį.
Įtikinamų įrodymų, kad atomai turi egzistuoti, būtų buvę daugiau nei pakankamai, kad Einšteinas taptų vienu didžiausių XX amžiaus mokslininkų, tačiau manoma, kad tai tik trečias pagal svarbą jo atradimas per vienerius metus. Įvyko tikras stebuklas; ko gero, dar niekada istorijoje nebuvo nutikę, kad genialūs atradimai sektų vienas po kito tokiu dažnumu, ir ne veltui 1905-ieji Einšteino biografijoje vadinami „Nuostabiaisiais metais“ – būtent tada buvo sukurtas serialas. buvo paskelbta straipsnių, kuriuose mokslininkas ne tik įrodė, kad atomai egzistuoja, bet ir įrodė, kad šviesa susideda iš dalelių (už ką 1921 m. gavo Nobelio premiją), taip pat pristatė mokslo bendruomenei smulkmeną, vadinamą „teorija reliatyvumas“, kurio dėka jūs greičiausiai jį žinote Vardas.
