Примечания книги Простая сложная Вселенная. Автор книги Кристоф Гальфар

1

Может показаться, что темной ночью на небе видны миллионы звезд, на самом деле, человеческий глаз в состоянии различить лишь несколько сотен в городе и 4000–6000 звезд на природе, вдали от светового загрязнения неба.

2

Вам, наверное, известно, но позвольте мне уточнить для верности, что в уравнении E = mc² E обозначает энергию, m – массу, а с – скорость света. Таким образом, единственное в книге уравнение буквально означает, что можно превратить массу в энергию, а энергию – в массу.

3

В 2013 году один из метеорологических спутников НАСА зарегистрировал в Антарктиде температуру –94,7 °C – самую низкую за все времена на Земле. Там в космосе, где вы находитесь сейчас, было бы гораздо холоднее.

4

Межпланетная станция НАСА New Horizons достигла Плутона в июле 2015 года, чтобы впервые в истории изучить его в непосредственной близости. Станция обнаружила необычные особенности, увидеть которые никто не ожидал, включая загадочные признаки сравнительно недавней поверхностной активности.

5

Самым удаленным от Земли объектом, созданным человеком, является космический зонд НАСА «Вояджер-1». Запущенный в 1977 году, он достиг внешней границы Солнечной системы в 2013 году. Он до сих пор продолжает передавать на Землю данные и способен реагировать на новые команды. Запас его батарей рассчитан приблизительно до 2025 года. По состоянию на 2016 год посылаемому с «Вояджера-1» сигналу требуется 18 часов 40 минут, чтобы со скоростью света достигнуть Земли. В будущем это займет больше времени, так как зонд по-прежнему продолжает удаляться от Земли. Обновленные данные о его местонахождении можно найти на www.voyager.jpl.nasa.gov.

6

В российской науке больше употребим термин «обитаемая зона» или «зона жизни». – Прим. пер.

7

Для читающих эти строки коллег-ученых: на начальном этапе книги я умолчал о так называемых гравитационных волнах.

8

Для любителей истории: Стрелец A* впервые был обнаружен с помощью радиотелескопа в феврале 1974 года американскими астрономами Брюсом Баликом и Робертом Брауном.

9

Хотя наше существование может сделать его таким.

10

Даже если у вас очень острое зрение и вы знаете, куда именно смотреть.

11

Некоторые из ученых все-таки задумывались о такой возможности, и первым, кажется, можно назвать английского астронома и математика XVIII века Томаса Райта. Спустя несколько лет эту идею подробно развил немецкий философ Иммануил Кант.

12

Я написал здесь «другие разумные существа», но, как часто шутит (или не шутит) английский физик-теоретик и космолог Стивен Хокинг: «Мы до сих пор в поиске доказательств существования разума здесь, на Земле».

13

Уран и Нептун были обнаружены позже. Кстати, благодаря формуле Ньютона.

14

Включая Уран и Нептун.

15

На самом деле, последние исследования, кажется, доказывают, что наши глаза на самом деле воспринимают некоторые – обычно невидимые – инфракрасные волны. Но зачем они нужны нашему мозгу, остается пока неясным…

16

Металлы испускают электроны только тогда, когда они освещаются «правильным» светом. Это называется фотоэлектрическим эффектом. Объяснение включает в себя только что описанное мной (электроны могут передвигаться только с одной орбитали – энергетического уровня – на другую, поднимаясь или спускаясь) и тот факт, что свет можно описать как небольшие порции энергии вроде частиц. Вы еще услышите подробнее об этом аспекте света чуть позже. А пока мы здесь, позвольте добавить, что Эйнштейн заслужил по крайней мере еще две Нобелевские премии, но получил только эту.

17

Точности ради, это спектр поглощения. Спектр, показывающий, какой свет испускается, а не поглощается веществом (как в случае нашего атома), называется эмиссионным спектром (а также спектром излучения или испускания).

18

Помните, первый космологический принцип состоит в том, что законы природы – какими бы они ни были – одинаковы везде.

19

О трех других фундаментальных взаимодействиях вы узнаете очень скоро, в третьей части.

20

«Легче» в этой главе следует понимать как «менее плотный».

21

Скорость выстрела из любой винтовки гораздо ниже, так что пули всегда падают на землю, даже если стрелять в небо. Так что и не пытайтесь. Скорость 40 320 километров в час называется скоростью убегания, или второй космической скоростью Земли. Для сравнения: та же скорость для Солнца составляет около 2,2 миллиона километров в час, в то время как напоминающая резиновую утку комета, на которую высадился космический зонд Philae Европейского космического агентства в 2014 году, имеет скорость убегания всего 5,4 километра в час. Чтобы спрыгнуть с нее, достаточно будет приложить небольшое усилие.

22

Луна, конечно, также притягивает и все остальное, в том числе и твердую кору нашей планеты, нас, чашки и ложки, но они являются твердыми (и/или меньшими по размеру) веществами, поэтому эффект менее заметен.

23

На самом деле, она находится гораздо дальше, потому что Вселенная продолжала расширяться с тех пор, как ее покинул дошедший до нас сейчас свет. Физики подсчитали, что это расстояние сейчас составляет около 46 миллиардов световых лет.

24

В случае если вам интересно: через миллиард лет эта поверхность все еще останется такой же, но будет гораздо дальше, а следовательно, станет излучать менее интенсивный свет. А через сотни миллиардов лет ее вообще больше не будет видно. Так что однажды в весьма отдаленном будущем наши потомки даже окажутся не в состоянии доказать, что наша Вселенная началась с Большого взрыва…

25

Теперь вам также могло стать интересно, почему поверхность последнего рассеяния называется таким образом. Когда свет (или, скажем, фотон) попадает на электрон, он «рассеивается». До возникновения стены свет рассеивался по материи все время. Материя была настолько плотной, что рассеяние происходило непрерывно и фотоны вообще не могли передвигаться. Отсюда светонепроницаемость Вселенной. Но Вселенная расширилась и стала менее плотной. Настолько, что в один прекрасный день свет смог беспрепятственно распространяться по ней. Именно тогда рассеянный в последний раз свет, образовав поверхность последнего рассеяния, появился в нашем прошлом. В виде вашей стены. Это свет того самого момента, свет, который мы до сих пор получаем сегодня, который обнаружили Пензиас и Уилсон, после того как он пропутешествовал 13,8 миллиарда лет.

26

Релятивистское сокращение длины движущегося тела или масштаба называется также лоренцевым или фицджеральдовым сокращением. Прим. пер.

27

Точнее, при таких сверхскоростях уравнение Эйнштейна нуждается в некоторой корректировке (и именно Эйнштейн ее и внес), но принципиально идея остается той же.

28

Нельзя достичь массы горы, но это именно то, что происходит с разогнанными частицами в ускорителях элементарных частиц по всему миру: вместо достижения скорости света они набирают массу.

29

Хотя нужно учитывать поправки на красное смещение, вызванное расширением Вселенной. Получаемые нами из космоса изображения растянуты из-за расширения Вселенной, но они не устарели.

30

Но вернуться не удастся. Так что, если представится такая возможность, семь раз подумайте, прежде чем подписываться на такое путешествие.

31

И вы узнаете об одной такой технологии через две главы.

32

«Стремительно движущийся» в данном контексте может даже означать «релятивистский», то есть перемещающийся на скорости, близкой к скорости света.

33

В случае если вам интересно, виртуальные фотоны, жемчужины света, переносчики электромагнитного взаимодействия, не имеют никакого заряда, поэтому не имеют отношения к токам.

34

Они разделили Нобелевскую премию того года с немецким физиком Эрнстом Руска, создавшим другой тип микроскопа, названный электронным микроскопом. Таким образом, 1986 год оказался годом оптических приборов.

35

Случилось так, что в то время Паули только что бросила жена… предпочтя ему химика, что очень трудно пережить физику-теоретику, и Паули начал топить свое горе в алкоголе. Не удивительно, что название его принципа связано с запретом. Тем не менее, по иронии судьбы, из глубин депрессии он выяснил причину, почему мы можем жить на поверхности нашего мира, не проваливаясь под землю, несмотря на то что он, казалось, потерял такую причину для себя лично.

36

Атомы, каким-то образом получившие один или более электронов, также называются ионами. Ионы – атомы, не имеющие достаточного естественного количества электронов.

37

Резерфорд, один из самых впечатляющих экспериментаторов всех времен, также обнаружил, что атом имеет ядро (я уже упоминал о нем ранее в этой части). Чедвик работал в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета, возглавляемой Резерфордом.

38

Если вы забыли, см. первую часть, главу 3.

39

А также другие виды водорода и практически любого другого атома.

40

Это в течение дня. Ночью они продолжают проходить сквозь вас, но уже пройдя сквозь Землю.

41

Эдвард Виттен является одним из отцов-основателей так называемой теории струн, с которой вы столкнетесь в конце седьмой части. Виттен, между прочим, первый и единственный среди физиков был удостоен Филдсовской премии (в мире математиков – эквивалент Нобелевской премии).

42

Неравенства Белла в русской терминологии. Прим. пер.

43

Поскольку наши электронные устройства становятся все меньше и меньше, инженерам придется все больше и больше принимать этот эффект во внимание.

44

То же самое верно для кварков, глюонов, фотонов и всех других фундаментальных частиц всех квантовых полей.

45

Помните: чем больше протонов и нейтронов в ядре атома, тем меньше стражей-глюонов требуется для удержания кварков в их тюрьме.

46

Нейтрино действительно имеют массу, но она настолько мала, что ускользала от всех, пока необычайная хитрость японского физика Такааки Кадзита и канадского физика Артура Макдональда не доказала, что она не равна нулю. Они вместе получили Нобелевскую премию по физике в 2015 году.

47

БАК расшифровывается как Большой адронный коллайдер. Все частицы, подверженные полю сильного взаимодействия, называются адронами. Протоны являются адронами, и БАК в основном занимается тем, что заставляет протоны очень энергично сталкиваться.

48

Нобелевская премия присуждается только ныне живущим ученым.

49

Насколько феерично? Ну, согласно уравнению E = mc², чтобы выделилось примерно в три раза больше энергии, чем у сброшенной на Хиросиму атомной бомбы, потребуется аннигилировать только один грамм антиматерии с ее сестрой-материей. Значит, встреча 70-килограммового вас с антикопией была бы эквивалентна 210 тысячам таких ядерных бомб. Хорошенькое же рукопожатие получится!

50

Если вам интересно (и это правильный подход), почему Вселенная имеет в ширину 100 световых лет, а не пару световых минут, вы найдете ответ в пятой части.

51

Вы услышите об инфляции больше в седьмой части.

52

Специальная теория относительности, теория относительности Эйнштейна о (быстро) движущихся телах, включена в обе теории.

53

Слово «квант» в переводе с латинского языка означает «небольшая порция».

54

Он с таким же успехом мог оказаться мертв, но счастливые концы более популярны.

55

К вашему сведению, такие гравитационные волны были предсказанные Общей теорией относительности Эйнштейна, впервые косвенно обнаружены двумя американскими физиками, Расселом Халсом и Джозефом Тейлором, пару десятков лет назад. За это открытие они в 1993 году получили Нобелевскую премию по физике. Такие волны в один прекрасный день могут позволить нам «увидеть», что происходит, когда, например, две звезды сталкиваются, создавая черную дыру, или «заглянуть» за стену в конце видимой Вселенной, за пределы поверхности последнего рассеяния. Так как они не световые волны, а волны пространства-времени, то могут распространяться повсюду – даже через самую плотную и толстую стену – на всем пути назад к Большому взрыву. Гравитационные телескопы всегда создавались и создаются именно для этой самой цели. Космический зонд LISA Pathfinder Европейского космического агентства был отправлен в космос 3 декабря 2015 года, чтобы проложить путь для будущих космических поисков. Земные телескопы, подобные детекторам американской обсерватории LIGO, теперь также в состоянии заниматься поисками гравитационных волн ежедневно. Хотя они ищут их много лет, но до сих пор безуспешно. Но не обнаружить эти волны когда-либо было бы большим сюрпризом, чем обнаружить. По состоянию на январь 2016 года, ходят слухи о том, что они были найдены LIGO… Увидим!

56

Общая сумма не дает в итоге 100 %, потому что всегда существует некоторая неопределенность в полученных числах. Источник: микроволновый анизотропный зонд Уилкинсона (спутник WMAP).

57

Излучение Хокинга – это название процесса излучения частиц из черных дыр во время испарения.

58

В случае если вам интересно, как превратить в черную дыру не Солнце, а нашу планету, Землю, вам придется сжать все ее содержимое (включая вас) до размера помидора черри.

59

Кстати, это не представляет никакого противоречия с установленным Эйнштейном ограничением скорости света, потому что расширилось именно пространство-время, а не быстро прошедший по нему сигнал. Два объекта, отдаляющихся друг от друга со скоростью, превышающей скорость света, никогда больше не смогут вступить в контакт.

60

Если вы поклонник точных цифр, то космологическая инфляция, как предполагается, случилась где-то примерно между 0,000000000000000000000000000000000001 (10^-36) и что-то вроде 0,00000000000000000000000000000001 (10^-32) секунды после рождения пространства и времени. В течение этого времени инфлатонное поле заставило расти всю Вселенную с коэффициентом 1000000000000000000000000000 (10²⁶).

61

Первая из них состояла из всех частей нашей Вселенной за пределами наблюдаемой нами реальности, а вторая была многомировой интерпретацией квантовой механики Эверетта. А это третья: вселенные, рожденные внутри самих вселенных.

62

Если вы подзабыли и хотите услышать эту цифру снова, время Планка не такое уж и продолжительное: одна миллионная миллиардной миллиардной миллиардной миллиардной доли секунды.

63

В июне 2015 года энергия, достигнутая на Большом адронном коллайдере – ускорителе элементарных частиц близ Женевы, – побила все предыдущие рекорды и сократила неизвестный зазор почти в два раза. Но придется подождать год или два, чтобы услышать о возможных прорывах.

64

А мир сверхскоростей принадлежит обоим мирам.

65

И их даже может быть больше одной.