Онлайн книга
Примечания книги
1
Сасскинд приводит температуру по шкале Фаренгейта: –20 °F = –29 °C. – Примеч. пер.
2
– 60 °F = –51 °C. – Примеч. пер.
3
Курт Каллан – профессор из Принстона.
4
Двойная звезда представляет собой гравитационно-связанную систему из двух звёзд, обращающихся вокруг общего центра масс.
5
Сэмюэль Уилберфорс – англиканский епископ, прозванный Мыльным Сэмом за скользкость в церковных дебатах. Томас Хаксли – английский зоолог, популяризатор науки и защитник эволюционной теории Чарльза Дарвина, прозванный за свои яркие полемические выступления «Бульдогом Дарвина». Мыльный Сэм саркастически спросил Хаксли, кто из его предков, бабушка или дедушка, был мартышкой? Хаксли ответил: «Я бы скорее согласился быть потомком обезьяны, чем продажного болтуна».
6
К римлянам, 1:20. Синодальный перевод. – Примеч. пер.
7
Я не в курсе религиозных убеждений Дэвиса или Гринстайна, но я бы с осторожностью относился к слишком буквальному толкованию их заявлений. Физики часто используют такие термины, как «замысел», «агент» и даже «Бог» в качестве метафоры для обозначения непознанного. Я использовал термин «агент» в популярной статье и до сих пор сожалею об этом. Эйнштейн часто говорил: «Господь утончён, но не злонамерен», «Бог не играет в кости», «Я хочу знать, как Бог создал мир». Большинство комментаторов считают, что Эйнштейн использовал термин «Бог» в качестве метафоры для упорядоченного набора законов природы.
8
Будет ли это предложение вырвано из контекста на одном из религиозных сайтов? Надеюсь, что нет.
9
Для экспертов: слабость гравитационных сил эквивалентна легкости обычных элементарных частиц. Проблема малости масс частиц называется проблемой калибровочной иерархии. Несмотря на наличие интересных идеи, консенсуса в её решении пока нет.
10
Определение машины Руба Голдберга см. в главе 4.
11
Известная также как «тёмная энергия».
12
Альфред Рассел Уоллес (1823–1913) – британский натуралист, путешественник, географ, биолог и антрополог, современник Дарвина и сооткрыватель механизма естественного отбора. Именно знакомство с записками Уоллеса и сподвигло Дарвина на публикацию своей работы.
13
Слепой часовщик в заглавии книги Ричарда Докинза взят из трактата Уильяма Пейли, доказывавшего, что часы не могут появиться самопроизвольно, а только как результат деятельности разумного существа (часовщика). Докинз в своей книге показывает, что естественный отбор, слепо оперирующий спонтанными вариациями простых исходных форм, может породить не менее сложные конструкции. Эта метафора может быть легко распространена и на процесс создания космоса.
14
Один световой год – это, как можно догадаться, расстояние, которое свет пролетает за один год. Оно составляет приблизительно десять триллионов километров.
15
Термин мультиверсум или мультивселенная используется более широко, чем термин Мегаверсум, но лично я предпочитаю Мегаверсум как более звучный термин. Мои извинения энтузиастам мультивселенной.
16
В нашем мире атомные ядра в тысячи раз тяжелее электронов.
17
Импульс определяется как произведение массы объекта на его скорость.
18
Постоянная Планка обозначается буквой ħ, и её числовое значение равно 6,626068 × 10-34 м2 · кг/с.
19
Брайан Грин, «Элегантная Вселенная».
20
Применим или нет редукционизм для исследования разума – вопрос спорный. С моей точки зрения, поведение живой материи подчиняется тем же Законам Физики, что и поведение неживой. Мне не известно ни одного доказательства обратного. С другой стороны, до сих пор никому не удалось полностью объяснить феномен сознания с позиций редукционизма.
21
Помимо авторства «Альманаха простака Ричарда» и «Декларации независимости», Бенджамин Франклин известен и как один из выдающихся учёных XVIII века.
22
Йоги Берра – американский бейсболист. Цитируемую в эпиграфе фразу Берра произнёс, объясняя, как доехать до его дома. На дороге есть развилка, и какой бы путь вы ни выбрали, вы приедете к его дому. – Примеч. пер.
23
Электростатические силы часто называют кулоновскими.
24
Термин «тонкая структура» принесли в физику оптики, изучавшие детали спектра атома водорода. Впервые постоянная тонкой структуры появилась в теории, описывавшей этот спектр.
25
В ответ на это Бор возражал: «Эйнштейн, не указывайте Богу, что делать».
26
В английском языке буквы, обозначающие кварки, соответствуют английским словам: up, down, strange, charm, bottom и top, но поскольку на русский язык слова up и top переводятся одинаково, как «верхний», равно как и down и bottom – как «нижний», то во избежание путаницы в русскоязычной литературе принято все кварки, кроме, быть может, странного и очарованного, обозначать латинскими буквами. – Примеч. пер.
27
Существование странного кварка оказывает незначительное влияние на свойства нуклонов, но остальные кварки не вносят никакого вклада.
28
Название «глюон» происходит от английского слова glue – клей. – Примеч. пер.
29
Это только необходимый минимум, не включающий числовые параметры, необходимые для космологии или некоторых расширений Стандартной модели. Если включить все дополнительные константы, то их число легко перевалит за сотню.
30
Спектральные линии обсуждаются в главе 5.
31
На самом деле Магеллан не вернулся обратно в Европу. Он погиб на Филиппинах, но оставшимся в живых членам его команды удалось обогнуть земной шар, тем самым доказав, что он действительно является шаром.
32
Сто дюймов для размера телескопа звучит весьма скромно, но это относится только к диаметру зеркала, собирающего свет, а не к общему размеру инструмента. В действительности телескоп обсерватории Маунт-Вильсон был крупнейшим в мире до тех пор, пока в 1949 году не был построен 200-дюймовый телескоп обсерватории Маунт-Паломар.
33
Другое название этого члена, особо любимое журналистами, – тёмная энергия.
34
The Anthropic Cosmological Principle. By John D. Barrow & Frank J. Tipler, Oxford University Press, 1986 (Дж. Барроу и Ф. Типлер, «Антропный космологический принцип»).
35
Прошу прощения за анахронизм. О других галактиках в 1900 году ещё не знали.
36
В главе 8 объясняется, почему навигатор боялся суперсимметрии.
37
К теоретическому открытию поля Хиггса, помимо самого Питера Хиггса, было причастно ещё множество людей. Среди них француз Роберт Браут и бельгиец Франсуа Энглер, первыми указавшие на необходимость введения подобного поля.
38
Частица настолько важна, что физик Леон Ледерман написал о ней книгу, озаглавленную «Частица Бога» (Ледерман с равным успехом мог бы назвать книгу «Поле Бога», но я считаю, что название «Частица Бога» лучше характеризует её суть).
39
Даже в метафоре погоды присутствует понятие энергии. Энергия всех молекул в кубическом метре атмосферного воздуха зависит от температуры и давления. Таким образом, мы могли бы добавить понятие высоты и в погодный пейзаж. Разумеется, она не будет иметь ничего общего с обычной высотой.
40
Имейте в виду, что каждый цикл колебаний начинается с нулевого значения, затем поле увеличивается, потом снова уменьшается до нуля, переходит в отрицательную область, достигает наибольшего отрицательного значения и затем снова возвращается к нулю. Таким образом, за один цикл колебаний электрическое и магнитное поля будут дважды проходить через нулевое значение.
41
Когда Вселенная находится в верхней части горы, энергия вакуума заставляет её расширяться, проявляясь в виде космологической постоянной. Расширение Вселенной приводит к появлению своего рода сопротивления, называемого космическим трением.
42
Эти рассуждения применимы только к инженерным, математическим и физическим критериям простоты. Я не могу судить о простоте и сложности в музыке, поэзии или любом другом виде искусства.
43
Уравнения, описывающие распространение возмущений электромагнитного поля, очень похожи на уравнения, описывающие распространение звуковых волн, представляющих собой возмущения плотности среды, или на уравнения, описывающие распространение волны вдоль натянутой струны или верёвки. Все они носят общее название: волновые уравнения.
44
Общее практическое указание (а не строгое правило), которое действует в большинстве ситуаций и основано на опыте. – Примеч. пер.
45
Видимо, не все согласны с Уолтом Уитменом, написавшим:
(Перевод К. Чуковского)
Лично я предпочитаю эпитафию Ньютону от Александра Поупа:
46
Правильным многогранником называется многогранник, все грани которого образованы одинаковыми правильными многоугольниками. Грани тетраэдра, октаэдра и икосаэдра образованы равносторонними треугольниками, грани куба – квадратами, а грани додекаэдра – пятиугольниками.
47
Это замечание было написано весной 1994 года, но уже год спустя, когда я закончил работу над «Космическим ландшафтом», стервятники несколько поутихли.
48
О тёмной материи пойдёт речь в главе 5.
49
Лодка должна двигаться медленнее, чем волны на поверхности воды.
50
Для заметного изменения цвета лимон должен двигаться со скоростью, составляющей существенную долю от скорости света.
51
Использование для хаббловского коэффициента термина «постоянная» несколько сбивает с толку, потому что она изменяется со временем. В далёком прошлом постоянная Хаббла была гораздо больше, чем сейчас.
52
Под формой двумерного пространства я подразумеваю, конечно же, форму поверхности.
53
В настоящий момент я полностью игнорирую существование космологической постоянной. Как мы увидим позже, наличие ненулевой космологической постоянной в корне изменит наши выводы.
54
Не следует путать тёмную материю с тёмной энергией. Тёмная энергия – это проявление энергии вакуума.
55
Светимость – это мера скорости, с которой объект отдаёт энергию в виде света. Светимость электрической лампочки измеряется в ваттах. Если два объекта имеют одну и ту же светимость, тот, который находится ближе, выглядит ярче. Путём измерения видимого с Земли блеска сверхновых I типа можно определить расстояния, на которых они находятся.
56
Плазма – это газ, состоящий из ионизованных атомов. Другими словами, часть электронов в плазме покидает свои атомы и ведёт самостоятельную жизнь.
57
На рисунке изображён одномерный ландшафт, хотя в действительности он, конечно же, многомерный. Представьте себе, что я изобразил одномерный срез намного более сложной многомерной картины. Ближайшей аналогией будет профиль высоты одномерной дороги, пересекающей реальную двумерную земную поверхность.
58
Эта история была позже опубликована в журнале The New Scientist 1 ноября 2003 года.
59
Эта тема ещё раз будет рассмотрена в главе 7 в контексте теории струн. Существование атомов, молекул и жизни полностью зависит от того интересного факта, что фотон не имеет массы.
60
В английском языке кварки носят названия up (верхний), down (нижний), strange (странный), charmed (очарованный), bottom (нижний) и top (верхний). В литературе встречаются варианты имён двух последних кварков: beauty (прелестный) и true (правдивый). Часто кварки обозначаются первыми буквами их названий. В переводе во избежание путаницы используются однобуквенные названия кварков. – Примеч. пер.
61
Более строго, сильное взаимодействие между нуклонами обеспечивается путём обмена пионами – частицами, состоящими из кварка и антикварка. Если массы u– и d-кварка увеличатся, то увеличится и масса пиона, что приведёт к резкому изменению сил, действующих между нуклонами.
62
Когда я говорю «элементы», я имею в виду атомные ядра. Электронами они обзавелись гораздо позже.
63
Водород является простейшим химическим элементом – его ядро состоит из одного-единственного протона.
64
Степень чувствительности возможности синтеза углерода к значениям различных констант была предметом широкого обсуждения. Одни полагали, что диапазон безопасного изменения констант составляет единицы процентов, другие, в числе которых был Стивен Вайнберг, считали, что константы можно изменять на десятки процентов, но все соглашались с тем, что возможность синтеза углерода требует достаточно точной настройки фундаментальных констант.
65
Физики называют это проблемой калибровочной иерархии, но удовлетворительного решения её до сих пор не существует.
66
К тому времени, что я закончил писать «Космический ландшафт», Дин стал одним из главных сторонников антропного принципа и считает, что некоторые особенности природы с большой вероятностью носят характер внешней причины и могут быть поняты только с позиции антропного принципа. Бэнкс же по-прежнему настроен скептически.
67
Разница между двадцатью и десятью миллиардами лет не принципиальна для нашей дискуссии. Если бы время жизни протона составляло 10 миллиардов (1010) лет, это означало бы, что один из десяти миллиардов протонов распадался бы в течение года. Если мы умножим одну десятимиллиардную на 1028 протонов, из которых состоит человеческое тело, то получим число протонов, распадающихся в нём за один год, – 1028/1010 = 1018.
68
Если у кого-то создалось впечатление, что мы со Смолиным враги, то это вовсе не так. На самом деле Смолин – мой хороший друг, вызывающий у меня большое восхищение. Но по этому конкретному вопросу наши мнения кардинально расходятся.
69
См. главу 7.
70
Термин «адрон» был предложен в 1962 году советским физиком Л. Б. Окунем на Международной конференции по высокоэнергетической физике в ЦЕРНе. – Примеч. пер.
71
Префикс «бари» по-гречески означает «тяжёлый». Когда придумывались имена элементарных частиц, нуклоны и их близкие родственники были самыми тяжёлыми из известных частиц. Слово «мезон» указывает на что-то среднее. Мезоны легче нуклонов, но гораздо тяжелее электронов.
72
Слово «глюон» происходит от английского слова glue – клей. – Примеч. пер.
73
Термин «партон» происходит от английского слова part – часть. Партоны – точечные частицы, из которых состоят адроны, обнаружены в экспериментах по неупругому рассеянию адронов на электронах и других адронах. Партонная модель была предложена Ричардом Фейнманом в 1969 году. Впоследствии партоны были отождествлены с кварками и глюонами. – Примеч. пер.
74
Нильсен использовал для своих диаграмм название «рыболовная сеть».
75
Это утверждение может смутить некоторых читателей, знакомых с таким свойством электронов или фотонов, как спин. Но спин элементарной частицы не имеет ничего общего с вращением баскетбольного мяча, куска теста или адрона. Спин, например, электрона никогда не может быть изменён и всегда равен половине постоянной Планка, в то время как вращение баскетбольного мяча или адрона можно затормозить или ускорить, изменив его момент количества движения.
76
Тактика «прыжков лягушки», разработанная генералом Макартуром, заключалась в последовательном захвате одной за другой всех островных баз Японии на Тихом океане. – Примеч. пер.
77
Это всё, разумеется, придуманные, не имеющие никакого отношения к реальному цвету или очарованию названия для различных особенностей элементарных частиц, открываемых на протяжении 40 лет начиная с 1970-х годов.
78
Революция, завершённая Эйнштейном в 1905 году, относилась к молекулярной теории вещества. В своей статье о броуновском движении он установил, что молекулы, вне всякого сомнения, существуют, и показал, как сосчитать их количество.
79
Имеются в виду люди, публикующие статьи в разделах hep-ph и hep-th (hep-phers и hep-thers). – Примеч. пер.
80
Критикуя политику своего противника, Джорджа Буша-старшего, во время избирательной кампании 1992 года, Билл Клинтон заявил: «Это экономика, идиот!» – Примеч. пер.
81
Приставка «супер» указывает на то, что во всех этих теориях существовали бозон-фермионные близнецы, и, как следствие, все эти теории родились из суперсимметрии.
82
Магнитные силовые линии достаточно просто увидеть, поместив магнит под лист бумаги, на поверхности которого насыпаны железные опилки. Опилки выстроятся вдоль силовых линий поля и визуализируют их форму.
83
Согласно физическим представлениям XIX века, эфир – это упругая среда, заполняющая всё мировое пространство и проникающая сквозь любую материю, а световые волны – колебания частиц эфира. Таким образом, ожидалось, что для наблюдателя, движущегося относительно эфира, скорость света будет зависеть от его движения.
84
Резерфорд бомбардировал атомы золота альфа-частицами (ядрами гелия) и по характеру отклонения альфа-частиц сделал вывод, что атом состоит из лёгких электронов, обращающихся вокруг тяжёлого ядра. Это был настоящий современный эксперимент в области физики элементарных частиц.
85
Abraham Pais, Niels Bohr’s Times, Oxford University Press, 1991.
86
Этот процесс проявляется в возникновении в спектре линий поглощения, известных ещё в XIX веке.
87
Квантовая электродинамика страдает от серьёзной математической несогласованности. Строгое следование правилам вычисления в ней приводит к бессмысленным бесконечным результатам. В качестве временного лекарства от этой несогласованности в 1950-х годах была придумана перенормировка. Так было до начала 1970-х, пока Кеннет Вильсон не разработал более глубокую теорию, свободную от указанной несогласованности.
88
Чж. Янг и Р. Миллс, независимо друг от друга, разработали неабелеву калибровочную теорию через год после работы Паули. Единственная причина, по которой я не включаю их теорию в свой рассказ, заключается в том, что Янг и Миллс использовали в своей работе некоторые эмпирические факты, относящиеся к атомным ядрам, которые не были известны до 1 января 1900 года.
89
Раби прокомментировал открытие мюона (элементарной частицы, похожей на электрон, но имеющей в 200 раз большую массу) фразой: «Ну и кто это заказывал?» Раби имел в виду царивший в то время беспорядок в мире элементарных частиц.
90
Название ККЛТ образовано из первых букв фамилий авторов статьи, в которой впервые была описана подобная конструкция, – Шамит Качру, Рената Каллош, Андрей Линде и Сандип Триведи.
91
Идея населённого ландшафта наиболее близка космологам, таким как Линде, Виленкин и Гут, – они исповедуют её или что-то похожее на неё уже много лет.
92
Физики и химики обычно говорят о льде, воде и паре как о трёх различных фазовых состояниях одного и того же вещества, иногда называя их попросту фазами: твёрдой, жидкой и газообразной.
93
В своей оригинальной работе Андрей Линде использовал термин «самовоспроизводящаяся Вселенная». Я же предпочитаю использовать термин «вечная инфляция», поскольку он чаще встречается в литературе по этой теме.
94
Интересным и важным вопросом является возможность существования «лестниц» на Ландшафте. Другими словами, может ли какой-нибудь из наших фиктивных организмов подняться в более высокую долину? Ответ, диктуемый правилами квантовой механики, утвердительный: всё, что может произойти, может произойти и в обратном направлении.
95
Я не хочу сказать, что существует всеобщее согласие. По крайней мере один очень опытный и авторитетный струнный теоретик, Том Бэнкс, утверждает, что рассуждения, касающиеся Ландшафта, являются неубедительными.
96
Число «гугол» определяется как 10100, то есть как единица и сто нулей. А гуголплекс – это десять в степени гугол.
97
Генерал-релятивист – непереводимая игра слов. Сасскинд так называет специалистов по общей теории относительности (general relativity). – Примеч. пер.
98
Роберт Крейг «Ивел» Книвел – американский трюкач, получивший мировую известность благодаря своим рискованным трюкам на мотоцикле. – Примеч. пер.
99
Бит – это технический термин, обозначающий единицу информации. Грубо говоря, один бит информации содержит ответ на вопрос, предполагающий только два варианта ответа: да или нет.
100
Я использую слово «видеть» в физическом смысле. Это значит: реконструировать события из набора экспериментальных данных, в данном случае – из хокинговского излучения. Такая реконструкция невероятно сложна, но не невозможна в принципе. В конце концов, мы же способны реконструировать реальный мир на основе отражённого от окружающих нас предметов света, попадающего в наши глаза.
101
См., например, книгу Пола Дэвиса «Бог и Новая физика» (Paul Davies, God and the New Physics, 1983).
102
Уже спустя довольно большое время после того, как я написал эту главу, когда книга была на заключительном этапе редактирования, мне довелось прочитать эссе Ричарда Докинза, озаглавленное «Дарвин-триумфатор», в котором Докинз использует термин «Ландшафт» точно так же, как я использую его здесь. Некоторые из его концепций оказались настолько похожими на те, которые я излагал в этой книге, что сначала я подумал, что Докинз каким-то образом получил доступ к файлам на моём компьютере. Но если он украл мою работу, то он должен был решить проблему путешествий во времени, поскольку «Дарвин-триумфатор» был написан в 1991 году.
103
Сегодня Буссо занимает должность профессора в Калифорнийском университете в Беркли.
104
Я уже собирался отдать в редакцию окончательный вариант этой книги, когда Гут опубликовал статью, в которой он написал: «Идею, согласно которой наблюдаемые нами законы физики определяются не какими-то фундаментальными закономерностями, а всего лишь требованием, чтобы их мог кто-нибудь изучать, часто называют антропным принципом. Хотя в некотором контексте этот принцип может показаться явно религиозным, объединение инфляционной космологии с ландшафтом теории струн делает антропный принцип вполне жизнеспособным». Алан, ты что, вчера родился?
105
Я с радостью сообщаю, что пока я писал эту книгу, Гросс и двое его коллег получили за создание КХД Нобелевскую премию.
106
Роберт Лафлин, «Другая Вселенная» (A Different Universe, 2005).
107
Разумеется, слишком большие изменения в исходном микроскопическом состоянии могут привести к совершенно другому макроскопическому результату – например, к кристаллу вместо сверхтекучей жидкости.
108
Ли Смолин, «Жизнь космоса» (Lee Smolin, The Life of the Cosmos).
109
Франц Кафка, «Превращение».
110
Можно было бы подумать, что планеты в форме тетраэдров, кубов и даже морских ежей тоже допускаются уравнениями физики. Но это не так. Если планета достаточно массивна, чтобы удержать атмосферу, гравитация быстро придаст ей форму шара. Так что возможно далеко не всё.
111
Ядро Земли состоит в основном из железа.
112
По мнению Кантора, не все бесконечности одинаковы. Натуральные числа, чётные числа, нечётные числа образуют бесконечное счётное множество. Количество действительных чисел, включающее все возможные дроби, иррациональные и трансцендентные числа, представляет собой гораздо большее множество, элементы которого не могут быть взаимно однозначно сопоставлены с элементами множества натуральных чисел. Но все бесконечные счётные множества имеют один и тот же размер! Карманные вселенные похожи на натуральные числа тем, что их тоже можно пересчитать.