Pagină 1 din 85
© 2013 de Dave Goldberg
© Brodotskaya A. traducere în rusă, 2015
© LLC Editura AST, 2015
* * *
Recenzii de cărți
„Universul din oglinda retrovizoare”
......Universul din oglinda retrovizoare este o lectură grozavă pentru oricine caută să înțeleagă de ce universul nostru este atât de complex și atât de minunat... Goldberg este un mare partener care te va duce la destinație - pentru a admira frumusețea universului.
...Simetriile matematice oferă răspunsuri la multe întrebări, dar Goldberg, de-a lungul cărții sale pline de spirit și ușoară, oferă cititorului repere care nu sunt supraîncărcate cu calcule matematice. Sfat: Nu ratați numeroasele note de subsol pline de umor înțelept!
...Goldberg are un simț subtil al umorului și al absurdului - și este excelent în a explica de ce ceea ce luăm de bun, de exemplu, egalitatea maselor gravitaționale și inerțiale, este de fapt foarte ciudat și nu puțin evident... Această carte este o cam ca un roller coaster atrăgător construit prin Moria lui Tolkien.
...Wow, ce, se pare, subiectul simetriei poate fi interesant! Fizicianul Dave Goldberg duce cititorul chiar în vâltoarea conceptelor de fizică la scară largă, dar el conduce nava atât de îndemânatic încât cititorul nu riscă să se înece.
...Informativă, deloc supraîncărcată de matematică și neobișnuit de fascinantă carte despre conceptul de simetrie în fizică... Cartea lui Goldberg de la început până la sfârșit este scrisă într-un mod accesibil și plin de umor... Autorul își asezonează cu generozitate explicațiile cu referiri la cultura populară - de la Doctor Who și Lewis Carroll la Angry Birds - și datorită modului fermecător de prezentare simplifică chiar și cele mai complexe subiecte.
...Goldberg vorbește despre cele mai fundamentale zece calități ale universului cu același umor și în același timp subtil, profund și clar.
...Această carte este o explorare distractivă și captivantă a conceptelor de bază ale fizicii, care include, printre altele, povestea uneia dintre eroinele necunoscute ale fizicii, gigantul pe ai cărui umeri au stat mulți fizicieni - Emmy Noether!
...Dave Goldberg amenajează un adevărat parc de distracții de curiozități fascinante, paradoxuri uluitoare și umor subtil... El explică perfect cititorului care este rolul simetriei în fizică, astronomie și matematică. O poveste minunată despre un univers frumos!
...Nu te despărți! Această carte este un adevărat cadou pentru orice cititor care este curios despre toate minunile universului nostru minunat. Dacă conceptele și legile fundamentale ale fizicii ar fi predate în școli în modul clar și distractiv în care le descrie Dave Goldberg în cartea sa, am fi mult mai capabili să atragem tinerii în știință.
...Această carte este aproape la fel de vastă în materie ca și universul fizic despre care este atât de minunat. Dar principalul lucru, poate, este că Goldberg scrie în detaliu despre meritele subestimate ale lui Emmy Noether. Teorema ei, conform căreia fiecare simetrie corespunde unei mărimi conservate, unifică cele mai diverse domenii ale fizicii, iar Goldberg explică cum și de ce.
...Dave Goldberg vorbește despre modul în care simetria modelează universul cu atâta pricepere încât să-i citești cartea este o adevărată plăcere. De la koanul despre kaoni și regatul furnicilor până la tam-tam despre bosonul Higgs, poveștile sale sunt irezistibile și, în același timp, sunt neobișnuit de informative.
Citirea acestei cărți este ca și cum ai asculta o prelegere a celui mai minunat profesor de fizică din lume! Goldberg îți spune tot ce ai vrut să știi despre fizică, dar ai fost prea timid să întrebi, de exemplu, dacă Tardis ar putea fi construit sau ce s-ar întâmpla dacă Pământul ar fi aspirat într-o gaură neagră. O lectură obligatorie pentru oricine vrea să înțeleagă natura universului - și să râdă în același timp!
Dedicat lui Emily, Willa și Lily - sunteți viața, iubirea și inspirația mea
Trebuie amintit că ceea ce observăm nu este natura ca atare, ci natura supusă metodei noastre de a pune întrebări.
Werner Heisenberg
Introducere
În care vă spun ce și cum, așa că e mai bine să nu derulați prin el
De ce există ceva în lume și nu nimic? De ce viitorul nu este la fel cu trecutul? De ce o persoană serioasă vine cu astfel de întrebări?
Când vorbești despre știință populară, cazi într-un fel de scepticism îndrăzneț al inițiatului. Citiți toate aceste tweet-uri și bloguri și ai impresia că teoria relativității nu este altceva decât vorbăria inactivă a unui tip la o petrecere și nu una dintre cele mai de succes teorii fizice din istoria omenirii, care a rezistat tuturor. teste experimentale și observaționale timp de o sută de ani.
Din punctul de vedere al celor neinițiați, fizica este dureros supraîncărcată cu tot felul de legi și formule. Nu poate fi mai rapid? Și fizicienii înșiși se bucură adesea de complexitatea detașată a proiectelor lor. Când Sir Arthur Eddington a fost întrebat în urmă cu o sută de ani dacă este adevărat că doar trei oameni din lume au înțeles teoria generală a relativității a lui Einstein, el s-a gândit o clipă, apoi a remarcat cu dezinvoltură: „Încerc să-mi dau seama cine este al treilea. unul este." Astăzi, teoria relativității este inclusă în arsenalul standard al fiecărui fizician, este predată zi de zi școlarilor de ieri și chiar și de azi. Așa că este timpul să renunțăm la ideea arogantă că înțelegerea secretelor universului este disponibilă doar pentru genii.
Perspectivele profunde despre cum funcționează lumea noastră nu sunt aproape niciodată rezultatul unei noi formule, indiferent dacă ești Eddington sau Einstein. Dimpotrivă, descoperirile au loc aproape întotdeauna când ne dăm seama că obișnuiam să credem că sunt lucruri diferite, dar de fapt sunt același lucru. Pentru a înțelege cum funcționează totul, trebuie să înțelegeți simetria.
Marele fizician al secolului al XX-lea, laureatul Nobel Richard Feynman a asemănat lumea fizicii cu un joc de șah. Șahul este un joc plin de simetrie. Rotiți placa o jumătate de tură - va arăta exact la fel ca la început. Figurile de pe o parte, cu excepția culorii, sunt aproape o imagine perfectă în oglindă a figurilor de pe cealaltă parte. Chiar și regulile jocului sunt simetrice. Iată cum spune Feynman:
...Conform regulilor, episcopul se deplasează pe tabla de șah doar în diagonală. Putem concluziona că, indiferent câte mișcări au trecut, un anumit episcop va rămâne întotdeauna pe un pătrat alb... Așa va fi și pentru o perioadă destul de lungă de timp - dar dintr-o dată aflăm că episcopul a ajuns pe un pătrat negru. (de fapt, așa s-a întâmplat: de această dată episcopul a fost mâncat, dar unul dintre pioni a ajuns pe ultimul rând și a devenit episcop pe un pătrat negru). Așa este și cu fizica. Avem o lege care funcționează universal mult, mult timp, chiar și atunci când nu putem ține evidența tuturor detaliilor și apoi vine un moment în care putem descoperi lege noua.
Pagina curentă: 7 (totalul cărții are 24 de pagini) [extras de lectură accesibil: 16 pagini]
De ce, atunci, fiecare dintre aceste stele nu poate avea aceeași suită splendidă ca Soarele nostru, o suită de planete deservite de luni?
Și nu i s-a întâmplat nimic rău – cel puțin biserica nu i-a făcut nimic.
Când mergi undeva, tot ajungi undeva
Copernic a fost unul dintre primii care au realizat marele adevăr: locul nostru în univers este neremarcabil. Aceasta este o lecție pe care umanitatea trebuie să o învețe din când în când. Mediocritatea noastră se extinde cu mult dincolo de sistemul solar. Galileo a observat că există nenumărate stele în univers și toate au dreptul egal de a revendica titlul de centru al universului.
Sistemul de clustere globulare în proiecția pe planul galaxiei. Longitudinea galactică este marcată la fiecare treizeci de grade. „Sistemul local” se află în întregime în cel mai mic cerc, înconjurat de o linie continuă, având o rază de o mie de parsecs. Cercurile solide mai mari sunt de asemenea heliocentrice, dar razele lor cresc la intervale de 10.000 parsecs. Linia punctată marchează axa majoră presupusă a sistemului, cercurile punctate sunt concentrice în raport cu centrul său. Punctele sunt de aproximativ patru ori diametrele reale ale clusterelor la această scară. Nouă clustere sunt la mai mult de 15.000 de parsec-uri din planul galactic și nu sunt incluse în această diagramă.
În 1918, astronomul Harlow Shapley a cartografiat 69 de clustere globulare din Calea Lactee. Acestea sunt clustere foarte apropiate de o sută de mii de stele, sau chiar mai multe, și era rezonabil să presupunem că clusterele globulare sunt distribuite simetric în jurul centrului galaxiei. Shapley a descoperit că locul nostru nu este privilegiat, nici măcar în propria galaxie. Suntem doar unul dintre cele aproximativ 10 miliarde de sisteme de stele dintr-o provincie îndepărtată.
Douglas Adams scrie despre asta:
Undeva pe străzile din spate ale unei regiuni demodate din ramura spirală vestică a Galaxiei, care nici măcar nu este pe hartă, există un soare galben mic, discret. La o distanţă de vreo nouăzeci şi doi 44
Adams nu este un astronom și, de altfel, un englez, așa că să-l iertăm pentru o greșeală în traducerea măsurilor metrice. De fapt, această valoare este mai aproape de 93 de milioane de mile.Milioane de kilometri în jurul său se învârte pe o planetă complet nedescrisă albastru-verde, ai cărei locuitori derivați de maimuțe sunt atât de primitivi încât încă consideră ceasurile digitale ca fiind ceva remarcabil.
(Tradus de Y. Arinovici)
Dar acest lucru este departe de a se termina. În anii 1920, Edwin Hubble a arătat că galaxia noastră este doar una dintre un număr colosal de universuri insulare care plutesc prin spațiu. După cum am văzut, sondajul SDSS a cartografiat peste o sută de milioane de galaxii, dar cea mai conservatoare estimare este că numărul total al acestora în universul observabil este de câteva trilioane. În medie, aceste trilioane de galaxii par să fie distribuite în spațiu cu o uniformitate uimitoare. În limbajul simetriei, aceasta înseamnă că universul omogen. În mod similar, emisfera nordică a universului pare să fie mai mult sau mai puțin la fel cu cea sudică. Din nou, științific vorbind, universul pare să fie izotrop.
Aceste observații au stat la baza așa-numitului principiu cosmologic. În esență, spune că universul este mai mult sau mai puțin același peste tot și în toate direcțiile. Observațiile confirmă acest lucru, dar de fapt principiul cosmologic este o axiomă. La fel ca și presupunerea că imuabilitatea legilor fizice ne permite să interpretăm trecutul și să prezicăm viitorul, principiul cosmologic ne oferă capacitatea de a interpreta în mod rezonabil datele obținute din alte părți ale universului.
Lui Edwin Hubble îi datorăm primele imagini de a înțelege cum este universul în afara galaxiei noastre. După cum am văzut deja, el nu numai că ne-a arătat scara universului, dar a dezvăluit și că aproape toate galaxiile din univers par să se îndepărteze de noi.
Ideea că universul se extinde ți-a dat probabil ideea greșită că universul are un centru. Nu, universul nu are centru. Pentru a înțelege de ce, trebuie să vorbim puțin despre relativitate. Am verificat deja asta special Teoria relativității presupune o relație strânsă între timp și spațiu. Și geniu general Teoria relativității este că, potrivit acesteia, gravitația este capabilă să îndoaie atât spațiul, cât și timpul, precum și pe ambele în același timp.
Universul în expansiune este ca o foaie de cauciuc
Dacă nu aveți un simț intuitiv al curburii spațiului, nu vă supărați. Este foarte ușor să te încurci în ecuații și formule. Din fericire, însă, Breasla Internațională a Cosmologilor a venit cu o analogie excelentă, iar dacă îmi dați cuvântul să nu o iau prea la propriu, voi urma exemplul colegilor mei.
Lipiți o mână de galaxii mici de plastic pe o foaie uriașă de cauciuc.
Găsiți o companie de oameni puternici și, împreună cu ei, apucați foaia din toate părțile.
Trageți corect.
O furnică care trăiește într-una dintre galaxii se va considera buricul universului, deoarece toate celelalte galaxii se vor îndepărta din punctul său de vedere. Mai mult, cu cât distanța dintre cele două galaxii este mai mare, cu atât mai repede - din punctul de vedere al furnicii - se vor îndepărta una de cealaltă: exact acesta este efectul observat de Hubble.
Pot să te arunc în orice galaxie și, dacă ai suficient egocentrism, te vei considera centrul universului. Totuși, și acesta este cel mai important lucru, orice observator din orice galaxie va vedea același lucru.
Întoarceți ceasul universului înapoi și distanțele dintre toate galaxiile se micșorează la zero. Unde a avut loc Big Bang-ul? Și peste tot!
Cu toate acestea, este periculos să luăm această analogie prea literal. O furnică deosebit de încăpățânată va construi o navă minunată și va merge, de exemplu, să caute marginea unei foi de cauciuc. Dar în universul nostru (non-cauciuc), practic este imposibil să ajungem la margine, nu există nici măcar nimic de visat. Universul nu are nici centru și nici margini. Așa că ne-au rămas doar două opțiuni.
Primul, sincer să fiu, înfioară sufletul. Se poate dovedi că universul este într-adevăr infinit. Adică nu doar foarte, foarte mare, ci cu adevărat infinit. Gândește-te - este nesfârșit!
universul toroidal
Vom reveni la diferențele practice dintre un univers gigant și un univers infinit, dar personal sunt mult mai mângâiat de opțiunea numărul doi: poate că universul este autonom. Este ca și cum Pac-Man ar dispărea pe o parte a ecranului și apoi ar reapărea pe partea opusă. Din punctul de vedere al lui Pac-Man, merge mai departe și nu poate ajunge la final.
Nu vă faceți griji - Pământul se comportă la fel. Dacă ignorați liniile de demarcație stabilite în mod arbitrar de frații noștri, cum ar fi Linia Internațională a Datei, puteți merge spre est la nesfârșit - și nu veți ajunge nici la margine, nici în centru. Vei trece constant prin aceleași locuri – și atât.
Din punct de vedere practic, nu există mare diferență între un univers infinit și un univers care se repetă. Expansiunea universului și viteza limitată a luminii au conspirat pentru a ne împiedica chiar să ocolim universul și să ne întoarcem la punctul nostru de plecare. Dar acest lucru nu ne împiedică să ne punem următoarea întrebare: care este dimensiunea universului?
Univers: unul sau mai multe?
Spațiul este mare. Foarte.
Dar ce dimensiune are exact, nu putem spune, sincer. Nu suntem capabili să aruncăm o privire asupra întregului univers, deoarece acesta există de doar 14 miliarde de ani, iar viteza luminii este ceea ce este. Pe Pământ, numim o linie dincolo de care nu putem vedea orizontul, iar acest lucru se aplică și universului ca întreg.
În principiu, putem încadra trilioane de galaxii în acest orizont, dar nicăieri nu se spune că totul se va termina acolo. Există o posibilitate foarte reală ca universul dincolo de orizont, acolo unde nu-l putem vedea, să nu fie deloc la fel cu cel din apropiere. Nu numai că nu putem vedea ce se întâmplă la sute de miliarde de ani lumină distanță, pentru că in general totul se mișcă fie cu viteza luminii, fie mai încet: tot ceea ce se află dincolo de orizont nu este în niciun fel afectat de ceea ce se întâmplă aici pe Pământ.
Dar acest lucru nu este suficient: pe măsură ce universul se extinde cu accelerație, se dovedește că, în timp, tot mai multe galaxii vor dispărea din câmpul nostru vizual. Galaxiile din orizontul nostru sunt la doar 60 de miliarde de ani lumină distanță de noi. Și tot ce se va întâmpla în continuare va rămâne pentru totdeauna un mister.
Tot ceea ce este dincolo de orizontul nostru este, din orice punct de vedere practic, un alt univers, independent și, prin urmare, ne place sau nu, trăim în univers multiplu- într-un anumit sens. Dacă sunteți un cunoscător de science fiction 45
Desigur, un cunoscător, cum ar putea fi altfel.
Ei sunt cel puțin superficial familiarizați cu ideea unui univers multiplu, dar toată lumea înțelege expresia „univers multiplu” în felul său. Din fericire pentru noi, fizicianul MIT Max Tegmark a dezvoltat o clasificare ierarhică detaliată a universurilor multiple. Mâna pe inimă, totul în această clasificare, cu excepția primului nivel, în care nu avem nicio îndoială, este extrem de speculativ - și cu cât mai departe, cu atât mai speculativ. Deci, să fim de acord că deocamdată doar așezăm lucrurile pe rafturi.
Multiversul primului nivel. Universul este foarte mare, dar poate fi înțeles
Din punct de vedere practic, este foarte posibil să considerăm ca o insulă orice parte a universului cu o dimensiune de 100 de miliarde de ani lumină. Cu toate acestea, dacă insulele nu sunt conectate între ele, apare o întrebare rezonabilă cu privire la motivul pentru care s-a întâmplat acest lucru și de ce fiecare site individual trebuie să fie similar cu toate celelalte.
Imaginați-vă, această întrebare este foarte posibil să obțineți un răspuns. Dar mai întâi, să afirmăm un fapt confirmat de observații: suntem înconjurați de radiații rămase de la începutul universului, iar această radiație este uniformă cu o precizie de aproximativ o sută de miimi. Acest fapt devine și mai ciudat dacă ne amintim că lumina care ne lovește „de sus” și „de jos” – de la polii nord și sud – vine din puncte incredibil de îndepărtate ale universului. Doi fotoni din aceste fluxuri, cel mai probabil, nu au fost niciodată în regiuni care au fost vreodată în contact termic unul cu celălalt.
Aceasta este una dintre cele mai profunde și dureroase întrebări din cosmologie. Inițial, universul era foarte mic, dar nu a durat mult. Se pare că zonele de pe cer nu au cum să se amestece între ele la mai mult de un grad - și totuși universul în ansamblu pare surprinzător de omogen. Permiteți-mi să vă reamintesc că aceasta este una dintre ipotezele principiului cosmologic.
În anii 1980, Alan Guth, atunci la Laboratorul Naţional de Accelerator SLAC, a propus ipoteza inflaţiei pentru a ocoli problema orizontului. Și deși nu se potrivește bine în cap, vă avertizez din timp că în acest moment modelul inflaționist a devenit o dogmă pentru majoritatea cosmologilor. Ne permite să explicăm un număr imens de fenomene din univers în forma în care îl observăm.
În primele momente ale existenței universului multiplu s-a desfășurat o activitate exuberante, mai ales în primele 10-35 de secunde. În acest scurt moment, universul a suferit o expansiune exponențială colosală, iar secțiuni individuale ale spațiului - bule individuale - au crescut cu un factor de 1060 sau mai mult.
Dacă ipoteza inflației este corectă, iar noi, repet, suntem practic convinși că este, atunci mai este mult spațiu dincolo de spațiul vizibil. Fiecare balonă este un univers în sine și este ușor de imaginat că, dacă sunt destui, atunci multe dintre ele ar putea fi asemănătoare cu ale noastre, probabil chiar exact ca ale noastre. Potrivit majorității modelelor de inflație, bulele dau naștere altor bule și așa mai departe la infinit, iar rezultatul este un univers infinit, care la început ne-a speriat atât de tare.
La ce dimensiune ar trebui să atingă universul multiplu de primul nivel pentru ca fiecare persoană de pe Pământ să aibă un dublu exact? Doar monstruos. Tegmark estimează că de aici până la universul identic este de aproximativ 10 la puterea de 10 29 de metri - nu vor exista numere mai mari decât aceasta în paginile acestei cărți, cu excepția infinitului însuși. Aceasta înseamnă că fiecare atom din universul duplicat se află exact în același loc și se mișcă cu aceeași viteză, până la incertitudinea cuantică, ca în propriul nostru univers. Aceasta înseamnă că, dacă biografia doppelgänger-ului tău este diferită de a ta, creierul doppelgänger-ului este conectat să creadă că are acea biografie.
Vedea? Revenim la tema gemenilor necinstiți!
Dacă universul este infinit, va fi suficient loc în el nu doar pentru dublul tău, ci și pentru nenumărate numere de duble!
Este umilitor și puțin înfricoșător. E ca și cum un număr infinit de spioni te spionează pe furiș.
Dacă universul nu este infinit, te poți odihni în siguranță pe laurii propriei tale unicități. Conform estimărilor teoretice conservatoare, dimensiunea minimă a multiversului nostru este de aproximativ 10 80 de metri și pare mult, dacă nu vă amintiți că aceasta este doar o mică parte din spațiul necesar pentru apariția gemenilor.
Multiversul celui de-al doilea nivel. Universuri diferite cu legi fizice diferite
Secțiunea noastră de univers a crescut dintr-o bucată minusculă din universul multiplu care abia a apărut, cu toate acestea, așa cum am înțeles deja, bula noastră nu este singura. Mai mult, este posibil ca în unele dintre aceste bule, și poate în toate, legile fizicii să fie oarecum diferite de ale noastre. Fie electricitatea din ele este puțin mai puternică sau mai slabă, fie interacțiunea puternică (care leagă neutronii și protonii) nu este chiar aceeași cu a noastră, fie există mai mult de trei dimensiuni.
Permiteți-mi să clarific câteva dintre circumstanțele existenței universurilor multiple de al doilea nivel.
1. Că acest model este corect nu este evident. Este posibil ca forțele fundamentale să fie de fapt însăși baza a tot ceea ce există și că toate universurile să fie construite pe aceleași legi fizice.
2. Dacă există într-adevăr universuri multiple de nivelul doi, acestea nu sunt neapărat similare cu ale noastre. Poate că multe dintre ele nu au stele sau galaxii, unele sunt aproape complet goale, altele s-au prăbușit sub influența propriei gravitații. Pentru a crea, de exemplu, stele sau elemente grele, fizica trebuie să fie reglată foarte, foarte fin, la fel și noi, și majoritatea universurilor pur și simplu nu trec de selecție.
3. Universul încă nu are margine. Universurile nu sunt împrejmuite între ele de un zid de cărămidă. Toate universurile dintr-un multivers de al doilea nivel sunt multiversuri potențiale de primul nivel.
Cu toate acestea, povestea nu se termină la al doilea nivel. Tegmark sugerează existența mai multor universuri atât ale celui de-al treilea cât și al patrulea nivel, care sunt și mai speculative și nu au nimic de-a face cu problema simetriilor și dacă legile fizicii sunt aceleași peste tot. Dar despre ele vom vorbi oricum, este foarte interesant.
Multiversul celui de-al treilea nivel. Mai multe lumi ale mecanicii cuantice
Am vorbit deja puțin despre modul în care funcționează mecanica cuantică, iar majoritatea fizicienilor pur și simplu dau de la sine înțeles că trebuie să existe ceva aleatoriu în lume (sau poate partea leului) și posibilitatea unor conexiuni ciudate și ingenioase între evenimente, departe de reciproc.
Cu toate acestea, nu toată lumea este atât de sigură de acest lucru. În 1957, Hugo Everett, care a lucrat ca consultant științific la Pentagon, a venit cu o „interpretare în mai multe lumi” a mecanicii cuantice. Nu că Everett a creat un set complet nou de legi fizice. În esență, asta a vrut să spună: „Știți toate aceste experimente care arată comportamentul cuantic? Deci, le puteți privi dintr-un alt punct de vedere.”
Conform interpretării mai multor lumi, de fiecare dată când un eveniment cuantic poate fi măsurat, este creat un nou set de universuri. Într-un univers, spinul unui electron poate fi estimat a fi în sus. În celălalt - așa cum este direcționat în jos. În mod curios, conform interpretării pe mai multe lumi, aceste universuri pot interacționa între ele, ceea ce provoacă un comportament ciudat - interferență cuantică.
După cum am spus, interpretarea matematică a mai multor lumi se așteaptă ca experimentele cuantice să fie aceleași cu interpretarea standard de la Copenhaga la care aderă majoritatea fizicienilor, inclusiv eu. Cu toate acestea, ne oferă, de asemenea, o viziune complet nouă asupra multiversului - și, sincer, această viziune oferă perspective fantastice dacă a scrie science fiction este opera vieții tale. Totuși, trebuie să vă avertizez: dacă vă abonați la Many Worlds Interpretation, fiți foarte clar că nici Everett, nici nimeni altcineva nu au propus un mecanism fizic de călătorie între universuri. Fantezează cu sănătatea, dar de aici nu vei ajunge nicăieri.
Universul multiplu al celui de-al patrulea nivel. Dacă universul este matematic autosuficient, atunci el există
La al patrulea nivel, lucrurile devin și mai ciudate. Nivelurile unu până la trei presupun că legile fizicii sunt cel puțin vag similare cu legile universului nostru. Într-un multivers de nivel 4, Tegmark spune: „Toate structurile care există matematic există și fizic”, deși nu este complet clar câte universuri pot fi descrise matematic.
Din câte știm, este posibil să existe un fel de univers în care doar una sau niciuna dintre interacțiunile noastre fundamentale este prezentă. Deoarece nu ne-am dat seama de fizica în propria noastră parte a universului multiplu, chiar dacă există un univers multiplu de Nivel 4, nu putem spune care sunt universurile care îl alcătuiesc, chiar și cu cel mai mic grad de certitudine.
O parte din problemele pe care le-am avut de-a lungul acestui capitol este că nu știm dacă parametrii care descriu universul nostru sunt cu adevărat necesari, dacă un univers consistent ar putea exista fără ei sau dacă sunt complet arbitrari. Universul multiplu al celui de-al patrulea nivel conform clasificării lui Tegmark poate foarte bine să presupună existența atât a unui set infinit de universuri, cât și a unui singur.
Dacă capul tău se învârte deja din diversitatea universurilor multiple, te gândești la posibile seturi de parametri cu greu te va ajuta.
Cu toate acestea, de fapt, vom vorbi despre universurile multiple ale primului și al doilea nivel. În cele din urmă, în cazul în care ai uitat, scopul principal al conversației noastre este să ne ocupăm de întrebarea dacă legile fizicii sunt aceleași în tot universul.
Este universul destinat nouă?
Te-am avertizat deja, dar e bine să fim foarte atenți: deși simetriile ne permit să înțelegem mai bine misterele naturii și forma legilor fizicii, ele nu ne spun nimic despre semnificația specifică a constantelor care merg. în aceste legi. Nu avem de gând să „deducem” masa electronului (cel puțin nu am reușit până acum). Poate că există ceva fundamental în univers și ne va permite să deducem toate constantele fizice, dar pentru moment rătăcim în întuneric. Aceasta înseamnă că nu știm dacă constantele fizice au fost stabilite inițial în legi sau dacă s-au dovedit a fi atât de relativ întâmplător - așa cum temperatura din afara ferestrei într-o anumită zi este întâmplătoare. Simetria spune cum să scrieți ecuații, dar nu privește valorile numerice ale variabilelor.
Există destul de mulți parametri, de exemplu, sarcina unui electron, care sunt preluați mai mult sau mai puțin din tavan. Poate că acești parametri se schimbă de la un capăt la altul al universului gigantic, iar anumite zone - de exemplu, universul nostru observabil - sunt doar norocoase că sunt potrivite pentru apariția unei vieți complexe.
Nu este nimic misterios în faptul că noi, din întâmplare, trăim într-o regiune în care legile fizicii sunt potrivite ideal pentru existența umană. Nu se putea altfel! Altfel, tu și cu mine nu am exista și n-ar fi nimeni care să vorbească despre asta. Adică, majoritatea fizicienilor chiar nu le place raționamentul antropic. Cei mai mulți dintre noi prețuim speranța că într-o zi mai târziu vom putea dezvolta o Teorie a Totului bazată exclusiv pe principii de bază.
Și dacă ele nu sunt încorporate în însăși țesătura universului, cât de bine reglate trebuie să fie legile fizicii pentru ca noi să existe? Care sunt sansele noastre?
Permiteți-mi să anticipez o întrebare tipică despre reglarea fină a universului. De ce se deplasează lumina cu o viteză de 299.792.458 de metri pe secundă? După cum am văzut, răspunsul scurt este că este mult mai rezonabil să spunem pur și simplu că lumina călătorește cu o viteză de o secundă lumină pe secundă și să lăsăm deoparte problema definirii contorului ca o curiozitate istorică.
Cu alte cuvinte, valorile parametrilor exprimați în unele unități nu sunt aproape niciodată relevante, deoarece, evident, depind de ce unități alegeți. Am adus în discuție acest lucru deoarece există mai multe moduri de a combina constantele fizice, astfel încât toate unitățile să se anuleze. Iată, de exemplu, așa-numita constantă de structură fină (PTS pe scurt), care este doar un număr fără unități.
Ce sunt aceste scrisori? În această ecuație e este sarcina unui electron, Cu este, desigur, viteza luminii și ћ
este constanta Dirac, cunoscută și sub denumirea de constantă Planck redusă 46
Dacă o menționezi la următorul cocktail, nu rata! - numiți-o „tașat cu cenușă”. Profesioniștii vor înțelege imediat.
Se târăște oriunde este implicată mecanica cuantică.
Valoarea constantei structurii fine este de aproximativ 1⁄137,03599908 și este una dintre constantele cele mai precis calculate din istoria fizicii. Și cu toată această acuratețe, habar n-avem de unde a venit. Acesta nu este cazul numerelor în matematică pură. De exemplu, numărul p poate fi dedus cu ușurință din principiile de bază, chiar dacă nu ai văzut niciodată un cerc în viața ta. Iată cum spune Richard Feynman:
Știm perfect ce dansuri trebuie executate în experimente pentru a măsura acest număr cu o precizie foarte mare, dar nu înțelegem ce dansuri trebuie executate pe computer pentru a obține acest număr - decât pentru a-l introduce în secret acolo!
PRT este o măsură a puterii forței electromagnetice și, după cum probabil ați observat, este mult mai mică decât unitate. Din punct de vedere obiectiv, forța electromagnetică este foarte slabă. Pe de altă parte, în comparație cu alte interacțiuni, electromagnetismul este incredibil de puternic. Gândește-te doar la faptul că repulsia electrostatică dintre pantofii noștri și podea învinge cu ușurință atracția gravitațională a întregului Pământ!
Există cel puțin 25 de parametri diferiți fără dimensiune și aparent independenți în modelele noastre standard de cosmologie și fizica particulelor. Să presupunem că luăm și schimbăm un singur TCP. Ce se va intampla?
Dacă PCF ar fi, de exemplu, mai mare de 0,1 (de aproximativ 14 ori valoarea măsurată), atunci carbonul - și, prin urmare, toate elementele mai grele decât carbonul - nu ar putea fi produs în stele. Ar fi un dezastru pentru formele de viață ale carbonului.
Sau să luăm un alt parametru - puterea interacțiunii nucleare puternice, tocmai aceea datorită căreia nucleele atomilor nu se prăbușesc. Dacă am crește constanta forței puternice cu doar patru procente, protonii s-ar lega rapid împreună și s-ar forma heliu-2, un izotop care nu are deloc neutroni. Stelele ar arde rapid și ar produce doar heliu inert - și nimic interesant nu ar fi apărut în acest fel.
Acesta pare să fie cazul pentru majoritatea constantelor fundamentale. Trăim într-un univers în care raportul parametrilor este de așa natură încât ne asigură existența. Acest lucru ne permite să tragem doar trei opțiuni pentru concluzii - și toate nu sunt prea tentante.
1. Universul a fost creat special pentru oameni sau pentru viața complexă în general.
2. Parametrii universului decurg în mod natural dintr-o lege a fizicii încă nedescoperită și suntem al naibii de norocoși că această lege ne permite existența.
3. Parametrii din multivers variază, iar prin necesitate trăim într-una dintre zonele (poate foarte rare) care este capabilă să ofere condițiile vieții (pentru că altfel nu am fi).
Prima opțiune pur și simplu nu are nicio legătură cu fizica, motiv pentru care nu îmi place. A doua opțiune pare să fie adevărată, dar fizicienii nu au descoperit încă Teoria Totului. Între timp, se pot spune foarte puțin despre asta și, prin urmare, a doua opțiune mă lasă cu un sentiment de nemulțumire profundă. Ce se poate spune despre a treia variantă?
În loc să întrebați ce s-ar întâmpla dacă PTS (sau orice alt parametru) s-ar schimba, se poate pune întrebarea la care vor răspunde observațiile - dacă se schimbă deloc - și pentru a face asta, trebuie să privim în abisurile spațiului.
Dacă vrem să vedem cum se schimbă universul la distanțe cosmologice față de noi, trebuie să începem prin a observa obiecte care se află la miliarde de ani lumină distanță de noi. Din fericire, natura ne-a oferit faruri ideale - quasari. În esență, quasarii sunt găuri negre uriașe care absorb cantități uriașe de materie. Pe măsură ce materia cade în ele la viteze apropiate de lumina, se încălzește și produce suficientă radiație pentru a fi vizibilă în zonele îndepărtate ale universului.
Spațiul dintre noi și quasari este umplut cu nori de gaz, iar acest gaz absoarbe o parte din radiație în drum spre noi. Norii absorb lumina doar într-un anumit interval de lungimi de undă, iar aceste lungimi de undă sunt determinate de valoarea PTS. Merită să schimbați PTS-ul, iar această gamă se va schimba și ea.
Din 1999, John Webb de la Universitatea din New South Wales și colaboratorii săi au testat dacă PTS variază în timp și distanță, observând fotoni absorbiți de o varietate de ioni de fier și magneziu în norii foarte îndepărtați. Studiind lungimile de undă relative ale fotonilor absorbiți, oamenii de știință sunt capabili să compare PTS la distanțe cosmologice cu ceea ce se obține din măsurătorile de laborator aici pe Pământ.
Rezultatele au fost extrem de neașteptate. Datele din observațiile galaxiilor îndepărtate dintr-o zonă a cerului arată că PTS acolo este aproximativ o sută de mii. Mai mult decât pe Pământ, iar în altă zonă - o sută de miimi Mai puțin.
Dacă aceste rezultate sunt corecte, semnificația lor este colosală. Se pare că PTS din anumite motive variază în diferite regiuni ale universului - și nu trebuie să uităm că, în primul rând, nu știm de unde provine valoarea PTS. Aceasta este o palmă în fața principiului cosmologic.
Două fapte foarte importante. În primul rând, chiar dacă acest rezultat este corect, abaterea este neobișnuit de mică. Tot ceea ce Webb și colegii au observat nu face ca niciunul dintre capetele universului observabil să fie impropriu vieții umane. Pentru a face acest lucru, ar trebui să urce nemăsurat mai departe. În al doilea rând, majoritatea fizicienilor nu sunt încă convinși că rezultatul este corect. Semnalul este relativ slab și o serie de alte grupuri de cercetare nu îl confirmă. Personal, nu am de gând să abordez manualele mele cu o sticlă mare de corector de accident vascular cerebral. Dacă legile fizicii din univers se schimbă, atunci foarte, foarte puțin.
În acest butoi de gudron se află însă și o lingură de miere. Chiar dacă această abatere chiar există, este atât de nesemnificativă încât putem introduce o altă simetrie.
Simetrie translațională: Legile fizicii sunt exact aceleași peste tot în univers.
Omogenitatea pe scară largă - uniformitatea generală - a structurii universului arată, sau cel puțin sugerează, că există simetrie translațională în univers.
Nu-ți place fizica? Doar că nu ai citit cărțile lui Dave Goldberg! Această carte vă va prezenta unul dintre cele mai interesante subiecte din fizica modernă - simetriile fundamentale. Într-adevăr, în frumosul nostru Univers, aproape totul - de la antimaterie și bosonul Higgs la grupuri masive de galaxii - se formează pe baza simetriilor ascunse! Datorită lor, oamenii de știință moderni fac cele mai senzaționale descoperiri.
Este posibil să se creeze un dispozitiv pentru transmiterea instantanee a informațiilor? Ce se întâmplă dacă Pământul este aspirat într-o gaură neagră? Ce nu se învață în lecțiile școlare despre timp și spațiu? Citiți mai departe și veți afla răspunsurile la aceste întrebări. Este de înțeles, este fascinant, poate fi amuzant – așa te vei gândi la fizică acum.
Pe site-ul nostru puteți descărca cartea „Universul în oglinda retrovizoare. A fost Dumnezeu dreptaci? Sau simetria ascunsă, antimateria și bosonul Higgs” de Dave Goldberg gratuit și fără înregistrare în fb2, rtf, epub, pdf, txt format, citiți cartea online sau cumpărați o carte din magazinul online.
© 2013 de Dave Goldberg
© Brodotskaya A. traducere în rusă, 2015
© LLC Editura AST, 2015
Recenzii de cărți
„Universul din oglinda retrovizoare”
Universul din spate este o lectură grozavă pentru oricine caută să înțeleagă de ce universul nostru este atât de complex și atât de minunat... Goldberg este un companion grozav care te va duce la destinația ta de a admira frumusețea universului.
fizica naturii
Simetriile matematice oferă răspunsuri la multe întrebări, dar Goldberg, de-a lungul cărții sale pline de spirit și ușoară, oferă cititorului repere care nu sunt supraîncărcate cu calcule matematice. Sfat: Nu ratați numeroasele note de subsol pline de umor înțelept!
Descoperi
Goldberg are un simț subtil al umorului și al absurdului - și este excelent în a explica de ce ceea ce luăm de bun, de exemplu, egalitatea maselor gravitaționale și inerțiale, este de fapt foarte ciudat și deloc evident... Această carte este un pic ca un roller coaster atrăgător construit prin Moria lui Tolkien.
Un nou om de știință
Wow, ce, se pare, subiectul simetriei poate fi interesant! Fizicianul Dave Goldberg duce cititorul chiar în vâltoarea conceptelor de fizică la scară largă, dar el conduce nava atât de îndemânatic încât cititorul nu riscă să se înece.
Natură
Informativă, deloc supraîncărcată de matematică și neobișnuit de fascinantă carte despre conceptul de simetrie în fizică... Cartea lui Goldberg de la început până la sfârșit este scrisă într-un mod accesibil și plin de umor... Autorul își asezonează cu generozitate explicațiile cu referiri la cultura populară - de la Doctor Who și Lewis Carroll la Angry Birds - și datorită modului fermecător de prezentare simplifică chiar și cele mai complexe subiecte.
Publishers Weekly
Goldberg vorbește despre cele mai fundamentale zece calități ale universului cu același umor și în același timp subtil, profund și clar.
Recenzii Kirkus
Această carte este o explorare distractivă și distractivă a conceptelor de bază ale fizicii care include, printre altele, povestea uneia dintre eroinele necunoscute ale fizicii, gigantul pe ai cărui umeri au stat mulți fizicieni - Emmy Noether!
Dave Goldberg amenajează un adevărat parc de distracții de curiozități fascinante, paradoxuri uluitoare și umor subtil... El explică perfect cititorului care este rolul simetriei în fizică, astronomie și matematică. O poveste minunată despre un univers frumos!
Nu te despărți! Această carte este un adevărat cadou pentru orice cititor care este curios despre toate minunile universului nostru minunat. Dacă conceptele și legile fundamentale ale fizicii ar fi predate în școli în modul clar și distractiv în care le descrie Dave Goldberg în cartea sa, am fi mult mai capabili să atragem tinerii în știință.
Priyamwada Natarayan, președinte al diviziilor de fizică și astronomie a Forumului de predare a femeilor de la Universitatea Yale
Această carte este aproape la fel de vastă în materie ca și universul fizic despre care este atât de minunat. Dar principalul lucru, poate, este că Goldberg scrie în detaliu despre meritele subestimate ale lui Emmy Noether. Teorema ei, conform căreia fiecare simetrie corespunde unei mărimi conservate, unifică cele mai diverse domenii ale fizicii, iar Goldberg explică cum și de ce.
John Allen Paulos, profesor de matematică la Universitatea Temple, autorul cărții „Innumeracy”
Dave Goldberg vorbește despre modul în care simetria modelează universul cu atâta pricepere încât să-i citești cartea este o adevărată plăcere. De la koanul kaonilor la regatul furnicilor și până la tam-tam despre bosonul Higgs, poveștile sale sunt irezistibile și, în același timp, sunt neobișnuit de informative.
J. Richard Gott, lector în astrofizică la Universitatea Princeton
Citirea acestei cărți este ca și cum ai asculta o prelegere a celui mai minunat profesor de fizică din lume! Goldberg îți spune tot ce ai vrut să știi despre fizică, dar ai fost prea timid să întrebi, de exemplu, dacă Tardis ar putea fi construit sau ce s-ar întâmpla dacă Pământul ar fi aspirat într-o gaură neagră. O lectură obligatorie pentru oricine vrea să înțeleagă natura universului - și să râdă în același timp!
Dedicat lui Emily, Willa și Lily - sunteți viața, iubirea și inspirația mea
Trebuie amintit că ceea ce observăm nu este natura ca atare, ci natura supusă metodei noastre de a pune întrebări.
Werner Heisenberg
Introducere
În care vă spun ce și cum, așa că e mai bine să nu derulați prin el
De ce există ceva în lume și nu nimic? De ce viitorul nu este la fel cu trecutul? De ce o persoană serioasă vine cu astfel de întrebări?
Când vorbești despre știință populară, cazi într-un fel de scepticism îndrăzneț al inițiatului. Citind toate aceste tweet-uri și bloguri, cineva are impresia că teoria relativității nu este nimic altceva decât vorbăria inactivă a unui tip la o petrecere și nu una dintre cele mai de succes teorii fizice din istoria omenirii, care a rezistat tuturor experimentelor. și teste de observație timp de o sută de ani...
Din punctul de vedere al celor neinițiați, fizica este dureros supraîncărcată cu tot felul de legi și formule. Nu poate fi mai rapid? Și fizicienii înșiși se bucură adesea de complexitatea detașată a proiectelor lor. Când Sir Arthur Eddington a fost întrebat în urmă cu o sută de ani dacă este adevărat că doar trei oameni din lume au înțeles teoria generală a relativității a lui Einstein, el s-a gândit o clipă, apoi a remarcat cu dezinvoltură: „Încerc să-mi dau seama cine este al treilea. unul este." Astăzi, teoria relativității este inclusă în arsenalul standard al fiecărui fizician, este predată zi de zi școlarilor de ieri și chiar și de azi. Așa că este timpul să renunțăm la ideea arogantă că înțelegerea secretelor universului este disponibilă doar pentru genii.
Perspectivele profunde despre cum funcționează lumea noastră nu sunt aproape niciodată rezultatul unei noi formule, indiferent dacă ești Eddington sau Einstein. Dimpotrivă, descoperirile au loc aproape întotdeauna când ne dăm seama că obișnuiam să credem că sunt lucruri diferite, dar de fapt sunt același lucru. Pentru a înțelege cum funcționează totul, trebuie să înțelegeți simetria.
Marele fizician al secolului al XX-lea, laureatul Nobel Richard Feynman a asemănat lumea fizicii cu un joc de șah. Șahul este un joc plin de simetrie. Rotiți placa o jumătate de tură - va arăta exact la fel ca la început. Formele de pe o parte, cu excepția culorii, sunt aproape o imagine perfectă în oglindă a formelor de pe cealaltă. Chiar și regulile jocului sunt simetrice. Iată cum spune Feynman:
Conform regulilor, episcopul se deplasează pe tabla de șah doar în diagonală. Putem concluziona că, indiferent câte mișcări au trecut, un anumit episcop va rămâne întotdeauna pe un pătrat alb... Așa va fi și pentru o perioadă destul de lungă de timp - dar dintr-o dată aflăm că episcopul a ajuns pe un pătrat negru. (de fapt, așa s-a întâmplat: de această dată episcopul a fost mâncat, dar unul dintre pioni a ajuns pe ultimul rând și a devenit episcop pe un pătrat negru). Așa este și cu fizica. Avem o lege care funcționează universal mult, mult timp, chiar și atunci când nu putem ține evidența tuturor detaliilor și apoi vine un moment în care putem descoperi lege noua.
Pagina curentă: 1 (totalul cărții are 20 de pagini) [extras de lectură accesibil: 12 pagini]
Dave Goldberg
Universul în oglinda retrovizoare. A fost Dumnezeu dreptate? Sau simetria ascunsă, antimateria și bosonul Higgs
© 2013 de Dave Goldberg
© Brodotskaya A. traducere în rusă, 2015
© LLC Editura AST, 2015
Recenzii de cărți
„Universul din oglinda retrovizoare”
Universul din spate este o lectură grozavă pentru oricine caută să înțeleagă de ce universul nostru este atât de complex și atât de minunat... Goldberg este un companion grozav care te va duce la destinația ta de a admira frumusețea universului.
Simetriile matematice oferă răspunsuri la multe întrebări, dar Goldberg, de-a lungul cărții sale pline de spirit și ușoară, oferă cititorului repere care nu sunt supraîncărcate cu calcule matematice. Sfat: Nu ratați numeroasele note de subsol pline de umor înțelept!
Goldberg are un simț subtil al umorului și al absurdului - și este excelent în a explica de ce ceea ce luăm de bun, de exemplu, egalitatea maselor gravitaționale și inerțiale, este de fapt foarte ciudat și deloc evident... Această carte este un pic ca un roller coaster atrăgător construit prin Moria lui Tolkien.
Wow, ce, se pare, subiectul simetriei poate fi interesant! Fizicianul Dave Goldberg duce cititorul chiar în vâltoarea conceptelor de fizică la scară largă, dar el conduce nava atât de îndemânatic încât cititorul nu riscă să se înece.
Informativă, deloc supraîncărcată de matematică și neobișnuit de fascinantă carte despre conceptul de simetrie în fizică... Cartea lui Goldberg de la început până la sfârșit este scrisă într-un mod accesibil și plin de umor... Autorul își asezonează cu generozitate explicațiile cu referiri la cultura populară - de la Doctor Who și Lewis Carroll la Angry Birds - și datorită modului fermecător de prezentare simplifică chiar și cele mai complexe subiecte.
Publishers Weekly
Goldberg vorbește despre cele mai fundamentale zece calități ale universului cu același umor și în același timp subtil, profund și clar.
Această carte este o explorare distractivă și distractivă a conceptelor de bază ale fizicii care include, printre altele, povestea uneia dintre eroinele necunoscute ale fizicii, gigantul pe ai cărui umeri au stat mulți fizicieni - Emmy Noether!
Dave Goldberg amenajează un adevărat parc de distracții de curiozități fascinante, paradoxuri uluitoare și umor subtil... El explică perfect cititorului care este rolul simetriei în fizică, astronomie și matematică. O poveste minunată despre un univers frumos!
Nu te despărți! Această carte este un adevărat cadou pentru orice cititor care este curios despre toate minunile universului nostru minunat. Dacă conceptele și legile fundamentale ale fizicii ar fi predate în școli în modul clar și distractiv în care le descrie Dave Goldberg în cartea sa, am fi mult mai capabili să atragem tinerii în știință.
Priyamwada Natarayan, președintele diviziilor de fizică și astronomie a Forumului de predare a femeilor de la Universitatea Yale
Această carte este aproape la fel de vastă în materie ca și universul fizic despre care este atât de minunat. Dar principalul lucru, poate, este că Goldberg scrie în detaliu despre meritele subestimate ale lui Emmy Noether. Teorema ei, conform căreia fiecare simetrie corespunde unei mărimi conservate, unifică cele mai diverse domenii ale fizicii, iar Goldberg explică cum și de ce.
John Allen Paulos, profesor de matematică la Universitatea Temple, autor al cărții Innumeracy
Dave Goldberg vorbește despre modul în care simetria modelează universul cu atâta pricepere încât să-i citești cartea este o adevărată plăcere. De la koanul kaonilor la regatul furnicilor și până la tam-tam despre bosonul Higgs, poveștile sale sunt irezistibile și, în același timp, sunt neobișnuit de informative.
J. Richard Gott, profesor de astrofizică la Universitatea Princeton
Citirea acestei cărți este ca și cum ai asculta o prelegere a celui mai minunat profesor de fizică din lume! Goldberg îți spune tot ce ai vrut să știi despre fizică, dar ai fost prea timid să întrebi, de exemplu, dacă Tardis ar putea fi construit sau ce s-ar întâmpla dacă Pământul ar fi aspirat într-o gaură neagră. O lectură obligatorie pentru oricine vrea să înțeleagă natura universului - și să râdă în același timp!
Annalee Newitz, editor și operator time warp field la http://i09.com
Dedicat lui Emily, Willa și Lily - sunteți viața, iubirea și inspirația mea
Trebuie amintit că ceea ce observăm nu este natura ca atare, ci natura supusă metodei noastre de a pune întrebări.
Werner Heisenberg
Introducere
În care vă spun ce și cum, așa că e mai bine să nu derulați prin el
De ce există ceva în lume și nu nimic? De ce viitorul nu este la fel cu trecutul? De ce o persoană serioasă vine cu astfel de întrebări?
Când vorbești despre știință populară, cazi într-un fel de scepticism îndrăzneț al inițiatului. Citind toate aceste tweet-uri și bloguri, cineva are impresia că teoria relativității nu este nimic altceva decât vorbăria inactivă a unui tip la o petrecere și nu una dintre cele mai de succes teorii fizice din istoria omenirii, care a rezistat tuturor experimentelor. și teste de observație timp de o sută de ani...
Din punctul de vedere al celor neinițiați, fizica este dureros supraîncărcată cu tot felul de legi și formule. Nu poate fi mai rapid? Și fizicienii înșiși se bucură adesea de complexitatea detașată a proiectelor lor. Când Sir Arthur Eddington a fost întrebat în urmă cu o sută de ani dacă este adevărat că doar trei oameni din lume au înțeles teoria generală a relativității a lui Einstein, el s-a gândit o clipă, apoi a remarcat cu dezinvoltură: „Încerc să-mi dau seama cine este al treilea. unul este." Astăzi, teoria relativității este inclusă în arsenalul standard al fiecărui fizician, este predată zi de zi școlarilor de ieri și chiar și de azi. Așa că este timpul să renunțăm la ideea arogantă că înțelegerea secretelor universului este disponibilă doar pentru genii.
Perspectivele profunde despre cum funcționează lumea noastră nu sunt aproape niciodată rezultatul unei noi formule, indiferent dacă ești Eddington sau Einstein. Dimpotrivă, descoperirile au loc aproape întotdeauna când ne dăm seama că obișnuiam să credem că sunt lucruri diferite, dar de fapt sunt același lucru. Pentru a înțelege cum funcționează totul, trebuie să înțelegeți simetria.
Marele fizician al secolului al XX-lea, laureatul Nobel Richard Feynman a asemănat lumea fizicii cu un joc de șah. Șahul este un joc plin de simetrie. Rotiți placa o jumătate de tură - va arăta exact la fel ca la început. Formele de pe o parte, cu excepția culorii, sunt aproape o imagine perfectă în oglindă a formelor de pe cealaltă. Chiar și regulile jocului sunt simetrice. Iată cum spune Feynman:
Conform regulilor, episcopul se deplasează pe tabla de șah doar în diagonală. Putem concluziona că, indiferent câte mișcări au trecut, un anumit episcop va rămâne întotdeauna pe un pătrat alb... Așa va fi și pentru o perioadă destul de lungă de timp - dar dintr-o dată aflăm că episcopul a ajuns pe un pătrat negru. (de fapt, așa s-a întâmplat: de această dată episcopul a fost mâncat, dar unul dintre pioni a ajuns pe ultimul rând și a devenit episcop pe un pătrat negru). Așa este și cu fizica. Avem 1 mai bun decât să citim „Prelegerile Feynman despre fizică” - doar ascultă-le. Citatul este preluat dintr-o înregistrare audio a unei prelegeri susținute de Feynman la Institutul de Tehnologie din California. De fapt, urma să țină prelegeri bobocilor, dar până la sfârșitul semestrului, toate locurile, se pare, erau ocupate de colegii săi.
există o lege care funcționează universal mult, mult timp, chiar și atunci când nu putem ține evidența tuturor detaliilor și apoi vine un moment în care putem descoperi o nouă lege.
Mai uitați-vă la joc de câteva ori și dintr-o dată vă va da seama că episcopul rămâne pe pătratele de aceeași culoare tocmai pentru că se mișcă doar în diagonală. Legea conservării culorii funcționează de obicei, dar o lege mai profundă necesită o explicație mai profundă.
Simetria în natură apare aproape peste tot - chiar dacă este neremarcabilă sau chiar evidentă și banală. Aripile de fluture sunt o reflectare perfectă una a celeilalte. Funcțiile lor sunt identice, dar chiar mi-ar părea rău pentru bietul fluture cu două aripi stângi sau două drepte - ar zbura neputincios în cerc. Simetria și asimetria în natură, de regulă, sunt forțate să concureze unele cu altele. În cele din urmă, simetria este un instrument prin care nu doar formulăm legi, ci și înțelegem de ce funcționează.
Să spunem că spațiul și timpul nu sunt deloc atât de diferite pe cât ar părea. Sunt ca aripile dreapta și stânga ale unui fluture. Asemănarea dintre ele a stat la baza relativității speciale - și a dat naștere celei mai faimoase formule din toată fizica. Aparent, legile fizicii nu se schimbă în timp - această simetrie ne permite să concluzionam că energia este conservată. Și acest lucru este și bine: datorită conservării energiei, bateria noastră gigantică - Soarele - reușește să hrănească toată viața de pe Pământ.
Pentru mulți dintre noi (bine, fizicienii), legile simetriei găsite atunci când studiem universul fizic sunt la fel de frumoase ca simetria unui diamant, a unui fulg de zăpadă sau a esteticii idealizate a unui chip uman perfect simetric.
Matematicianul Marcus du Sotoy scrie remarcabil despre asta:
Doar cele mai bune și mai sănătoase plante au rezerva de energie care le permite să mențină echilibrul în crearea formei lor. O floare simetrică le depășește pe cele asimetrice, iar acest lucru se reflectă în faptul că produce mai mult nectar, iar acest nectar conține mai mult zahăr. Simetria este dulce.
Sarcinile pe care simetria ni le pune în fața ne plac în mod indescriptibil mintea. Cuvintele încrucișate americane, de regulă, sunt un model de pătrate alb-negru, care nu se schimbă dacă întoarceți întreaga imagine o jumătate de tură sau o priviți într-o oglindă. Multe capodopere ale picturii și arhitecturii sunt construite pe simetrie - piramidele, Turnul Eiffel, Taj Mahal.
Merită să căutați curțile conștiinței - și vă veți aminti cu siguranță cele cinci solide platonice. Există doar cinci poliedre regulate cu fețe identice: un tetraedru (patru fețe), un cub (șase), un octaedru (opt), un dodecaedru (douăsprezece) și un icosaedru (douăzeci). Unii oameni de știință, ca mine, își vor aminti cu drag de copilărie și își vor da seama că așa arătau zarurile într-un set Dungeons & Dragons.
2 curele negre nerd vor sublinia că am uitat să menționez
os decaedral. Deci, știți că decaedrul nu este un solid platonic. Aparține clasei de antibipiramide și se mai numește și trapezoedru pentagonal.
Uneori, în conversația de zi cu zi, cuvântul „simetrie” se referă pur și simplu la modul în care obiectele „se potrivesc” sau „se reflectă” unele pe altele, dar de fapt acest concept, desigur, are o definiție precisă. Formularea pe care ne vom baza pe paginile acestei cărți îi aparține matematicianului Hermann Weyl:
Se spune că un obiect este simetric dacă poate fi manipulat într-un fel, iar după aceea va arăta la fel ca înainte.
Luați în considerare un triunghi echilateral. Puteți face orice cu acest triunghi - și va rămâne exact la fel ca înainte. Îl poți roti o treime dintr-o tură și va arăta ca înainte. Și te poți uita la el în oglindă - iar reflexia va fi exact aceeași cu cea originală.
Triunghi echilateral
Cercul este un obiect simetric perfect. Spre deosebire de triunghiuri, care arată la fel doar atunci când sunt rotite printr-un anumit unghi, un cerc poate fi rotit după cum doriți și rămâne același. Nu vreau să împing ceea ce este evident, dar așa funcționează roata.
Cu mult înainte de a înțelege cum se mișcă planetele, Aristotel a sugerat că orbitele lor ar trebui să fie rotunde - tocmai din cauza „perfecțiunii” cercului ca formă simetrică. Aristotel a greșit – și nu e de mirare: a greșit aproape în tot ceea ce privește lumea fizică.
Tentația este mare, ridiculizându-i pe cei din vechime, tăvălindu-se într-o dulce complezență, dar Aristotel avea dreptate într-una, dar foarte important. Deși planetele se învârt de fapt în jurul soarelui în elipse, forța gravitațională care le trage spre soare este aceeași în toate direcțiile. Gravitația este simetrică. Din această presupunere și o perspectivă ingenioasă a modului în care gravitația slăbește odată cu distanța, Sir Isaac Newton a tras concluzia corectă despre mișcarea planetelor. În special, acesta este motivul pentru care sunteți atât de familiarizat cu acest nume, deși există multe motive pentru aceasta. Cifrele care nu arată la fel de perfecte ca un cerc - orbitele eliptice ale planetelor - sunt rezultatul unei simetrii mult mai profunde.
Simetriile ne indică adevăratele principii ale naturii. Nimeni nu a putut înțelege cum funcționează mecanismul eredității până când Rosalind Franklin a făcut o radiografie a ADN-ului, ceea ce i-a permis lui James Watson și Francis Crick să descopere structura cu dublu helix. Și această structură, formată din două fire spiralate complementare, ne-a permis să înțelegem metoda copierii și a moștenirii.
ADN dublu helix
Dacă vă mișcați în cercuri care sunt complet rupte de viața excentricilor științifice, atunci probabil ați auzit pe unul dintre ei denumind cutare sau cutare teorie „naturală” sau „frumoasă”. Aceasta înseamnă de obicei că ipoteza pe care se bazează teoria este atât de simplă încât pur și simplu trebuie să fie adevărată. Cu alte cuvinte, începând cu o regulă foarte simplă, se pot descrie tot felul de sisteme complexe, precum gravitația din jurul găurilor negre sau legile fundamentale ale naturii.
Aceasta este o carte despre simetrie, despre cum se manifestă în natură, despre cum ne direcționează intuiția și cum se târăște acolo unde nu te aștepți. Laureatul Nobel Phil Anderson a spus-o cel mai succint:
Ar fi doar o ușoară exagerare să spunem că fizica este studiul simetriei.
Uneori, simetria este atât de evidentă încât pare complet banală - dar duce la rezultate incredibil de contraintuitive. Când mergi pe un roller coaster, corpul nu este capabil să distingă ceea ce îl apasă pe scaun - gravitația sau accelerația căruciorului: se simte la fel. Când Einstein a sugerat că „simt la fel” înseamnă „și este la fel”, el a dedus legile după care funcționează gravitația, iar ulterior acest lucru a condus la ipoteza existenței găurilor negre.
Sau, să zicem, faptul că puteți schimba două particule de același tip duce în mod inevitabil la înțelegerea ce soartă ne așteaptă Soarele și la misteriosul principiu de excludere a lui Pauli și, în cele din urmă, la funcționarea stelelor neutronice și a întregii chimie din lume. .
Dar fluxul timpului, pe de altă parte, pare la fel de evident asimetric. Trecutul este diferit de viitor, asta e sigur. Cu toate acestea, în mod ciudat, legile fizicii nu știu nimic despre axa timpului - au uitat să spună despre asta. La nivel microscopic, aproape fiecare experiment imaginabil merge înainte și înapoi remarcabil de bine.
Aici este ușor să cedezi dorinței de a generaliza și de a presupune că totul în lume este simetric. Nu vă sunt familiarizat, cititor, și, prin urmare, sunt gata să fac cele mai ofensatoare presupuneri. În liceu sau la institut, ați participat cel puțin o dată la o conversație de tachinare pe tema „Dacă, băieți, universul nostru este doar un atom într-un univers imens și enorm?”
Ai crescut de atunci? Recunoaște, știi foarte bine despre ce este filmul „Bărbații în negru” și îți amintești cu drag cum ai citit „Horton, elefantul aude pe cineva”, în copilărie – dar și acum te întrebi involuntar dacă există undeva un univers în miniatură care merge. mult peste percepția noastră.
Nu, prietene, răspunsul este nu - dar aici ar trebui să ne punem o întrebare ceva mai profundă: de ce?
Dacă puteți crește sau micșora ceva fără a-l schimba, atunci avem un anumit tip de simetrie. Cei dintre voi care ați citit Gulliver își vor aminti probabil că, de îndată ce ne-am întâlnit pe liliputieni, liliputienii sunt de douăsprezece ori mai mici decât Gulliver în toate dimensiunile. Înmulțirea și împărțirea cu zece este mult mai ușoară, așa că, de dragul simplității, am decis să rotunjesc și să simplific totul. Nu trebuie să mulțumești.
lui Jonathan Swift intră în cea mai lungă și mai detaliată discuție despre tot ceea ce decurge din diferența de înălțime dintre Gulliver și liliputieni, iar apoi între Gulliver și giganții Brobdingnag. Aici Swift, evident, a exagerat - el scrie raportul dintre dimensiunile tuturor lucrurilor din lume, de la lungimea pasului la numărul de animale locale de care Gulliver avea nevoie pentru a obține suficient.
Cu toate acestea, deja pe vremea lui Swift, nimeni nu se îndoia că existența unor astfel de țări și popoare (în general tac despre caii vorbitori) contrazice legile fizicii. Cu un secol mai devreme, Galileo Galilei a scris „Două științe noi”, unde a explorat posibilitatea existenței giganților din punct de vedere științific. După multă deliberare, el a concluzionat că presupunerea este falsă - privând astfel generațiile viitoare de oportunitatea de a se distra. Problema este că un os care își dublează lungimea devine de opt ori mai greu, în timp ce suprafața lui crește doar de patru ori. Așa că se va rupe, incapabil să-și susțină propria greutate. Iată cum scrie Galileo însuși despre asta:
Un stejar înalt de două sute de coți nu și-ar putea ține propriile ramuri dacă acestea ar fi distribuite în același mod ca pe un copac de înălțime obișnuită; iar natura nu poate da naștere un cal de douăzeci de ori mai mare decât un cal obișnuit, sau un uriaș de zece ori mai mare decât un om obișnuit, decât prin schimbarea miraculoasă sau foarte mare a proporțiilor corpului său, în special a oaselor, care trebuie să fie mult mărite de la obisnuitul.
4 Folosirea demnă a timpului și a talentelor sale, nimic de spus.
De aceea, un câine mic poate purta uneori doi sau trei câini de mărimea lui pe spate, dar presupun că un cal nu poate transporta nici măcar unul din același cal.
De aceea Spider-Man este o idee atât de proastă. Nu ar fi putut crește proporțional puterea păianjenului. Altfel, ar fi fost de o construcție atât de masivă încât nici nu ar fi trebuit să fie zdrobit. Gravitația ar face totul de la sine. După cum scrie biologul J. B. S. Haldane în eseul său „On Being the Right Size” (J. B. S. Haldane):
5 S-a dovedit de mult că, dacă vorbești cu un om de știință suficient de mult, el va strica orice ajungând la fund. De aceea suntem atât de des destinați seri singuratice.
De aceea, o insectă nu se teme de gravitație - poate cădea și rămâne nevătămată, se poate agăța de tavan cu un efort surprinzător de mic... Cu toate acestea, există o forță în lume de care o insectă se teme la fel ca un mamifer - gravitația . Aceasta este tensiunea superficială... O insectă care decide să bea se află în același pericol ca o persoană care atârnă de marginea unui abis fără fund în căutarea hranei. Odată ce o insectă este prinsă în plasa de tensiune superficială a apei - adică pur și simplu se udă - și cel mai probabil nu va putea să iasă și să se înece.
De fapt, problema este mult mai adâncă decât rezistența la tracțiune a oaselor gigantice și rezistența proporțională a insectelor. Toate obiectele comparabile cu dimensiunea unei persoane, se pare, pot fi reduse și mărite proporțional fără prea multe daune - un robot ucigaș de șase metri, aparent, cu exact același dispozitiv ca modelul său de trei metri, va funcționa de două ori la fel de bine - dar dacă treci la scara atomilor și moleculelor, toate predicțiile încetează să mai fie justificate. Lumea atomilor este și lumea mecanicii cuantice, ceea ce înseamnă că concretitatea existenței noastre macroscopice este înlocuită brusc de incertitudine.
Cu alte cuvinte, însuși actul de scalare nu are nimic de-a face cu simetria naturii. Harta rețelei cosmice de galaxii arată puțin ca o imagine a neuronilor, dar nu este o simetrie universală grozavă. E o coincidență. Aș putea continua să descriu diferitele cazuri de simetrie unul câte unul, dar sper că am explicat în general ce este. Unele schimbări contează, altele nu. În această carte, am decis să adopt următoarea abordare: să dedic fiecare capitol unei întrebări separate, care, după cum se dovedește, are un răspuns, deși indirect, și i-o dau simetriile sale fundamentale ale universului.
Pe de altă parte, chiar și mâna dreaptă a unei persoane diferă de stânga. Unul dintre principalele mistere la care se gândesc oamenii este că, într-un anumit sens, universul nu este simetric. Inima ta este pe partea stângă a pieptului tău, viitorul nu este același cu trecutul, ești făcut din materie, nu din antimaterie. Deci această carte este și o carte despre simetria ruptă și imperfectă, poate chiar mai mult decât despre simetria perfectă. Înțelepciunea populară spune că covorul persan este perfect în imperfecțiunea lui și perfect în imperfecțiunea lui. Modelul de pe covoarele reale, tradiționale, este puțin inexact, iar ruperea simetriei conferă întregii piese mai multă personalitate. Același lucru se întâmplă cu legile naturii - și asta e în regulă: un univers perfect simetric ar fi teribil de plictisitor. Și nu poți numi universul nostru plictisitor.
Universul pe care îl vedem în oglinda retrovizoare este mai aproape decât pare și asta schimbă totul. Dar să nu ne uităm înapoi - mergem într-un lung tur al universului. Iar ghidul nostru va fi simetria, dar când se va sparge, vom avea despre ce scrie acasă.
Capitolul întâi. Antimaterie
Din care aflăm de ce există ceva în lume și nu nimic
Vizionarea filmelor SF în speranța de a învăța ceva nou despre știință este în general inutilă. Printre altele, veți avea o idee foarte distorsionată, de exemplu, despre modul în care exploziile bubuie în spațiu (sunt tăcuți), cât de ușor este să dezvoltați viteza superluminală (dar deloc), câte vorbitori de limbă engleză și nu chiar extratereștri umanoizi, dar totuși diabolic de atractivi sunt în spațiu (toți sunt căsătoriți). Totuși, tot felul de „Star Wars” și „Star Treks” ne-au inspirat cu o idee foarte corectă: glumele sunt proaste cu antimateria.
Antimateria are o putere atât de uimitoare încât este pur și simplu imposibil să reziste tentației și, dacă un scriitor de science fiction vrea să adauge „fizică reală” preparatului său, aproape întotdeauna atinge un vârf de antimaterie: va adăuga greutate în ochii lui. cititori. Motorul navei spațiale „Enterprise” a lucrat la interacțiunea materiei și antimateriei. Isaac Asimov le-a dat roboților săi un creier pozitronic - și a transformat pozitronul, o particulă de antimaterie, într-un MacGuffin SF.
Chiar și în Angels and Demons a lui Dan Brown, o carte care cu greu se califică drept adevărată science-fiction, antimateria servește ca un fel de mașinărie infernală. Tăucătorii fură o jumătate de gram de antimaterie – iar această cantitate este suficientă pentru a face o explozie comparabilă ca putere cu primele bombe nucleare. În afară de faptul că Dan Brown a greșit de două ori în calculele aritmetice, nu a înțeles complet ce se întâmplă de fapt în acceleratorul de particule și a ratat de aproximativ un trilion de ori când estima cât de multă antimaterie putea fi stocată și transportată, cu ajutorul științificului. o parte din ea totul este bine.
Se pare că întâlnim în mod constant antimaterie - dar înțelegem complet greșit ce este. Această substanță nu este în niciun caz ucigașul de neoprit în care te-ai obișnuit cu neîncrederea de atâția ani. Dacă antimateria nu este atinsă, se comportă destul de pașnic. Antimateria este la fel ca materia obișnuită pe care o cunoști și pe care o iubești - are aceeași masă, de exemplu - exact opusul: sarcină opusă și nume opus. Miroase a prăjit doar dacă amesteci antimateria cu materie obișnuită.
6 În scenariu, un MacGuffin este un anumit obiect în jurul căruia este construită intriga - de exemplu, Graalul în ciclul arthurian sau douăsprezece scaune în Cele douăsprezece scaune ale lui Ilf și Petrov. - Aprox. transl.
7 Când antimateria devine „Fuck-bang”, aceeași cantitate de materie dispare. Brown se pare că a uitat de asta.
Nu numai că antimateria nu este mai exotică decât materia obișnuită, dar arată și se comportă exact la fel în aproape toate situațiile importante. Dacă toate particulele din univers ar fi înlocuite brusc cu versiunea lor anti, nu ai observa nimic. Pur și simplu, există simetrie în modul în care legile fizicii se ocupă de materie și antimaterie și, totuși, acestea trebuie să fie ușor diferite: la urma urmei, tu și toți cei pe care îi cunoști nu sunteți făcuți din antimaterie, ci din materie obișnuită.
Ne place să credem că nu există coincidențe, că există un motiv global pentru care nu stai în prezent într-o cameră plină de anti-oameni. Pentru a înțelege care este problema aici, vom pătrunde în trecut.
Haide, ei, anti-oameni, de unde am venit?
A explica de unde a venit ceva poate fi dificil. Nu este întotdeauna posibil să atribuiți totul cu grijă mușcăturii unui păianjen radioactiv, exploziei planetei natale sau chiar renașterii unui cadavru (de dragul științei, înțelegeți). Povestea propriilor noastre origini este una dificilă, dar veți fi încântați să știți că noi (la fel ca Hulk) suntem în cele din urmă rezultatul expunerii la radiații gamma. E o poveste lunga.
Fizica nu poate încă să răspundă la întrebarea de unde a venit universul însuși, dar putem spune multe despre ce s-a întâmplat după aceea. Cu riscul de a provoca o criză existențială, putem încerca măcar să răspundem la una dintre marile întrebări ale filozofiei, o lovitură foarte mare în panteonul ei: „De ce există ceva în lume și nu nimic?”
Întrebarea nu este atât de stupidă pe cât ar părea. Pe baza a tot ceea ce vedem în laborator, nu ar trebui să existe. Nimic personal. Nici eu nu ar trebui să exist și nici Soarele, galaxia Calea Lactee sau filmul Amurg (din foarte multe motive).
Pentru a înțelege de ce nu ar trebui să existe, trebuie să ne uităm în universurile oglindă, universurile antimateriei și propriul nostru univers la cea mai mică scară. Doar la cea mai mică scară apare diferența dintre materie și antimaterie și chiar și atunci este departe de a fi evidentă.
Universul la cea mai mică scară este destul de diferit. Tot ceea ce vedem este alcătuit din molecule, dintre care cele mai mici au o dimensiune de aproximativ o milioneme de milimetru. În comparație cu valorile la scară umană, un păr uman are o grosime de aproximativ o sută de mii de molecule. Da, moleculele sunt foarte mici, dar oricât de mici sunt, sunt formate din particule și mai mici. Și asta este, de asemenea, bine - dacă suntem interesați să găsim măcar o ordine în lume. Potrivit Societății Regale de Chimie, știm aproximativ 20 de milioane de tipuri diferite de molecule, iar compuși noi sunt descoperiți atât de des încât nu merită nici măcar să încerci să dai un număr exact. Dacă nu am înțelege că moleculele sunt alcătuite din ceva și mai mic, am fi blocați să le enumerăm.
8 Sper că nu ați ratat introducerea. Sunt multe lucruri bune acolo.
9 Ernest Rutherford, care a explicat, sincer, mai mult decât oricine altcineva structura materiei, a afirmat răspicat: „Toate științele sunt împărțite în Din fericire pentru ordinea universală, dacă iei scale din ce în ce mai mici, apar structuri noi. La o scară mai mică de zece miliarde de metru, începem să distingem atomii individuali. Cunoaștem doar 118 elemente chimice, iar cele mai multe dintre ele nu se găsesc deloc în natură sau se găsesc doar în urme.
Ceea ce vedem la scară macroscopică nu ne pregătește pentru ceea ce ne confruntăm atunci când ajungem la dimensiunea atomilor individuali, pentru că atunci intră în joc mecanica cuantică. Nu voi vorbi încă despre natura cuantică a realității, voi spune doar un lucru: acolo domnește o incertitudine neplăcută. Deocamdată, o poți ignora, dar puțin mai târziu va trebui să intri în această mlaștină până la urechi.
Chiar dacă nu știi exact ce sunt atomii, poți să le dai sens. Aceasta este ceea ce a descoperit chimistul rus Dmitri Mendeleev în secolul al XIX-lea. Cel mai probabil ești familiarizat cu principala lui realizare dacă ai intrat într-o sală de chimie sau fizică cel puțin o dată în viață. Mendeleev a inventat tabelul periodic.
Aceasta nu este doar o listă lungă. Mendeleev a demonstrat că elementele din fiecare coloană a tabelului au proprietăți chimice foarte asemănătoare. De exemplu, cupru, zoofizică și colecționare de timbre. Cât de jignitor trebuie să fi fost pentru el să primească Premiul Nobel pentru Chimie în 1908!
10 Mendeleev este primul dintre multele personaje din această carte căruia i-a fost aproape luat Premiul Nobel. În cazul său, el nu a primit premiul la chimie în 1907 din cauza intrigilor politice - în ciuda faptului că tabelul periodic stă la baza întregii chimie și fizicii atomice moderne.
loto și argintul sunt în aceeași coloană și toate sunt metale cu o conductivitate foarte mare. Prin completarea golurilor, Mendeleev a reușit să prezică proprietățile elementelor înainte ca acestea să poată fi descoperite în laborator!
Însăși ideea că atomii constituie baza invizibilă a materiei a fost deja formulată acum două mii și jumătate de ani, deși într-o formă destul de primitivă. Leucip, Democrit și atomiștii greci antici au exprimat această idee în secolul al V-lea î.Hr. e., și se poate presupune cu ușurință că am petrecut ultimii două mii de ani pentru ca în sfârșit să ajungă la noi. Personal, cred că anticii au prea multă onoare.
În general, primii atomişti spuneau doar că este imposibil să divizezi materia la infinit. Nu aveau idee cât de mici sunt atomii, ce structură au și că pot fi împărțiți în continuare (în ciuda faptului că însuși cuvântul „atom” înseamnă literal „indivizibil”).
Abia în ultimii două sute de ani am început să înțelegem deloc ce sunt atomii, culminând cu analiza strălucitoare a mișcării browniene a lui Einstein în 1905. Cu 80 de ani mai devreme, botanistul Robert Browne studiase polenul agitat într-un lichid la microscop. Brown a remarcat că, oricât de mult a așteptat ca imaginea să se calmeze, particulele de polen au continuat să se agita neregulat.
Einstein a presupus în mod corect că moleculele individuale împingeau în mod constant particulele de polen în direcții diferite aleatoriu - și din aceasta a putut concluziona că atomii există în realitate și chiar să estimeze dimensiunea lor.
Dovezile puternice că atomii trebuie să existe ar fi mai mult decât suficiente pentru a face din Einstein unul dintre cei mai mari oameni de știință ai secolului XX, dar se crede că este doar a treia cea mai importantă descoperire pe care a făcut-o într-un singur an. S-a întâmplat un adevărat miracol, poate că nu s-a mai întâmplat până acum în istorie că descoperirile strălucitoare au urmat una după alta cu o asemenea frecvență și nu degeaba 1905 este numit „Anul minunat” în biografia lui Einstein - atunci o serie de articole. au fost publicate în care omul de știință nu numai că a demonstrat că atomii există, dar a demonstrat și că lumina constă din particule (pentru care a primit Premiul Nobel în 1921) și a propus, de asemenea, comunității științifice un fleac numit „teoria relativității”. , datorită căruia, cel mai probabil, îi cunoști numele.
