«Если бы такая книга попала мне в руки в детстве, у меня была бы другая профессия!»
«Эта книга — для тех, у кого нет специального образования, зато есть мозги и неуемное любопытство. Современная физика подана в ней как стройная система, описанная легко, весело, понятно и даже с картинками — и безо всяких формул!»
«Настоящий подарок для всех, кого интересует современная наука и ее достижения,— от любознательного старшеклассника до его любимого учителя, от студента-филолога до доктора физико-математических наук.»
Dave Goldberg,
Jeff Blomquist
A USER’S GUIDE TO
_ i
John Wiley & Sons, Inc.
Дэйв Голдберг,
Джефф Бломквист
РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИКак выжить среди черных дыр, временных парадоксов и квантовой неопределенности
УДК 53 ББК22 Г60
Голдберг, Д.
Г60 Вселенная. Руководство по эксплуатации. Как выжить среди черных дыр, временных парадоксов и квантовой неопределенности / Дэйв Голдберг, Джефф Бломквист. — М.: ACT, 2010. —416 с.
ISBN 978-5-17-062989-3
Книга «Вселенная. Руководство по эксплуатации» — идеальный путеводитель по самым важным — и, конечно, самым упоительным — вопросам современной физики: «Возможны ли путешествия во времени?», «Существуют ли параллельные вселенные?», «Если вселенная расширяется, то куда она расширяется?», «Что будет, если, разогнавшись до скорости света, посмотреть на себя в зеркало? », «Зачем нужны коллайдеры частиц и почему они должны работать постоянно? Разве в них не повторяют без конца одни и те же эксперименты?». Юмор, парадоксальность, увлекательность и доступность изложения ставят эту книгу на одну полку с бестселлерами Г. Перельмана, С. Хокинга, Б. Брайсона и Б. Грина! Настоящий подарок для всех, кого интересует современная наука, — от любознательного старшеклассника до его любимого учителя, от студента-филолога до доктора физико-математических наук!
Научно-популярное издание
Дайв Голдберг, Джефф Бломквист
ВСЕЛЕННАЯ.
РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ
Как выжить среди черных дыр, временных парадоксов и квантовой неопределенности
Научный редактор: А. М. Красильщиков, к. ф.-. наук Художественный редактор: С, Ващенок
Подписано в печать 10.02,10. Формат 84х108/ 32.
Усл. печ. л. 21,84. Доп. тираж 5 000 эй. Заказ № 0970.
ООО «Издательство ACT»
141100, Россия, Московская обл., г.Щелково, ул. Заречная,д. 96.
Наши электронные адреса: WWW.АST.RU E-mail: [email protected]а.ru
© 2009 by Dav6 Goldberg and
Jeff Blomquist
© Перевод на русский язык:
Бродоцкая A., 2009
ООО *Издательство ACT*, 2009
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.........................................10
Глава 1. СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ...10
I. Почему нельзя определить, с какой скоростью плывет корабль в тумане? ...24
II. С какой скоростью летит луч света, если бежишь рядом с ним?.....................................31
III. Если летишь в звездолете со скоростью, близкой к скорости света, какие ужасы ждут тебя по возвращении?...37
IV. Можно ли развить скорость света (и поглядеть на себя в зеркало)?..42
V. А разве относительность не придает атомам бесконечную энергию?..46
Глава 2. КВАНТОВЫЕ СТРАННОСТИ................54
I. Из чего состоит свет — из крошечных частиц или из большой волны?...61
II. Можно ли изменить реальность, если просто смотреть на нее?..66
III. Что же такое, в самом деле, электроны, если их как следует рассмотреть?...71
IV. Не квантовая ли механика виновата в том, что я постоянно все теряю? ...76
V. Можно ли взять и построить телепортатор, как в «Звездном пути»? ...84
VI. Если в лесу падает дерево и никто этого не слышит, производит ли оно грохот?...88
Копенгагенская интерпретация................91
Причинная интерпретация. Бом-бом-бом......95
Интерпретация «множественных миров»........98
Глава 3. СЛУЧАЙНОСТЬ...........................101
I. Если физический мир настолько непредсказуем, почему мы замечаем это далеко не всегда?..105
II. Что такое радиоуглеродный метод датировки? .... 114
III. А нельзя ли считать, что Господь играет со Вселенной в кости?...119
Глава 4. СТАНДАРТНАЯ МОДЕЛЬ .................130
I. Зачем нам вообще нужен ускоритель стоимостью в несколько миллиардов долларов?.134
II. Как открывают субатомные частицы?...........142
III. Зачем разным частицам так много разных правил?...147
Гравитация..............................148
Электромагнетизм .........................149
Сильное взаимодействие ....................152
Слабое взаимодействие...................... 153
IV. Откуда же берутся эти силы?..................155
V. Почему я не могу сбросить вес (или массу) до нуля?...164
VI. Как же старина БАК, такой малюсенький, уничтожит такой большой мир? ...170
Ультрасупермегакошмарный сценарий № 1.
Черная дыра заглатывает Землю изнутри .... 170
Ультрасупермегакошмарный сценарий № 2.
Образуются страпельки, которые затем сольются в кристалл, отчего весь мир станет странным.То есть странной материей... 173
VII. Удовлетворятся ли физики достигнутым, обнаружив частицу Хиггса?...176
Теория струн..............................176
Петлевая квантовая теория гравитации........ 179
Приложение А. Полицейский архив.
Досье на фундаментальные частицы...............182
Лептоны.................................182
Кварки...................................184
Переносчики взаимодействия................187
Глава 5. ПУТЕШЕСТВИЕ ВО ВРЕМЕНИ .............190
I. Можно ли построить вечный двигатель? .......192
II. Реальны ли черные дыры или физики просто выдумали их от скуки?...198
III. Что будет, если упадешь в черную дыру?.......204
IV. А можно вернуться во времени назад и купить акции «Майкрософт»?..209
V. Так кто же путешествует во времени правильно?...218
«Футурама», сезон 4, эпизод 1. «Розвелл —это то, что хорошо кончается» (2001)...219
«Терминатор» (1985) ....................................221
VI. Так как же сделать действующую машину времени?...223
Кротовые норы............................223
Космические струны........................228
VII. Так каковы же мои шансы изменить прошлое? ..231
Глава 6. РАСШИРЯЮЩАЯСЯ ВСЕЛЕННАЯ.........236
I. Где находится центр Вселенной? ..............242
II. Как выглядит край Вселенной?....................246
III. Из чего состоит пустое пространство?..........249
IV.Насколько пусто пространство? ..............257
V. Где же находится все вещество? ..............262
VI. Почему Вселенная ускоряется?...............266
VII. Какова форма Вселенной?...................272
VIII. Куда расширяется Вселенная? ...............276
7
Глава 7. БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ ........................281
I. Почему мы не можем проследить все развитие Вселенной до самого Большого взрыва?...289
Комбинация (t = 380 000 лет)................. 289
II. Разве Вселенная не наполнена (до половины) антиматерией?.................................292
III. Откуда берутся атомы?......................297
Рождение элементов (t = 1 секунда — 3 минуты) ..297
IV. Каким образом частицы набирают весь свой вес?..303
Золотой век кварков (t = от 10-12 до 10-6 секунды).. 303
V. Существует ли где-нибудь в пространстве-времени твоя точная копия?..306
Инфляция (t = 10-35 секунд).................306
Тайна № 1. Проблема горизонта ..............307
Тайна N° 2. Проблема плоского мира . ..........309
Решение всех проблем. Теория инфляции......310
VI. Откуда взялась материя? ....................316
VII. Что произошло в самом начале времен? ... 319
Что-то вроде Начала Времен (t = 10-43 секунды) ........319
VIII. Что было до начала?........................321
Сценарий бесконечной мультивселенной № 1.
Мультивселенная породила сама себя.......324
Сценарий бесконечной мультивселенной № 2.
Это не первая Вселенная..................326
Глава 8. ИНОПЛАНЕТЯНЕ.........................329
I. Ну и где они все?...........................331
II. Сколько существует планет, пригодных
для обитания?.................................337
III. Долго ли живут разумные цивилизации?.......342
IV. Каковы шансы, что на нашей планете
не зародилась бы разумная жизнь?................347
Глава 9. БУДУЩЕЕ ................................352
I. Что такое темная материя? ..................353
Чем не может быть темная материя?...........356
Суперсимметрия ...........................358
Как мы их находим? ........................362
II. Долго ли живут протоны? ....................365
Конец материи ............................366
Где же он, распад протонов?..................368
III. Какова масса нейтрино?......................370
Природные фабрики нейтрино ...............370
