Маркус Чоун - Чудеса обычных вещей. Что обыденная жизнь рассказывает нам о большой Вселенной

• Название: Чудеса обычных вещей. Что обыденная жизнь рассказывает нам о большой Вселенной
• Автор: Маркус Чоун
• Издательство: Ломоносовъ
• Жанр: Научпоп
• Год: 2012
• ISBN: 978-5-91678-095-6

Маркус Чоун — британский ученый, журналист и писатель, один из лучших популяризаторов науки сегодняшнего дня. Мало кто умеет так, как он — просто, доходчиво, с легким юмором, — рассказать о сложнейших научных представлениях, будь то принципы квантовой механики или космологические концепции.

В своей новой книге «Чудеса обычных вещей» Маркус Чоун демонстрирует удивительный, обманчиво простой принцип знакомства с миром современной физики: он берет самые обычные вещи и явления и заставляет их рассказывать о тайнах мироздания, о загадках микро- и макромира.

Под пером Маркуса Чоуна обыкновенное оконное стекло повествует о вероятностях, управляющих Вселенной. Капелька крови на пальце, оставшаяся после укола, делится впечатлениями о процессах, происходящих в глубинах звезд. А заурядная электрическая лампочка и доски пола под ногами превращаются в парадоксальные, загадочные предметы, которые, оказывается, в принципе не должны существовать!

Маркус Чоун (р. 1959) — в прошлом радиоастроном, успешно работавший в Калифорнийском технологическом институте; ныне — постоянный автор журнала «Нью сайентист», теле- и радиоведущий, популяризатор науки.

---

Альфа-распад. Выплевывание высокоскоростной альфа-частицы большим нестабильным ядром, которому хочется стать полегче и постабильнее.

Альфа-частица. Положительно заряженная частица, состоящая из двух протонов и двух нейтронов, — в сущности, ядро атома гелия, — которая вылетает из нестабильного ядра при радиоактивном альфа-распаде.

Альфа-процесс. Процесс формирования тяжелых атомных ядер внутри звезд за счет добавления альфа-частиц к ядрам легких элементов. Требует температуры порядка миллиарда градусов.

Андромеда. Ближайшая к нашему Млечному Пути большая галактика, расположенная примерно в 2,5 миллиона световых лет. Андромеда и Млечный Путь — крупнейшие галактики в кластере из более чем 50 галактик, известном как Местная группа.

Антропный принцип. Представление о том, что Вселенная такова, какова она есть, по той причине что если бы это было не так, то нас здесь не было бы и, следовательно, обратить внимание на Вселенную тоже было бы некому. Другими словами, факт нашего существования — важное научное наблюдение.

Антиматерия. Термин, обозначающий большое скопление античастиц. Антипротоны, антинейтроны и позитроны могут, по идее, собираться вместе и образовывать антиатомы. И ничто, в принципе, не исключает возможности существования антизвезд, антипланет и антижизни. Одна из величайших загадок физики — в том, почему мы живем во Вселенной, состоящей, судя по всему, исключительно из материи, в то время как по существующим физическим законам соотношение материи и антиматерии должно быть — ну хотя бы примерно — пятьдесят на пятьдесят.

Античастица. Каждая субатомная частица имеет своего двойника: античастицу с некоторыми характеристиками взаимодействия — такими, как электрический заряд, — обладающими противоположным знаком. Например, двойник отрицательно заряженного электрона — это античастица с положительным зарядом, именуемая позитроном. Когда частицы и античастицы сталкиваются, они самоуничтожаются, или «аннигилируют», при этом высвобождается огромное количество энергии.

Атом. Кирпичик обыкновенной материи. Атом состоит из ядра, окруженного облаком электронов. Положительный заряд ядра уравновешивается отрицательным зарядом электронов. Кирпичики материи чрезвычайно малы: «диаметр» атома составляет около одной десятимиллионной миллиметра.

Атомная энергия. См.: Ядерная энергия.

Атомное ядро. Плотная кучка протонов и нейтронов (в случае водорода — всего один протон) в центре атома. Масса ядра составляет более 99,9 % массы атома.

Бета-распад. Выброс высокоскоростного электрона нестабильным атомным ядром. То, что остается после бета-распада, — это ядро элемента, в котором на один протон больше.

Бета-лучи. Поток частиц, испускаемых в результате бета-распада. На самом деле бета-частицы — то есть электрона, испускаемого при бета-распаде, — в ядре изначально нет, она «рождается» при превращении нейтрона в протон.

Бозон. Микроскопическая частица с целым значением спина — 0, 1, 2 и так далее. Из-за этой «целостности» своего спина такие частицы очень «общительны», им свойственно стадное поведение, в результате чего мы имеем лазеры, сверхтекучие жидкости и сверхпроводники.

Большой взрыв. Титанический взрыв, произошедший 13,7 миллиарда лет назад, в результате чего, как считается, появилась наша Вселенная. В сущности, «взрыв» — неправильное название, поскольку этот самый Большой взрыв произошел везде одновременно и до него не существовало никакой пустоты, в которую могла бы извергнуться Вселенная. Пространство, время и энергия — все появилось в результате Большого взрыва.

Броуновское движение. Беспорядочное движение достаточно больших тел, находящихся под пулеметным обстрелом маленьких тел. Самый известный пример — это зигзагообразное движение зернышек пыльцы на поверхности воды: зернышки дергаются, потому что по ним постоянно ударяют молекулы воды. Феномен броуновского движения, открытый британским ботаником Робертом Броуном (1773–1858) в 1827 году и триумфально объясненный Альбертом Эйнштейном в 1905-м, стал мощным доказательством существования атомов.

Водород. Самый легкий элемент в природе. Атом водорода состоит из одного протона, вокруг которого обращается один электрон. Примерно 90 % всех атомов во Вселенной — атомы водорода.

Волновая функция. Математическая данность, описывающая состояние квантовой системы, например атома. Волновая функция изменяется во времени в соответствии с уравнением Шрёдингера.

Вселенная. Все, что есть на свете. Весьма растяжимый термин: когда-то им обозначали то, что мы теперь называем Солнечной системой; затем «Вселенной» стали именовать то, что мы называем Млечным Путем; сейчас этот термин используют для обозначения совокупности всех галактик в мире: судя по всему, в «наблюдаемой Вселенной» содержится более 100 миллиардов галактик.

Газ. Скопление атомов, которое летит сквозь пространство, подобно рою крошечных пчел.

Галактика. Один из кирпичиков строения Вселенной. Галактики — огромные звездные острова. Наш собственный остров, Млечный Путь, обладает спиральной формой и содержит не менее 200 миллиардов звезд.

Гамма-лучи (гамма-излучение). Электромагнитное излучение с чрезвычайно малой длиной волны. Испускается главным образом при переходах между возбужденными состояниями атомного ядра, то есть когда атомное ядро «перегруппировывается».

Гелий. Второй самый легкий элемент в природе. Единственный элемент, который был обнаружен на Солнце, прежде чем его открыли на Земле. Гелий — второй по распространенности элемент во Вселенной после водорода, на его долю приходится примерно 10 % всех атомов Вселенной.

Гипотеза сжатия. Представление о том, что Солнце остается горячим потому, что по мере его сжатия гравитационная энергия постоянно превращается в тепловую. Гипотеза неверна.

Горение водорода. Реакция синтеза гелия из водорода, сопровождаемая высвобождением большого количества ядерной энергии. Мощный источник энергии Солнца и большинства звезд.

Горение кремния. Цепочка быстрых, бурных ядерных реакций, берущих старт после того, как массивная звезда начинает производить кремний. Всего лишь за день эти реакции превращают кремний в железо и никель — конечные пункты обычных звездных ядерных реакций. После этого звезда находится уже на грани катастрофы и готова взорваться, став сверхновой.

Гравитация. См.: Гравитационное взаимодействие.

Гравитационная волна. Рябь, распространяющаяся по пространству-времени. Гравитационные волны порождаются бешеным движением масс материи, что происходит, например, при слиянии черных дыр. Поскольку гравитационные волны очень слабые, они до сих пор не обнаружены напрямую.

Гравитационная потенциальная энергия. Энергия, которой обладает масса благодаря своему положению в гравитационном поле. Например, незакрепленная на крыше черепица обладает большей потенциальной энергией, чем та, что лежит на земле. Если она упадет на землю, ее потенциальная энергия преобразуется в другие формы — первым делом в энергию движения.

Гравитационное взаимодействие (притяжение, тяготение). Самое слабое из четырех фундаментальных взаимодействий, существующих в природе. Гравитационное взаимодействие в приближенном виде описывается теорией тяготения Ньютона; более точно его описывает теория гравитации Эйнштейна — общая теория относительности. Общая теория относительности «не работает» в случае сингулярности в сердце черной дыры и в случае сингулярности при рождении Вселенной. В наше время физики ищут более точное описание гравитации. Теория, уже получившая название «квантовой гравитации», пытается объяснить гравитацию через обмен частиц, именуемых «гравитонами».

Дейтерий. Редкий изотоп водорода. В ядре дейтерия кроме одного протона содержится еще один нейтрон.

Декогерентность. Механизм, который разрушает странную, «потустороннюю» квантовую природу объекта, и, таким образом, этот объект начинает казаться локализованным, а не находящимся во многих местах одновременно. Декогеренция происходит, если внешний мир получает «знание» об объекте. Это знание может быть принесено отдельным фотоном видимого света или молекулой воздуха, отскочившей от объекта. Поскольку большие объекты, например обеденный стол, постоянно подвергаются бомбардировке фотонами или молекулами воздуха и не могут оставаться полностью изолированными от окружающей среды хоть сколько-нибудь долго, они теряют свою способность быть во многих местах одновременно за фантастически короткий период времени — слишком короткий, чтобы мы это каким-либо образом заметили.