Вселенная.Руководство по эксплуатации - Дэйв Голдберг

«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

THE UNIVERSE

_ i

John Wiley & Sons, Inc.

Дэйв Голдберг,

Джефф Бломквист

ВСЕЛЕННАЯ.

Как 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