Книжные новинки
Астрофизика, космология и квантовая физика
Физика изучает и объясняет законы существования природы. Но с появлением возможности углубляться всё дальше за границы видимого – туда, где происходят явления, которые нельзя объяснить привычными физическими законами, – начинается господство теоретической физики, а в случае изучения Вселенной – астрофизики и космологии.
Предлагаем погрузиться в раздел физики, который пока существует в виде математических расчётов и физических теорий.
Клегг, Брайан. Взламывая квантовую физику / Брайан Клегг ; перевод с английского Н. Д. Уткин. – Москва : АСТ, ОГИЗ, 2019. – 302, [2] с. : ил. ; 21 см. – (Взламывая науку).
В 1900 году науке не были известны даже атомы – частицы, из которых состоят химические элементы. А современная наука утверждает, что мы существуем в мире, состоящем из квантовых явлений.
Квантовые частицы впервые были обнаружены в 1936 году в космических лучах. Квант – это минимальное количество физической величины. Например, квант энергии – количество энергии, которое передаётся от одного атома другому.
Обычно мы думаем, что такие серьёзные науки в жизни нам недоступны – мы же не учёные-физики. Но это ошибочно. Квантовые технологии внедряются в обычную жизнь уже с 50-х годов прошлого века. Любое электронное устройство работает, используя эти технологии. «Каждый отдельный функциональный элемент смартфона использует одну или более квантовых технологий – от экрана и флэш-памяти до навигационных GPS-технологий и процессора».
Мы живём в макромире, который наполнен обычными для нас предметами, состоящими из квантовых частиц, демонстрирующих таинственное поведение.
«Несмотря на видимый конфликт, практически всё, что мы наблюдаем опытным путём, не работало бы без квантовых эффектов так, как мы это видим. Без квантового туннельного эффекта не было бы Солнца и звёзд; без квантовых взаимодействий то вещество, которое мы знаем, не было бы ни различимым, ни способным создавать твёрдые тела».
Как ни странно, но без квантовых эффектов невозможна и биология, так как всё живое также состоит из атомов и молекул, и множество биологических процессов зависят от квантовых эффектов. Например, способность птиц не сбиваться с пути с помощью магнитного поля Земли учёные пытаются объяснить квантовым эффектом Зенона.
Что такое абсолютный нуль, сверхпроводники, сверхтекучие жидкости, можно ли остановить движение света, почему ночью мы можем увидеть своё отражение на оконном стекле, а днём нет; можно ли отправить сообщение в прошлое?
Разбираемся в основах загадочной науки – квантовой физики.
Мы не задумываемся, что такое время – смотрим на часы и понимаем, что опаздываем или ещё есть время на кофе. Но когда появилось время, с какого момента начался отсчёт? И существовало ли оно до Большого взрыва?
«Время – это некая универсальная величина, которой подчинено всё в нашей Галактике. Оно отличается от пространственных координат тем, что двигается в одном направлении, а значит, и мы вместе с ним двигаемся по оси времени вперёд, независимо от нашей воли и желаний».
Среди учёных нет единого мнения о понятии времени.
«Некоторые физики-теоретики утверждают, что времени как такого нет, однако существует причинно-следственная связь. Таким образом, причинность, а вовсе не время является основной характеристикой нашей Вселенной».
В 1935 году физики Альберт Эйнштейн и Натан Розен предположили, что во Вселенной существуют пространственно-временные каналы, которые соединяют галактики между собой – так называемые «кротовые норы» или «червоточины». Предположительно, через них можно совершать перемещение во времени. Но согласно специальной теории относительности, путешествия во времени возможны, только если преодолеть скорость света.
Теорию «стрелы времени», согласно которой время течёт в одном и том же направлении и его обратное движение невозможно, была предложена астрофизиком Артуром Эддингтоном в 1927 году. Выделяются три «стрелы времени»: психологическая, термодинамическая и космологическая.
«Психологическая стрела времени – довольно зыбкое понятие. События прошлого являются причиной наших воспоминаний, а наше настоящее является причиной будущих событий. Таким образом происходит увеличение энтропии, которое регламентируется вторым законом термодинамики».
Можно ли изменить течение времени, как влияет гравитация на скорость времени, есть ли время в чёрной дыре, возможно ли замедлить время на нашей планете и действительно ли, что для нашей головы время течёт быстрее, чем для ног?
Александр Дементьев – автор научно-популярного канала «Популярная наука». В книге собраны последние научные данные в изучении нашей Вселенной, но через аналогии из обычной жизни.
«Как новые открытия изменят быт человека? Как человек может преодолеть ограничения, наложенные на него природой, и всё-таки освоить другие планеты?»
Нашу Землю как будто специально разместили в идеальной зоне – «зоне Златовласки» – где созданы все условия для возникновения жизни: температура, климат, атмосфера, наличие воды, железное ядро, спутник. И хотя всё сложилось в совершенстве, «первое впечатление обманчиво. Нам постоянно угрожает опасность из вне».
Но как и почему именно Земля стала планетой, пригодной для жизни? «Возможна ли такая случайность, которая разложила все элементарные частицы по нужным полочкам? И все фундаментальные частицы (их наука насчитывает 24) выстроились в нужном нам порядке случайно?»
В нашей галактике есть сверхновые звёзды и туманности, и чёрные дыры, и загадочная тёмная материя. Если представить, что Вселенная – это огромный мегаполис, то наш Млечный Путь – это пригород, до которого «нужно ехать на электричке, а потом ещё топать через лес». И здесь нам тоже повезло! Потому что, находись мы в центре, то обязательно бы с чем-нибудь столкнулись. В центре нашей галактики находится чёрная дыра весом четыре миллиона солнц. Существует ли угроза, что мы влетим в неё? Сколько галактик во Вселенной и с какими из них Млечный Путь может объединиться?
О некоторых загадках космоса учёные могут строить только теории, основанные на математических расчётах. Начинается всё с общей теории относительности Альберта Эйнштейна. С ней в нашем трёхмерном пространстве появилось четвёртое измерение – время. И по общей теории относительности время и пространство связаны друг с другом, но человек это не замечает, потому что живёт в постоянно одинаковом гравитационном поле. Теорию Эйнштейна признают все учёные, потому что она много раз подтверждена. Но всё же она пока не стыкуется с другими теориями физики, особенно с квантовой физикой.
Что такое сингулярность, существует ли тёмная материя и можно ли её потрогать, чем отличается тёмная энергия от тёмной материи, случайна ли схожесть структуры Вселенной и мозга человека, есть ли границы у Вселенной и многие другие не менее актуальные вопросы и ответы найдёте в книге.
Хранение: Ф1.
В книге «Теория всего» представлены семь лекций Стивена Хокинга – физика-теоретика, астрофизика и космолога, которые дополняются цветными снимками с космического телескопа «Хаббл».
Погружение в мир бесконечной Вселенной начинается с рассказа об изменениях в представлении о её устройстве древними философами, учёными Средневековья и Нового времени. В XVII веке Исааком Ньютоном был сформулирован закон всемирного тяготения, что привело к идее неподвижной Вселенной. Но открытие, сделанное Эдвином Хабблом в 1929 году, всё изменило – при измерении расстояний до галактик выяснилось, что они от нас удаляются. Значит, Вселенная не стационарна, а расширяется. Это открытие было теоретически рассчитано за несколько лет до этого русским физиком Александром Фридманом и подтверждено в 1965 году.
«В настоящее время мы знаем, что наша Галактика – лишь одна из сотен миллиардов галактик, наблюдаемых с помощью современных телескопов и состоящих из сотен миллиардов звёзд».
Но как и откуда всё появилось? Одной из версий появления Вселенной является теория Большого взрыва, источником которого была бесконечно плотная точка сингулярности.
Между появлением в 1783 году гипотезы о чёрных дырах и их наглядном описанием прошло почти 200 лет. Хокинг подробно и понятным языком описывает процесс образования этого космического объекта с очень сильным гравитационном полем, которое не может преодолеть даже свет.
«Согласно общей теории относительности внутри чёрной дыры должна находиться сингулярность с бесконечной плотностью. Это напоминает Большой взрыв в начале времени». Но парадокс теории о чёрной дыре заключается в том, что она разработана только в виде математической модели.
Стивен Хокинг первый выдвинул космологическую теорию, в которой общая теория относительности и квантовая механика объединены. И в теории квантовая механика допускает другой вариант происхождения Вселенной, без сингулярности. «Законы физики могут не нарушаться в момент рождения Вселенной. Состояние Вселенной и её содержимое, включая нас, полностью определяются законами физики вплоть до предела, установленного принципом неопределённости».
Уже почти сто лет учёные пытаются объединить теорию относительности Альберта Эйнштейна и квантовую физику. И если в начале двадцатого века ещё было мало что известно о ядерных реакциях и их силе, то современные знания перевернули устоявшиеся представления об устройстве нашего мира и Вселенной.
Что такое квантовая гравитация, мнимое время, как термодинамическая стрела времени определяет психологическую, возможно ли помнить будущее, какие существуют перспективы в создании теории всего и как влияют на это принципы неопределённости и запутанности – ответы даёт Стивен Хокинг.
Хранение: ЦГБ.
«Какая сила вдохнула жизнь в уравнения и сотворила описываемую ими Вселенную? Что заставило Вселенную появиться? Если мы найдём ответ, это будет величайшей победой человеческого разума». Стивен Хокинг, астрофизик.
Книги по квантовой физике, теории относительности, о Большом взрыве и других загадочных явлениях найдёте в фондах наших библиотек.
Появилась из сингулярности
Елена Коврова,
главный библиотекарь
функциональной группы комплектования и обработки
Центральной городской библиотеки
Изображение для плашки взято из общедоступных источников Интернета