[:ru]
Несколько полезных советов о том, как не попасть впросак в кругу научной интеллигенции и поддержать беседу о сингулярности, термоядерном синтезе или теории струн.
КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОЙ ДУАЛИЗМ
Звучит страшно, но на деле это самый легкий пункт из сегодняшнего списка. Этот термин относится к области квантовой физики, а квантовая физика многим попортила кровь в начале 20-го века тем, что открыла двойственную природу многих вещей. Итак, дуализм – это свойство света (не только его, но и многих частиц – как электрон или протон) быть одновременно и отдельной частицей, и волной, а точнее иметь их свойства. Ученые долго спорили на этот счет. Одни утверждали, что свет – это поток очень маленьких частиц, потому что он отражается, в то время как другие утверждали, что свет – волна, так как огибает предметы без образования тени, как волна воды – камни.
Цитата для поддержания беседы:
«Ох уж эта двойственная природа…Никого не напоминает?» — если вдруг захотите испортить с кем-нибудь отношения.
КОТ ШРЕДИНГЕРА
Этот кот (которого в принципе не существовало) стал суперзвездой мира науки после того, как гениальный ученый Эрвин Шредингер опубликовал свой мыслительный эксперимент, в котором пытался доказать несостоятельность квантовой теории (той самой, о которой я говорила в предыдущем пункте). Вот как выглядел этот эксперимент:
1. Есть ящик и кот. В ящике имеется механизм, содержащий радиоактивное атомное ядро и емкость с ядовитым газом. Параметры эксперимента подобраны так, что вероятность распада ядра за 1 час составляет 50%. Если ядро распадается, открывается емкость с газом и кот погибает. Если распада ядра не происходит — кот остается жив-здоров.
2. Закрываем кота в ящик, ждем час и задаемся вопросом: жив ли кот или мертв?
3. Согласно квантовой механике, если над ядром атома не производится наблюдение, то его состояние описывается смешением двух состояний – распавшегося ядра и нераспавшегося ядра, следовательно, кот, сидящий в ящике, и жив и мертв одновременно. Чего в принципе не может быть. А следовательно, квантовой теории нужны множественные уточнения.
Цитата для поддержания беседы:
«А ведь если б не Фридрих Хазенерль, то нам тут и обсуждать было бы нечего!» И громко засмейтесь. Сразу сойдете за своего. Но есть вероятность, что кто-то может и не знать главного учителя Эрвина.
ТЕРМОЯДЕРНЫЙ СИНТЕЗ
Все когда-нибудь да слышали это словосочетание – те, кто дремал на уроках физики, наверняка встречались с ним при просмотре фильмов, фильмов о войне в частности. Термоядерная реакция – это реакция, при которой легкие атомные ядра объединяются в более тяжелые. Для того чтобы она произошла, ядра должны преодолеть силу электростатического отталкивания, а для этого они должны обладать огромной энергией. То есть реакция должна происходить при очень высокой температуре, поэтому она и названа «термоядерной». После столкновения ядер высвобождается огромное количество энергии – сила электростатического отталкивания одна из самых мощных в природе. Ученые рассматривают синтез как один из будущих источников энергии, правда, будет это только тогда, когда затраты на его воспроизведение станут меньше, чем профит от продажи энергии.
Цитата для поддержания беседы:
«Сегодня слышал по радио, что в Казахстане токамак (камера для управляемой ядерной реакции) строить собираются. Чувствую, 2 млрд тенге кому-то на дачу уйдут». Разговоры о распиле бюджета – вневременная классика в любой компании.
ПЛАЗМА
Еще одно часто встречающееся в повседневной жизни слово. Правда, если мы говорим не о телевизорах и не о плазме крови, вероятность столкнуться с плазмой у нас очень мала – она обитает только в космосе. Проще говоря, плазма – это четвертое состояние вещества. После того как жидкость превращается в газ, есть возможность превратить газ в плазму, то есть продолжать нагревать до очень высоких температур. На Земле мы такого позволить себе не можем, а вот в космосе она занимает 90% межзвездного пространства.
Цитата для поддержания беседы:
просто не говорите, что вы верите в эктоплазму. Этого будет более чем достаточно для демонстрации высокого IQ.
СИНГУЛЯРНОСТЬ
Этот термин и звучит красиво, и объясняется сравнительно легко. На самом деле, сингулярность бывает разная – такое обозначение есть и в математике, и в психологии, но мы сейчас говорим о космологической сингулярности. Этим термином ученые всего мира описывают состояние, в котором пребывала Вселенная до Большого взрыва (см. ниже), – вся материя была сжата в одну точку, обладающую бесконечной плотностью и температурой. Есть еще и гравитационная сингулярность – бесконечная кривизна пространства-времени в экстремальных условиях.
Цитата для поддержания беседы:
«Примером координатной сингулярности служит сфера Шварцшильда в пространстве-времени Шварцшильда в шварцшильдовских координатах, где компоненты метрического тензора обращаются в бесконечность». После этого предложения настоящие нерды должны будут утереть скупую мужскую слезу и принять вас в семью, а если слезы вы так и не увидите — вы выбрали не ту компанию.
БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ
Самая популярная теория происхождения мира получила даже собственное шоу на телевидении, все про нее знают, но никто не знает, почему этот самый взрыв произошел. И это нормально, потому что ученые сами этого до сих пор не выяснили до конца, а любое его объяснение становится запутанным и очень неточным.
Начать стоит с сингулярности. Длилась она по земным меркам очень недолго – 10-43 секунды. Но рассуждать о времени очень проблематично – до взрыва его попросту не существовало. Сам Большой взрыв стал вспышкой энергии, которая, скорее всего, высвободилась от столкновения всей материи Вселенной, сжатой под чудовищным давлением при бесконечной температуре. Спустя еще какую-то долю секунды началось охлаждение и образование частиц. Огненный шар начал остывать, превращаясь в густую смесь атомных частиц и образуя газы водород и гелий. Шар начал превращаться в облако материи, и постепенно из этого облака стали рождаться галактики.
Цитата для поддержания беседы:
просто не говорите ничего ни о «Теории Большого взрыва», ни о Шелдоне Купере. Забудьте об этом сериале, пожалуйста.
ГОРИЗОНТ СОБЫТИЙ
Еще одно звучное понятие, пришедшее из области теоретической физики, которое даже заслужило фильм в свою честь (с неправильно переведенным названием, к сожалению). Горизонт событий – это некая гипотетическая сфера, окаймляющая черную дыру (см. ниже), за пределы которой ничто не может выйти. И под «ничто» космологи подразумевают и материю, и энергию, и даже информацию. Правда, сейчас ученые опять спорят о его существовании, так как он противоречит принципам квантовой механики.
Цитата для поддержания беседы:
«Вы никогда не замечали, что у Пола Андерсона горизонт завален?» — шутка за 200 для среды киношников. Вполне возможно, что и среди научной интеллигенции кто-то ее оценит.
ТЕОРИЯ СТРУН
С тех далеких времен, когда ученые узнали о существовании макромира (звезды, планеты, черные дыры) и микромира (атомы, ядра, частицы), их стал интересовать вопрос – возможно ли выработать единый свод правил, который бы работал и для того, и для другого мира. Это стало самой большой проблемой физиков-теоретиков – как объединить все фундаментальные силы (гравитационное, электромагнитное, слабое и сильное взаимодействия) в единую теорию. Гравитационное работает только для больших объектов, так как зависит от массы, электромагнитное – только для очень мелких, так как зависит от притяжения и отталкивания одноименно заряженных мелких частиц (электроны и протоны, например). А вот теория струн как раз претендует на роль Теории Всего, потому что предполагает существование гораздо большего количества измерений.
Оказалось, что самое удобное количество измерений, необходимое для работы этой теории, – целых десять (девять из которых пространственные и одно временное)! Если измерений больше или меньше, математические уравнения дают иррациональные результаты, уходящие в бесконечность – сингулярность.
В основе теории струн лежит идея, что все элементарные частицы можно представить в виде одного элементарного «первокирпичика» – струны. Струны могут вибрировать, и разные моды таких колебаний на большом удалении будут выглядеть для нас как различные элементарные частицы. Одна мода – фотон, другая – электрон. Грубо говоря, эти струны создают частицы всех четырех элементарных взаимодействий, даже пока неоткрытой (но уже теоретически существующей частицы гравитационного взаимодействия – гравитрона). Другое дело, что все они будут действовать в разных измерениях, но это уже никого не волнует. Точнее, этому даже придумали объяснение – так, чтобы объяснить, почему они могут работать по одним правилам, ученые заговорили о том, как несчастным остальным измерениям пришлось скукожиться в компактные сферы на квантовом уровне. Если быть точными, то не в сферы, а в пространства Калаби-Яу. Это такие трехмерные фигурки, внутри которых свой собственный мир с собственной размерностью. Двухмерная проекция подобных многообразий выглядит приблизительно так:
Конечно, теоретическая физика не зря называется теоретической. Все ее достижения существуют пока что только на бумаге и для человека непосвященного кажутся откровенно притянутыми за уши. Но именно теория суперструн сейчас является самой популярной теорией существования мира, и тысячи ученых по всему миру бьются над ее разгадкой, а богатые дяди вкладывают в нее огромные средства (один большой андронный коллайдер чего стоит). Это может показаться блажью, но именно теория струн позволила нам представить, что мы наконец-то хоть ненамного приоткрыли завесу тайны сотворения Вселенной.
Цитата для поддержания беседы:
для 99.97% населения нашей планеты хотя бы приблизительное понимание теории струн недоступно в принципе. Не переживайте, что ничего не поняли, просто повторяйте почаще «Калаби-Яу» — это хотя бы красиво звучит.
Записала Екатерина Милославская
Иллюстратор Полина Менжулина (Instagram: @menzhulina)
https://esquire.kz/physics-theories/#part=2
[:]
