Эпоха до Большого взрыва - раздел Физика, Физика невозможного
Что Касается Большого Взрыва, То В Настоящий Момент Создается...
Что касается Большого взрыва, то в настоящий момент создается новое поколение приборов, которые, возможно, помогут нам разрешить некоторые вечные вопросы. Сегодня наши космические детекторы излучения регистрируют только микроволновое излучение, возникшее через 300 000 лет после Большого взрыва, когда сформировались первые атомы. Это излучение не в состоянии помочь нам разобраться в том, что было до этого, потому что излучение первоначального огненного шара было слишком горячим и случайным, чтобы из него можно было извлечь какую-нибудь полезную информацию.
Но не исключено, что при помощи анализа других типов излучения мы сможем подобраться к Большому взрыву чуть ближе. К примеру, массу интересной информации обещает нам изучение нейтрино. Нейтрино настолько неуловимы, что могут пролететь сквозь свинцовый шар размером с Солнечную систему, поэтому нейтринное излучение может рассказать нам о том, что происходило через несколько секунд после Большого взрыва.
Окончательно же разобраться в тайнах Большого взрыва нам, возможно, помогут «гравитационные волны» — волны, бегущие по ткани пространства-времени. Физик Роки Колб из Чикагского университета говорит: «Определив свойства нейтринного фона, мы сможем заглянуть в момент через одну секунду после Большого взрыва. Но гравитационные волны из зоны инфляции возникли во Вселенной через 10~35 секунд после взрыва».
Первым предсказал гравитационные волны Эйнштейн в 1916 г.; возможно, со временем они станут важнейшим инструментом астрономии. Обращаясь к истории, можно сказать, что с обузданием каждой новой формы излучения в астрономии начиналась новая эра. Сначала был только видимый свет, при помощи которого Галилей изучал Солнечную систему. Затем к нему добавились радиоволны, которые со временем позволили человеку заглянуть в центры галактик и обнаружить там черные дыры. Не исключено, что детекторы гравитационных волн раскроют для нас — ни много ни мало — тайны творения.
В некотором смысле гравитационные волны просто обязаны существовать. Чтобы убедиться в этом, рассмотрим старый как мир вопрос: что произойдет, если внезапно исчезнет Солнце? По Ньютону, мы почувствуем это немедленно. Земля мгновенно будет вышвырнута с орбиты и ввергнута во тьму. Дело в том, что закон всемирного тяготения Ньютона не принимает в расчет скорость взаимодействия, поэтому силы гравитации действуют мгновенно во всей Вселенной. Но, согласно Эйнштейну, ничто не может двигаться быстрее света, и информация об исчезновении Солнца достигнет Земли только через восемь минут. Другими словами, сферическая «ударная волна» гравитации выйдет из Солнца и лишь через некоторое время ударит по Земле. Вне сферической границы этой гравитационной волны будет казаться, что Солнце по-прежнему светит и находится на месте — ведь информация о его исчезновении еще не достигла Земли. Однако внутри сферы гравитационной волны Солнца уже не будет, потому что волна эта распространяется со скоростью света.
Еще один способ убедиться в том, что гравитационные волны должны существовать, — это представить себе очень большую простыню. Согласно Эйнштейну, пространство-время — это ткань, которую можно сворачивать или растягивать подобно простыне. Если схватить простыню за край и быстро потрясти, мы увидим, что по полотну побегут волны, или рябь, — причем побегут с определенной скоростью. Точно так же гравитационные волны можно уподобить ряби, бегущей по ткани пространства-времени.
Гравитационные волны принадлежат к самым стремительно развивающимся темам современной физики. В 2003 г. были введены в строй первые крупномасштабные детекторы гравитационных волн, получившие название LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory); эти детекторы имеют 4 км в длину и расположены в Хэнфорде, штат Вашингтон, и в Ливингстон-Пэриш, штат Луизиана. Ученые надеются, что детекторы LIGO, обошедшиеся нам в 365 млн долл., смогут зарегистрировать излучение от сталкивающихся нейтронных звезд и черных дыр.
Следующее крупное событие, вероятно, произойдет в 2015 г., когда начнется запуск спутников нового поколения, предназначенных для анализа гравитационного излучения в космосе с самого момента творения. Это совместный проект NASA и Европейского космического агентства; на околосолнечную орбиту предполагается запустить три спутника, которые вместе составят систему с красивым именем LISA (Laser Interferometer Space Antenna — космическая антенна с лазерным интерферометром). Эти спутники смогут регистрировать гравитационные волны, возникшие менее чем через одну триллионную долю секунды после Большого взрыва. Проходя через один из спутников, гравитационная волна Большого взрыва, до сих пор гуляющая по всей Вселенной, потревожит лазерные лучи; эти изменения будут зарегистрированы и измерены с максимально возможной точностью и дадут нам «картинку» самого момента творения.
По проекту LISA состоит из трех спутников, которые обращаются вокруг Солнца и образуют треугольник; они соединены друг с другом при помощи лазерных лучей длиной по 5 млн км и вместе образуют самый большой научный инструмент, когда-либо созданный человечеством. Эта система из трех аппаратов будет обращаться вокруг Солнца на расстоянии около 50 млн км от Земли.
Каждый спутник будет испускать лазерный луч мощностью всего полватта. Сравнивая лазерные лучи, пришедшие от двух других спутников, каждый из спутников построит соответствующую интерференционную картину. Если гравитационная волна вызовет возмущение лазерных лучей, интерференционная картина изменится — и спутники смогут зарегистрировать это изменение. (Гравитационная волна не потревожит сами спутники и не заставит их колебаться. Результатом ее воздействия станут искажения пространства между тремя спутниками.)
Хотя лазерные лучи будут чрезвычайно слабыми, они позволят добиться поразительной точности измерений. Система сможет регистрировать колебания до одной доли из миллиарда триллионов — это примерно соответствует сдвигу в 1/100 долю размера атома. Каждый из лазерных лучей сможет уловить гравитационную волну с расстояния в 9 млрд световых лет, что покрывает большую часть видимой Вселенной.
Потенциально чувствительности аппаратуры USA должно хватить для того, чтобы различить несколько сценариев событий до Большого взрыва. На сегодня одна самых «горячих» тем теоретической физики — расчет характеристик Вселенной до Большого взрыва. В настоящее время инфляционная теория достаточно хорошо объясняет, как развивалась Вселенная после того, как произошел Большой взрыв. Но эта теория не в состоянии объяснить, почему, собственно, этот взрыв произошел. Таким образом, цель — рассчитать при помощи различных приблизительных моделей эры «до Большого взрыва» параметры гравитационного излучения, которое должно бьшо возникнуть в момент самого взрыва. Каждая из теорий предсказывает свое. К примеру, излучение Большого взрыва, предсказанное теорией Большого всплеска, отличается от излучения, которое предсказывают некоторые инфляционные теории, и LISA, вполне возможно, сумеет исключить часть существующих на сегодня теорий. Очевидно, непосредственно проверить модели поведения Вселенной до Большого взрыва невозможно, поскольку для этого требуется понимать, как вела себя Вселенная до возникновения времени, но мы можем попытаться проверить их косвенно, ведь каждая из этих моделей предсказывает свой спектр излучения, возникающего после Большого взрыва.
Физик Кип Торн пишет: «Где-то между 2008 и 2030 гг. будут обнаружены гравитационные волны от сингулярности Большого взрыва. Это открытие послужит началом новой эры, которая продлится по крайней мере до 2050 г... Эти усилия раскроют тонкие детали и свойства сингулярности Большого взрыва и таким образом проверят, какая из версий теории струн представляет собой верную квантовую теорию гравитации».
Если LISA не сможет определиться с выбором одной из многих «довзрывных» теорий, это, возможно, удастся сделать ее преемнику — Наблюдателю Большого взрыва (Big Bang Observer, ВВО). Его запуск предварительно планируется на 2025 г. ВВО сможет просканировать всю Вселенную в поисках двойных систем, включающих нейтронные звезды и черные дыры массой менее тысячи масс Солнца. Но главная его цель — изучить гравитационные волны, возникшие во время инфляционной фазы Большого взрыва. В этом смысле можно сказать, что ВВО специально разработан для проверки предсказаний инфляционной теории Большого взрыва.
По устройству ВВО напоминает LISA. Он будет состоять из трех спутников, согласованно обращающихся по орбите вокруг Солнца и разделенных расстоянием 50 000 км (эти спутники будут находиться друг к другу гораздо ближе, чем спутники системы LISA). Каждый спутник сможет излучать лазерный луч мощностью 300 Вт. ВВО сможет регистрировать гравитационные волны с частотами, промежуточными между доступными для LIGO и LISA, и таким образом заполнит важный пробел. (LISA сможет регистрировать гравитационные волны с частотами от 10 до 3000 Гц, тогда как LIGO доступен диапазон от 10 мкГц до 10 мГц. ВВО сможет регистрировать волны в широком диапазоне частот, включающем оба освоенных к тому времени диапазона.)
«К 2040 г. мы успеем уже воспользоваться этими законами [квантовой гравитации] и получить уверенные ответы на множество глубоких, ставящих в тупик вопросов, — пишет Торн, — в том числе... что было до сингулярности Большого взрыва и вообще, было ли что-нибудь "до"? Существуют ли иные вселенные? И если существуют, то как они соотносятся или связаны с нашей собственной Вселенной?.. Позволяют ли законы физики высокоразвитым цивилизациям создавать и поддерживать кротовые норы для межзвездных путешествий, а также создавать машины времени для путешествия в прошлое?»
Вывод таков: по всей видимости, в ближайшие десятилетия космические детекторы гравитационных волн дадут нам достаточно материала, чтобы разобраться в различных «до-взрывных» теориях и сделать выбор между ними.
Поэт Томас Элиот задал в свое время вопрос: умрет ли Вселенная в грохоте или в слезах? Роберт Фрост спрашивал: что нас погубит, огонь или лед? Последние данные указывают на то, что концом Вселенной станет Большой мороз; температура упадет почти до абсолютного нуля, а разумная жизнь исчезнет. Но можем ли мы утверждать это с уверенностью?
Кое-кто задается еще и таким вопросом о «невозможности»: разве можем мы узнать окончательную судьбу Вселенной, если это событие отделяют от нас триллионы и триллионы лет? Ученые считают, что темная энергия, или энергия вакуума, расталкивает галактики прочь друг от друга и заставляет их разлетаться со все возрастающей скоростью; похоже, Вселенная пошла вразнос. Расширение должно постепенно понижать температуру во Вселенной и в конце концов привести нас всех к Большому морозу. Но что, если это расширение временное? Возможно ли, что в будущем начнется обратный процесс?
К примеру, Большой всплеск—один из сценариев Большого взрыва, в котором Вселенная возникает при столкновении двух мембран, — предполагает, что мембраны, возможно, сталкиваются периодически. Если это так, то расширение, которое мы наблюдаем в настоящий момент и которое вроде бы должно привести к Большому морозу, — это всего лишь временное состояние, за которым последует обратный процесс.
Нынешнее ускоренное разбегание вселенных вызвано темной энергией, причиной существования которой, вероятно, служит «космологическая константа». Поэтому главное — понять эту загадочную константу, или энергию вакуума. Меняется ли эта константа со временем или она действительно постоянна? В настоящее время никто этого наверняка не знает. Данные спутника WMAP, находящегося в настоящее время на околоземной орбите, свидетельствуют о том, что именно эта космологическая константа вызывает нынешнее ускорение разбегания Вселенной, но мы не знаем, постоянно такое состояние или нет.
На самом деле эта проблема не нова и восходит еще к 1916 г., когда Эйнштейн впервые ввел в свои уравнения космологический член. Предложив годом раньше общую теорию относительности, он тогда разрабатывал ее космологические следствия и обнаружил — к собственному немалому удивлению,—что Вселенная не статична, что она либо расширяется, либо сжимается. Но эта мысль, казалось, противоречила фактическим данным.
Эйнштейн столкнулся с парадоксом Бентли, терзавшим еще Ньютона. В 1692 г. достопочтенный Ричард Бентли написал Ньютону невинное письмо и задал страшный по сути вопрос. Если ньютонова сила тяготения способна только притягивать, спрашивал Бентли, то почему Вселенная не схлопывается? Если Вселенная состоит из конечного числа звезд, которые взаимно притягиваются, то все звезды по идее должны были бы слететься в одно место—и тогда вся Вселенная превратилась бы в один огненный шар! Ньютона это письмо очень расстроило — ведь оно указывало на важнейший недостаток его теории: любая теория тяготения, которая предусматривает только притяжение, по сути своей нестабильна. Любое конечное число звезд неизбежно коллапсирует под действием силы притяжения.
Ньютон написал в ответ, что единственный способ создать стабильную Вселенную, — это считать, что в ней бесконечное число равномерно распределенных звезд; при этом каждую звезду тянут во все стороны, и все силы взаимно компенсируются. Это было неглупое решение, но Ньютон был достаточно умен, чтобы понимать; такая стабильность обманчива. Самые слабые колебания заставят подобную систему развалиться, как карточный домик. Она «метастабильна»; т. е. стабильна до тех пор, пока любое слабое возмущение не вызовет ее коллапса. Ньютон заключил, что без Бога в этом деле не обойтись; именно Бог должен время от времени «подправлять» звезды и ставить их на места, чтобы избежать краха Вселенной.
Другими словами, Вселенная по Ньютону подобна гигантским часам, которые были заведены Богом в начале времен и теперь существуют, подчиняясь законам Ньютона. Будучи раз заведенной, дальше Вселенная живет сама, без божественного вмешательства. Тем не менее, согласно Ньютону, время от времени Бог должен подправлять звезды, чтобы не дать Вселенной схлопнуться в единый огненный шар.
Когда Эйнштейн в 1916 г. наткнулся на парадокс Бентли, уравнения правильно подсказали ему, что Вселенная динамична, она или расширяется, или сжимается; статичная Вселенная нестабильна и должна была бы схлопнуться под действием гравитации. Но астрономы в то время настаивали, что Вселенная статична и неизменна. Поэтому Эйнштейн, склоняясь перед наблюдательными данными астрономии, добавил космологическую константу — силу, противоположную тяготению и расталкивающую звезды прочь друг от друга; эта сила должна была компенсировать силу притяжения и противостоять коллапсу Вселенной. (Эта сила, противоположная гравитации, соответствовала энергии, заключенной в вакууме. Иначе говоря, Эйнштейн допустил, что громадные пустые пространства космоса содержат в себе большое количество невидимой энергии.) Предполагалось, что эту константу, которая должна точно компенсировать силу гравитационного притяжения, следует выбирать очень тщательно.
Позже, в 1929 г., когда Эдвин Хаббл показал, что в действительности Вселенная расширяется, Эйнштейн назвал космологическую константу своей «величайшей ошибкой». Однако теперь, 70 лет спустя, получается, что «ошибка» Эйнштейна — космологическая константа — может все-таки оказаться крупнейшим источником энергии во Вселенной; в ней заключено 73% всего вещества и энергии Вселенной. (Напротив, те элементы, из которых строятся наши тела, составляют всего лишь 0,03% Вселенной.) Очень может быть, что ошибка Эйнштейна определит окончательную судьбу Вселенной.
Но откуда взялась космологическая константа? В настоящее время этого никто не знает. В начале времени сила антитяготения была, возможно, достаточно велика, чтобы заставить Вселенную раздуваться и вызвать таким образом Большой взрыв. Затем она по неизвестным причинам внезапно исчезла. СВ этот период Вселенная продолжала расширяться, но медленнее.) А затем, примерно через 8 млрд лет после Большого взрыва, сила антитяготения вновь проявила себя; она начала расталкивать галактики и снова ускорила разбегание Вселенной.
Итак, действительно ли «невозможно» определить окончательную судьбу Вселенной? Или все же возможно? Большинство ученых считает, что размер космологической константы определяется в конечном итоге квантовыми эффектами. Но простейший расчет по упрощенной версии квантовой теории показывает, что теоретическое значение космологической константы отличается от реального в 10 120 раз. Безусловно, это величайшая нестыковка в истории науки.
Но физики также сходятся во мнении о том, что эта странность просто означает, что нам не хватает теории квантовой гравитации. Поскольку космологическая константа возникает из квантовых поправок, необходимо построить «теорию всего» — теорию, которая позволит нам рассчитать не только Стандартную модель, но и размер космологической константы, которая определит окончательную судьбу Вселенной.
Таким образом, при определении окончательной судьбы Вселенной нам не обойтись без теории всего. Ирония ситуации заключается в том, что некоторые физики считают, что разработать такую теорию невозможно.
Все темы данного раздела:
Невозможное» относительно
Как физик я твердо усвоил, что «невозможное» очень часто относительно. С детства помню, как учительница однажды подошла к висевшей на стене карте Земли и указала на побережья Южной
Зачем изучать невозможное?
Как ни странно это звучит, но серьезное изучение невозможного нередко приводило ученых к открытию новых, весьма многообещающих и совершенно неожиданных областей науки.
К пр
Зачем предсказывать будущее?
Предсказывать будущее всегда немного опасно, особенно если речь идет о времени, отстоящем от нас на сотни или тысячи лет. Физик Нильс Бор любил говорить: «Предсказывать очень трудно
Благодарности
Материал этой книги охватывает множество областей и дисциплин, а также работы многих выдающихся ученых. Я бы хотел поблагодарить следующих лиц, которые любезно уделили мне время дл
Защитное силовое поле
I. Если заслуженный, но пожилой ученый утверждает, что некое явление возможно, он наверняка прав. Если он утверждает, что некое явление невозможно, он, весьма вероятно, ошибается.
Майкл Фарадей
Концепция физического поля берет начало в работах великого британского ученого XIX в. Майкла Фарадея.
Родители Фарадея принадлежали к рабочему классу (его отец был кузнецом
Четыре фундаментальных взаимодействия
Одним из величайших достижений физики за последние два тысячелетия стало выделение и определение четырех видов взаимодействия, которые правят вселенной. Все они могут быть описаны н
Плазменные окна
Как уже отмечалось выше, если нагреть газ до достаточно высокой температуры и получить таким образом плазму, то при помощи магнитного и электрического полей можно будет ее удержива
Магнитная левитация
В научной фантастике силовые поля выполняют еще одну функцию, кроме отражения ударов из лучевого оружия, а именно служат опорой, которая позволяет преодолевать силу притяжения. В
Невидимость
Нельзя полагаться на глаза, если расфокусировано воображение.
Марк Твен
В сериале «Звездный путь IV: Путешествие домой» экипаж «Энтерпрайза» захват
Невидимость в истории
Невидимость, возможно, одна из самых старых концепций древней мифологии. С начала времен человек, оставшись один в пугающей тишине ночи, чувствовал присутствие невидимых существ и б
Уравнения Максвелла и тайна света
Физики получили сколько-нибудь четкое представление о законах оптики относительно недавно в результате работ шотландца Джеймса Клерка Максвелла, одного из гигантов физики XIX в. В о
Метаматериалы и невидимость
Возможно, самым многообещающим в плане невидимости из недавних достижений является экзотический новый материал, известный как «метаматериал»; не исключено, что когда-нибудь он сдела
Метаматериалы для видимого света
Итак, гонка началась.
Сразу же после объявления о получении в лаборатории первых метаматериалов в этой области началась лихорадочная активность. Каждые несколько месяцев мы
Невидимость через плазмонику
Не желая отставать от соперников, другая группа физиков объявила в середине 2007 г. о создании метаматериала, способного повернуть видимый свет, на базе совершенно иной технологии,
Будущее метаматериалов
Продвижение в исследовании метаматериалов в будущем будет ускоряться по той простой причине, что уже сейчас интерес к созданию транзисторов, которые работали бы на световом луче вме
Невидимость и нанотехнологии
Как я уже упоминал, ключом к невидимости может стать развитие нанотехнологий, т.е. способности манипулировать структурами атомных (около одной миллиардной части метра в поперечнике)
Голограммы и невидимость
Еще один способ сделать человека отчасти невидимым — это сфотографировать вид позади него и затем спроектировать это изображение непосредственно на одежду человека или на некий экра
Невидимость через четвертое измерение
Следует упомянуть еще один, куда более хитрый способ становиться невидимым, изложенный Гербертом Уэллсом в романе «Человек-невидимка». Этот способ предусматривает использование возм
Фазеры и Звезды Смерти
У радио нет будущего. Летательные аппараты тяжелее воздуха невозможны. Скоро выяснится, что рентгеновские лучи - мистификация.
Лорд Кельвин, физик, 1899 г.
Лучевое оружие в истории
Мечта обуздать энергию излучения на самом деле совсем не нова; ее корни уходят в древнюю религию и мифологию. Греческий бог Зевс знаменит тем, что стрелял в смертных молниями. Север
Квантовая революция
Все изменилось после появления квантовой теории. Уже в начале XX в. стало ясно, что, хотя законы Ньютона и уравнения Максвелла весьма успешно описывают движение планет и поведение с
Мазеры и лазеры
В 1953 г. профессор Чарльз Таунс из Университета Калифорнии в Беркли сумел вместе с коллегами получить первый пучок когерентного излучения, а именно микроволн. Устройство назвали ма
Типы лазеров и их особенности
Новые лазеры сейчас открывают едва ли не каждый день; как правило, речь идет об обнаружении нового вещества, способного работать в лазере, или изобретении нового метода закачки энер
Лазеры и лучевые ружья?
Принимая во внимание огромное разнообразие коммерческих лазеров и мощь лазеров военных, трудно не задаться вопросом: почему у нас нет лучевых ружей и пушек, пригодных к использовани
Энергия для Звезды смерти
Чтобы построить Звезду смерти — лазерную пушку, способную уничтожить целую планету и навести ужас на галактику, как показано в «Звездных войнах», необходимо создать самый мощный лаз
Инерционное удержание для лазерного термоядерного синтеза
Первый метод основан на так называемом инерционном удержании. При помощи самых мощных на Земле лазеров в лаборатории искусственно создается кусочек солнца. Твердотельный лазер на не
Магнитное удержание для термоядерного синтеза
Второй метод, который в принципе могли бы использовать ученые для обеспечения Заезды смерти энергией, известен как магнитное удержание — процесс, при котором горячая водородная плаз
Рентгеновские лазеры с ядерной накачкой
Существует еще одна возможность построить лазерную пушку Звезды смерти на основании сегодняшних технологий — при помощи водородной бомбы. Батарея рентгеновских лазеров, обуздывающих
Физика Звезды смерти
Можно ли создать оружие, способное уничтожить целую планету, как в «Звездных войнах»? В теории ответ прост: да. Причем несколькими путями.
Для энергии, высвобождаемой при в
Источники гамма-всплесков
Космические источники гамма-всплесков были впервые замечены в 1970-х гг. на запущенных американскими военными спутниках «Вела» (Vela), предназначенных для обнаружения «лишних вспыше
Телепортация
Прекрасно, что мы встретились с парадоксом. Теперь можно надеяться на продвижение вперед.
Нильс Бор
Капитан, я же не могу менять законы физики!
Телепортация и научная фантастика
Первое упоминание о телепортации в научно-фантастическом произведении мы находим в рассказе Эдварда Пейджа Митчелла «Человек без тела», опубликованном в 1877 г. В этом рассказе неки
Телепортация и квантовая теория
В рамках теории Ньютона телепортация откровенно невозможна. Законы Ньютона базируются на представлении о том, что вещество состоит из крошечных твердых бильярдных шариков. Объекты н
Эксперимент ЭПР
Ключ к квантовой телепортации кроется в знаменитой работе 1935 г. Альберта Эйнштейна и его коллег Бориса Подольского и Натана Розена. По иронии судьбы трое ученых ставили своей цель
Квантовая телепортация
Все изменилось в 1993 г., когда ученые из IBM[10]под руководством Чарльза Беннетта продемонстрировали всем принципиальную возможность телепортировать с использованием эксперимента Э
Телепортация без запутывания
Исследования в области телепортации стремительно набирают ход. В 2007 г. было сделано еще одно важное открытие. Физики предложили метод телепортации, не требующий запутывания. Вспом
Квантовые компьютеры
По существу, судьба квантовой телепортации тесно связана с судьбой проектов по разработке квантовых компьютеров. Оба направления пользуются одними и теми же законами квантовой физик
Телепатия
Если за целый день вам не попалось ничего странного, значит, день не удался.
Джон Уилер
Только те, кто пытается сделать абсурдное, добиваются невоз
Психические исследования
Первые научные исследования телепатии[13]и других паранормальных явлений принадлежат Обществу психических исследований, основанному в 1882 г. в Лондоне. (Как раз в этом году Фредери
Телепатия и Звездные врата
На пике холодной войны, давшей начало многочисленным секретным экспериментам по телепатии, управлению разумом и дальновидению (дальновидение — это получение зрительной информации об
Сканирование мозга
Одновременно с описанным выше ученые потихоньку начинали понимать физические законы, стоящие за работой мозга. В XIX в. ученые подозревали, что внутри мозга передаются электрические
Детекторы лжи на основе МРТ
Не исключено, что когда-нибудь ученые сумеют при помощи аппаратов МРТ определять общее направление мыслей в работающем мозге. Простейший тест на «чтение мыслей» — правильно определи
Ручные МРТ-сканеры
Еще одним серьезным препятствием на пути к практической телепатии является размер аппарата для фМРТ. Сегодня это чудовищное устройство стоимостью несколько миллионов долларов, оно з
Мозг как нейронная сеть
Сможет ли в будущем некий МРТ-аппарат читать мысли — читать буквально: слово в слово, образ в образ, как способен делать истинный телепат? Ответа на этот вопрос пока нет. Некоторые
Передача мыслей
Но предположим, что когда-нибудь мы научимся прочитывать общее направление мыслей другого человека. Как насчет обратного процесса? Сможем ли мы проецировать собственные мысли в голо
Карта мозга
Несколько ученых предложили заняться нейронным картированием, подобным известному проекту «Геном человека». В результате реализации проекта по нейронному картированию ученые определ
Телекинез
Новая научная истина торжествует не потому, что ее противники признают свою неправоту, просто ее оппоненты со временем вымирают, а подрастающее поколение знакомо с нею с самого нача
Телекинез и реальный мир
Возможно, самое знаменитое противостояние, связанное с телекинезом в реальной жизни, произошло в 1973 г. на шоу Джонни Карсона. Участвовали в нем Ури Геллер—израильский медиум, утве
Телекинез и наука
Одна из причин, по которым так трудно объективно анализировать телекинез, — это то, что мошенникам несложно обмануть ученых — ведь они приучены верить тому, что видят в лаборатории.
Телекинез и мозг
Если телекинез не удается даже согласовать с известными силами природы, то как мы можем надеяться в будущем обуздать его? Одну из подсказок к ответу на этот вопрос можно найти в эпи
Нанороботы
А что можно сказать о возможности не просто двигать предметы, а трансформировать их, превращать один в другой, как по волшебству? Иллюзионисты проделывают такие фокусы за счет ловко
История искусственного интеллекта
Идея механического существа захватывает воображение; она давно поселилась в умах изобретателей, инженеров, математиков и мечтателей. От Железного Дровосека из Волшебной страны до ро
Эмоциональные роботы?
Одной из постоянных тем в литературе и искусстве уже давно стало механическое существо, мечтающее стать человеком, обрести человеческие эмоции. Это существо не удовлетворено тем, чт
Обладают ли они сознанием?
По вопросу о том, могут ли машины обладать сознанием, нет единого мнения; более того, нет его и по вопросу о том, что такое сознание вообще. Никто еще не сумел сформулировать приемл
Могут ли роботы представлять опасность?
Закон Мура (онутверждает, что производительность компьютеров удваивается каждые 18 месяцев) позволяет предположить, что через несколько десятилетий появятся роботы с разумом, скажем
Внеземные цивилизации и летающие тарелки
Мы или одиноки во Вселенной, или нет. Любая из этих мыслей пугает.
Артур Кларк
Гигантский, поражающий воображение космический корабль протяженность
Научные поиски внеземной жизни
Серьезные ученые, занятые поисками возможной внеземной жизни, утверждают: об этой жизни — если, конечно, она существует — невозможно сказать ничего определенного. Тем не менее, исхо
Слушая инопланетян
Проект поиска внеземного разума SETI берет начало от статьи, написанной в 1959 г. физиками Джузеппе Коккони и Филипом Моррисоном. Статья эта произвела сильный эффект. Авторы предпол
Где же они?
Тот факт, что проект SETI не обнаружил до сих пор никаких признаков присутствия в космосе сигналов от иных разумных существ, заставил ученых взглянуть повнимательнее на предположени
Поиск землеподобных планет
Уравнение Дрейка, разумеется, имеет чисто гипотетический характер. Именно поэтому обнаружение за пределами Солнечной системы планет дало толчок поиску внеземной жизни. При этом иссл
На что они похожи?
Пока астрономы ищут инопланетян в космосе, другие ученые на основании данных физики, биологии и химии пытаются догадаться, на что может быть похожа инопланетная жизнь. Еще Исаак Нью
Чудовища и закон масштаба
Рассмотрим пример. Если бы Кинг-Конг существовал на самом деле, он никак не мог бы терроризировать Нью-Йорк. Наоборот, при первой же попытке шагнуть у него сломались бы ноги. Дело в
Физика развитых цивилизаций
Для разговора о том, какими могут оказаться космические цивилизации, тоже можно воспользоваться знанием физических законов. Если взглянуть на развитие нашей собственной цивилизации
Звездолеты
Нелепая идея выстрелить в Луну — прекрасный пример того, до какого абсурда может довести ученых порочная специализация... совершенно очевидно, что это предложение в принципе нереали
Грядущие катастрофы
Поэт Роберт Фрост задавался вопросом: каким образом погибнет Земля, в пламени или во льду? Мы, зная законы природы, можем уверенно предположить, каким будет конец мира в случае есте
Ионные и плазменные двигатели
В отличие от химических реактивных двигателей, ионные не производят внезапного и очень эффектного выброса раскаленных газов, которые, собственно, и толкают традиционные ракеты. Их т
Солнечные паруса
Солнечный парус — идея, которая могла бы решить многие проблемы. В основе ее лежит тот факт, что солнечный свет оказывает очень небольшое, но постоянное давление, достаточное для то
Прямоточный термоядерный двигатель
Лично мне самым перспективным движителем для путешествия к звездам представляется прямоточный термоядерный двигатель. Во Вселенной больше чем достаточно водорода, так что корабль с
Импульсный ядерный двигатель
Еще одна теоретическая возможность — использовать в качестве движителя серию ядерных мини-бомб. К примеру, проект «Орион» предусматривал последовательное выбрасывание небольших терм
Удельный импульс и эффективность двигателя
Если нужно сравнить эффективность различных типов двигателей, инженеры обычно говорят об удельном импульсе. Удельный импульс определяется как изменение импульса на единицу массы изр
Космический лифт
Одно из серьезных препятствий к реализации многих звездных проектов состоит в том, что из-за громадных размеров и веса корабли невозможно построить на Земле. Некоторые ученые предла
Гравитационный маневр
Существует еще один способ разогнать объект до скорости, близкой к скорости света, — воспользоваться «эффектом пращи». При отправке космических зондов к другим планетам NASA иногда
Из пушки в небеса
Еще один хитроумный способ вывести корабль в космос и разогнать до фантастических скоростей — выстрелить им из рельсовой электромагнитной «пушки», которую описывали в своих произвед
Опасности космического путешествия
Конечно, космическое путешествие — не загородный пикник, В пилотируемых полетах к Марсу или еще дальше человека поджидают страшные опасности. Миллионы лет жизнь на Земле развивалась
Временное прекращение жизненных функций
Что бы мы ни говорили о полете к звездам, какие бы проекты ни разрабатывали, одно обстоятельство остается неизменным: даже если мы сумеем построить звездолет, на дорогу до ближайших
Нанокорабли
Существует еще несколько способов, пока не опробованных и известных лишь в теории, которые в принципе могут дать нам возможность добраться до звезд. Одно из многообещающих предложен
Антивещество и антивселенные
Самая волнующая фраза, какую можно услышать в науке, - фраза, возвещающая о новых открытиях, — вовсе не «Эврика!», а «Вот забавно...».
Айзек Азимов
Получение антиатома и антихимия
В начале XX в. физики поняли, что атом состоит из заряженных элементарных частиц, и электроны (отрицательно заряженные частицы) обращаются вокруг крохотного ядра (имеющего положител
Реактивный двигатель на антивеществе
Физик Джеральд Смит из Университета штата Пенсильвания — один из самых ярых сторонников кораблей на антивеществе. Он считает, что, не заглядывая слишком далеко вперед, всего лишь 4
Естественное антивещество
Если антивещество так сложно получить в земных условиях, то, может, легче обнаружить его в космосе? К сожалению, поиски антивещества во Вселенной, к большому удивлению физиков, почт
Первооткрыватель антивещества
Что такое антивещество? Представляется странным, что природа без всяких видимых причин удвоила число элементарных частиц во вселенной. Как правило, природа очень экономна — но в отн
Дирак и Ньютон
Пытаясь понять, как именно Дирак пришел к своему революционному уравнению и концепции антивещества, историки науки часто сравнивают его с Ньютоном. Интересно, что у Ньютона и Дирака
Антигравитация и антивселенные
Теория Дирака помогает получить ответы на множество вопросов. Что выступает в роли гравитации в мире антивещества? Существуют ли антивселенные?
Как мы уже обсуждали, антича
Быстрее света
Вполне можно себе представить, что [жизнь] со временем распространится по всей Галактике и за ее пределами. Так что жизнь, возможно, не всегда будет оставаться для Вселенной незначи
Эйнштейн-неудачник
В 1902 г. мало кто мог бы предсказать, что молодой физик Альберт Эйнштейн будет признан величайшим физиком со времен Исаака Ньютона. Скорее, наоборот, этот год стал одним из самых н
Эйнштейн и относительность
Альберт Эйнштейн предложил знаменитую теорию относительности в 1905 г. В центре его теории — картинка, понятная даже ребенку. Эта теория стала ярчайшим выражением мечты, владевшей Э
Лазейки в теории Эйнштейна
Несколько десятилетий физики пытаются отыскать в знаменитом постулате Эйнштейна хоть какие-то лазейки. Кое-что удалось обнаружить, но в большинстве своем эти лазейки не слишком поле
Двигатель Алькубьерре и отрицательная энергия
Наилучший пример растягивания пространства — двигатель Алькубьерре, предложенный в 1994 г. физиком Мигелем Алькубьерре с использованием теории тяготения Эйнштейна. По сути, это имен
Кротовые норы и черные дыры
Второй после растягивания пространства способ преодолеть световой барьер — это разорвать, или проколоть, пространство, т. е. пройти через кротовые норы, туннели, которые соединяют д
Планковская энергия и ускорители частиц
Можно заранее рассчитать энергию, необходимую для создания нестабильности пространства-времени: по порядку величины она соответствует планковской энергии, составляющей 1019 МэВ. Это
Путешествия во времени
Если путешествия во времени возможны, то где же туристы из будущего?
Стивен Хокинг
— [Путешествия во времени] противоречат здравому смыслу, — произ
Как изменить прошлое
Время — одна из величайших загадок Вселенной. Река времени уносит нас всех без исключения, независимо от нашего желания и даже против воли. Еще в 400 г. н.э. Блаженный Августин мног
Путешествия во времени: игровая площадка для физиков
Пожалуй, можно сказать, что больше остальных отличился в математических джунглях черных дыр и машин времени космолог Стивен Хокинг. В отличие от других знатоков относительности, кот
Парадоксы и загадки времени
Путешествия во времени порождают множество проблем, как технических, так и социальных. Ларри Дуайер поднимает всевозможные моральные, юридические и этические вопросы; он говорит: «С
Параллельные вселенные
— Но неужели вы имеете в виду, сэр, — спросил Питер, — что другие миры могут существовать... повсюду, буквально за углом... вот просто так?
— Ничего не может быть вероятнее
Гиперпространство
Самой долгой историей научных дискуссий из всех типов параллельных вселенных может похвастаться параллельная вселенная высших измерений. Здравый смысл и органы чувств говорят нам, ч
Теория струн
Все изменилось с появлением поразительной новой теории, получившей название теория суперструн. К началу 1980-х гг. физики буквально утонули в море элементарных частиц. Каждый раз, р
Мультивселенная
Один вопрос по поводу теории струн по-прежнему не дает покоя: почему эта теория существует ни много ни мало — в пяти версиях? Действительно, теория струн способна объединить квантов
Квантовая теория
В дополнение к высшим измерениям и Мультивселенной существует еще один тип параллельной вселенной — тот самый, что доставлял головную боль Эйнштейну и что продолжает мучить физиков
Квантовые вселенные
Хью Эверетт, конечно, пытался обсуждать свою теорию «множественности миров» с другими физиками, но получал в ответ только удивление или безразличие. Один из физиков, Брайс Девитт из
Контакт между вселенными
Все это оставляет открытым один интересный вопрос. Если физики не могут исключить возможность существования нескольких типов параллельных вселенных, то можно ли вступить с ними в ко
Новорожденная вселенная в лаборатории?
Некоторые идеи представляются поначалу практически неосуществимыми, но физики тем не менее рассматривают их вполне серьезно. Если, к примеру, мы попытаемся понять причину и ход Боль
Эволюция вселенных?
Некоторые физики склонны уводить эту идею еще дальше к границам научной фантастики; они задаются вопросом, не приложил ли разум «руку» к созданию нашей Вселенной?
В картине
Вечный двигатель
Каждая теория проходит четыре стадии, прежде чем быть принятой:
1) это бесполезная чепуха;
2) это интересно, но неправильно;
3) это верно, но совершенно н
История в зеркале энергии
Любой цивилизации жизненно необходима энергия. Более того, всю историю человечества в принципе можно рассматривать как историю энергетики. На протяжении 99,9% времени существования
Вечный двигатель в истории
Поисками вечного двигателя люди занимались еще в глубокой древности. Первая документально подтвержденная попытка построить это чудо техники имела место в Баварии в VIII в. Изобретен
Розыгрыши и подделки
Стимулы к изобретению вечного двигателя были настолько сильны, что мошенничество и обман в этом вопросе стали обычным делом. В 1813 г. Чарльз Редхеффер продемонстрировал в Нью-Йорке
Людвиг Больцман и энтропия
Больцман был невысоким здоровяком с бочкообразной грудью и громадной спутанной бородой. Однако за внушительной и даже пугающей внешностью скрывалась ранимая душа; а ран, защищая нау
Суммарная энтропия всегда возрастает
Труды Больцмана и других физиков помогли прояснить природу вечного двигателя и даже разбить все существующие их схемы на два типа. Вечный двигатель первого типа нарушает первый зако
Три закона термодинамики и симметрия
Но все вышесказанное рождает и более глубокий вопрос: а почему, собственно, должны работать эти непогрешимые законы термодинамики? Эта загадка занимала ученых с того самого момента,
Энергия из вакуума?
Вот мучительный вопрос: можно ли извлечь энергию из пустоты? Физики лишь недавно поняли, что на самом деле «пустота» вакуума вовсе не пуста, в ней кипит неиссякаемая активность.
А может быть, нет?
Один из самых неприятных пробелов в современной физике состоит в том, что никто не может теоретически рассчитать то количество темной энергии, которое мы измеряем при помощи спутник
Предвидение будущего
Парадокс - это истина, вставшая на голову ради привлечения внимания.
Николас Фаллетта
Существует ли такая вещь, как ясновидение, или предвидение бу
Можем ли мы видеть будущее?
Можно ли доказать при помощи строгих научных экспериментов, что некоторые люди способны видеть будущее? В главе 12 мы видели, что путешествия во времени в принципе не противоречат з
Назад во времени
Однако если рассмотреть теорию Максвелла, сценарий окажется гораздо более сложным. При решении максвелловых уравнений для света мы получаем не одно, а два решения: не только «запазд
Тахионы из будущего
Помимо «опережающих» волн из будущего (которые снова и снова доказывают свою полезность в квантовой теории), в квантовой теории существует еще одна необычная концепция, которая пред
Эпилог. Будущее невозможного.
Не существует ничего достаточно крупного или достаточно безумного, что ни одно из миллиона технологических обществ не почувствовало бы себя обязанным сделать, - если, конечно, это ф
Теория всего?
Как я уже упоминал, лучшим кандидатом на роль теории всего является сегодня теория струн; но у этой точки зрения есть и противники, считающие, что теория струн не оправдывает ожидан
Критика теории струн
На сегодняшний день ведущим (и единственным) кандидатом на роль теории[33]всего является теория струн. Но возникла, естественно, и отрицательная реакция. Оппоненты утверждают: тепер
О неполноте физики
В 1980 г. Стивен Хокинг вновь разжег интерес к теории всего; он прочел.лекцию под названием «Близится ли конец теоретической физики?», в которой сказал: «Возможно, мы увидим полную
Комментарии
Здесь пропущены две страницы при сканировании книги (226 и 227). У кого есть, дополните, пожалуйста!
[1] Причина кроется в законах к
Новости и инфо для студентов