Hunting the edge of space - Исследуя границы космоса (Rus HD) Ознакомительный фильм, подготовленный к 20-летию телескопа Хаббл, про эволюцию телескопов и исследование ими космоса. Немногие телескопы могут похвастаться таким весомым вкладом в астрономические исследования, как космический телескоп «Хаббл». Благодаря космическому телескопу мы расширили наши представления, пересмотрели предварительные теории и построили новые, подробнее объясняющие астрономические явления. В апреле 2010 года исполнилось 20 лет с тех пор, как «Хаббл» находится в космосе. Мы победим!
Это путешествие увлекает нас к истокам зарождения жизни, давая возможность заглянуть далеко за облака космической пыли, туда, где рождаются огромные звезды, даря Вселенной свой свет и жизнь...
Пара комментов к фильму:
Лучший фильм в своем роде, ВВС курит в сторонке, очень красиво снят!
***
Теперь, вы поняли засранцы, почему айфон - это не самое главное в жизни? Мы победим!
Вселенная измерена: её поперечник - 156 миллиардов световых лет. (Автор - Роберт Рой Бритт). 24 мая 2004.
Если вы думали над тем, как велика Вселенная, то были не одни с такими раздумьями. Астрономы тоже долго размышляли над этим и долго проводили расчёты. Теперь примерные размеры известны и они огромны. Вселенная не уже чем 156 миллиардов световых лет. В новой работе учёные исследовали реликтовое излучение, наполняющее космос. Среди их выводов есть и такой, что не слишком вероятно,чтобы существовал невиданный космический "зал зеркал", благодаря которому один объект может быть виден в двух местах. Исключена идея о том, что если мы вгрызёмся глубоко в пространство и время, то увидим нашу планету во дни её юности. Но сначала разберёмся с этим размером, про который вы раньше никогда не слышали.
Растяжение реальности.
Возраст Вселенной примерно 13,7 млрд. лет. Свет, прилетающий к нам от самых дальних галактик, шёл поэтому явно дольше 13-ти миллиардов лет. Итак, можно было бы резюмировать, что радиус Вселенной - 13,7 млрд. световых лет, а диаметр - вдвое больше, т.е., 27,4 миллиарда. Но Вселенная расширяется с того самого времени, когда, по мнению теоретиков, всё внезапно вылетело из бесконечно плотной точки Большим взрывом. "Пространство, проходимое светом в ранней Вселенной, выросло благодаря расширению Вселенной", объясняет Нил Корниш, астрофизик из Монтанского Государственного Университета. "Подумайте об этом, как об интересной вещи". Нужно наглядное объяснение? Вообразите Вселенную всего лишь через миллион лет после рождения, советует Корниш. Пучок света за один год пролетел бы путь в один световой год. "В то время Вселенная была в тысячу раз меньше, чем сегодня", говорит Корниш. "Так что этот световой год сегодня растянулся до тысячи световых лет". Все подсчёты приводят к итогу в 78 миллиардов световых лет. Свет не летел так далеко, но от исходной точки фотона, который спустя 13,7 миллиардов лет полёта наблюдается нами, до нас стало 78 миллиардов световых лет", объясняет Корниш. Это - радиус Вселенной, а взятый дважды - 156 миллиардов световых елт - диаметр. Они вычислены исходя из взгляда в прошлое на 90% всего пройденного пути, поэтому могут быть чуть больше. "Можно думать об этом, как об обычном диаметре сферы", говорит Корниш услужливо. (Вы могли слышать, что Вселенная почти плоская, а не сферическая. Плоская форма делает нашу геометрию "нормальной", примерно как мы учили в школе: две параллельные прямые не пересекаются.)
Зал зеркал.
Учёные исследовали реликтовое излучение (РИ), появившееся примерно через 380 000 лет после Большого взрыва, когда Вселенная расширилась и остыла настолько, что появились атомы. Разница температур сохранилась в РИ во всём космосе, благодаря чему в прошлом году был измерен возраст Вселенной и подтверждены другие космологические величины. РИ это что-то вроде детской фотографии космоса, ещё до того, как появились звёзды. Работа, о которой написали на прошлой неделе в "Джорнал Физикал Ревью Леттерз", была сфокусирована на поиске в данных РИ спаренных кругов, которые означали бы, что Вселенная это зал зеркал, где несколько изображений одного предмета могут быть увидены в разных направлениях пространства-времени. "Зал зеркал" означал бы, что Вселенная конечна, но притворяется бесконечной. Подумайте об этом, как о компьютерной игре, где объект ушедший за правую сторону экрана, вылезает из-за левой. "Несколько лет назад мы показали, что в любой конечной вселенной, где у света было бы время повернуть назад после Большого взрыва, сохранялась бы такая же температура редиктового излучения у пар кругов", объяснил Корниш. Проводилсь поиски самых похожих показателей температуры РИ при помощи карты РИ, сделанной в НАСА при помощи микроволнового анизотропного зонда Уилкинсона (УМАП). Они не нашли желанных совпадений.
Не смотрите назад.
"Наши результаты не исключают эффекта "зала зеркал", но делают его вероятность намного меньше", сказал Корниш представителю сайта "спейс.ком", добавив, что итоги не дали признаков того, что Вселенная конечна, но это ещё не утверждает её бесконечности. Результаты опровергают возможность формы футбольного мяча у Вселенной, которую в прошлом году выдвинула другая группа исследователей. "Впрочем, если бы они надули свой мяч, чтобы он стал больше, то избежали бы наших ограничений и всё ещё были бы в границах реальности", сказал Корниш. Другие сложные формы не исключаются. Открытие уничтожает шанс увидеть нашу древность, если мы не изобретём путешествия во времени. Если бы Вселенная была конечной и имела размер в 4-5 миллиардов световых лет, то свет мог бы обежать вокруг Вселенной, и в большой телескоп мы разглядели бы затвердевание Земли и зарождение жизни", произнёс Корниш. "К несчастью, наши результаты исключают эту заманчивую возможность".
Возможно ли? Корниш объясняет будущее. Добавление от 25 мая.
Эта статья вызвала много откликов у читателей, которые были озадачены или просто не могли поверить, что Вселенной всего 13,7 миллиардов лет, но её размер - 158 млрд. с.л. Поскольку предполагается, что скорость света явно была увеличена, они возражают. Поэтому "спейс.ком" попросил Нила Корниша объяснить чуть больше. Вот его ответ: "Проблема в том, что забавные вещи случаются в ОТО так, что они как бы нарушают СТО (нет материальной скорости выше световой и т.п.) Давайте вернёмся к тому открытию Хаббла, что далёкие галактики явно убегают от нас, и чем больше удаления - тем быстрее они убегают. Соотношение этих показателей известно как постоянная Хаббла. Парадоксальное следствие из открытия Хаббла таково, что галактики, удалившиеся от нас за критическое расстояние, будут убегать от нас быстрее, чем свет. Это критическое расстояние называется радиусом Хаббла и иногда называется горизонтом по аналогии с горизонтом событий вокруг чёрной дыры. В условиях СТО закон Хаббла - несомненно парадокс. Но в ОТО мы интерпретируем мнимый спад как следствие расширения пространства (аналогия со сморщеной изюминой внутри фруктового кекса). Галактики не движутся сквозь пространство (во всяком случае, не быстро) но само пространство так разрастается, что они разбегаются. Ни СТО, ни ОТО не ограничивают мнимых скоростей скоростью света. Никакого сверхсветого сигнала не пройдёт через этот механизм, и парадокса уже нет. Правда, данные УМАП по РИ содержат твёрдое доказательство того, что в очень молодой Вселенной было время, когда расширение ускорилось настолько, что даже свет не мог опередить разбегание двух точек, и тогда существовал реальный горизонт событий, как и вокруг чёрной дыры. И в самом деле, флуктуации, которые мы отметили в РИ, похоже возникли в результате события, который очень похож на причину возникновения радиации Хокинга от чёрных дыр. Ещё более удивительна картина, которая вырисовывается при совмещении данных УМАП с наблюдениями сверхновых, которые говорят, что Вселенная снова стала раздуваться. Если это так, то мы начали удаляться от других галактик с ускорением, и в будущем уже не сможем увидеть так много галактик, как сейчас, ибо они будут улетать от нас быстрее скорости света (из-за расширения пространства), так что их свет не сможет достичь нас". Мы победим!
В 1874 году 16-летний выпускник гимназии Макс Планк стоял перед непростым выбором: посвятить жизнь музыке или физике. Между тем его отец хотел, чтобы Макс продолжил юридическую династию. Он устроил сыну встречу с профессором Филиппом фон Жолли, попросив того остудить интерес наследника к физике. Как писал Планк в своих мемуарах, Жолли «изобразил физику как высокоразвитую, едва ли не полностью исчерпавшую себя науку, которая близка к тому, чтобы принять окончательную форму...». Такого мнения в конце XIX века придерживались многие. Но Планк все же выбрал физику и оказался у истоков величайшей революции в этой науке.
В апреле 1900 года физик лорд Кельвин, в честь которого теперь названа шкала абсолютных температур, заявил на лекции, что красоту и чистоту здания теоретической физики омрачает лишь пара «темных облачков» на горизонте: неудачные попытки обнаружить мировой эфир и проблема с объяснением спектра излучения нагретых тел. Но не успел закончиться год, а с ним и XIX столетие, как Планк решил проблему теплового спектра, введя понятие кванта — минимальной порции лучистой энергии. Идея о том, что энергия может испускаться только фиксированными порциями, подобно пулям из автомата, а не воде из шланга, шла вразрез с представлениями классической физики и стала отправной точкой на пути к квантовой механике.
Работа Планка стала началом цепочки очень странных открытий, которые сильно изменили устоявшуюся физическую картину мира. Объекты микромира — молекулы, атомы и элементарные частицы — отказывались подчиняться математическим законам, отлично зарекомендовавшим себя в классической механике. Электроны не хотели обращаться вокруг ядер по произвольным орбитам, а удерживались только на определенных дискретных энергетических уровнях, неустойчивые радиоактивные атомы распадались в непредсказуемый момент без каких-либо конкретных причин, движущиеся микрообъекты проявлялись то как точечные частицы, то как волновые процессы, охватывающие значительную область пространства.
Привыкнув со времен научной революции XVII века к тому, что математика — это язык природы, физики устроили настоящий мозговой штурм и к середине 1920-х годов разработали математическую модель поведения микрочастиц. Теория, названная квантовой механикой, оказалась самой точной среди всех физических дисциплин: до сих пор не обнаружено ни единого отклонения от ее предсказаний (хотя некоторые из этих предсказаний получаются из математически бессмысленных выражений вроде разности двух бесконечных величин). Но вместе с тем точный смысл математических конструкций квантовой механики практически не поддается объяснению на обыденном языке.
Взять, к примеру, принцип неопределенности, одно из фундаментальных соотношений квантовой физики. Из него следует, что чем точнее измерена скорость элементарной частицы, тем меньше можно сказать о том, где она находится, и наоборот. Будь автомобили квантовыми объектами, водители не боялись бы фоторегистрации нарушений. Стоило измерить скорость машины радаром, как ее положение становилось бы неопределенным, и она наверняка не попадала бы в кадр. А если бы, наоборот, на снимке зафиксировалось ее изображение, то погрешность измерения на радаре не позволила бы определить скорость.
Достаточно безумная теория
Вместо привычных координат и скоростей квантовую частицу описывают так называемой волновой функцией. Она входит во все уравнения квантовой механики, но ее физический смысл так и не получил вразумительного истолкования. Дело в том, что ее значения выражены не обычными, а комплексными числами, и вдобавок недоступны для непосредственного измерения. Например, для движущейся частицы волновая функция определена в каждой точке бесконечного пространства и меняется во времени. Частица не находится ни в какой конкретной точке и не перемещается с места на место, как маленький шарик. Она словно бы размазана по пространству и в той или иной мере присутствует сразу везде, где-то концентрируясь, а где-то сходя на нет.
Взаимодействие таких «размазанных» частиц еще более усложняет картину, порождая так называемые запутанные состояния. Квантовые объекты при этом образуют единую систему с общей волновой функцией. С ростом числа частиц сложность запутанных состояний быстро растет, и понятия о положении или скорости отдельной частицы лишаются всякого смысла. Размышлять о таких странных объектах крайне трудно. Человеческое мышление тесно связано с языком и наглядными образами, которые сформированы опытом обращения с классическими предметами. Описание поведения квантовых частиц на непригодном для этого языке приводит к парадоксальным утверждениям. «Ваша теория безумна, — сказал как-то Нильс Бор после доклада Вольфганга Паули. — Вопрос лишь в том, достаточно ли она безумна, чтобы быть правильной». Но без корректного описания явлений на разговорном языке тяжело вести исследования. Физики часто осмысляют математические конструкции, уподобляя их простейшим предметам из обыденной жизни. Если в классической механике 2000 лет искали математические средства, подходящие для выражения повседневного опыта, то в квантовой теории сложилась прямо противоположная ситуация: физики остро нуждались в адекватном словесном объяснении отлично работающего математического аппарата. Для квантовой механики требовалась интерпретация, то есть удобное и в целом корректное объяснение смысла ее основных понятий.
Предстояло ответить на целый ряд принципиальных вопросов. Каково реальное устройство квантовых объектов? Фундаментальна ли неопределенность их поведения, или она лишь отражает недостаточность наших знаний? Что происходит с волновой функцией, когда прибор регистрирует частицу в определенном месте? И наконец, какова роль наблюдателя в процессе квантового измерения?
Играющий в кости бог
Представление о непредсказуемости поведения микрочастиц шло вразрез со всем опытом и эстетическими пристрастиями физиков. Идеалом считался детерминизм — сведение любого явления к однозначным законам механического движения. Многие ожидали, что в глубине микромира найдется более фундаментальный уровень реальности, а квантовую механику сравнивали со статистическим подходом к описанию газа, который применяется лишь из-за того, что трудно отследить движения всех молекул, а не потому, что те сами «не знают», где находятся. Эту «гипотезу скрытых параметров» активнее всех защищал Альберт Эйнштейн. Его позиция вошла в историю под броским слоганом: «Бог не играет в кости».
Его оппонент Нильс Бор утверждал, что волновая функция содержит исчерпывающую информацию о состоянии квантовых объектов. Уравнения позволяют однозначно рассчитать ее изменения во времени, и в математическом плане она не хуже привычных физикам материальных точек и твердых тел. Отличие лишь в том, что она описывает не сами частицы, а вероятность их обнаружения в той или иной точке пространства. Можно сказать, что это не сама частица, а ее возможность. Но где именно она обнаружится при наблюдении, предсказать принципиально невозможно. «Внутри» частиц нет никаких недоступных измерению скрытых параметров, определяющих, когда именно им распадаться или в какой точке пространства появляться при наблюдении. В этом смысле неопределенность — фундаментальное свойство квантовых объектов. На стороне этой интерпретации, которую стали называть копенгагенской (по городу, где жил и работал Бор), была сила «бритвы Оккама»: в ней не предполагалось никаких дополнительных сущностей, которых не было в квантово-механических уравнениях и наблюдениях. Это важное преимущество склонило большинство физиков к принятию позиции Бора намного раньше, чем эксперимент убедительно показал, что Эйнштейн ошибался.
И все же копенгагенская интерпретация небезупречна. Главным направлением ее критики стало описание процесса квантового измерения. Когда частица с размытой по большому объему пространства волновой функцией регистрируется экспериментатором в определенном месте, вероятность ее пребывания в стороне от этой точки становится нулевой. А значит, волновая функция должна мгновенно сконцентрироваться в очень небольшой области. Эту «катастрофу» называют коллапсом волновой функции. И она является катастрофой не только для наблюдаемой частицы, но и для копенгагенской интерпретации, поскольку коллапс протекает вопреки уравнениям самой квантовой механики. Физики говорят об этом как о нарушении линейности при квантовом измерении.
Получается, что математический аппарат квантовой механики работает лишь в кусочно-непрерывном режиме: от одного измерения до другого. А «на стыках» волновая функция скачкообразно меняется и продолжает развитие из принципиально непредсказуемого состояния. Для теории, стремящейся описать физическую реальность на фундаментальном уровне, это было очень серьезным недостатком. «Прибор извлекает из состояния, которое существовало до измерения, одну из содержащихся в нем возможностей», — писал об этом явлении один из создателей квантовой механики Луи де Бройль. Такая трактовка неизбежно приводила к вопросу о роли наблюдателя в квантовой физике.
Орфей и Эвридика
Возьмем, к примеру, одиночный радиоактивный атом. По законам квантовой механики он спонтанно распадается в непредсказуемый заранее момент времени. Поэтому его волновая функция представляет сумму двух компонент: одна описывает целый атом, а другая — распавшийся. Вероятность, соответствующая первой, убывает, а второй — растет. Физики в такой ситуации говорят о суперпозиции двух несовместимых между собой состояний. Если проверить состояние атома, произойдет коллапс его волновой функции и атом с определенной вероятностью окажется либо целым, либо распавшимся. Но в какой момент происходит этот коллапс — когда измерительный прибор взаимодействует с атомом или когда о результатах узнает наблюдатель-человек?
Оба варианта выглядят непривлекательно. Из первого следует неприемлемый вывод о том, что атомы измерительного прибора чем-то отличаются от остальных, раз под их влиянием происходит коллапс волновой функции вместо образования запутанного состояния, как должно быть при взаимодействии квантовых частиц. Второй вариант вносит в теорию так нелюбимый физиками субъективизм. Приходится согласиться, что сознание наблюдателя (тело его с точки зрения квантовой механики — все тот же прибор) непосредственно влияет на волновую функцию, то есть на состояние квантового объекта.
Эта проблема была заострена Эрвином Шрёдингером в форме знаменитого мысленного эксперимента. Поместим в ящик кота и устройство с ядом, которое срабатывает при распаде радиоактивного атома. Закроем ящик и подождем, пока вероятность распада достигнет, скажем, 50%. Поскольку никакой информации из ящика к нам не поступает, находящийся в нем атом описывается как суперпозиция целого и распавшегося. Но теперь состояние атома неразрывно связано с судьбой кота, который, до тех пор пока ящик остается запертым, пребывает в странном состоянии суперпозиции живого и мертвого. Но стоит только вскрыть ящик, мы увидим либо голодное животное, либо бездыханный труп, причем, скорее всего, окажется, что в таком состоянии кот пребывает уже некоторое время. Выходит, пока ящик был закрыт, в нем параллельно развивались как минимум две версии истории, но достаточно одного осмысленного взгляда внутрь ящика, чтобы реальной осталась лишь одна из них.
Как тут не вспомнить миф об Орфее и Эвридике:
«Когда бы мог // Он обернуться (если б обернувшись, // Он своего деянья не разрушил, // Едва-едва свершенного) — увидеть // Он мог бы их, идущих тихо следом» («Орфей. Эвридика. Гермес» Р.М. Рильке). Согласно копенгагенской интерпретации, квантовое измерение, подобно неосторожному взгляду Орфея, мгновенно уничтожает целый куст возможных миров, оставляя только один прут, по которому движется история.
Единая мировая волна
Вопросы, связанные с проблемой квантовых измерений, постоянно подогревали интерес физиков к поискам новых интерпретаций квантовой механики. Одну из самых интересных идей в этом направлении выдвинул в 1957 году американский физик из Принстонского университета Хью Эверетт III. В своей диссертации он поставил на первое место принцип линейности, а значит, и непрерывность действия линейных законов квантовой механики. Это привело Эверетта к выводу, что наблюдателя нельзя рассматривать в отрыве от наблюдаемого объекта, как некую внешнюю сущность.
В момент измерения наблюдатель вступает во взаимодействие с квантовым объектом, и после этого ни состояние наблюдателя, ни состояние объекта не могут быть описаны отдельными волновыми функциями: их состояния спутываются, и волновую функцию можно написать только для единого целого — системы «наблюдатель + наблюдаемое». Чтобы завершить измерение, наблюдатель должен сопоставить свое новое состояние с прежним, зафиксированным в его памяти. Для этого возникшую в момент взаимодействия запутанную систему надо вновь разделить на наблюдателя и объект. Но сделать это можно по-разному. В результате получаются разные значения измеряемой величины, но, что еще более интересно, разные наблюдатели. Выходит, что в каждом акте квантового измерения наблюдатель как бы расщепляется на несколько (возможно бесконечно много) версий. Каждая из этих версий видит свой результат измерения и, действуя в соответствии с ним, формирует собственную историю и свою версию Вселенной. С учетом этого интерпретацию Эверетта часто называют многомировой, а саму многовариантную Вселенную — Мультиверсом (чтобы не путать ее с космологическим Мультиверсом — множеством независимых миров, образующихся в некоторых моделях Вселенной, — некоторые физики предлагают называть ее Альтерверсом).
Идея Эверетта непроста и нередко трактуется ошибочно. Чаще всего можно услышать, будто при каждом столкновении частиц вся Вселенная разветвляется, порождая множество копий по числу возможных исходов столкновения. На самом деле квантовый мир, по Эверетту, — ровно один. Поскольку все его частицы прямо или косвенно взаимодействовали друг с другом и находятся поэтому в запутанном состоянии, его фундаментальным описанием является единая мировая волновая функция, которая плавно эволюционирует по линейным законам квантовой механики. Этот мир столь же детерминирован, как лапласовский мир классической механики, в котором, зная положения и скорости всех частиц в определенный момент времени, можно рассчитать все прошлое и будущее. В мире Эверетта бесчисленное множество частиц заменено сложнейшей волновой функцией. Это не приводит к неопределенностям, поскольку Вселенную никто не может наблюдать извне. Однако внутри можно бесчисленным множеством способов разделить ее на наблюдателя и окружающий мир.
Понять смысл интерпретации Эверетта помогает такая аналогия. Представьте себе страну с многомиллионным населением. Каждый ее житель по-своему оценивает происходящие события. В некоторых он прямо или косвенно принимает участие, что меняет как страну, так и его взгляды. Формируются миллионы разных картин мира, которые своими носителями воспринимаются как самая настоящая реальность. Но при этом есть еще и сама страна, которая существует независимо от чьих-то представлений, обеспечивая возможность для их существования. Точно так же единая квантовая Вселенная Эверетта дает место для огромного числа независимо существующих классических картин мира, возникающих у разных наблюдателей. И все эти картины, согласно Эверетту, совершенно реальны, хотя каждая существует лишь для своего наблюдателя.
Парадокс Эйнштейна — Подольского — Розена
Решающим аргументом в споре Эйнштейн — Бор стал парадокс, который за 70 лет прошел путь от мысленного эксперимента до работающей технологии. Его идею в 1935 году предложил сам Альберт Эйнштейн совместно с физиками Борисом Подольским и Натаном Розеном. Их целью было продемонстрировать неполноту копенгагенской интерпретации, получив из нее абсурдный вывод о возможности мгновенного взаимовлияния двух частиц, разделенных большим расстоянием. Через 15 лет американский специалист по копенгагенской интерпретации Дэвид Бом, тесно сотрудничавший с Эйнштейном в Принстоне, придумал принципиально осуществимую версию эксперимента с использованием фотонов. Прошло еще 15 лет, и Джон Стюарт Белл формулирует четкий критерий в форме неравенства, позволяющий опытным путем проверить наличие скрытых параметров у квантовых объектов. В 1970-х годах несколько групп физиков ставят эксперименты по проверке соблюдения неравенств Белла, получая противоречивые результаты. Лишь в 1982— 1985 годах Алан Аспект в Париже, значительно увеличив точность, окончательно доказывает, что Эйнштейн был неправ. А спустя 20 лет сразу несколько коммерческих фирм создали технологии сверхсекретных каналов связи, основанные на парадоксальных свойствах квантовых частиц, которые Эйнштейн считал опровержением копенгагенской интерпретации квантовой механики.
Из тени в свет
На диссертацию Эверетта мало кто обратил внимание. Сам Эверетт еще до защиты принял приглашение от военного ведомства, где возглавил одно из подразделений, занимающихся численным моделированием последствий ядерных конфликтов, и сделал там блестящую карьеру. Его научный руководитель Джон Уилер поначалу не разделял взглядов своего воспитанника, но они нашли компромиссный вариант теории, и Эверетт представил ее для публикации в научный журнал Reviews of Modern Physics. Редактор Брайс Девитт отнесся к ней весьма негативно и намеревался отклонить статью, но потом неожиданно стал горячим сторонником теории, и статья вышла в июньском номере журнала за 1957 год. Однако с послесловием Уилера: я, мол, не думаю, что все это правильно, но это как минимум любопытно и не бессмысленно. Уилер настаивал, что теорию необходимо обсудить с Нильсом Бором, но тот фактически отказался ее рассматривать, когда в 1959 году Эверетт полтора месяца провел в Копенгагене. Однажды в 1959 году, будучи в Копенгагене, Эверетт встречался с Бором, но и на него новая теория не произвела впечатления.
В известном смысле Эверетту не повезло. Его работа терялась в потоке первоклассных публикаций, выполненных в то же самое время, к тому же была слишком «философской». Сын Эверетта, Марк, как-то сказал: «Отец никогда, никогда не говорил со мной о своих теориях. Он был для меня незнакомцем, существующим в каком-то параллельном мире. Я думаю, что он был глубоко разочарован тем, что он знал про себя, что он гений, но никто в мире больше об этом и не подозревал». В 1982 году Эверетт умер от сердечного приступа.
Сейчас даже трудно сказать, благодаря кому она была извлечена из небытия. Вероятнее всего, это произошло, когда все те же Брайс Девитт и Джон Уилер пытались построить одну из первых «теорий всего» — теорию поля, в которой квантование уживалось бы с общим принципом относительности. Потом на необычную теорию положили глаз фантасты. Но только после смерти Эверетта начался настоящий триумф его идеи (правда, уже в формулировке Девитта, от которой десятилетие спустя категорически открестился Уилер). Стало казаться, что многомировая интерпретация обладает колоссальным объяснительным потенциалом, позволяя дать внятную трактовку не только понятию волновой функции, но и наблюдателю с его загадочным «сознанием». В 1995 году американский социолог Дэвид Роб провел опрос среди ведущих американских физиков, и результат был ошеломляющим: 58% назвали теорию Эверетта «верной».
Кто эта девушка?
Тема параллельности миров и слабых (в том или ином смысле) взаимодействий между ними давно присутствует в фантастической художественной прозе. Вспомним хотя бы грандиозную эпопею Роберта Желязны «Хроники Амбера». Однако в последние два десятилетия под подобные сюжетные ходы стало модно подводить солидный научный фундамент. И в романе «Возможность острова» Мишеля Уэльбека квантовый Мультиверс фигурирует уже с прямым указанием на авторов соответствующей концепции. Но собственно параллельные миры — это только полдела. Гораздо труднее переложить на художественный язык вторую важнейшую идею теории — квантовую интерференцию частиц со своими двойниками. Нет сомнений, что именно эти фантастические превращения дали толчок фантазии Дэвида Линча, когда он работал над фильмом «Малхолланд-драйв». Первая сцена фильма — героиня едет ночью по загородной дороге в лимузине с двумя мужчинами, вдруг лимузин останавливается и героиня вступает в беседу со спутниками — повторяется в фильме дважды. Только вроде бы и девушка другая, и кончается эпизод иначе.
К тому же в промежутке что-то происходит такое, что, кажется, не позволяет считать два эпизода тождественными. В то же время и их близость не может быть случайной. Превращения героинь друг в друга говорят зрителю, что перед ним один и тот же персонаж, только он может находиться в разных (квантовых) состояниях. Поэтому время перестает играть роль дополнительной координаты и не может больше течь независимо от происходящего: оно раскрывается в спонтанных перескоках с одного слоя Мультиверса на другой. Именно как «первый квантовый феномен» трактовал время один из главных популяризаторов идей Эверетта израильский физик Дэвид Дойч. Глубокая физическая идея дает, таким образом, основания художнику презреть любые границы, сдерживающие его желание разнообразить варианты развития сюжета и строить «смешанные состояния» этих разнообразных вариантов. Дмитрий Баюк
В поисках сознания
Наблюдателем может быть любая система, например, вычислительная машина, помнящая свои прежние состояния и сравнивающая их с новыми. «Как хорошо известно людям, работающим со сложными автоматами, фактически весь общепринятый язык субъективного опыта полностью применим к таким машинам», — пишет Эверетт в своей диссертации. Тем самым он уходит от вопроса о природе сознания. Но его последователи уже не были склонны к такой осторожности. Наблюдателя стали все чаще рассматривать как мыслящее и наделенное волей сознание, а не просто как сенсор с памятью. Это открывает простор для столь же интересных, сколь и спорных попыток объединить в одной концепции традиционную объективистскую физику и различные эзотерические представления о природе человеческого сознания.
Например, доктор физико-математических наук Михаил Менский из Физического института им. Н.П. Лебедева РАН активно развивает свою расширенную концепцию Эверетта, в которой отождествляет сознание с самим процессом разделения альтернатив. Физическая реальность имеет чисто квантовую природу и представлена единой мировой волновой функцией. Однако рационально мыслящее сознание, по Менскому, неспособно непосредственно воспринимать ее и нуждается в «упрощенной» классической картине мира, частью которой оно себя воспринимает и которую само создает (в этом заключается его природа). При определенной подготовке, проявляя свободу воли, сознание способно более или менее произвольно выбирать, какую из бесконечного числа классических проекций квантовой Вселенной оно будет «проживать». Со стороны такой выбор может восприниматься как «вероятностное чудо», при котором «маг» способен оказаться именно в той классической реальности, которая ему желательна, даже если ее реализация маловероятна. В этом Менский усматривает связь своих идей с эзотерическими учениями. Он также вводит понятие «сверхсознания», которое в те периоды, когда сознание отключается (например, во сне, в трансе или медитации), способно проникать в альтернативные эвереттовские миры и черпать там информацию, принципиально недоступную рациональному сознанию.
Другой подход уже не первое десятилетие развивает профессор Гейдельбергского университета Хайнц-Дитер Це. Он предложил многоразумную интерпретацию квантовой механики, в которой наряду с материей, описываемой волновой функцией, имеются сущности иной природы — «разумы» (minds). С каждым наблюдателем ассоциировано бесконечное семейство таких «разумов». При каждом эвереттовском расщеплении наблюдателя это семейство тоже делится на части, следуя вдоль каждой ветви. Пропорция, в которой они делятся, отражает вероятность каждой из ветвей. Именно «разумы», по мнению Це, обеспечивают самотождественность сознания человека, например, проснувшись поутру, вы сознаете себя той же личностью, что и ложась спать вчера.
Идеи Це пока не нашли широкого признания у физиков. Один из критиков, Питер Льюис, отметил, что из этой концепции следуют довольно странные выводы в отношении участия в авантюрах с риском для жизни. Например, если бы вам предложили посидеть в одном ящике вместе с котом Шрёдингера, вы бы, скорее всего, отказались. Однако из многоразумной модели следует, что вы ничем не рискуете: в те варианты реальности, где радиоактивный атом распался и вы с котом были отравлены, сопутствующие вам «разумы» не попадут. Все они благополучно проследуют по той ветви, где вам суждено выжить. А значит, и риска для вас никакого нет.
Это рассуждение, кстати, тесно связано с идеей так называемого квантового бессмертия. Когда вы умираете, это, естественно, происходит лишь в некоторых эвереттовских мирах. Всегда можно найти такую классическую проекцию, в которой на этот раз вы остаетесь в живых. Продолжая это рассуждение бесконечно, можно прийти к выводу, что такого момента, когда умрут все ваши «клоны» во всех мирах Мультиверса, никогда не наступит, а значит, хоть где-то, но вы будете жить вечно. Рассуждение логичное, но результат непредставим, не правда ли?
Авторство, источник и публикация: 1. Подготовлено проектом 'Астрогалактика' 2. Автор Сергеев Александр 3. Публикация проекта 04.01.2010 года
все начиналось весело, закончится, как оказалось, еще веселее. Что имеет начало, имеет и конец, как говорится - все там будем, вопрос лишь в том где именно) Частично в разрешении этого вопроса поможет этот фильм Мы победим!
«Темная материя — черная кошка в темной комнате» — интервью с д.ф.-м.н., профессором Сергеем Сипаровым во время Гамовской астрономической конференции в Одессе.
Совеременное интервью, где простым языком рассказывается о сложных вещах вроде темной материи и темной энергии и предполагается, что все это выдумки, что вселенная не расширяется, в вращается в вихре, что означет для нас многое) Мы победим!
Посмотрев вышеприведенные фильмы, мы поймем, насколько условны "знания" ученых о мире. Когда-то ученые считали что земля покоится на спине гигантской черепахи, потом - что внтури сферы, затем было аксимой, что солнце вращается вокруг земли и т.д. Даже Эйнштейн полагал, что Млечный Путь - это вся вселенная. Затем Большой взрыв, темная материя и темная энергия и снова все это оказывается лишь предположением, причем весьма сомнительным. Мы победим!
Про то, с какой скоростью мы летим, даже тогда, когда никуда не идем.
Куда несется наша Земля?
Очень распространенная сегодня аналогия: Земля — большой космический корабль, на котором жизнь подчиняется законам Вселенной и земным порядкам. Однако о строении и происхождении самой Вселенной и мироздания установившегося представления до сих пор нет.
Витки спирали.
Звездные системы вместе с нашей Солнечной системой внутри пространства Галактики двигаются по винтовой спирали. Соответственно в траектории Солнечной системы можно выделить малый и большой шаги.
Малый шаг — это время перемещения Солнечной системы по малому витку спирали и составляет 25 тыс. лет. Малые циклы определяют смену теплых и холодных зон планеты, направления основных океанических течений, смещение оси магнитного поля, что связано с глобальными энергетическими событиями, часто имеющими катастрофические последствия.
Большой шаг определяет перемещение на один виток внутри Галактики. Он связан с переполюсовкой (сменой полюсов) и равен циклу Галактики (космический год, по Козыреву), примерно 200-210 млн. лет.
Земля вращается вокруг своей оси на экваторе со скоростью 0,465 км/с и движется по орбите вокруг Солнца со скоростью 30 км/с. В свою очередь, Солнечная система движется в Галактике по винтовой спирали со скоростью 250 км/с. Вместе с Солнцем с такой же скоростью движется наша Земля и все компоненты Солнечной системы.
Таким образом, движение других планет и нашей планеты Земля происходит не по эллипсам Коперника, а вдоль открытых траекторий, по форме близким к спиралям.
Наша галактика Млечный путь есть составная часть Ассоциации галактик, которую астрономы называют Местной группой галактик (МГГ). В нее входят так же галактики «Большое и Малое Магеллановы облака». Совсем недавно астрономы установили, что МГГ движется как единое целое со скоростью 700 км/с. Таким образом, Солнце одновременно участвует в двух движениях: во вращательном, связанном с вращением галактик, и поступательном, вызванным движением Млечного пути вместе с Местной группой галактик.
Земля вместе с движением в Галактике со скоростью 250 км/с, пролетает за год 7884 млрд. километров. Расстояние от Солнца до центра Галактики равно примерно 10 тыс. парсек (один парсек — 3,263 световых года или 31000 млрд. километров.) Млечный путь вращается относительно Центра сверхассоциации, диаметр которой — 30 млн. парсек, а Млечный путь расположен на расстоянии 19 млн. парсек от Центра сверхассоциации.
Знать свое место.
Куда нас несет неведомая сила — никому не известно. Ясно только одно: жизнь цивилизации на Земле и жизнь планеты в Солнечной системе — родине человечества — зависят от законов Космоса. Сознание человека и человечества в целом определяется энергетическими условиями на планете, которые определяются участками траектории пролета Земли в Галактике.
В некоторые периоды жизни Солнечной системы маршрут проходит в различных секторах Галактики, энергетика которых диктует различные поведения людей. Поведение древних людей и современного человека определяется местом Солнечной системы на галактической траектории жизни. Сегодня глобальные изменения событий на Земле есть результат ускоряющегося темпа изменения среды — участок сектора Галактики, через который пролетают Солнце и планеты.
На загадочном ацтекском календарном камне изображены четыре Солнца. В одном из самых почитаемых в Китае мифов утверждается, что Солнце дважды всходило на востоке… Все эти артефакты могут быть объяснены с учетом траектории движения Земли в «большом» космическом пространстве.
При движении Солнечной системы по большому витку спирали Галактики наступает момент смены направления потока энергии, идущего от магнитного поля Вселенной. При этом вначале происходят замедления вращения Солнечной системы и удлинение суток. Когда поток энергии проходит через нуль и затем скорость вращения увеличивается — происходит переполюсовка.
В этот период происходят глобальные изменения в биосфере, определяющие развитие эволюции окружающего мира.
Благодаря большому моменту инерции все объекты Галактики продолжаются вращаться вокруг своей оси, в том же направлении. Однако Солнце относительно наблюдателя с Земли двигается в противоположном направлении. За период движения по большому витку Галактики переполюсовка происходит дважды. Согласно упомянутому выше китайскому мифу, описан период времени в 400 — 500 млн. лет.
Чтобы изучать строение Вселенной и природу небесных тел, астроном должен уметь прежде всего определять расстояния до интересующих его космических объектов. Как же измеряются расстояния до Луны и планет, Солнца и звезд?
Все эти расстояния в конечном счете зиждятся на значении среднего расстояния Земли от Солнца - так называемой астрономической единице, а она непосредственно зависит от точности измерения размеров самой Земли.
При наблюдении Солнца из удаленных точек земной поверхности наше дневное светило претерпевает параллактическое смещение. Оно будет наибольшим, если два наблюдателя расположатся в диаметрально противоположных точках земного шара. Измерения показали, что угол этого смещения очень мал - около 18 секунд дуги, то есть под таким углом с Солнца должна быть видна наша Земля.
Из тригонометрии известно, что предмет бывает виден под углом, равным одной секунде дуги, если он удален от наблюдателя на расстояние, в 206 265 раз превышающее его линейные размеры или его диаметр. Следовательно, расстояние Земля-Солнце примерно в 11 500 раз больше диаметра Земли. Однако из-за большой яркости Солнца и нагревания инструмента (ведь труба телескопа наводится на дневное светило!) такие измерения приводят к потере точности. Поэтому французские астрономы Джан Доменико Кассини и Жан Рише (около 1640-1696) решили определить расстояние до Солнца путем измерения параллакса Марса - углового смещения планеты на фоне далеких звезд - во время его великого противостояния в 1672 году. Кассини измерял положение планеты из Парижа, а Рише - из Кайенны, города Французской Гвианы в Южной Америке.
С открытием третьего закона Кеплера относительные расстояния планет в Солнечной системе, выраженные в долях среднего расстояния Земля-Солнце, были хорошо известны. Но чтобы получить масштаб планетной системы и определить абсолютное значение астрономической единицы, достаточно было измерить расстояние между двумя любыми планетами. Измерять же положение планет относительно звезд можно гораздо точнее, чем положение яркого Солнца на дневном небе. Этим и воспользовались впервые Кассини и Рише.
Математическая обработка наблюдений, выполненная Кассини в 1673 году, дала значение параллакса Солнца 9,5 секунды дуги. Здесь под параллаксом следует понимать угол, под которым со светила виден экваториальный радиус Земли. Отсюда получалось, что среднее расстояние Земли от Солнца (1 а. е.) равно 138,5 млн км (в современных мерах длины), что на 11,1 млн км меньше действительного значения. Но по тем временам даже такой результат считался большим научным достижением.
Английский астроном Эдмонд Галлей (1656-1742) предложил метод определения расстояния от Земли до Солнца путем наблюдения прохождений Венеры по солнечному диску. Ближайшее такое прохождение должно было состояться в 1761 году, и во все концы света были снаряжены астрономические экспедиции...
Цитата
Большая неудача постигла тогда французскую экспедицию Лежантиля: "...война англичан в Индии мешает ему поспеть вовремя, он приезжает туда уже после прохождения. Преданный астрономии, он решается на геройский поступок: остается на восемь лет в Пондишери, чтобы дождаться следующего прохождения в 1769 году... Приходит давно ожидаемый год; весь май и первые дни июня погода стоит великолепная... Наступает день прохождения: небо покрывается тучами, затемняющими Солнце, Венера проходит, а через несколько минут после этого небо снова проясняется. Солнце блестит с прежнею силою, и во все последующие дни ни одного облачка!.. Не решаясь оставаться здесь до следующего прохождения (1874), бедный астроном возвращается во Францию, дважды терпит кораблекрушение и прибывает наконец в Париж. Здесь он узнает, что, за отсутствием каких-либо известий о нем, все сочли его умершим, а место его в Академии наук уже замещено другим; все решено бесповоротно, он лишен даже собственного имущества, так как суд считал его умершим. Все это так подействовало на несчастного астронома, что он вскоре умер" (Фламмарион Камилл. Популярная астрономия. СПб., 1913. С. 247.).
Результаты наблюдений этих прохождений, полученные другими наблюдателями, не заслуживали должного доверия, так как оценки параллакса Солнца, взятые из первого прохождения, колебались между 8 и 10 секундами дуги; оценки из наблюдений 1769 года были заключены между 8 и 9 секундами дуги, что соответствует разнице в расстоянии до Солнца более 18 млн км. Зато прохождения 1874 и 1882 годов дали уже обнадеживающие результаты: параллакс был заключен между 8,79 и 8,86 секунды дуги. Вычисленные по этим параллаксам расстояния равны соответственно 149 млн 669 тыс. и 148 млн 486 тыс. км (больше параллакс - меньше расстояние, и наоборот).
Разрабатывались и другие способы определения длины астрономической единицы. В частности, астрономы Пулковской обсерватории в 1842-1880 годах выполнили точные измерения смещений видимых положений звезд, происходящих по причине движения Земли вокруг Солнца и конечной скорости света (так называемые аберрационные смещения), и нашли, что параллакс Солнца равен 8,793 секунды дуги; астрономическая единица равна 149,6 млн км, что совпадает с современными измерениями. Но Парижская международная конференция астрономов в 1896 году приняла округленные значения: параллакс равен 8,80 секунды дуги, астрономическая единица равна 149,5 млн км. Этими значениями астрономы пользовались вплоть до 1970 года.
В январе 1931 года малая планета Эрос проходила от Земли на расстоянии всего лишь 0,17 а. е. В наблюдениях (главным образом фотографических) приняли участие 24 астрономические обсерватории, в том числе Пулковская. Из наблюдений Эроса была найдена величина параллакса Солнца 8,790 секунды дуги. Вычисленное по новому параллаксу среднее расстояние Земли от центрального светила составляло 149 млн 669 тыс. км.
В 60-х годах XX века астрономы для измерения расстояний до небесных тел Солнечной системы стали применять более точный - радиолокационный метод. Сущность этого метода состоит в том, что в сторону небесного тела посылают мощный кратковременный импульс, а затем принимают отраженный сигнал. Скорость распространения радиоволн в космическом пространстве равна скорости света - 299 792,458 км/с. Поэтому, если точно измерить время, которое необходимо сигналу, чтобы достичь небесного тела и после отражения от его поверхности возвратиться обратно, нетрудно вычислить искомое расстояние.
Так были уточнены расстояния до Луны, Венеры, Меркурия, Марса, Юпитера. Из радиолокационных наблюдений Венеры, проведенных в СССР, США и Англии, было определено значение астрономической единицы: 1 а. е. = 149 597 870 км, с возможной ошибкой около 1 км. Такой точности более чем достаточно для нужд астрономии и космонавтики. В практических целях пользуются округленным значением астрономической единицы - 149 млн 600 тыс. км, которому соответствует параллакс Солнца - 8,794 секунды дуги.
Метод параллакса пригоден и для определения расстояний до ближайших звезд. Только в качестве базиса используется не радиус Земли, а средний радиус земной орбиты. Если большая полуось земной орбиты, расположенная перпендикулярно направлению на звезду, видна с нее под углом к, то расстояние до звезды вычисляется по формуле:
r=206265/π
где π выражено в секундах дуги.
Из формулы видно, что параллаксу в одну секунду дуги (π = 1) соответствует расстояние, равное 206 265 а. е. Оно называется парсеком (от слов "параллакс" и "секунда") и сокращенно обозначается ПК.
Парсек - единица расстояния, которая широко используется в звездной астрономии, так как астрономическая единица слишком мала для измерения расстояний до звезд. Расстояние в парсеках вычисляется по очень простой формуле:
r=1/π
где π - параллакс звезды в секундах дуги.
Самая близкая к нам звезда альфа Центавра имеет параллакс - 0,76 секунды дуги. Стало быть, расстояние до нее - 1,32 пк.
Расстояния до звезд измеряют еще в световых годах.
Световой год - это такое расстояние, которое свет проходит за один тропический год. В тропическом году около 3,16*107 секунд. Умножая это число на скорость света, получим: 1 световой год = 9,46*1012 км = 63 239,7 а. е.
1 парсек (пк) = 30,86 * 1012 км = 3,26 светового года
Из фильмов мы знаем, что падение метеоритов — эффектное зрелище, сопровождаемое взрывами, разбрызгиванием расплавленного вещества, громоподобными звуковыми эффектами и красивыми вспышками, не уступающими салютам. Но те счастливчики, которым удалось воочию увидеть падение метеоритов, скажут, что все это совсем не так. Оказывается, что большинство метеоритов падает на нашу Землю так, как это делают обычные земные булыжники, — без особого шума и «спецэффектов». Очень многие из нас убеждены: только что упавший метеорит настолько горяч, что светится и поджигает все вокруг себя; к такому метеориту из-за его высокой температуры опасно подходить. Но на самом деле все это миф и убеждения, основанные на эффектных сценах из фильмов. В реальности почти все метеориты, благополучно долетевшие до поверхности нашей планеты, можно спокойно трогать рукой и лишь очень редкие экспонаты на протяжении нескольких минут могут обжигать руку (но не оставляют ожогов!). Чтобы понять, почему происходит именно так, необходимо разобраться в механизме падения «небесных странников». Каждые сутки на Землю из окружающего космического пространства падают сотни, а то и тысячи тонн вещества: пыль, объекты размером с песчинку, камни с кулак, крупные обломки и настоящие астероиды поперечником в десятки метров. Однако чем крупнее объекты, тем реже они падают на нашу планету, а земной поверхности достигает очень небольшой процент всех попавших в атмосферу тел. Мелкие пылинки, песчинки и даже крупные камни, обладающие высокой скоростью, полностью сгорают в атмосфере Земли. Эти тела дают о себе знать яркой чертой на темном небе — этот след принято называть метеором. А вот более крупные объекты образуют болиды — летящие по небу яркие огненные шары, иногда имеющие хвосты и испускающие искры. И лишь немногие камни с неба становятся метеоритами — этого звания заслуживают те объекты, которые достигли земной поверхности, не сгорев полностью в атмосфере.
Но и пылинка, и камень размером с дом летят в атмосфере нашей планеты практически одинаково, и лишь первоначальная скорость космического тела вносит свои коррективы. Но мы пока не будем обращать внимание на этот фактор, так как большинство метеоритов входит в воздушную оболочку Земли со скоростями 15-20 км/с.
Падающий на Землю «космический гость» попадает в относительно плотные слои атмосферы на высоте порядка 120 км. И именно на высотах в 100-120 км начинается свечение метеорита: это обусловлено тем, что перед летящим с высокой скоростью камнем воздух сильно сжимается и раскаляется, передавая тепло космическому телу. Но вот что интересно: нагрев происходит только с поверхности, а на глубине в несколько миллиметров метеорит остается таким же холодным, как и был до входа в атмосферу.
Масса сжатого воздуха нагревает камень до температуры в несколько тысяч градусов, отчего вещество метеорита начинает плавиться и испаряться. То есть летящее тело просто-напросто начинает «таять», быстро уменьшаясь в размерах. Именно поэтому пылинки и песчинки существуют в виде метеоров доли секунды, полностью испаряясь и оставляя после себя едва заметный дымный след.
Если же метеорит достаточно крупный, то он может успеть долететь до высот в 15-20 км, где он полностью теряет свою космическую скорость. На этих высотах камень (точнее, то, что от него осталось) перестает нагреваться и светиться, а при падении на земную поверхность метеорит может просто глубоко уйти в землю, разбросав вокруг себя образовавшийся при ударе грунт.
Только самые крупные метеориты, падающие на нашу планету не чаще одного раза в сотни тысяч лет, вызывают взрывы, огненные «салюты» и образование огромных кратеров. Однако это происходит не потому, что метеориты нагреваются во время полета, а потому, что такие крупные тела просто не успевают «затормозиться» земной атмосферой и врезаются в поверхность с космическими скоростями. В этом случае почти вся запасенная метеоритом кинетическая энергия в доли секунды переходит в энергию тепловую, что приводит к самому настоящему взрыву.
Но падения крупных метеоритов происходят так редко, что за всю историю Земли известно всего несколько таких случаев. Ну а метеориты, обрушивающиеся на нашу планету почти ежедневно, вовсе не так горячи, как принято считать, и совершенно не светятся. На самом деле падение метеорита — событие куда более тривиальное, чем это показано в фильмах.
