Ученые ищут эту фундаментальную теорию, но пока безуспешно. Не исключено, что может не быть единой формулировки фундаментальной теории, как нельзя, по Гёделю, изложить арифметику в терминах единственного набора аксиом. Эта ситуация напоминает проблемы, возникающие в картографии: вы не сможете обойтись одной плоской картой, чтобы передать сферическую поверхность Земли или поверхность якорного кольца (тора). Вам понадобятся как минимум два листа карты для Земли и четыре для тора, чтобы корректно отобразить все точки[19]. Каждая карта справедлива для ограниченной области, но различные участки карт имеют области перекрытия. Коллекция карт обеспечивает полное описание поверхности. Возможно, что и в физике необходимо использовать разные формулировки теории в различных ситуациях, но две разные формулировки должны согласоваться друг с другом в ситуациях, где они обе применимы. Если это действительно так, то все собрание различных формулировок могло бы расцениваться как полная объединенная теория, пусть и не выраженная в форме одного набора постулатов. Но и это может быть больше того, что допускает природа. Что, если создание объединенной теории в принципе невозможно? Не гонимся ли мы за миражом? Кажется, есть три возможности.
_____________
[19] Конечно, на одном листе можно изобразить карту всей поверхности Земли. Однако точки, находящиеся на краю такой карты, будут изображены некорректно: часть их окрестностей окажется «за краем», на другой стороне листа. Исправить это можно, продолжив карту немного «за край» (картографы так часто и поступают), но с математической точки зрения это будет некорректно, поскольку некоторые точки будут изображены на одной карте дважды. Эта проблема решается созданием атласа. Карты атласа перекрываются, и потому каждая точка Земли хотя бы на одной карте изображается вместе с окрестностями. И в то же время в атласе нет ни одной точки, которая попала бы на одну и ту же карту дважды. Число карт может быть различным, однако математическая теория гладких многообразий доказывает, что атлас сферической поверхности Земли должен содержать как минимум две карты, а атлас поверхности тора — четыре.
_____________
1. Создание полной объединенной теории (или собрания взаимно перекрывающихся формулировок) возможно, и когда-нибудь мы ее сформулируем, если хватит ума.
2. Не существует никакой окончательной теории Вселенной — только бесконечная последовательность теорий, которые описывают Вселенную все более точно, но никогда не достигают абсолютной точности.
3. Не существует вообще никакой теории Вселенной: вне определенных рамок события невозможно предсказать, они происходят случайным и произвольным образом.
Некоторые склоняются в пользу третьей возможности на том основании, что существование исчерпывающего набора законов лишило бы Бога свободы менять Свой замысел и вмешиваться в ход мироздания. Тем не менее разве Господь, будучи всесильным, не мог бы ограничить Свою свободу, если бы захотел? Это приводит на память древний парадокс: способен ли Бог создать такой тяжелый камень, что сам не сможет его поднять? Фактически идея о том, что Бог захотел бы передумать, есть пример заблуждения, на которое указывал еще Блаженный Августин, когда Бога представляют существующим во времени, тогда как время — это лишь свойство Вселенной, Им созданной. Можно предположить, что Он отдавал себе отчет в Своих намерениях при сотворении мира!
С появлением квантовой механики мы пришли к осознанию того, что события не могут быть предсказаны с абсолютной точностью — всегда остается элемент неопределенности. Если хочется, можно приписать случайность вмешательству Бога. Но это было бы очень странное вмешательство: нет никаких признаков того, что оно преследует какую-либо цель. В противном случае это по определению не было бы случайностью. Сегодня мы фактически устранили третью из перечисленных возможностей, пересмотрев цели науки: мы стремимся к тому, чтобы сформулировать набор законов, который позволит предсказывать события в пределах, установленных принципом неопределенности.
Вторая возможность, то есть существование бесконечной последовательности все более и более совершенных теорий, пока согласуется со всем нашим опытом. Во многих случаях экспериментаторы повышали точность измерений или выполняли наблюдения нового типа только для того, чтобы обнаружить не предсказанные существующей теорией новые явления, для истолкования которых создавалась более совершенная теория. Изучая элементарные частицы, взаимодействующие со все более и более высокими энергиями, мы можем ожидать открытия новых уровней строения материи, более фундаментальных, чем кварки и электроны, которые ныне считаются «элементарными» частицами.
Гравитация может положить предел этой череде упрятанных друг в друга «коробочек». Если бы существовала частица с энергией, превышающей так называемую энергию Планка, концентрация ее массы была бы столь высока, что она отсекла бы себя от остальной Вселенной и превратилась бы в небольшую черную дыру. Таким образом, последовательность все более совершенных теорий, похоже, должна иметь некий предел при переходе ко все более высоким энергиям, а значит, должна быть достижима некая окончательная теория Вселенной. Но все же планковская энергия очень далека от энергий, которые мы способны получить на современных лабораторных установках. И мы не сможем преодолеть этот разрыв с помощью ускорителей элементарных частиц, которые появятся в обозримом будущем. А ведь именно такие энергии должны были иметь место на самых ранних стадиях эволюции Вселенной. Есть неплохие шансы, что изучение ранней Вселенной и требования математической согласованности приведут к полной объединенной теории в пределах срока жизни некоторых из нас, если мы, конечно, не взорвем себя до тех пор!
Какое значение имело бы открытие окончательной теории Вселенной?
Как объяснялось в гл. 3, мы никогда не можем быть вполне уверены, что действительно создали правильную теорию, поскольку теории нельзя доказать. Но, если бы теория была математически последовательной и всегда давала бы предсказания, согласующиеся с наблюдениями, было бы разумно считать, что она верна. Это поставило бы точку в длинной и великолепной главе истории борений человеческого разума за познание Вселенной. Но это также революционным образом перевернуло бы понимание обычным человеком законов, которые управляют Вселенной.
Во времена Ньютона образованный человек мог овладеть всем знанием, накопленным цивилизацией, по крайней мере в общих чертах. Но с тех пор темпы развития науки сделали это невозможным. Поскольку теории постоянно пересматриваются с учетом новых наблюдений, они никогда не излагаются достаточно сжато и просто, чтобы их могли постичь обычные люди. Для этого нужно быть специалистом, но даже тогда вы вправе надеяться на полное понимание лишь малой доли научных теорий. Кроме того, прогресс науки настолько стремителен, что в школе или университете всегда преподаются несколько устаревшие знания. Лишь немногим людям удается следить за быстро раздвигающимися границами знания, если они посвящают этому все свое время и сосредоточиваются на маленькой области. Остальная часть населения имеет слабое представление о совершаемых прорывах и о том волнении, которое они производят в умах ученых. С другой стороны, если верить Эддингтону, семьдесят лет назад только два человека понимали общую теорию относительности. В настоящее время ее понимают десятки тысяч универсантов и многие миллионы людей, по крайней мере, знакомы с ее идеями. Если бы удалось создать полную объединенную теорию, то появление сжатого и простого ее изложения оказалось бы лишь вопросом времени, и, подобно теории относительности, ее стали бы преподавать в школах, по крайней мере в общих чертах. Мы все смогли бы тогда получить некоторое представление о законах, которые управляют Вселенной и ответственны за наше существование.
Но даже открытие полной объединенной теории не означало бы возможности предсказывать все события по двум причинам. Первая причина — ограничение, которое накладывает на нашу предсказательную способность квантово-механический принцип неопределенности. Нет никаких способов его обойти. На практике, однако, это первое ограничение менее жестко, чем второе. Второе вытекает из того факта, что мы, вероятнее всего, не сможем решить уравнения такой теории, за исключением тех, что описывают очень простые ситуации. Как уже говорилось, никто не может точно решить квантовые уравнения для атома, в котором вокруг ядра обращается более одного электрона. Мы даже не располагаем точным решением задачи о движении трех тел в такой простой теории, как закон всемирного тяготения Ньютона, и трудностей становится тем больше, чем больше число тел и чем сложнее теория. Приближенные решения обычно удовлетворяют наши практические нужды, но они вряд ли соответствуют тем большим ожиданиям, что связаны с понятием «объединенная теория всего сущего»!
Сегодня мы уже знаем законы, управляющие поведением материи во всех состояниях, кроме самых экстремальных. В частности, мы знаем законы, которые составляют фундамент химии и биологии. Но мы, безусловно, не можем считать задачи этих дисциплин решенными. И пока еще мы не слишком преуспели в предсказании человеческого поведения с помощью математических уравнений! Итак, даже отыскав набор основных законов, мы окажемся перед бросающей вызов человеческому интеллекту задачей совершенствования приближенных методов, не решив которую мы не научимся предсказывать вероятные последствия в сложных реальных ситуациях. Полная согласованная объединенная теория — это лишь первый шаг. Наша цель состоит в полном объяснении происходящих вокруг нас событий и нашего собственного существования.
Глава двенадцатая. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Мы понимаем, что живем в загадочном, ошеломляющем мире. Мы стремимся постичь смысл того, что видим вокруг себя, и задаемся вопросами: какова природа Вселенной, каково наше место в ней, откуда появилась она и мы, почему она такая, как есть?
Пытаясь ответить на вопросы, мы принимаем ту или иную «картину мира». И бесконечная башня из черепах, поддерживающих плоскую Землю, такая же картина, как и теория суперструн (рис. 37). И то и другое есть теории строения Вселенной, хотя последняя гораздо более математизирована и точна, чем первая. Им обеим недостает наглядных подтверждений: никто никогда не видел гигантской черепахи, на спине которой покоится Земля, но никто не видел и суперструн. Однако черепашью теорию не назовешь добротной научной концепцией, потому что она предсказывает, что люди могут свалиться с края света. Этот прогноз не согласуется с опытом, если только не окажется, что он объясняет предполагаемые исчезновения людей в Бермудском треугольнике!
Рис. 37. От башни из черепах к искривленному пространству. Древняя и современная «картины мира». |
 |
Самые ранние попытки теоретического описания и объяснения Вселенной включали идею о том, что ход событий и природных явлений направляют духи, наделенные человеческими эмоциями и действующие по-человечески непредсказуемо. Эти духи населяли природные объекты, такие как реки и горы, а также небесные тела вроде Солнца и Луны. Их нужно было умиротворять и ублажать, чтобы почва плодоносила, а времена года сменяли друг друга. Со временем, однако, было замечено существование определенных закономерностей: Солнце всегда вставало на востоке и садилось на западе независимо от того, были принесены жертвы богу дневного светила или нет. Более того, Солнце, Луна и планеты двигались по небу строго определенными путями, которые удавалось довольно точно предсказать. Солнце и Луна все еще могли считаться богами, но эти боги повиновались строгим законам, очевидно никогда не позволяя себе отступлений, если не принимать в расчет таких историй, как предание об Иисусе Навине, остановившем Солнце.
Сначала эти правила и закономерности отмечались только при наблюдениях за звездным небом и в немногих других ситуациях. Однако по мере развития цивилизации, особенно в последние триста лет, стало обнаруживаться все больше и больше таких законов и правил. Успехи, достигнутые благодаря этим законам, побудили Лапласа в начале девятнадцатого столетия постулировать научный детерминизм. Он предположил, что должен существовать набор законов, точно определяющих развитие Вселенной исходя из ее состояния в некий один определенный момент времени.
Лапласовский детерминизм был неполон в двух отношениях. Он ничего не говорил о том, какими должны быть законы, и не определял начальную конфигурацию Вселенной. Этот выбор был оставлен за Богом. Бог решал, каким быть началу Вселенной и каким законам ей надлежит повиноваться, но после ее зарождения Он не должен был вмешиваться. Фактически прерогативы Бога ограничивали теми вопросами, которые не понимала наука девятнадцатого столетия.
Сегодня мы знаем, что надежды, которые Лаплас возлагал на детерминизм, не оправдались, по крайней мере так, как ему виделось. Принцип неопределенности квантовой механики подразумевает, что некоторые пары физических величин, например положение и скорость элементарной частицы, нельзя одновременно предсказать сколь угодно точно. Квантовая механика справляется с этой ситуацией благодаря семейству теорий, в которых элементарные частицы не имеют точных положений и скоростей, а представляются волнами. Эти квантовые теории являются детерминистскими в том смысле, что определяют точные законы эволюции волны во времени. Если известны характеристики волны в один момент времени, то можно вычислить, какими они будут в любой другой момент. Элемент непредсказуемости, случайности возникнет, только если мы попробуем интерпретировать волну в терминах положений и скоростей частиц. Но, возможно, это ошибка: возможно, нет никаких частиц с положениями и скоростями, а есть только волны. И мы просто пытаемся подогнать эти волны под наши предвзятые представления о положениях и скоростях. Получаемое в итоге несоответствие — причина кажущейся непредсказуемости.
В сущности, мы уже пересмотрели задачу науки: это открытие законов, которые позволят нам предсказывать события в границах, установленных принципом неопределенности. Однако остается вопрос: как или почему были выбраны эти законы и начальное состояние Вселенной?
В этой книге особое внимание уделялось законам, которые управляют гравитацией, потому что именно она предопределяет крупномасштабную структуру Вселенной, хотя и является самой слабой из четырех основных сил. Законы гравитации несовместимы с тем господствовавшим до недавнего времени взглядом, что Вселенная неизменна во времени: то, что гравитация всегда притягивает, означает, что Вселенная должна либо расширяться, либо сжиматься. Согласно общей теории относительности в далеком прошлом должно было существовать состояние Вселенной с бесконечной плотностью — Большой Взрыв, который можно считать началом времени. Если Вселенная снова сожмется, то в будущем ее должно ожидать другое состояние бесконечной плотности, «большое схлопывание», которое станет концом времени. Даже если Вселенная в целом не сожмется, сингулярности должны возникнуть в ограниченных ее областях, где коллапс приведет к образованию черных дыр. Эти сингулярности стали бы концом времени для всякого, кто упал в черную дыру. При Большом Взрыве и в других сингулярностях нарушаются все физические законы и Бог по-прежнему полностью волен решать, что должно произойти и как должна начаться Вселенная.
Объединение квантовой механики с общей теорией относительности, похоже, открывает нам новую, неизвестную прежде возможность: конечное четырехмерное пространство‑время без сингулярностей или границ, подобное поверхности Земли, но обладающее бОльшим числом измерений. Похоже, эта идея позволяет объяснить многие из наблюдаемых свойств Вселенной, например ее крупномасштабную однородность и отклонения от однородности в меньшем масштабе, подобные галактикам, звездам и даже людям. Но, если Вселенная полностью автономна, не имеет сингулярностей или границ и вся может быть описана объединенной теорией, это заставляет коренным образом пересмотреть роль Бога как Творца.
Эйнштейн однажды спросил: «Обладал ли свободой Бог, когда создавал Вселенную?» Если верно предположение об отсутствии у Вселенной границ, то Бог не располагал свободой выбора начальных условий. Конечно, Он все еще был бы волен выбирать законы, которым подчиняется Вселенная. Но и это в действительности не назовешь большим выбором: возможно, лишь одна — или небольшое число — полных объединенных теорий, типа теории струн, являются непротиворечивыми и допускают существование столь сложных структур, как люди, способные исследовать законы Вселенной и задавать вопросы о природе Бога.
Но даже если существует только одна полная объединенная теория, она есть не более чем набор правил и уравнений. Что же вдыхает огонь в формулы и создает Вселенную, которую они описывают? Обычный подход науки — построение математической модели — не позволяет ответить на вопрос о том, почему должна существовать Вселенная, описываемая моделью. Зачем Вселенная готова влачить бремя существования? Неужели объединенная теория столь неотразима, что вызывает к жизни самое себя? Или она нуждается в Создателе, а если так, имеет ли Он иную власть над Вселенной? И кто создал Его самого?
До сих пор большинство ученых были слишком заняты созданием новых теорий, описывающих, что есть Вселенная, чтобы задаваться вопросом зачем. С другой стороны, люди, чье дело спрашивать зачем, философы, не могли угнаться за прогрессом естественнонаучных доктрин. В восемнадцатом столетии философы считали все человеческое знание, включая естественные науки, областью приложения своих сил и обсуждали такие вопросы, как было ли у Вселенной начало. Однако в девятнадцатом и двадцатом веках естественные науки слишком тесно переплелись с техникой и математикой, чтобы оставаться доступными пониманию философов или кого-либо еще, кроме немногих специалистов. Философы сократили сферу своих притязаний настолько, что Витгенштейн, наиболее известный мыслитель двадцатого столетия, сказал: «Единственная задача, оставшаяся философии, это анализ языка». Какой упадок после великой традиции философии от Аристотеля до Канта!
Однако, если мы все-таки создадим полную теорию, со временем ее основные принципы должны стать понятны каждому, а не только нескольким ученым. Тогда мы все — философы, ученые и обычные люди — сможем обсуждать вопрос, почему существуем мы сами и наша Вселенная. Если мы найдем ответ, это будет окончательным триумфом человеческого разума, ибо тогда нам откроется Божественный замысел.
Альберт Эйнштейн
Связь Эйнштейна с политикой ядерного вооружения общеизвестна: он подписал знаменитое письмо президенту Франклину Рузвельту, убеждая, что Соединенные Штаты должны серьезно отнестись к идее атомной бомбы, и он же в послевоенные годы прилагал все усилия для предотвращения ядерной войны. Но это были не просто отдельные поступки ученого, втянутого в мир политики. Жизнь Эйнштейна, говоря его собственными словами, «делилась между политикой и уравнениями».
Начало политической деятельности Эйнштейна совпало с Первой мировой войной, когда он был профессором в Берлине. Питая отвращение к тому, что считал пустой растратой человеческих жизней, он стал участвовать в антивоенных демонстрациях. Его выступления в защиту акций гражданского неповиновения и публичная поддержка тех, кто отказывался нести воинскую повинность, не снискали ему симпатий коллег. После войны он приложил немало сил для примирения наций и улучшения международных отношений. Это также не добавило Эйнштейну популярности, и скоро политические взгляды затруднили ему въезд в Соединенные Штаты, даже для чтения лекций.
Вторым по значимости мотивом был для Эйнштейна сионизм. Еврей по происхождению, Эйнштейн отвергал библейскую идею Бога. Однако рост антисемитизма, как перед Первой мировой войной, так и в ходе ее, постепенно привел Эйнштейна к солидарности с еврейским сообществом, а позже он стал открытым сторонником сионизма. И снова непопулярность не помешала ему открыто высказывать свои мысли. Его теории оказались предметом нападок; была даже создана антиэйнштейновская организация. Один человек был осужден за подстрекательство к убийству Эйнштейна (и оштрафован всего на шесть долларов). Но Эйнштейн оставался невозмутим. После выхода в свет книги «Сто авторов против Эйнштейна» он заметил: «Будь я не прав, хватило бы и одного!»
В
Борьба за мир, которую Эйнштейн вел на протяжении всей своей жизни, вероятно, принесла мало долговременных плодов и, конечно, мало друзей. Его публичная поддержка дела сионизма была, однако, должным образом оценена в
Галилео Галилей
Галилей, возможно, больше любого другого человека ответственен за рождение современной науки. Известный конфликт с Римско-католической церковью имеет ключевое значение для его философии, поскольку Галилей одним из первых стал доказывать, что человек способен познать, как устроен мир, и, более того, познать это путем наблюдения за реальными явлениями.
Галилей с самого начала верил в теорию Коперника (что планеты обращаются вокруг Солнца), но он стал публично высказываться в ее поддержку только тогда, когда нашел необходимые доказательства. Он написал о теории Коперника на итальянском языке (а не на латыни, принятой тогда в ученой среде), и скоро его взгляды получили широкую поддержку вне университетов. Это вызвало раздражение профессоров—приверженцев Аристотеля, которые объединились против Галилея, стремясь добиться от Католической церкви запрета на учение Коперника.
Галилей, обеспокоенный этим, отправился в Рим, чтобы поговорить с духовными авторитетами. Он утверждал, что Библия создана не для того, чтобы служить источником научных теорий, и те места, где она противоречит здравому смыслу, являются аллегориями.
Но Католическая церковь, опасаясь скандала, который мог бы пойти во вред ее борьбе с протестантством, прибегла к репрессивным мерам. В
В
Книга «Диалог о двух главнейших системах мира, птолемеевой и коперниковой» была закончена и издана в
Галилей остался преданным католиком, но его вера в независимость науки не была сокрушена. За четыре года до смерти, в
Исаак Ньютон
Исаак Ньютон не был приятным человеком. Его плохие отношения с другими учеными печально известны, а свои последние годы он провел в горячих спорах [о приоритете открытий]. После публикации «Начал» — несомненно, самого важного из когда-либо написанных физических трудов — Ньютон быстро достиг широкой известности. Он был назначен президентом Королевского общества и первым из ученых возведен в рыцарское достоинство.
Довольно скоро у Ньютона произошла стычка с королевским астрономом, директором Гринвичской обсерватории Джоном Флемстидом, который ранее обеспечил Ньютона данными, крайне важными для его «Начал», а теперь отказывал в информации. Ньютон не мог смириться с отказом: он добился своего назначения в совет, управляющий Королевской Гринвичской обсерваторией, и затем попытался настоять на немедленной публикации данных. В итоге его стараниями работа Флемстида была похищена и подготовлена к публикации смертельным врагом последнего, Эдмундом Галлеем. Но Флемстид через суд в последний момент наложил запрет на распространение украденной у него работы. Разгневанный Ньютон отомстил тем, что систематически удалял все ссылки на Флемстида из последующих изданий «Начал».
Более серьезный конфликт возник у Ньютона с немецким философом Готфридом Лейбницем. Лейбниц и Ньютон независимо друг от друга создали новую область математики, называемую анализом, на которой основана значительная часть современной физики. Хотя, как мы теперь знаем, Ньютон открыл математический анализ на несколько лет раньше Лейбница, результаты своей работы он обнародовал намного позже. Ученый мир втянулся в острую дискуссию о том, кому принадлежит приоритет открытия. Примечательно, однако, что большинство статей в защиту Ньютона были первоначально написаны его собственной рукой — и только изданы под именами друзей! Поскольку разногласия не утихали, а только набирали силу, Лейбниц обратился к Королевскому обществу с просьбой разрешить спор, и это была его ошибка. Будучи президентом общества, Ньютон назначил «беспристрастную» комиссию для расследования, которая по любопытному совпадению состояла сплошь из его друзей! Но это еще не все: Ньютон сам написал заключение комиссии и настоял, чтобы Королевское общество его опубликовало, официально обвинив Лейбница в плагиате. Все еще неудовлетворенный, он поместил анонимный обзор сообщения в периодическом издании Королевского общества. Говорят, после смерти Лейбница Ньютон высказал большое удовлетворение тем, что «разбил Лейбницу сердце».
В то время когда шли эти два спора, Ньютон уже покинул Кембридж и академическое сообщество. В Кембридже, а затем в парламенте он активно проводил антикатолическую политику и был вознагражден назначением на прибыльную должность смотрителя Монетного двора. Здесь он нашел более приемлемое для общества применение своей изворотливости и желчности, с успехом взявшись за борьбу с фальшивомонетчиками, и даже отправил несколько человек на виселицу.
Словарь терминов
Абсолютный ноль — самая низкая возможная температура, при которой вещество не содержит тепловой энергии.
Античастица — каждому типу частиц соответствуют свои античастицы. Когда частица сталкивается с античастицей, они аннигилируют, оставляя только энергию.
Антропный принцип — принцип, согласно которому мы видим Вселенную такой, а не иной, потому что, если бы она была иной, нас бы здесь не было и мы не могли бы ее наблюдать.
Атом — основная единица обычного вещества, которая состоит из крошечного ядра (сложенного из протонов и нейтронов), окруженного обращающимися вокруг него электронами.
Большое схлопывание — сингулярность в конце эволюции Вселенной.
Большой Взрыв — сингулярность в начале эволюции Вселенной.
Вес — сила, порождаемая действием на тело гравитационного поля. Вес пропорционален массе, однако не тождествен ей.
Виртуальная частица — в квантовой механике частица, которую невозможно обнаружить непосредственно, но чье существование порождает измеримые эффекты.
Гамма‑излучение — электромагнитное излучение с очень короткой длиной волны, порождаемое радиоактивным распадом и столкновениями элементарных частиц.
Геодезическая линия — самый короткий (или самый длинный) путь между двумя точками.
Горизонт событий — граница черной дыры.
Длина волны — расстояние между двумя соседними впадинами или двумя соседними гребнями волны.
Дуальность — соответствие между различными на первый взгляд теориями, которое приводит к идентичным физическим результатам.
Квантовая механика — теория, развитая на основе квантового принципа Планка и принципа неопределенности Гейзенберга.
Квантовый принцип Планка — представление о том, что свет (или любые другие классические волны) может испускаться и поглощаться только дискретными порциями (квантами), энергия которых пропорциональна длине волны.
Кварк — заряженная элементарная частица, участвующая в сильном взаимодействии. Протоны и нейтроны состоят из трех кварков.
Координаты — числа, которые задают положение точки в пространстве и времени.
Корпускулярно‑волновой дуализм — в квантовой механике концепция, согласно которой между волнами и частицами нет разницы; частицы могут иногда вести себя подобно волнам, а волны — подобно частицам.
Космологическая постоянная — математическое приспособление, использованное Эйнштейном, чтобы наделить пространство‑время стремлением к расширению.
Космология — наука, изучающая Вселенную как целое.
Красное смещение — покраснение света удаляющейся от нас звезды, которое обусловленно эффектом Доплера.
Кротовая нора — тонкая трубка пространства‑времени, соединяющая отдаленные области Вселенной. Кротовые норы могут также соединять параллельные или зарождающиеся вселенные и обеспечивать возможность путешествия во времени.
Магнитное поле — поле, ответственное за магнитные силы. Теперь рассматривается совместно с электрическим полем как проявление единого электромагнитного поля.
Масса — количество материи в теле; его инерция, или сопротивление ускорению.
Микроволновое фоновое излучение — излучение, оставшееся от горячей ранней Вселенной и испытавшее к настоящему времени столь сильное красное смещение, что из света превратилось в микроволны (радиоволны с длиной волны несколько сантиметров).
Мост Эйнштейна‑Розена — тонкая трубка пространства‑времени, соединяющая две черные дыры. См. также Кротовая нора.
Нейтрино — чрезвычайно легкая (возможно, безмассовая) частица, которая подвержена действию только слабых сил и гравитации.
Нейтрон — незаряженная частица, очень похожая на протон. Нейтроны составляют около половины частиц атомного ядра.
Нейтронная звезда — холодная звезда, удерживаемая в равновесии благодаря принципу запрета Паули, вызывающему отталкивание между нейтронами.
Общая теория относительности — теория Эйнштейна, основанная на идее, что законы физики должны быть одинаковыми для всех наблюдателей, независимо от того, как они движутся.
Дает объяснение гравитационному взаимодействию в терминах искривления четырехмерного пространства‑времени.
Отсутствие граничных условий — представление о том, что Вселенная конечна, но не имеет границ.
Позитрон — положительно заряженная античастица электрона.
Поле — сущность, распределенная в пространстве и времени, в противоположность частице, которая существует только в одной точке в каждый момент времени.
Принцип исключения (принцип запрета Паули) — представление, согласно которому две идентичные частицы некоторых типов не могут иметь одновременно (в границах, установленных принципом неопределенности) одинакового положения и скорости.
Принцип неопределенности — принцип, сформулированный Гейзенбергом и утверждающий, что нельзя одновременно точно определить и положение, и скорость частицы; чем точнее мы знаем одно, тем менее точно другое.
Пропорциональность — выражение «Величина Х пропорциональна Y » означает, что когда Y умножается на произвольное число, то же самое происходит с X ; выражение «величина X обратно пропорциональна Y » означает, что, когда Y умножается на произвольное число, X делится на это же число.
Пространственное измерение — любое из этих трех измерений, то есть любое измерение, кроме времени.
Пространство‑время — четырехмерное пространство, точки которого являются событиями.
Протон — положительно заряженная частица, очень похожая на нейтрон. В большинстве атомов протоны составляют около половины всех частиц в ядре.
Радар — система, использующая импульсы радиоволн для определения положения объектов путем измерения времени, которое требуется импульсу, чтобы достичь объекта и, отразившись, вернуться обратно.
Радиоактивность — спонтанный распад атомного ядра, превращающий его в ядро другого типа.
Световая секунда (световой год) — расстояние, проходимое светом за одну секунду (один год).
Сильное взаимодействие — самое сильное из четырех фундаментальных взаимодействий с самым коротким радиусом действия. Сильное взаимодействие удерживает кварки внутри протонов и нейтронов, а также удерживает вместе протоны и нейтроны, благодаря чему образуются атомы.
Сингулярность — точка в пространстве‑времени, где искривление пространства‑времени (или некая другая физическая величина) достигает бесконечного значения.
Слабое взаимодействие — вторая по слабости из четырех фундаментальных сил с очень коротким радиусом действия. Влияет на все частицы вещества, но не затрагивает частицы‑переносчики взаимодействий.
Событие — точка в пространстве‑времени, характеризуемая временем и местом.
Спектр — совокупность частот, составляющих волны. Видимую часть солнечного спектра можно видеть в радуге.
Специальная теория относительности — теория Эйнштейна, основанная на идее, что законы физики должны быть одинаковы для всех наблюдателей независимо от того, как они движутся, при отсутствии гравитационных явлений.
Темная материя — материя в галактиках, их скоплениях и, возможно, между скоплениями, которая не может наблюдаться непосредственно, но может быть обнаружена по ее гравитационному притяжению. На темную материю может приходиться до 90% массы Вселенной.
Теория великого объединения — теория, которая объединяет электромагнитное, сильное и слабое взаимодействия.
Теория струн — физическая теория, в которой частицы описываются как волны на струнах. Струны имеют длину, но не обладают другими измерениями.
Ускорение — темп изменения скорости объекта.
Ускоритель элементарных частиц — установка, способная ускорять движущиеся заряженные частицы, передавая им энергию при помощи электромагнитов.
Фаза (волны) — положение в цикле волнового процесса в фиксированный момент времени; мера того, приходится ли сделанный отсчет на гребень волны, на впадину или на какое‑то промежуточное состояние.
Фотон — квант света.
Частота (волны) — число полных циклов колебания в секунду.
Черная дыра — область пространства‑времени, которую ничто, даже свет, не может покинуть из‑за очень сильной гравитации.
Электрический заряд — свойство частицы, благодаря которому она может отталкивать (или притягивать) другие частицы, имеющие заряд того же (или противоположного) знака.
Электромагнитное взаимодействие — взаимодействие, возникающее между частицами, имеющими электрический заряд; второе по силе из четырех фундаментальных взаимодействий.
Электрон — частица с отрицательным электрическим зарядом, которая вращается вокруг ядра атома.
Элементарная частица — частица, которая считается неделимой[20].
______________
[20] Принято считать, что многие элементарные частицы (так называемые адроны, к числу которых принадлежат протоны и нейтроны) состоят из кварков, то есть, по сути дела, не являются элементарными. Однако кварки подчиняются так называемому принципу конфайнмента (невылетания), согласно которому отдельный кварк не может существовать в изолированном состоянии. При попытке разбить адрон на кварки, рождаются новые кварки, соединяющиеся с выбитыми из состава элементарной частицы. Поэтому, несмотря на сложную структуру, элементарные частицы действительно являются неделимыми.
______________
Энергия электрослабого объединения — энергия (около 100 гигаэлектронвольт), выше которой исчезает различие между электромагнитным и слабым взаимодействиями.
Ядерный синтез — процесс, в котором два ядра сталкиваются и сливаются, образуя более тяжелое ядро.
Ядро — центральная часть атома, которая состоит только из протонов и нейтронов, удерживаемых вместе сильным взаимодействием.
