Перепост:
http://turchin.livejournal.com/566591.html
turchin11/6/10 01:26 pm Бен Гёрцль, один из разработчиков ИИ на страницах трансгуманистиченского жeрнала H+ написал статью об предчувствии будущего. Это стало возможно, потому что удалось (судя по всему), поставить эксперимент, в котором получается статистически занчимый, хотя и небольшой результат. И довольно хитро убраны другие возможные объяснения. Кроме того, предложен физический механизм, объясняющий "ретроказуальную связь".
http://hplusmagazine.com/editors-blog/precognition-real-cornell-university-lab-releases-powerful-new-evidence-human-mind-can-?utm_source=twitterfeed&utm_medium=twitter&utm_campaign=Feed%3A+HPlusMagazine+%28h%2B+Magazine+Feed%29&utm_content=Twitter
Основная хитрость его эксперимента в том, что в отличие от прошлых экспериментов, где испытуемые угадывали цифры, или абстрактные значки. он применил угадывание фотографий с бурными сексуальными сценами либо со сценами насилия. Он предположил, что в ходе эволюции было важно предчувстоввать именно такие события. (Я сам как-то экспериментировал с угадывание фототографий и одна вызвала у меня просто вопль предчувствия: "Война!" - когда я открыл ее, это была фотка трупов из Беслана)
Вторая хитрость этого эксперимента в том, что применялось два разных генератора случайных чисел - один на основе квантового шума, а второй на основе математической таблицы. Это позволило отсеь другие объяснения , кроме предвидения будущего: а именно, удалённое восприятие и телекинез (воздействие на генератор случайных чисел)
основной недостаток в слабом эффекте среднеий уровень угадываний 53 процента.На каждый из 9 экспериментво приходится вероятность слйчайного совпадения результатов 1 процент. перемножение этих вероятностей даёт суммарную вероятность совпадения порядка 10**-18
Уже появились критики. Кто то не смог воспроизвести результат, как оно обычно и бывает в пси исследованиях, основная проблема которых не остуствие резульатов, а их невоспроиводимость.
http://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=1699970
механизм предвидения может квантовый характер и расмотрен в статье других учёных, которые смогли подвтердить его экспериментально на опытах с микрозеркалам и лазерами.
http://discovermagazine.com/2010/apr/01-back-from-the-future/article_view?searchterm=Tollaksen&b_start:int=0
При этом ретроказуальная связь не приводит к парадоксам в духе "сел на машину времени и убил своего дедушку", поскольку носит вероятностный характер.
Далее мои мысли: В мозгу ретроказульначя связь может реализовываться через то, что нейрон "предчуствует" своё будущее состояние. То есть нейрон находится в метастабильном состоянии - сработать или нет, и его срабатывание в конкретный момент времени носит случайный характер
суббота, 6 ноября 2010 г.
вторник, 28 сентября 2010 г.
"Физика – это привычка думать"
Интервью с физиком-теоретиком Дмитрием Дьяконовым. Часть 2Публикуем вторую часть интервью с нашим постоянным автором, российским физиком, доктором физ.-мат. наук, зав. сектором, зам. руководителя отделения Петербургского института ядерной физики РАН, лауреатом премии им. А.Гумбольдта (Германия), Дмитрием Дьяконовым. В этом году учёный отметил своё 60-летие. Беседовала Татьяна Максименко.
Часть 1 интервью. Дм. Дьяконов: «Если вы понимаете квантовую механику, то вы понимаете, как устроен мир вокруг вас»
Дмитрий Игоревич, что для вас физика?
Пожалуй, самое главное – это привычка думать. Это привычка всё время идентифицировать важное и отделять от неважного. Физика – это не математика, хотя мы должны знать математику на очень высоком уровне, как знают математики или, может быть, даже лучше. Но это не математика. Математика – это строгая вещь: вот тебе дано А и В, а ты должен из А и В вывести С. И без всяких пренебрежений, ты это должен сделать точно, это смысл математики. А в физике дано А, В, С, D, E, F, G и нужно из них отобрать, что есть важный фактор, что не важный, оценить важность каждого и посмотреть, как он влияет на действительность. Будь то электронное устройство, или устройство грозы в небе, или протона в атоме. Мы должны понять, как это устроено, и оценить, что важно, что не важно. Естественно, когда у тебя такой тренинг в голове, когда такая привычка всё время оценивать, причём математически оценивать – мы пользуемся строгими методами, – то ты естественно применяешь это ко всему. Ты применяешь это и к истории, и к общественной жизни. К человеческим отношениям даже.
Вы говорите, что физика может понять явления, которые относятся к природе, обществу и даже к отдельным людям. Что физики умеют отделять главное от второстепенного. Вернувшись в Россию, можете ли вы сказать, что происходит в нашем обществе?
Захватывающий вопрос… Можно, я похвастаюсь одним прошлым предсказанием? В 1981 году мы с друзьями, тоже физиками и математиками, интересовались общественными вопросами, анализировали, что происходит в нашем обществе. Я пришёл тогда к неожиданному для себя выводу, что СССР находится в состоянии свободного падения – как человека с крыши дома, когда никакие силы уже не сдерживают. Нужно сказать, что большинство людей вокруг считали иначе – что, дескать, конечно, мы живём в глубокой яме, но что это очень устойчивый минимум. Тысячелетний рейх, так сказать, – я хорошо помню тогдашние разговоры.
Но мы с моими близкими друзьями в 1981 году хорошо представляли, что СССР разобьётся насмерть уже через 10 лет, то есть в 1991 году! Для меня это было абсолютно ясно ещё за 10 лет до того, как это произошло на самом деле. Я даже социальные механизмы предугадал и провёл на карте будущие границы, и почти правильно. Это не слова, есть разнообразные письменные свидетельства.
В частности, мы написали футурологическую пьесу в стихах, где Генеральный секретарь ЦК КПСС получает в 1991 году Нобелевскую премию мира! Это было в 1981 году, мы не знали, кто это будет.
Но ровно через 10 лет, как по нотам, Горбачёв получил Нобелевскую премию, а СССР распался.
Вот это и называется – уметь отобрать из A, B, C, D, E, F, G существенные факторы и просчитать их значение.
Ну, а сейчас куда движется страна? В какую сторону?
Давайте, об этом как-нибудь отдельно поговорим.
Есть сегодня такие проблемы, как 100 лет назад, что мы все должны затаить дыхание, когда физики за них берутся?
Конечно, есть. Материя устроена наподобие матрёшки: мы знаем, что химические вещества состоят из молекул, молекулы состоят из более мелких частей – из атомов. Атомы, как мы уже обсуждали, – из ядра и электронов, которые размазаны вокруг ядра. Ядро состоит из протонов и нейтронов, – это как матрёшка. Мы её открываем-открываем, а внутри всё более мелкие матрёшки. Наконец, протоны и нейтроны состоят из кварков. Кварки вместе с электронами, – это последняя цельная матрёшка, которая находится внутри всех остальных. Кварки – это основные кирпичики, из которых вся материя состоит.
Состоит – это значит, мы можем всё разделить на кварки?
Нет. И это есть одна из самых главных проблем, которая стоит сейчас перед наукой. Действительно, обычно, когда мы говорим «состоит» – это подразумевает, что составляющие мы можем изъять из целого. Скажем, молекулу можно раздробить на отдельные атомы. Атомы можно раздробить на ядро и электроны. Здесь будет электрон, здесь будет ядро. Даже ядро, затратив большую энергию в ядерных реакциях, можно разбить на отдельные составляющие – протоны и нейтроны.
И вот, когда мы доходим до последнего уровня, тут происходит чудо, с которым в науке ещё не встречались. Из тысячи проделанных экспериментов мы знаем абсолютно точно, это не подвергается сомнению, что протоны и нейтроны состоят из кварков. Но они по принципиальным причинам, которые не поняты, не вылетают. Мы говорим, что кварки не вылетают из протонов.
Сейчас на современных ускорителях сталкивают два протона с чудовищной, немыслимой энергией, при столкновении летят брызги в виде разнообразных частиц. Тысячи брызг вылетает, всё что угодно вылетает, но только не кварки, хотя мы знаем, что протоны состоят из кварков. И вот эта проблема – проблема невылетания кварков – одна из самых сложных и непонятных, трудных и важных проблем, которую наука пытается решить сегодня.
Физики – оригиналы: любят давать своим открытиям красивые имена. Почему фундаментальные кирпичики материи названы кварками?
Слово «кварк» ввёл в обиход ещё в 60-е годы замечательный американский физик Гелл-Манн.
Перед самой второй мировой войной ирландский писатель Джеймс Джойс написал странный роман «Поминки по Финнегану». Там каждая фраза - какой-то ребус, и есть даже всемирный клуб любителей книги, которые, как талмуд в своё время, толкуют каждую фразу из этого романа Джойса. Так вот у него среди других странных фраз есть такая: «три кварка для мястера Марка». И вот упомянутый Гелл-Манн позаимствовал отсюда слово кварк. Слово «кварк» на самом деле в немецком языке существует сегодня, и в скандинавских языках существует. Ты заходишь в магазин где-нибудь в Дании, и можешь купить себе кварк. Это просто творог. Кстати, германский «кварк» и славянский «творог», по-видимому, - однокоренные слова.
Гелл-Манн придумал много забавных названий, например, он ввёл понятие «странности» в физику. Причём это не в обывательском смысле странность, а вполне определённая физическая характеристика системы. Странность может быть плюс единица, плюс двойка или минус один или ноль. Наш пентакварк имеет странность плюс единица, в отличие от многих известных частиц, имеющих странность минус единица. Гелл-Манн же придумал сочетание «квантовая хромодинамика». Это современная наука, которая объясняет ядерные силы, микроскопическую природу ядра. «Хромо» говорит что-то о цвете, да? Но к обычному цвету – красному, зелёному – это не имеет ни малейшего отношения. Это просто такое словечко, чтобы нам жилось веселее.
Вообще, ты чувствуешь такое могущество, когда постигаешь никому доселе не известные законы природы, – почему бы не придумать новое слово.
Кстати, Гелл-Манн бросил физику и ушёл в лингвистику. В 2004 году я выступал на коллоквиуме в университете Майями, во Флориде. А передо мной там выступал Гелл-Манн. Но никакие попытки склонить его к разговору по физике успехов не имели. Недавно он приезжал в Москву, но не как физик, а как лингвист. У него всегда была тяга к языкам. Если вы помните, на советских деньгах было написано на языках всех республик СССР «три рубля», «бир сум» и т.д.. Большинство нас, русских, не всё могли прочесть, так вот Гелл-Манн, американец, читал три рубля по-грузински, по-армянски, по-узбекски, по-таджикски… Он всю жизнь интересовался лингвистикой, и когда он, так сказать, стал пожилым человеком, он совсем бросил физику, хотя он сделал очень много – лауреат Нобелевской премии, действительно великий человек – но он полностью ушел в лингвистику.
У вас тоже чувствуется тяга к лингвистике.
Просто я нахватался случайных сведений у своего отца.
Да, ваш отец был лингвистом, историком, известным востоковедом. Как переплеталась за этим столом физика и лингвистика, участвовали ли вы в работе своего отца, или он вам чем-то помогал?
Ну конечно, отец в значительной степени сформировал меня.
Отвечая узко на ваш вопрос, у нас, действительно, один раз было сотрудничество. Одно время отец занимался языками, которые в старину назывались семито-хамитские. Это арабский язык, иврит, эфиопский и многие другие языки. Сейчас принято их называть афро-азиатские языки. Это большая семья языков, такая же, как индоевропейская. И если языки принадлежат одному семейству, это означает, что у них есть генеалогическое древо, то есть был общий предок, но потом языки стали ветвиться. То есть какие-то люди отходили, переставали взаимодействовать с другой группой людей, со временем они стали говорить на схожих языках, но всё-таки различных, как русский и украинский, скажем. Ведь мы же происходим из Киевской Руси, но за несколько сотен лет раздельного существования украинский язык стал немного отличаться от русского языка.
Точно так же разошлись и другие языки. И есть вполне объективные методы, которые позволяют установить, нарисовать это генеалогическое древо, как расходились языки, в какой момент времени арабский язык отошел от древнееврейского, например. И я помогал отцу решать уравнения, потому что это можно было математическим методом определить, и нарисовать генеалогическое древо афро-азиатских языков.
Недавно вышла поразительная книга Н.Н.Никулина о войне, там есть глава с интересным названием «Игорь Дьяконов, или Кто победил немцев в Отечественной войне?»
Я безмерно уважал отца. Он был действительно интересный, яркий человек и учёный, он писал замечательные книжки. Например, я люблю его книгу «Архаические мифы Востока и Запада». Помимо интересных сведений, там ещё чудесная теория, как у невежественного человека мыслительный процесс организован. Ещё рекомендую всем его книгу, которая недавно переиздана, – «Пути истории». Это сравнительно маленькая книжка, так сказать, катехизис, в которой вся история человечества от питекантропа до Брежнева включительно. Вся история там – первая, вторая мировая война, древний Восток, древний Рим, династия Тюдоров – всё что угодно. Каждый человек, если хочет считаться образованным, должен знать мировую историю. И простейший способ – прочитать короткую книгу Игоря Михайловича Дьяконова. Отец обсуждал её со мной, он даже физические термины ввёл в эту книгу вроде фазового перехода. Это термин из физики, а он применил её к истории человеческого общества.
Отец знал бесконечное количество языков. Он знал все европейские языки. Мало того, он читал клинопись, он знал древнееврейский язык, в частности, некоторые куски из Библии он переводил, потому что канонический церковный перевод, как мы все знаем, сделан прозой. На самом деле Библия написана стихами! Он перевёл стихами книгу Екклесиаста, он перевёл Песню песней, он перевёл самую первую книгу человечества с шумерского языка, она написана клинописью. Это Эпос о Гильгамеше, написанный раньше, чем Гомер сочинял свою Илиаду. Так что у него были совершенно безграничные познания.
Я как-то спросил его: а сколько всё-таки языков ты знаешь? Он так посмотрел на меня и сказал, а сколько интегралов ты умеешь брать? И это правильный ответ на дурацкий вопрос, потому что если ты умеешь брать 20 интегралов, то ты, в сущности, умеешь брать все... Ну, более или менее так же с языками. Если ты знаешь 20 языков из разных групп, то это означает, что ты можешь по крайней мере разобрать написанное на очень многих языках.
Как бы вы в двух словах сказали, чем физики отличаются от других?
Для необразованного человека всё вокруг невнятица, один сплошной вопрос. Почему небо голубое? Почему звезды светятся? Почему пиво пенится, а вино, наоборот, не пенится. Как возникла жизнь? Всё непонятно. Отличие образованного человека, профессионала, от нетренированного человека, – он сортирует вопросы: есть как бы лёгкие и трудные вопросы. Вот из того, что я перечислил, почему небо голубое и почему пиво пенится – это вопросы, на которые ответы известны. Они неизвестны людям, которые не получили соответствующего образования, а вообще-то известны. Если ты образован, ты сортируешь вопросы. Вот на этот вопрос мы уже знаем ответ, а на эти вопросы мы ответа не знаем. Дальше внутри тех вопросов, ответы на которые мы не знаем, есть как бы лёгкие и есть трудные.
Есть вопросы более лёгкие, – это те, на которые я сегодня не могу ответить, но я понимаю, что могу найти ответ в какой-то книжке или посмотреть в Интернете. Или просто немного подумать самому, но в принципе того, что мы знаем в целом, – этого уже достаточно. А есть вопросы по-настоящему трудные, которые, грубо говоря, «хоть стой, хоть падай». Что-то настолько необычно, настолько противоречит всему, что мы знаем, что руки опускаются.
Какой вопрос можно отнести к тому, что вы назвали «хоть стой, хоть падай»?
Сейчас есть парочка таких вопросов: почему кварки, эти элементарные кирпичики, никогда не могут вылететь из протонов и нейтронов, в которых они находятся. Мы не понимаем многие вещи в космологии нашей Вселенной, мы не понимаем, из чего сделана тёмная материя. Вы знаете, что звёзды и туманности, которые мы видим на небе, составляют только малую часть массы всей Вселенной, – остальная часть называется невидимой или тёмной материей, и мы не знаем, что это такое. Мы не понимаем, как конкретно возникла самовоспроизводящая жизнь из неорганики. Так что трудные вопросы есть и сейчас.
Дмитрий Игоревич, а как вы решили стать физиком?
Я в 5-ом классе увлёкся радиотехникой. Это было давно, когда были ещё ламповые приёмники, мир только-только переходил на транзисторы. Я паял схемы, сначала я брал эти схемы из книг, из журнала «Радио», потом я стал придумывать, рассчитывать схемы сам, и вот я паял радиоприёмники, магнитофоны, фотоэлементы и другие устройства. А потом в 7-ом классе я прочёл совершенно потрясшую меня книгу Даниила Данина, замечательный был писатель, недавно умерший. Книжка называлась «Неизбежность странного мира». Там в романтичной манере описывалась история физики XX века. И мне это так понравилось, что после 7-го класса я решил, что стану физиком.
Кстати, я немного отплатил Данину: когда я поселился на вилле Карлсберг, я ему написал письмо, что стал физиком благодаря его популярным книгам, и вот, видите, к чему это привело? Данин, видимо, был тронут и написал обо мне статью в «Известиях» – «Наш человек в Копенгагене».
А почему вы стали физиком-теоретиком, раз занимались радиотехникой?
Это, в общем-то, случайно. Когда я учился в университете, я делал, как все, лабораторные опыты, мне это очень нравилось. У меня в столе до сих пор лежат мои студенческие фотографические пластинки с оптическими и рентгеновскими спектрами, мне нравилась работа экспериментатора, но так получилось, что я стал писать формулы.
А что повлияло?
Много что повлияло. В Ленинградском университете (ныне СПбГУ) были очень сильные математики. А я с детства любил математику, так что для меня увлечение теорией было естественно. Но в большой степени это цепочка случайностей. Например, на третьем курсе я решил испытать себя и сдать экзамен из «теорминимума» у теоретиков, а конкретно – Владимиру Наумовичу Грибову, члену-корреспонденту АН, ныне покойному. Надо было решить задачу по классической механике, я её до сих пор помню. Задачу-то я решил, но меня совершенно потрясло, как несколько докторов наук, забравшись в крошечной комнате на провалившийся диван, целый час серьёзно и с воодушевлением обсуждали какую-то задачку с третьекурсником! Это же были для меня Учёные с большой буквы, которые делают небольшие открытия каждую неделю, а крупные – раз в полгода! И я сказал себе: «О, с такими людьми я хотел бы работать». Так и вышло.
Работа актёра, например, – она на виду: все видят, когда актёр талантлив. А вот физик не может показать всему обществу, как он талантлив, и как красиво всё, что он видит. Вы не испытываете некоторой зависти к представителям каких-то более публичных профессий?
Нет, конечно, зависти к актёрам ни малейшей нет. Но в чём-то вы правы: есть небольшая обида, потому что мы такие умные. «Мы» – я имею в виду в широком смысле физики, начиная от Исаака Ньютона, Эйнштейна, Максвелла... Всё, что мы имеем сегодня, – развитие нашей технологии, современная цивилизация – создано учёными и теми, кто на их плечах стоял. Мы очень умные, но, когда мы находимся в компании, с кем-то беседуем, то как донести то, что у нас в голове, тот уровень, на котором мы понимаем мир, как это донести до человека, который не является специалистом? И это бывает обидно. Поэтому я стараюсь со своими друзьями, знакомыми, которые не физики, даже вообще не научные работники, например, актёры – я стараюсь им рассказывать по возможности популярно о том, как устроен мир, что я думаю об обществе и так далее.
Ваши друзья мне рассказали, что вам нравится экстрим, вам нравится ходить в горы, вы гонщик... Новое открытие – это как восхождение в горах?
Горами отчасти заразил мой старший брат, он тоже физик. На самом деле, тут нет никакого противоречия: мне интересно новое, и когда я хожу в горы, меня не столько спортивная часть волнует, сколько совершить первое восхождение, взойти на гору, на которой никто ещё не был, открыть перевал какой-нибудь. И в науке меня интересует ровно то же самое – то, что никто не видел, никто не понимал раньше.
И сейчас это пентакварк, который вы предсказали?
Да, это один из вопросов, который меня сейчас волнует.
А другой?
Другой как бы более глубокий вопрос. Есть наука, которая называется квантовая хромодинамика, которая описывает и объясняет явления, связанные с ядром, с ядерными силами. И есть отдельная наука, которая называется теория гравитации, которая имеет отношение к развитию Вселенной, к Большому Взрыву. И эти две науки, как ни странно, похожи, их математическая структура похожа, но объединить их пока не удалось. И у меня есть разные мысли, не только у меня, но и у многих коллег по всему свету есть мысли, что на самом деле мир един. Математика, которая описывает ядерные силы, и математика, которая описывает Вселенную в целом, – это почти одна и та же математика, и, в сущности, законы одни и те же, они просто проявляются по-разному. И это «великое объединение» всех фундаментальных сил в природе – ещё не решенная проблема, и она меня тоже волнует.
Интервью с физиком-теоретиком Дмитрием Дьяконовым. Часть 2Публикуем вторую часть интервью с нашим постоянным автором, российским физиком, доктором физ.-мат. наук, зав. сектором, зам. руководителя отделения Петербургского института ядерной физики РАН, лауреатом премии им. А.Гумбольдта (Германия), Дмитрием Дьяконовым. В этом году учёный отметил своё 60-летие. Беседовала Татьяна Максименко.
Часть 1 интервью. Дм. Дьяконов: «Если вы понимаете квантовую механику, то вы понимаете, как устроен мир вокруг вас»
Дмитрий Игоревич, что для вас физика?
Пожалуй, самое главное – это привычка думать. Это привычка всё время идентифицировать важное и отделять от неважного. Физика – это не математика, хотя мы должны знать математику на очень высоком уровне, как знают математики или, может быть, даже лучше. Но это не математика. Математика – это строгая вещь: вот тебе дано А и В, а ты должен из А и В вывести С. И без всяких пренебрежений, ты это должен сделать точно, это смысл математики. А в физике дано А, В, С, D, E, F, G и нужно из них отобрать, что есть важный фактор, что не важный, оценить важность каждого и посмотреть, как он влияет на действительность. Будь то электронное устройство, или устройство грозы в небе, или протона в атоме. Мы должны понять, как это устроено, и оценить, что важно, что не важно. Естественно, когда у тебя такой тренинг в голове, когда такая привычка всё время оценивать, причём математически оценивать – мы пользуемся строгими методами, – то ты естественно применяешь это ко всему. Ты применяешь это и к истории, и к общественной жизни. К человеческим отношениям даже.
Вы говорите, что физика может понять явления, которые относятся к природе, обществу и даже к отдельным людям. Что физики умеют отделять главное от второстепенного. Вернувшись в Россию, можете ли вы сказать, что происходит в нашем обществе?
Захватывающий вопрос… Можно, я похвастаюсь одним прошлым предсказанием? В 1981 году мы с друзьями, тоже физиками и математиками, интересовались общественными вопросами, анализировали, что происходит в нашем обществе. Я пришёл тогда к неожиданному для себя выводу, что СССР находится в состоянии свободного падения – как человека с крыши дома, когда никакие силы уже не сдерживают. Нужно сказать, что большинство людей вокруг считали иначе – что, дескать, конечно, мы живём в глубокой яме, но что это очень устойчивый минимум. Тысячелетний рейх, так сказать, – я хорошо помню тогдашние разговоры.
Но мы с моими близкими друзьями в 1981 году хорошо представляли, что СССР разобьётся насмерть уже через 10 лет, то есть в 1991 году! Для меня это было абсолютно ясно ещё за 10 лет до того, как это произошло на самом деле. Я даже социальные механизмы предугадал и провёл на карте будущие границы, и почти правильно. Это не слова, есть разнообразные письменные свидетельства.
В частности, мы написали футурологическую пьесу в стихах, где Генеральный секретарь ЦК КПСС получает в 1991 году Нобелевскую премию мира! Это было в 1981 году, мы не знали, кто это будет.
Но ровно через 10 лет, как по нотам, Горбачёв получил Нобелевскую премию, а СССР распался.
Вот это и называется – уметь отобрать из A, B, C, D, E, F, G существенные факторы и просчитать их значение.
Ну, а сейчас куда движется страна? В какую сторону?
Давайте, об этом как-нибудь отдельно поговорим.
Есть сегодня такие проблемы, как 100 лет назад, что мы все должны затаить дыхание, когда физики за них берутся?
Конечно, есть. Материя устроена наподобие матрёшки: мы знаем, что химические вещества состоят из молекул, молекулы состоят из более мелких частей – из атомов. Атомы, как мы уже обсуждали, – из ядра и электронов, которые размазаны вокруг ядра. Ядро состоит из протонов и нейтронов, – это как матрёшка. Мы её открываем-открываем, а внутри всё более мелкие матрёшки. Наконец, протоны и нейтроны состоят из кварков. Кварки вместе с электронами, – это последняя цельная матрёшка, которая находится внутри всех остальных. Кварки – это основные кирпичики, из которых вся материя состоит.
Состоит – это значит, мы можем всё разделить на кварки?
Нет. И это есть одна из самых главных проблем, которая стоит сейчас перед наукой. Действительно, обычно, когда мы говорим «состоит» – это подразумевает, что составляющие мы можем изъять из целого. Скажем, молекулу можно раздробить на отдельные атомы. Атомы можно раздробить на ядро и электроны. Здесь будет электрон, здесь будет ядро. Даже ядро, затратив большую энергию в ядерных реакциях, можно разбить на отдельные составляющие – протоны и нейтроны.
И вот, когда мы доходим до последнего уровня, тут происходит чудо, с которым в науке ещё не встречались. Из тысячи проделанных экспериментов мы знаем абсолютно точно, это не подвергается сомнению, что протоны и нейтроны состоят из кварков. Но они по принципиальным причинам, которые не поняты, не вылетают. Мы говорим, что кварки не вылетают из протонов.
Сейчас на современных ускорителях сталкивают два протона с чудовищной, немыслимой энергией, при столкновении летят брызги в виде разнообразных частиц. Тысячи брызг вылетает, всё что угодно вылетает, но только не кварки, хотя мы знаем, что протоны состоят из кварков. И вот эта проблема – проблема невылетания кварков – одна из самых сложных и непонятных, трудных и важных проблем, которую наука пытается решить сегодня.
Физики – оригиналы: любят давать своим открытиям красивые имена. Почему фундаментальные кирпичики материи названы кварками?
Слово «кварк» ввёл в обиход ещё в 60-е годы замечательный американский физик Гелл-Манн.
Перед самой второй мировой войной ирландский писатель Джеймс Джойс написал странный роман «Поминки по Финнегану». Там каждая фраза - какой-то ребус, и есть даже всемирный клуб любителей книги, которые, как талмуд в своё время, толкуют каждую фразу из этого романа Джойса. Так вот у него среди других странных фраз есть такая: «три кварка для мястера Марка». И вот упомянутый Гелл-Манн позаимствовал отсюда слово кварк. Слово «кварк» на самом деле в немецком языке существует сегодня, и в скандинавских языках существует. Ты заходишь в магазин где-нибудь в Дании, и можешь купить себе кварк. Это просто творог. Кстати, германский «кварк» и славянский «творог», по-видимому, - однокоренные слова.
Гелл-Манн придумал много забавных названий, например, он ввёл понятие «странности» в физику. Причём это не в обывательском смысле странность, а вполне определённая физическая характеристика системы. Странность может быть плюс единица, плюс двойка или минус один или ноль. Наш пентакварк имеет странность плюс единица, в отличие от многих известных частиц, имеющих странность минус единица. Гелл-Манн же придумал сочетание «квантовая хромодинамика». Это современная наука, которая объясняет ядерные силы, микроскопическую природу ядра. «Хромо» говорит что-то о цвете, да? Но к обычному цвету – красному, зелёному – это не имеет ни малейшего отношения. Это просто такое словечко, чтобы нам жилось веселее.
Вообще, ты чувствуешь такое могущество, когда постигаешь никому доселе не известные законы природы, – почему бы не придумать новое слово.
Кстати, Гелл-Манн бросил физику и ушёл в лингвистику. В 2004 году я выступал на коллоквиуме в университете Майями, во Флориде. А передо мной там выступал Гелл-Манн. Но никакие попытки склонить его к разговору по физике успехов не имели. Недавно он приезжал в Москву, но не как физик, а как лингвист. У него всегда была тяга к языкам. Если вы помните, на советских деньгах было написано на языках всех республик СССР «три рубля», «бир сум» и т.д.. Большинство нас, русских, не всё могли прочесть, так вот Гелл-Манн, американец, читал три рубля по-грузински, по-армянски, по-узбекски, по-таджикски… Он всю жизнь интересовался лингвистикой, и когда он, так сказать, стал пожилым человеком, он совсем бросил физику, хотя он сделал очень много – лауреат Нобелевской премии, действительно великий человек – но он полностью ушел в лингвистику.
У вас тоже чувствуется тяга к лингвистике.
Просто я нахватался случайных сведений у своего отца.
Да, ваш отец был лингвистом, историком, известным востоковедом. Как переплеталась за этим столом физика и лингвистика, участвовали ли вы в работе своего отца, или он вам чем-то помогал?
Ну конечно, отец в значительной степени сформировал меня.
Отвечая узко на ваш вопрос, у нас, действительно, один раз было сотрудничество. Одно время отец занимался языками, которые в старину назывались семито-хамитские. Это арабский язык, иврит, эфиопский и многие другие языки. Сейчас принято их называть афро-азиатские языки. Это большая семья языков, такая же, как индоевропейская. И если языки принадлежат одному семейству, это означает, что у них есть генеалогическое древо, то есть был общий предок, но потом языки стали ветвиться. То есть какие-то люди отходили, переставали взаимодействовать с другой группой людей, со временем они стали говорить на схожих языках, но всё-таки различных, как русский и украинский, скажем. Ведь мы же происходим из Киевской Руси, но за несколько сотен лет раздельного существования украинский язык стал немного отличаться от русского языка.
Точно так же разошлись и другие языки. И есть вполне объективные методы, которые позволяют установить, нарисовать это генеалогическое древо, как расходились языки, в какой момент времени арабский язык отошел от древнееврейского, например. И я помогал отцу решать уравнения, потому что это можно было математическим методом определить, и нарисовать генеалогическое древо афро-азиатских языков.
Недавно вышла поразительная книга Н.Н.Никулина о войне, там есть глава с интересным названием «Игорь Дьяконов, или Кто победил немцев в Отечественной войне?»
Я безмерно уважал отца. Он был действительно интересный, яркий человек и учёный, он писал замечательные книжки. Например, я люблю его книгу «Архаические мифы Востока и Запада». Помимо интересных сведений, там ещё чудесная теория, как у невежественного человека мыслительный процесс организован. Ещё рекомендую всем его книгу, которая недавно переиздана, – «Пути истории». Это сравнительно маленькая книжка, так сказать, катехизис, в которой вся история человечества от питекантропа до Брежнева включительно. Вся история там – первая, вторая мировая война, древний Восток, древний Рим, династия Тюдоров – всё что угодно. Каждый человек, если хочет считаться образованным, должен знать мировую историю. И простейший способ – прочитать короткую книгу Игоря Михайловича Дьяконова. Отец обсуждал её со мной, он даже физические термины ввёл в эту книгу вроде фазового перехода. Это термин из физики, а он применил её к истории человеческого общества.
Отец знал бесконечное количество языков. Он знал все европейские языки. Мало того, он читал клинопись, он знал древнееврейский язык, в частности, некоторые куски из Библии он переводил, потому что канонический церковный перевод, как мы все знаем, сделан прозой. На самом деле Библия написана стихами! Он перевёл стихами книгу Екклесиаста, он перевёл Песню песней, он перевёл самую первую книгу человечества с шумерского языка, она написана клинописью. Это Эпос о Гильгамеше, написанный раньше, чем Гомер сочинял свою Илиаду. Так что у него были совершенно безграничные познания.
Я как-то спросил его: а сколько всё-таки языков ты знаешь? Он так посмотрел на меня и сказал, а сколько интегралов ты умеешь брать? И это правильный ответ на дурацкий вопрос, потому что если ты умеешь брать 20 интегралов, то ты, в сущности, умеешь брать все... Ну, более или менее так же с языками. Если ты знаешь 20 языков из разных групп, то это означает, что ты можешь по крайней мере разобрать написанное на очень многих языках.
Как бы вы в двух словах сказали, чем физики отличаются от других?
Для необразованного человека всё вокруг невнятица, один сплошной вопрос. Почему небо голубое? Почему звезды светятся? Почему пиво пенится, а вино, наоборот, не пенится. Как возникла жизнь? Всё непонятно. Отличие образованного человека, профессионала, от нетренированного человека, – он сортирует вопросы: есть как бы лёгкие и трудные вопросы. Вот из того, что я перечислил, почему небо голубое и почему пиво пенится – это вопросы, на которые ответы известны. Они неизвестны людям, которые не получили соответствующего образования, а вообще-то известны. Если ты образован, ты сортируешь вопросы. Вот на этот вопрос мы уже знаем ответ, а на эти вопросы мы ответа не знаем. Дальше внутри тех вопросов, ответы на которые мы не знаем, есть как бы лёгкие и есть трудные.
Есть вопросы более лёгкие, – это те, на которые я сегодня не могу ответить, но я понимаю, что могу найти ответ в какой-то книжке или посмотреть в Интернете. Или просто немного подумать самому, но в принципе того, что мы знаем в целом, – этого уже достаточно. А есть вопросы по-настоящему трудные, которые, грубо говоря, «хоть стой, хоть падай». Что-то настолько необычно, настолько противоречит всему, что мы знаем, что руки опускаются.
Какой вопрос можно отнести к тому, что вы назвали «хоть стой, хоть падай»?
Сейчас есть парочка таких вопросов: почему кварки, эти элементарные кирпичики, никогда не могут вылететь из протонов и нейтронов, в которых они находятся. Мы не понимаем многие вещи в космологии нашей Вселенной, мы не понимаем, из чего сделана тёмная материя. Вы знаете, что звёзды и туманности, которые мы видим на небе, составляют только малую часть массы всей Вселенной, – остальная часть называется невидимой или тёмной материей, и мы не знаем, что это такое. Мы не понимаем, как конкретно возникла самовоспроизводящая жизнь из неорганики. Так что трудные вопросы есть и сейчас.
Дмитрий Игоревич, а как вы решили стать физиком?
Я в 5-ом классе увлёкся радиотехникой. Это было давно, когда были ещё ламповые приёмники, мир только-только переходил на транзисторы. Я паял схемы, сначала я брал эти схемы из книг, из журнала «Радио», потом я стал придумывать, рассчитывать схемы сам, и вот я паял радиоприёмники, магнитофоны, фотоэлементы и другие устройства. А потом в 7-ом классе я прочёл совершенно потрясшую меня книгу Даниила Данина, замечательный был писатель, недавно умерший. Книжка называлась «Неизбежность странного мира». Там в романтичной манере описывалась история физики XX века. И мне это так понравилось, что после 7-го класса я решил, что стану физиком.
Кстати, я немного отплатил Данину: когда я поселился на вилле Карлсберг, я ему написал письмо, что стал физиком благодаря его популярным книгам, и вот, видите, к чему это привело? Данин, видимо, был тронут и написал обо мне статью в «Известиях» – «Наш человек в Копенгагене».
А почему вы стали физиком-теоретиком, раз занимались радиотехникой?
Это, в общем-то, случайно. Когда я учился в университете, я делал, как все, лабораторные опыты, мне это очень нравилось. У меня в столе до сих пор лежат мои студенческие фотографические пластинки с оптическими и рентгеновскими спектрами, мне нравилась работа экспериментатора, но так получилось, что я стал писать формулы.
А что повлияло?
Много что повлияло. В Ленинградском университете (ныне СПбГУ) были очень сильные математики. А я с детства любил математику, так что для меня увлечение теорией было естественно. Но в большой степени это цепочка случайностей. Например, на третьем курсе я решил испытать себя и сдать экзамен из «теорминимума» у теоретиков, а конкретно – Владимиру Наумовичу Грибову, члену-корреспонденту АН, ныне покойному. Надо было решить задачу по классической механике, я её до сих пор помню. Задачу-то я решил, но меня совершенно потрясло, как несколько докторов наук, забравшись в крошечной комнате на провалившийся диван, целый час серьёзно и с воодушевлением обсуждали какую-то задачку с третьекурсником! Это же были для меня Учёные с большой буквы, которые делают небольшие открытия каждую неделю, а крупные – раз в полгода! И я сказал себе: «О, с такими людьми я хотел бы работать». Так и вышло.
Работа актёра, например, – она на виду: все видят, когда актёр талантлив. А вот физик не может показать всему обществу, как он талантлив, и как красиво всё, что он видит. Вы не испытываете некоторой зависти к представителям каких-то более публичных профессий?
Нет, конечно, зависти к актёрам ни малейшей нет. Но в чём-то вы правы: есть небольшая обида, потому что мы такие умные. «Мы» – я имею в виду в широком смысле физики, начиная от Исаака Ньютона, Эйнштейна, Максвелла... Всё, что мы имеем сегодня, – развитие нашей технологии, современная цивилизация – создано учёными и теми, кто на их плечах стоял. Мы очень умные, но, когда мы находимся в компании, с кем-то беседуем, то как донести то, что у нас в голове, тот уровень, на котором мы понимаем мир, как это донести до человека, который не является специалистом? И это бывает обидно. Поэтому я стараюсь со своими друзьями, знакомыми, которые не физики, даже вообще не научные работники, например, актёры – я стараюсь им рассказывать по возможности популярно о том, как устроен мир, что я думаю об обществе и так далее.
Ваши друзья мне рассказали, что вам нравится экстрим, вам нравится ходить в горы, вы гонщик... Новое открытие – это как восхождение в горах?
Горами отчасти заразил мой старший брат, он тоже физик. На самом деле, тут нет никакого противоречия: мне интересно новое, и когда я хожу в горы, меня не столько спортивная часть волнует, сколько совершить первое восхождение, взойти на гору, на которой никто ещё не был, открыть перевал какой-нибудь. И в науке меня интересует ровно то же самое – то, что никто не видел, никто не понимал раньше.
И сейчас это пентакварк, который вы предсказали?
Да, это один из вопросов, который меня сейчас волнует.
А другой?
Другой как бы более глубокий вопрос. Есть наука, которая называется квантовая хромодинамика, которая описывает и объясняет явления, связанные с ядром, с ядерными силами. И есть отдельная наука, которая называется теория гравитации, которая имеет отношение к развитию Вселенной, к Большому Взрыву. И эти две науки, как ни странно, похожи, их математическая структура похожа, но объединить их пока не удалось. И у меня есть разные мысли, не только у меня, но и у многих коллег по всему свету есть мысли, что на самом деле мир един. Математика, которая описывает ядерные силы, и математика, которая описывает Вселенную в целом, – это почти одна и та же математика, и, в сущности, законы одни и те же, они просто проявляются по-разному. И это «великое объединение» всех фундаментальных сил в природе – ещё не решенная проблема, и она меня тоже волнует.
Смешивание кварков и загадочная масса протонов
Нобелевская премия по физике 2008 года. В чем состоят достижения лауреатов19 ноября 2008 г. известный российский физик, доктор физ.-мат. наук, зам. директора Отделения теоретической физики Петербургского института ядерной физики РАН, зав. сектором теоретической физики высоких энергий, лауреат премии им. А.Гумбольдта (Германия) Дмитрий Дьяконов выступил с научным докладом на факультете физики и астрономии Университета в г. Бохуме (Германия) на тему «Лауреаты Нобелевской премии по физике 2008». Мы публикуем статью Дм. Дьяконова, рассказывающую широкому читателю об исследованиях физиков-лауреатов Нобелевки этого года. На фото: Нобелевские лауреаты по физике 2008 г. (с сайта nobelprize.org).
В 2008 году ½ нобелевской премии по физике дали Йоичиро Намбу (Yoichiro Nambu, университет Чикаго, США) и ¼ + ¼ премии – совместно Макото Кобаяши (Makoto Kobayashi, ускорительный центр, Цукуба, Япония) и Тошихиде Маскаве (Toshihide Maskawa, Институт теоретической физики им. Юкавы, Киото, Япония) – за работы по теоретической физике элементарных частиц.
Прежде, чем объяснить, в чём состоят достижения лауреатов, надо сказать несколько слов о физике элементарных частиц. Эта наука изучает, из чего сделана материя на самом глубоком, микроскопическом уровне. Наиболее фундаментальными составляющими материи являются кварки и лептоны, причём и тех, и других по 6 сортов.
Шесть кварков носят названия u, d, c, s, t, b – по первым буквам английских слов «up, down, charm, strange, top, bottom». Протоны, нейтроны, ядра всех атомов, мы с вами – состоим из самых лёгких u и d кварков; остальные рождаются только на короткое время при столкновении частиц на ускорителях при высоких энергиях. Из шести лептонов, которыми являются электрон, мюон, тау-лептон и три типа соответствующих нейтрино, в обычной материи встречаются только электроны, которые входят во все атомы.
Однако те «лишние» кварки и лептоны, которые даже не встречаются в спокойном состоянии в природе, нужны не «для полноты животного царства», а существенно влияют на реальный мир и уж, во всяком случае, необходимы для того, чтобы понять, как реальный мир устроен.
Все шесть сортов кварков имеют ещё одну характеристику, названную «цветом», хотя к обычному цвету это не имеет отношения. «Цвета» – три: «красный, зелёный и синий». Совершенно необычным свойством кварков является то, что кварки никогда не встречаются поодиночке, а только внутри связанных состояний, которые обязательно должны быть «бесцветны». Ничего подобного в истории науки ещё не бывало. Это свойство называется конфайнментом или удержанием кварков (ред. от англ. confinement – удержание, ограничение).
Например, протоны состоят в основном из трёх кварков u, u, d, причём один из трёх «красный», другой «зелёный», третий обязательно «синий», а всё вместе «бесцветно». Кварки внутри протона взаимодействуют друг с другом, «переливаясь» цветами, причём взаимодействие оказывается очень сильным. Наука, которая количественно описывает это, называется квантовая хромодинамика – от слова «цвет», конечно.
У лептонов нет «цветов», они бесцветны изначально, поэтому они взаимодействуют друг с другом и с кварками значительно слабее. Их взаимодействие так и называется – слабое. Слабое взаимодействие проявляется в радиоактивности некоторых ядер и в распадах многих элементарных частиц, а также, например, в охлаждении сверхновых звёзд после взрыва.
Кроме того, на кварки и лептоны действуют и обычные электрические и магнитные силы. В начале 70-х годов выяснилось, что слабые и электромагнитные взаимодействия имеют в сущности одну природу и были объединены общей теорией «электрослабого» взаимодействия. Вместе с квантовой хромодинамикой, описывающей сильные взаимодействия, эта теория была названа «стандартной моделью».
Стандартная модель, созданная усилиями многих физиков в последней трети XX века, – выдающееся достижение человечества. Она наводит порядок в микромире, позволяет количественно описывать сотни, если не тысячи характеристик частиц – как самих по себе, так и при их столкновениях. Стандартная модель настолько совершенна, что трудно найти что-нибудь, чему она противоречит, хотя некоторые неувязки встречаются. Кроме того, пока непонятно, почему Бог создал всё именно так, а не иначе.
Забегая вперёд, скажу, что Йоичиро Намбу получил премию за свои работы по теории сильного взаимодействия, а Макото Кобаяши и Тошихиде Маскава – за их совместную работу по теории слабого взаимодействия. То есть одновременно премированы достижения в совершенно разных областях.
Начнём с Кобаяши и Маскавы, поскольку их работу объяснить проще. Уже в 60-е годы, когда были известны только три из шести сорта кварков (u, d, s), стало ясно, что слабые взаимодействия испытывают не буквально эти кварки, а их «смеси». В данном случае могут смешиваться d и s кварки, имеющие одинаковый заряд, равный одной трети заряда электрона. В мире частиц действуют законы квантовой механики, поэтому можно ввести понятие «частично d-кварк, частично s-кварк», а точнее - их линейную комбинацию. Оказалось, что именно такого типа смесь d и s кварков и участвует в слабых взаимодействиях. Соответствующие уравнения были написаны итальянцем Николой Кабиббо (Nicola Cabibbo), избранным впоследствии иностранным членом РАН.
В 1973 г. Кобаяши и Маскава обобщили теорию смешивания кварков Кабиббо на случай, когда смешиваются не два, а три кварка d, s и b (экспериментально открытый позднее). Они предложили четыре варианта смешивания, и позже оказалось, что один из этих вариантов реализуется в природе. Самое интересное в этой работе (на которую сейчас имеется 5500 ссылок в мировой физической литературе – третье место по числу ссылок из всех статей, опубликованных по физике элементарных частиц!) было то, что смешивание кварков по Кобаяши и Маскаве допускало нарушение симметрии между прямыми процессами и процессами, идущими вспять во времени. Такая симметрия есть почти для всех элементарных процессов, но в редких случаях она слегка нарушается.
Подход Кобаяши и Маскавы позволил поставить на прочную основу изучение таких редких , но принципиально важных процессов для объяснения Вселенной такой, как она есть. Сейчас стало ясно, что три типа нейтрино тоже «смешиваются» между собой на манер Кобаяши – Маскавы, так что значение их работы простирается, по-видимому, дальше, чем они сами предполагали.
Физики называют смешивание кварков в слабых взаимодействиях именами Кабиббо–Кобаяши–Маскавы, но Кабиббо не рассматривал упомянутые редкие процессы, так как их возможность появляется только при смешивании трёх кварков, а не двух. Тем не менее при других обстоятельствах можно было бы подумать о том, чтобы дать нобелевскую премию и Кабиббо, который первым сказал о смешивании, – если б не чувствовалась необходимость дать её Намбу за совсем другую работу. По положению, одну Нобелевскую премию могут разделить на не более, чем трёх человек.
Слабые и электромагнитные взаимодействия являются сравнительно простой и понятной частью физики элементарных частиц, чего нельзя сказать о теории сильных взаимодействий кварков – квантовой хромодинамике. Здесь все привычные представления и интуиция переворачиваются с ног на голову. Обычно если какой-то объект состоит из других более мелких объектов, то его масса меньше, чем масса отдельных составляющих.
Например, масса ядра меньше сумм масс протонов и нейтронов, его составляющих. Разница называется энергией связи: это та энергия, которую надо затратить, чтобы раздраконить объект на составные части. На этой энергии работает Солнце, а, стало быть, всё живое на Земле существует за счёт энергии связи протонов и нейтронов в ядре. Действительно, в недрах Солнца и других звёзд постоянно идёт термоядерная реакция – слипание протонов и нейтронов в ядра, благодаря которой освобождается энергия связи. Она и греет нас – если не непосредственно, так с помощью нефти.
Но когда мы переходим к самим протонам и нейтронам, состоящим из кварков, то там ситуация прямо противоположная: суммарная масса кварков, составляющих протон, примерно в 80 раз меньше массы протона! Откуда же берётся, из чего складывается масса протона, то есть наша с вами масса? (Масса нашего тела на 99.95% задаётся массой протонов и нейтронов внутри нас, а оставшиеся 0.05% – это масса электронов.)
Окончательного, общепризнанного ответа на этот вопрос нет и сейчас, поскольку он связан с другим вопросом, на который тоже пока нет чёткого ответа, – из-за чего происходит конфайнмент кварков, почему они никогда не вылетают из протонов. Однако 47 лет назад, в 1961 г., Намбу вместе с итальянским физиком Джованни Йона-Ласинио (Giovanni Jona-Lasinio) попытались на него ответить с помощью имеющихся тогда подручных средств. Главным подручным средством оказалась аналогия с созданной незадолго до этого теорией сверхпроводимости.
Пользуясь аналогией со сверхпроводимостью, Намбу и Йона-Ласинио предположили, что в мире элементарных частиц происходит нечто похожее, а именно спонтанная конденсация протон-антипротонных, а также нейтрон-антинейтронных пар, в результате чего обе частицы приобретают большую массу! (В сверхпроводниках происходит спонтанная конденсация так называемых куперовских пар электронов – в этом аналогия).
Идея была в то время неожиданной, вполне революционной. Интересно отметить, что в том же 1961 году ту же самую идею и даже то же воплощение опубликовали советские физики Валентин Григорьевич Вакс (род. 1932) и Анатолий Иванович Ларкин (1932–2005) в статье под названием «О применении методов сверхпроводимости к вопросу о массе элементарных частиц». Однако даже в России младшее поколение физиков, я думаю, об этой работе уже не слышало, а за границей о ней и раньше, к сожалению, не знали.
Между тем, на две статьи Намбу и Йона-Ласинио имеется сегодня около 3500 ссылок, и они серьёзно повлияли на развитие теоретической физики элементарных частиц на многие годы вперёд. Парадоксально, но сейчас мы знаем, что почти всё в статьях Намбу–Йона-Ласинио и Вакса и Ларкина 1961 года, если читать их буквально, было неправильно. Сейчас известно, что конденсируются не протоны, а кварки (которые не были ещё известны в 1961 г.), что взаимодействие кварков не такое, как предполагали авторы, и так далее. Однако общая идея была, несомненно, правильной. Она даёт нам возможность понять, откуда берется масса у протонов.
Надо сказать, что Намбу зарекомендовал себя «придумщиком» многих блестящих идей. Это, возможно, выделило его в глазах нобелевского комитета в сравнении с его соавтором Йона-Ласинио. Из многих вещей упомяну, что Намбу является автором математического описания струны, которая, как полагают, натягивается между кварками при попытке их разведения (отсюда – конфайнмент кварков). Теория струн сегодня – бурно развивающаяся область теоретической физики высоких энергий, и этим мы отчасти обязаны Намбу. Премию, впрочем, дали ему не за это, а именно за работы 1961 года.
Как стало уже привычным, Нобелевская премия представляет собой сложное равновесие между научными, конъюнктурными и чисто человеческими соображениями, но все же присуждение премии 2008 г. этим трем физикам является, на мой взгляд, шагом вполне оправданным. Как Й. Намбу, так и М. Кобаяши и Т. Маскава внесли выдающийся вклад в современное понимание мира фундаментальных частиц и их взаимодействий.
См. также:
Нобелевская премия по физике 2008 года. В чем состоят достижения лауреатов19 ноября 2008 г. известный российский физик, доктор физ.-мат. наук, зам. директора Отделения теоретической физики Петербургского института ядерной физики РАН, зав. сектором теоретической физики высоких энергий, лауреат премии им. А.Гумбольдта (Германия) Дмитрий Дьяконов выступил с научным докладом на факультете физики и астрономии Университета в г. Бохуме (Германия) на тему «Лауреаты Нобелевской премии по физике 2008». Мы публикуем статью Дм. Дьяконова, рассказывающую широкому читателю об исследованиях физиков-лауреатов Нобелевки этого года. На фото: Нобелевские лауреаты по физике 2008 г. (с сайта nobelprize.org).
В 2008 году ½ нобелевской премии по физике дали Йоичиро Намбу (Yoichiro Nambu, университет Чикаго, США) и ¼ + ¼ премии – совместно Макото Кобаяши (Makoto Kobayashi, ускорительный центр, Цукуба, Япония) и Тошихиде Маскаве (Toshihide Maskawa, Институт теоретической физики им. Юкавы, Киото, Япония) – за работы по теоретической физике элементарных частиц.
Прежде, чем объяснить, в чём состоят достижения лауреатов, надо сказать несколько слов о физике элементарных частиц. Эта наука изучает, из чего сделана материя на самом глубоком, микроскопическом уровне. Наиболее фундаментальными составляющими материи являются кварки и лептоны, причём и тех, и других по 6 сортов.
Шесть кварков носят названия u, d, c, s, t, b – по первым буквам английских слов «up, down, charm, strange, top, bottom». Протоны, нейтроны, ядра всех атомов, мы с вами – состоим из самых лёгких u и d кварков; остальные рождаются только на короткое время при столкновении частиц на ускорителях при высоких энергиях. Из шести лептонов, которыми являются электрон, мюон, тау-лептон и три типа соответствующих нейтрино, в обычной материи встречаются только электроны, которые входят во все атомы.
Однако те «лишние» кварки и лептоны, которые даже не встречаются в спокойном состоянии в природе, нужны не «для полноты животного царства», а существенно влияют на реальный мир и уж, во всяком случае, необходимы для того, чтобы понять, как реальный мир устроен.
Все шесть сортов кварков имеют ещё одну характеристику, названную «цветом», хотя к обычному цвету это не имеет отношения. «Цвета» – три: «красный, зелёный и синий». Совершенно необычным свойством кварков является то, что кварки никогда не встречаются поодиночке, а только внутри связанных состояний, которые обязательно должны быть «бесцветны». Ничего подобного в истории науки ещё не бывало. Это свойство называется конфайнментом или удержанием кварков (ред. от англ. confinement – удержание, ограничение).
Например, протоны состоят в основном из трёх кварков u, u, d, причём один из трёх «красный», другой «зелёный», третий обязательно «синий», а всё вместе «бесцветно». Кварки внутри протона взаимодействуют друг с другом, «переливаясь» цветами, причём взаимодействие оказывается очень сильным. Наука, которая количественно описывает это, называется квантовая хромодинамика – от слова «цвет», конечно.
У лептонов нет «цветов», они бесцветны изначально, поэтому они взаимодействуют друг с другом и с кварками значительно слабее. Их взаимодействие так и называется – слабое. Слабое взаимодействие проявляется в радиоактивности некоторых ядер и в распадах многих элементарных частиц, а также, например, в охлаждении сверхновых звёзд после взрыва.
Кроме того, на кварки и лептоны действуют и обычные электрические и магнитные силы. В начале 70-х годов выяснилось, что слабые и электромагнитные взаимодействия имеют в сущности одну природу и были объединены общей теорией «электрослабого» взаимодействия. Вместе с квантовой хромодинамикой, описывающей сильные взаимодействия, эта теория была названа «стандартной моделью».
Стандартная модель, созданная усилиями многих физиков в последней трети XX века, – выдающееся достижение человечества. Она наводит порядок в микромире, позволяет количественно описывать сотни, если не тысячи характеристик частиц – как самих по себе, так и при их столкновениях. Стандартная модель настолько совершенна, что трудно найти что-нибудь, чему она противоречит, хотя некоторые неувязки встречаются. Кроме того, пока непонятно, почему Бог создал всё именно так, а не иначе.
Забегая вперёд, скажу, что Йоичиро Намбу получил премию за свои работы по теории сильного взаимодействия, а Макото Кобаяши и Тошихиде Маскава – за их совместную работу по теории слабого взаимодействия. То есть одновременно премированы достижения в совершенно разных областях.
Начнём с Кобаяши и Маскавы, поскольку их работу объяснить проще. Уже в 60-е годы, когда были известны только три из шести сорта кварков (u, d, s), стало ясно, что слабые взаимодействия испытывают не буквально эти кварки, а их «смеси». В данном случае могут смешиваться d и s кварки, имеющие одинаковый заряд, равный одной трети заряда электрона. В мире частиц действуют законы квантовой механики, поэтому можно ввести понятие «частично d-кварк, частично s-кварк», а точнее - их линейную комбинацию. Оказалось, что именно такого типа смесь d и s кварков и участвует в слабых взаимодействиях. Соответствующие уравнения были написаны итальянцем Николой Кабиббо (Nicola Cabibbo), избранным впоследствии иностранным членом РАН.
В 1973 г. Кобаяши и Маскава обобщили теорию смешивания кварков Кабиббо на случай, когда смешиваются не два, а три кварка d, s и b (экспериментально открытый позднее). Они предложили четыре варианта смешивания, и позже оказалось, что один из этих вариантов реализуется в природе. Самое интересное в этой работе (на которую сейчас имеется 5500 ссылок в мировой физической литературе – третье место по числу ссылок из всех статей, опубликованных по физике элементарных частиц!) было то, что смешивание кварков по Кобаяши и Маскаве допускало нарушение симметрии между прямыми процессами и процессами, идущими вспять во времени. Такая симметрия есть почти для всех элементарных процессов, но в редких случаях она слегка нарушается.
Подход Кобаяши и Маскавы позволил поставить на прочную основу изучение таких редких , но принципиально важных процессов для объяснения Вселенной такой, как она есть. Сейчас стало ясно, что три типа нейтрино тоже «смешиваются» между собой на манер Кобаяши – Маскавы, так что значение их работы простирается, по-видимому, дальше, чем они сами предполагали.
Физики называют смешивание кварков в слабых взаимодействиях именами Кабиббо–Кобаяши–Маскавы, но Кабиббо не рассматривал упомянутые редкие процессы, так как их возможность появляется только при смешивании трёх кварков, а не двух. Тем не менее при других обстоятельствах можно было бы подумать о том, чтобы дать нобелевскую премию и Кабиббо, который первым сказал о смешивании, – если б не чувствовалась необходимость дать её Намбу за совсем другую работу. По положению, одну Нобелевскую премию могут разделить на не более, чем трёх человек.
Слабые и электромагнитные взаимодействия являются сравнительно простой и понятной частью физики элементарных частиц, чего нельзя сказать о теории сильных взаимодействий кварков – квантовой хромодинамике. Здесь все привычные представления и интуиция переворачиваются с ног на голову. Обычно если какой-то объект состоит из других более мелких объектов, то его масса меньше, чем масса отдельных составляющих.
Например, масса ядра меньше сумм масс протонов и нейтронов, его составляющих. Разница называется энергией связи: это та энергия, которую надо затратить, чтобы раздраконить объект на составные части. На этой энергии работает Солнце, а, стало быть, всё живое на Земле существует за счёт энергии связи протонов и нейтронов в ядре. Действительно, в недрах Солнца и других звёзд постоянно идёт термоядерная реакция – слипание протонов и нейтронов в ядра, благодаря которой освобождается энергия связи. Она и греет нас – если не непосредственно, так с помощью нефти.
Но когда мы переходим к самим протонам и нейтронам, состоящим из кварков, то там ситуация прямо противоположная: суммарная масса кварков, составляющих протон, примерно в 80 раз меньше массы протона! Откуда же берётся, из чего складывается масса протона, то есть наша с вами масса? (Масса нашего тела на 99.95% задаётся массой протонов и нейтронов внутри нас, а оставшиеся 0.05% – это масса электронов.)
Окончательного, общепризнанного ответа на этот вопрос нет и сейчас, поскольку он связан с другим вопросом, на который тоже пока нет чёткого ответа, – из-за чего происходит конфайнмент кварков, почему они никогда не вылетают из протонов. Однако 47 лет назад, в 1961 г., Намбу вместе с итальянским физиком Джованни Йона-Ласинио (Giovanni Jona-Lasinio) попытались на него ответить с помощью имеющихся тогда подручных средств. Главным подручным средством оказалась аналогия с созданной незадолго до этого теорией сверхпроводимости.
Пользуясь аналогией со сверхпроводимостью, Намбу и Йона-Ласинио предположили, что в мире элементарных частиц происходит нечто похожее, а именно спонтанная конденсация протон-антипротонных, а также нейтрон-антинейтронных пар, в результате чего обе частицы приобретают большую массу! (В сверхпроводниках происходит спонтанная конденсация так называемых куперовских пар электронов – в этом аналогия).
Идея была в то время неожиданной, вполне революционной. Интересно отметить, что в том же 1961 году ту же самую идею и даже то же воплощение опубликовали советские физики Валентин Григорьевич Вакс (род. 1932) и Анатолий Иванович Ларкин (1932–2005) в статье под названием «О применении методов сверхпроводимости к вопросу о массе элементарных частиц». Однако даже в России младшее поколение физиков, я думаю, об этой работе уже не слышало, а за границей о ней и раньше, к сожалению, не знали.
Между тем, на две статьи Намбу и Йона-Ласинио имеется сегодня около 3500 ссылок, и они серьёзно повлияли на развитие теоретической физики элементарных частиц на многие годы вперёд. Парадоксально, но сейчас мы знаем, что почти всё в статьях Намбу–Йона-Ласинио и Вакса и Ларкина 1961 года, если читать их буквально, было неправильно. Сейчас известно, что конденсируются не протоны, а кварки (которые не были ещё известны в 1961 г.), что взаимодействие кварков не такое, как предполагали авторы, и так далее. Однако общая идея была, несомненно, правильной. Она даёт нам возможность понять, откуда берется масса у протонов.
Надо сказать, что Намбу зарекомендовал себя «придумщиком» многих блестящих идей. Это, возможно, выделило его в глазах нобелевского комитета в сравнении с его соавтором Йона-Ласинио. Из многих вещей упомяну, что Намбу является автором математического описания струны, которая, как полагают, натягивается между кварками при попытке их разведения (отсюда – конфайнмент кварков). Теория струн сегодня – бурно развивающаяся область теоретической физики высоких энергий, и этим мы отчасти обязаны Намбу. Премию, впрочем, дали ему не за это, а именно за работы 1961 года.
Как стало уже привычным, Нобелевская премия представляет собой сложное равновесие между научными, конъюнктурными и чисто человеческими соображениями, но все же присуждение премии 2008 г. этим трем физикам является, на мой взгляд, шагом вполне оправданным. Как Й. Намбу, так и М. Кобаяши и Т. Маскава внесли выдающийся вклад в современное понимание мира фундаментальных частиц и их взаимодействий.
См. также:
Большой адронный коллайдер: Изменится ли наше понимание Вселенной?Известный российский физик, доктор физико-математических наук, зам. директора Отделения теоретической физики Петербургского института ядерной физики РАН, зав. сектором теоретической физики высоких энергий, лауреат премии им. А.Гумбольдта (Германия), Дмитрий Дьяконов рассказал «Полит.ру» о том, кто принимал участие в создании Большого адронного коллайдера (БАКа), прокомментировал мрачные прогнозы, заполнившие мировые СМИ и поделился своими ожиданиями о том, какие тайны материи откроются в результате пуска нового ускорителя.
10 сентября 2008 г. в Европейском Центре ядерных исследований под Женевой, известном по французской аббревиатуре ЦЕРН, был запущен самый большой в мире ускоритель заряженных частиц (Large Hadron Collider, LHC), где протоны разгоняются практически до скорости света и их кинетическая энергия в 7500 раз больше энергии покоя.
Протоны ускоряются и летят внутри двух круговых замкнутых труб, проложенных под землёй в туннеле длиной 27 км: в одной трубе протоны летят по часовой, а в другой – против часовой стрелки. Туннель проходит как раз под границей Швейцарии и Франции, так что протоны нарушают границу туда и обратно 20000 раз в секунду. Чтобы воздух не мешал полёту протонов, он откачен из труб, причём до степени, превосходящей разреженность воздуха на безвоздушной Луне!
В четырёх местах пучки из двух труб пересекаются, и в этих местах происходит столкновение протонов с энергией, в 7 раз выше предыдущего рекорда, достигнутого на ускорителе Тэватрон в США. При столкновении протонов во все стороны летят «брызги» – элементарные частицы, их в среднем рождается порядка 100 на каждое столкновение. В проекте предусмотрено, что в будущем по тем же трубам будут ускорять не протоны, а ядра свинца: в этом случае при каждом столкновении ядер будет рождаться порядка 15000 новых частиц.
Само название ускорителя: «коллайдер» происходит от слова collide, т.е. сталкивать и обозначает ускоритель заряженных частиц, где имеется два пучка частиц, летящих навстречу друг другу. Слово «адрон» (от греческого «сильный») было придумано и введено в мировой обиход академиком Львом Борисовичем Окунем; оно обозначает сильновзаимодействующие элементарные частицы – протон, нейтрон и многие другие нестабильные частицы, а в широком смысле также и ядра. Так что получился как раз «адронный коллайдер»: два пучка протонов или ядер, ускоряемых навстречу друг другу.
Каждую частицу, рождённую при столкновении протонов или ядер, надо зарегистрировать: установить точное время появления «новорожденной», её массу, заряд, скорость и направление вылета. Причём делать это надо оперативно: ожидаются сотни миллионов столкновений в секунду! Для этого каждое из четырёх мест столкновения окружают детекторами – огромными устройствами размером с большой многоэтажный дом, начинёнными сложнейшей современной электроникой. Основных детектора четыре, они получили название ATLAS, CMS, ALICE и LHCb.
Большим международным коллективам, работающим на этих детекторах, предстоит разобраться в огромном потоке информации о частицах, рождающихся при столкновениях протонов, и извлечь из него крупицы истины – сведения об устройстве материи на новом, ещё более микроскопическом уровне, чем сами протоны и электроны. По существу LHC – это микроскоп, с помощью которого физики разглядывают, из чего и как сделана материя.
И сам ускоритель, и детекторы – чудо инженерной мысли, передовой край современной техники, стоит всё это около 8 миллиардов евро. Отдельные страны не могут позволить себе таких расходов, поэтому в бюджет Большого адронного коллайдера свои вклады внесли все европейские страны-участницы ЦЕРН. Большие средства вложили США и Япония.
Россия не является членом ЦЕРНа, но традиционно сотрудничает с ним. Решение о строительстве и финансировании LHC принималось в начале 1990-х годов, когда мы были нищими. Тем не менее – и это огромная заслуга тогдашнего министра науки и технической политики Бориса Салтыкова – России удалось войти в исследовательские группы по всем четырем детекторам, причём на льготных для нас условиях: при непропорционально низком финансовом вкладе, российские физики составляют чуть ли не четверть большой международной команды, которая будет «снимать сливки» с работы ускорителя. Но на российских физиков приходится также и большая нагрузка при монтаже и отладке сложного оборудования, да и многие части четырёх детекторов изготовлялись в России.
В чём же состоят эти «сливки», что мы надеемся выяснить нового о природе и мире? В том-то и прелесть, что мы не знаем, – можно только гадать. С пуском LHC происходит прорыв на новый, более глубокий, неизвестный до сих пор уровень организации материи.
Хочу напомнить, что ровно 100 лет назад Резерфорд построил «большой адронный коллайдер» того времени: он ускорял альфа-частицы (то есть ядра гелия), которые попадали на тонкую золотую фольгу, а Резерфорд подсчитывал, сколько альфа-частиц пролетит насквозь, а сколько отскочит назад. Из этого опыта он пришёл к выводу, что атомы золота состоят из тяжёлого и компактного ядра, вокруг которого витают лёгкие электроны, то есть он пришёл к той самой «планетарной» картинке атома, которая сегодня изображена на каждом учреждении, связанном с атомом. Можно было предугадать это? Нет, напротив: до опыта Резерфорда господствовала модель атома Томпсона, оказавшаяся полностью неверной.
Открыть-то правильную планетарную модель атома Резерфорд открыл, но в ней был заложен парадокс: отрицательно заряженные электроны должны были бы очень быстро падать на положительно заряженные ядра, а между тем атомы, из которых мы состоим, вполне стабильны. Раздумывая над этим парадоксом, Нильс Бор пришёл к тому, что в микромире правят не классические законы физики, а другие, которые теперь называют квантовой физикой. На основе именно этих квантовых законов сделаны сегодня все компьютеры, мобильники и так далее. Без Бора и Резерфорда, без «большого коллайдера» начала XX века ничего этого не было бы. Поэтому знание бесценно.
Куда, к каким практическим устройствам приведёт нас понимание, как устроена материя на более глубоком уровне, чем ядра и протоны, – мы не знаем и знать не можем. Это, как и поэзия, – «езда в незнаемое». Задача физики – понять, как устроен мир. Невозможно сделать практическое устройство, если ты не понимаешь, как оно «работает». А что последует из результатов, полученных на LHC, – какая-нибудь новая «кварктроника» или новый способ путешествия к далёким звёздам, мы узнаем лет через 50.
Но, на самом деле, практическая польза от LHC есть уже сейчас, ещё до вывода его на полную мощность. Я уже говорил, что и сам ускоритель, и детекторы – это вершина технической мысли. А разрабатывали всё это физики, инженеры; заказы передавались в промышленность разных стран, в том числе в России. Значит, LHC подымает технологию, причём в самых разных областях – от сверхпроводящих материалов до сверхбыстрой электроники.
Кстати, об электронике. Может быть, не все знают, что Интернет и Всемирная паутина родились именно в ЦЕРНе. Поскольку исследования, в которых участвуют большие международные коллективы, ведутся там давно, в 80-е годы стала насущной задача быстрой передачи больших массивов данных среди многих пользователей, разбросанных по всем континентам. Так в ЦЕРНе был впервые создан прототип Всемирной паутины и разработано соответствующее программное обеспечение. Количество информации в секунду, которое будет теперь производиться на LHC, опять беспрецедентно, и опять её надо передавать во все страны, где работают участники экспериментов. Поэтому создаётся новая система для быстрого распространения огромных массивов данных – GRID. Возможно, и на этот раз разработка ЦЕРНа станет прототипом того, чем через несколько лет будут пользоваться обыватели на всех континентах.
Ещё я хотел сказать о мрачных прогнозах конца света – единственно, чем, к сожалению, заполнены СМИ всех стран в связи с пуском LHC. Вообще-то тут есть, над чем подумать. Можно теоретически предположить, что наш мир находится в метастабильном состоянии, и столкновение частиц с беспрецедентно высокой плотностью энергии, пусть в маленьком объёме, может спровоцировать переход нашего мира в настоящее стабильное состояние. Такое будет, натурально, сопровождаться выделением большого количества энергии, причём ударная волна будет двигаться из Женевы со скоростью света! Не со скоростью звука, как в «Колыбели для кошки» Курта Воннегута, а света!
Во-первых, я хочу заявить, что это была бы самая прекрасная смерть, о которой можно только мечтать. Вы ничего не узнаете о грядущей смерти, не почувствуете боли (потому что мозг испарится в то же мгновение, что и рецепторы боли), не узнаете о гибели близких, не подумаете плохих мыслей. «Прихватит» и инопланетян, и другие галактики. Живого не станет, а Вселенная перейдёт в другое состояние…
Во-вторых, хорошо или плохо, но этого не будет. Дело в том, что Землю и другие небесные тела постоянно бомбардируют космические лучи, в том числе с энергиями, на несколько порядков превышающими энергию протонов в LHC. И ничего, Вселенная живёт себе уже 14 миллиардов лет, а жизнь на Земле существует 3-4 миллиарда лет. Так что можно смело делать предсказание, что человечество переживёт пуск LHC на проектную мощность. Тем более, что уже никто не упрекнёт вас, если вы ошибётесь.
См. также:
10 сентября 2008 г. в Европейском Центре ядерных исследований под Женевой, известном по французской аббревиатуре ЦЕРН, был запущен самый большой в мире ускоритель заряженных частиц (Large Hadron Collider, LHC), где протоны разгоняются практически до скорости света и их кинетическая энергия в 7500 раз больше энергии покоя.
Протоны ускоряются и летят внутри двух круговых замкнутых труб, проложенных под землёй в туннеле длиной 27 км: в одной трубе протоны летят по часовой, а в другой – против часовой стрелки. Туннель проходит как раз под границей Швейцарии и Франции, так что протоны нарушают границу туда и обратно 20000 раз в секунду. Чтобы воздух не мешал полёту протонов, он откачен из труб, причём до степени, превосходящей разреженность воздуха на безвоздушной Луне!
В четырёх местах пучки из двух труб пересекаются, и в этих местах происходит столкновение протонов с энергией, в 7 раз выше предыдущего рекорда, достигнутого на ускорителе Тэватрон в США. При столкновении протонов во все стороны летят «брызги» – элементарные частицы, их в среднем рождается порядка 100 на каждое столкновение. В проекте предусмотрено, что в будущем по тем же трубам будут ускорять не протоны, а ядра свинца: в этом случае при каждом столкновении ядер будет рождаться порядка 15000 новых частиц.
Само название ускорителя: «коллайдер» происходит от слова collide, т.е. сталкивать и обозначает ускоритель заряженных частиц, где имеется два пучка частиц, летящих навстречу друг другу. Слово «адрон» (от греческого «сильный») было придумано и введено в мировой обиход академиком Львом Борисовичем Окунем; оно обозначает сильновзаимодействующие элементарные частицы – протон, нейтрон и многие другие нестабильные частицы, а в широком смысле также и ядра. Так что получился как раз «адронный коллайдер»: два пучка протонов или ядер, ускоряемых навстречу друг другу.
Каждую частицу, рождённую при столкновении протонов или ядер, надо зарегистрировать: установить точное время появления «новорожденной», её массу, заряд, скорость и направление вылета. Причём делать это надо оперативно: ожидаются сотни миллионов столкновений в секунду! Для этого каждое из четырёх мест столкновения окружают детекторами – огромными устройствами размером с большой многоэтажный дом, начинёнными сложнейшей современной электроникой. Основных детектора четыре, они получили название ATLAS, CMS, ALICE и LHCb.
Большим международным коллективам, работающим на этих детекторах, предстоит разобраться в огромном потоке информации о частицах, рождающихся при столкновениях протонов, и извлечь из него крупицы истины – сведения об устройстве материи на новом, ещё более микроскопическом уровне, чем сами протоны и электроны. По существу LHC – это микроскоп, с помощью которого физики разглядывают, из чего и как сделана материя.
И сам ускоритель, и детекторы – чудо инженерной мысли, передовой край современной техники, стоит всё это около 8 миллиардов евро. Отдельные страны не могут позволить себе таких расходов, поэтому в бюджет Большого адронного коллайдера свои вклады внесли все европейские страны-участницы ЦЕРН. Большие средства вложили США и Япония.
Россия не является членом ЦЕРНа, но традиционно сотрудничает с ним. Решение о строительстве и финансировании LHC принималось в начале 1990-х годов, когда мы были нищими. Тем не менее – и это огромная заслуга тогдашнего министра науки и технической политики Бориса Салтыкова – России удалось войти в исследовательские группы по всем четырем детекторам, причём на льготных для нас условиях: при непропорционально низком финансовом вкладе, российские физики составляют чуть ли не четверть большой международной команды, которая будет «снимать сливки» с работы ускорителя. Но на российских физиков приходится также и большая нагрузка при монтаже и отладке сложного оборудования, да и многие части четырёх детекторов изготовлялись в России.
В чём же состоят эти «сливки», что мы надеемся выяснить нового о природе и мире? В том-то и прелесть, что мы не знаем, – можно только гадать. С пуском LHC происходит прорыв на новый, более глубокий, неизвестный до сих пор уровень организации материи.
Хочу напомнить, что ровно 100 лет назад Резерфорд построил «большой адронный коллайдер» того времени: он ускорял альфа-частицы (то есть ядра гелия), которые попадали на тонкую золотую фольгу, а Резерфорд подсчитывал, сколько альфа-частиц пролетит насквозь, а сколько отскочит назад. Из этого опыта он пришёл к выводу, что атомы золота состоят из тяжёлого и компактного ядра, вокруг которого витают лёгкие электроны, то есть он пришёл к той самой «планетарной» картинке атома, которая сегодня изображена на каждом учреждении, связанном с атомом. Можно было предугадать это? Нет, напротив: до опыта Резерфорда господствовала модель атома Томпсона, оказавшаяся полностью неверной.
Открыть-то правильную планетарную модель атома Резерфорд открыл, но в ней был заложен парадокс: отрицательно заряженные электроны должны были бы очень быстро падать на положительно заряженные ядра, а между тем атомы, из которых мы состоим, вполне стабильны. Раздумывая над этим парадоксом, Нильс Бор пришёл к тому, что в микромире правят не классические законы физики, а другие, которые теперь называют квантовой физикой. На основе именно этих квантовых законов сделаны сегодня все компьютеры, мобильники и так далее. Без Бора и Резерфорда, без «большого коллайдера» начала XX века ничего этого не было бы. Поэтому знание бесценно.
Куда, к каким практическим устройствам приведёт нас понимание, как устроена материя на более глубоком уровне, чем ядра и протоны, – мы не знаем и знать не можем. Это, как и поэзия, – «езда в незнаемое». Задача физики – понять, как устроен мир. Невозможно сделать практическое устройство, если ты не понимаешь, как оно «работает». А что последует из результатов, полученных на LHC, – какая-нибудь новая «кварктроника» или новый способ путешествия к далёким звёздам, мы узнаем лет через 50.
Но, на самом деле, практическая польза от LHC есть уже сейчас, ещё до вывода его на полную мощность. Я уже говорил, что и сам ускоритель, и детекторы – это вершина технической мысли. А разрабатывали всё это физики, инженеры; заказы передавались в промышленность разных стран, в том числе в России. Значит, LHC подымает технологию, причём в самых разных областях – от сверхпроводящих материалов до сверхбыстрой электроники.
Кстати, об электронике. Может быть, не все знают, что Интернет и Всемирная паутина родились именно в ЦЕРНе. Поскольку исследования, в которых участвуют большие международные коллективы, ведутся там давно, в 80-е годы стала насущной задача быстрой передачи больших массивов данных среди многих пользователей, разбросанных по всем континентам. Так в ЦЕРНе был впервые создан прототип Всемирной паутины и разработано соответствующее программное обеспечение. Количество информации в секунду, которое будет теперь производиться на LHC, опять беспрецедентно, и опять её надо передавать во все страны, где работают участники экспериментов. Поэтому создаётся новая система для быстрого распространения огромных массивов данных – GRID. Возможно, и на этот раз разработка ЦЕРНа станет прототипом того, чем через несколько лет будут пользоваться обыватели на всех континентах.
Ещё я хотел сказать о мрачных прогнозах конца света – единственно, чем, к сожалению, заполнены СМИ всех стран в связи с пуском LHC. Вообще-то тут есть, над чем подумать. Можно теоретически предположить, что наш мир находится в метастабильном состоянии, и столкновение частиц с беспрецедентно высокой плотностью энергии, пусть в маленьком объёме, может спровоцировать переход нашего мира в настоящее стабильное состояние. Такое будет, натурально, сопровождаться выделением большого количества энергии, причём ударная волна будет двигаться из Женевы со скоростью света! Не со скоростью звука, как в «Колыбели для кошки» Курта Воннегута, а света!
Во-первых, я хочу заявить, что это была бы самая прекрасная смерть, о которой можно только мечтать. Вы ничего не узнаете о грядущей смерти, не почувствуете боли (потому что мозг испарится в то же мгновение, что и рецепторы боли), не узнаете о гибели близких, не подумаете плохих мыслей. «Прихватит» и инопланетян, и другие галактики. Живого не станет, а Вселенная перейдёт в другое состояние…
Во-вторых, хорошо или плохо, но этого не будет. Дело в том, что Землю и другие небесные тела постоянно бомбардируют космические лучи, в том числе с энергиями, на несколько порядков превышающими энергию протонов в LHC. И ничего, Вселенная живёт себе уже 14 миллиардов лет, а жизнь на Земле существует 3-4 миллиарда лет. Так что можно смело делать предсказание, что человечество переживёт пуск LHC на проектную мощность. Тем более, что уже никто не упрекнёт вас, если вы ошибётесь.
См. также:
среда, 28 июля 2010 г.
КОНЕЦ ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ НАУКИ?
А.А.Крушанов доктор философских наук, Институт философии РАН
На главную страницу
Темы дня:
• Сюрпризы инфракрасной астрономии
• Ученые пролили свет на необъяснимые свойства воды
• Ученые выясили, в чем заключаются лечебные свойства чеснока
• Профессор психиатрии определил основную функцию сна
• Cозданным для советской лунной программы двигателям нашли применение
• Загадочная "цивилизация Караля": первый город Нового Света
• История создания последней отечественной автоматической станции, побывавшей на Луне
begun Дать объявление
Лучшие туры в Австрию
Туры и путевки в Австрию. Вена, Зальцбург, экскурсии по городам Европы
www.votpusk.ru
Все объявления
В обсуждении перспектив фундаментальных исследований в последнее время стал заметен очень неортодоксальный поворот темы. Автор этого нового и буквально скандального подхода к серьезной академической проблеме Джон Хорган — его книга «Конец науки (взгляд на ограниченность знания на закате Века Науки)», вышедшая в 1996-м, несколько лет назад была издана и по-русски, — заявил: мы переживаем закат фундаментальной науки. Все самое интересное и значимое — не будущее Большой науки, но ее славное прошлое. Все современные ученые — «в списке опоздавших». Им «приходится мириться <…> с законом тяготения Ньютона, теорией естественного отбора Дарвина и теорией относительности Эйнштейна». «Дальнейшие исследования не дадут великих открытий или революций, а только малую, незначительную отдачу».
В ответ на такую пессимистичную идею можно было бы просто улыбнуться и промолчать: мало ли какие безумства случаются в мире? Но это — заявление человека, весьма искушенного в вопросах развития научного познания. В период выработки своей бунтарской позиции Хорган работал в уважаемом журнале Scientific American, где в числе прочего интервьюировал именитых ученых. Его взгляд на развитие фундаментальной науки формировался в личных беседах с ведущими исследователями ХХ века — это подробно описано в его теперь уже широко известной книге.
Да, это не делает заявление Хоргана бесспорным. Но удивительно, что разговоры даже с признанными научными авторитетами не убедили автора идеи «конца науки» в том, что самое интересное и значимое в фундаментальных исследованиях еще впереди. Относительно недавно в журнале Discover появилось интервью с Хорганом в связи с десятилетием выхода его эпатажной книги. Журнал просил автора уточнить: не отказался ли он от своей идеи за десять минувших лет? Выяснилось: несмотря на жесткую критику — нет. Как бы, однако, в пылу неприятия идеи «конца науки» не потерять и разумного содержания поднятой темы. Тем более что книга вызвала международный резонанс. Она влияет и на политиков, планирующих бюджет науки, и на налогоплательщиков, которые этих политиков выбирают.
Первые отклики появились и в России. Но все же декларация Хоргана пока не очень известна российским исследователям, не обсуждалась как следует и не оценивалась. Так рассмотрим же его позицию и аргументы, как обосновывается идея «конца науки», и прокомментируем ее с помощью наших известных ученых.
Аргументы внутринаучного характера
Надо признать: наука сегодня может гордиться большими достижениями. «Исследователи уже составили карту нашей физической реальности, от микрокосма кварков и электронов до макрокосма планет, звезд и галактик. Физики показали, что всей материей управляет несколько основных сил: сила притяжения, электромагнетизм, а также сильные и слабые ядерные силы».
По влиянию на наши представления научные открытия можно разделить, по крайней мере, на три ранга:
1. Самые фундаментальные открытия, принципиально меняющие общее представление о мире.
Таких немного. Среди них — теория естественного отбора Дарвина, дополненная представлениями о структуре ДНК; квантовая механика с ее неустраняемым вероятностным элементом; теория относительности Эйнштейна с идеей неабсолютности пространства и времени; открытие феномена расширения Вселенной. Это уровень выработки широких и радикальных по смыслу парадигм. Точных критериев отбора открытий этого ранга Хорган не приводит, но дает общие пояснения: «Сознание того, что мы, люди, были созданы Богом не одномоментно, а постепенно, путем естественного отбора, явилось большим потрясением. Большинство других аспектов человеческой эволюции — относящихся к тому, где, когда и как именно появился Homo sapiens, — это детали. Они могут быть интересными, но маловероятно, что удивят, если только не покажут, что основные постулаты ученых об эволюции неверны. Мы можем узнать, например, что внезапный скачок в развитии нашего разума был катализирован вмешательством инопланетян, как в фильме «2001 год». Это будет очень большим сюрпризом».
Открытия этого ранга доказали свою мощь и надежность. Это подтверждают и практические наработки вроде лазера, который не возник бы без квантовой механики, биотехнологий, родившихся лишь благодаря фундаментальным успехам эволюционной биологии, дополненной представлениями о структуре ДНК.
«Квантовая механика и теория относительности были настолько новы и удивительны, насколько можно только желать. Но они получили всеобщее признание не потому, что дали интеллектуальный импульс, а потому что были эффективны: они точно предсказали результат экспериментов. Старые теории стары обоснованно. Они устойчивы и гибки. У них есть сверхъестественное соответствие реальности. Они даже могут быть Истиной».
2. Открытия второго ранга, характеризующие большую сферу явлений, но не меняющие сложившейся общей картины мира.
В отличие от перевернувшего основы открытия Эйнштейном относительности времени и пространства или идей о расширении Вселенной, открытие того, «что протоны и нейтроны состоят из частиц, называемых кварками, — было гораздо меньшим сюрпризом»: оно лишь расширило квантовую теорию. «Основы физики остались нетронутыми».
3. Открытия, уточняющие или детализирующие открытия второго ранга.
«Большинство исследователей, — отмечает Хорган, — <…> довольствуются оттачиванием и применением блестящих пионерских открытий своих предшественников», пытаясь, скажем, «более точно измерить массу кварков или определить, как данный участок ДНК влияет на развитие мозга эмбриона».
Автора тревожит чувство, что наука оскудела открытиями первого ранга. Беспокойство усиливается и тем, что ожиданий первого ранга не содержат и прогнозы, и приоритеты развития науки. В 1995 году в журнале «Сайенс» ведущие ученые дали прогнозы в своих областях по поводу того, что может быть достигнуто в течение следующих 20 лет. По сути, оказывается: они «предсказывали не «великие открытия», а в основном довольно приземленные применения текущих знаний»: «усовершенствованные методы разработки лекарств, более совершенные тесты для определения генетических расстройств, более точные мозговые сканеры»... «Некоторые предсказания имели негативный характер. «Любой, кто ожидает подобный человеческому разум от компьютера в следующие 50 лет, обречен на разочарование», — заявляет физик, лауреат Нобелевской премии Филип Андерсон».
Возникает «наивный» вопрос: а «предстоят ли еще какие-то по-настоящему большие изменения в нашей концептуальной Вселенной»? Может быть, современные ученые обращаются к теме конца науки не случайно? Тем более что выяснилось: познание, очевидно, будут сдерживать открытые самой наукой естественные ограничения, тоже вынуждающие скептически смотреть на будущее фундаментальных исследований.
В ряде случаев надо иметь в виду ограниченность изучаемой предметной области. Планета Земля велика, но не настолько, чтобы не ограничивать возможности и ожидания географии: на Земле, кажется, для географов уже не осталось достойных «белых пятен». Та же картина и в анатомии. Даже астрономы уже исследовали нашу Вселенную на протяжении, поражающем воображение. Заглянуть в другие Вселенные мы едва ли сможем. Опять ограниченность предмета? Даже такого неограниченного?
А ведь успехи познания выявляют и другие его ограничения. Квантовая механика открыла неустранимость элемента неопределенности в получаемых знаниях — это не сможет не сдерживать познание в дальнейшем. Наработки по хаосу Мандельброта в свою очередь показали, что природа часто исключает возможности отслеживания причинно-следственных взаимосвязей. А принципиальное ограничение скоростей перемещения скоростью света ставит крест на мечтах космонавтики практически изучить иные звездные миры и отдаленные районы Вселенной.
Стоит помнить и о том, как резко усложнилась теоретическая работа на границах познания. Теория суперструн под силу лишь очень немногим продвинутым и увлеченным исследователям. А каким «супертяжелым» может оказаться следующий уровень сложности? Преодолимым ли?
Было бы неправильно утверждать, что научное сообщество в лице самых сильных и продвинутых своих представителей вообще не пытается выходить за пределы «нереволюционной», а то и вполне тривиальной работы. Напротив сильнейшие ученые стремятся «вырваться на свободу из душащего их влияния прошлого».
За это приходится платить высокую цену. В итоге рождается очень экстравагантный вид исследовательской деятельности: «ироническая» наука, предлагающая, в лучшем случае, любопытные мнения, но не сосредоточенная на истине. «Она не может достичь эмпирически подтверждаемых сюрпризов, которые заставляют ученых существенно пересматривать базовое описание реальности». С появлением теории суперструн нобелевский лауреат Шелдон Глешоу «разочаровался в поиске унификации» и заявил: «Те, кто работает над суперструнами и другими общими теориями, больше не занимаются физикой», поскольку их размышления вышли за пределы любой возможной эмпирической проверки. «Впервые со времен раннего средневековья, — говорит он, — мы видим, как может закончиться наш благородный поиск, когда вера еще раз заменит науку».
Истоки иронической науки понятны. Сильные ученые пытаются выйти за пределы сложившихся парадигм и для этого идут на разные уловки. Такие попытки обычно получают широкий отклик в СМИ, тем более что ироническая наука обещает научные революции. Но реально ее значение лишь в том, что она в своем лучшем виде «держит нас в благоговении перед тайной Вселенной».
Если же говорить о содержательной стороне иронической науки, можно отметить, что «наиболее часто встречающийся фон конца науки — достижения удовлетворяющей всех теории» — способность человека изобретать вопросы, на которые не найти ответов. В случае представления ценной теории, объясняющей все, кто-нибудь всегда может спросить (и спросит), откуда мы знаем, что кварки и даже суперструны (в маловероятном случае, если в один прекрасный день докажут их существование) не состоят из еще более мелких сущностей — и так до бесконечности? Откуда мы знаем, что видимая Вселенная не является одной из бесконечного числа Вселенных? Была наша Вселенная необходима или это космическая счастливая случайность? А как насчет жизни?» «Независимо от того, как далеко зайдет эмпирическая наука, наше воображение всегда может зайти дальше. Это самое серьезное препятствие надеждам — и страхам — ученых, что мы найдем Ответ, Теорию, которая навсегда удовлетворит наше любопытство».
Но проблема в том, что это не относится к собственно науке. «Ставя вопросы, на которые наука не может ответить, сильные ученые могут продолжать поиск знаний в гипотетическом режиме, <…> даже после того, как эмпирической науке — науке, которая отвечает на вопросы, — придет конец». Но надо четко осознавать: «никакого значительного вклада в сами знания» это не даст.
Увы, предположение о движении науки к возможному концу в обозримой перспективе может быть подкреплено не только познавательными аргументами.
Внепознавательные аргументы
Тезис о конце науки — для многих вызывающий уже в силу сложившейся традиции считать науку неотъемлемой особенностью общественной жизни. Но это мешает увидеть и оценить реальную сложность развития науки на современном этапе, ее нынешний потенциал или отсутствие такового.
Между тем, «если смотреть в исторической перспективе, то современная эпоха быстрого научного и технологического прогресса кажется не постоянным свойством реальности, а отклонением, счастливой случайностью, продуктом единичной конвергенции социальных, интеллектуальных и политических факторов».
В самом деле, скажем, бушмены в пределах ареала своего обитания ориентируются без всякой науки и, видимо, лучше, чем это смог бы делать представитель развитого общества, взращенный под надзором науки. Европа в средние века пребывала под духовным водительством религии и вполне обошлась без активной опоры на науку.
Ныне мы, полагает Хорган, переоцениваем значимость науки в силу того, что в ХХ веке в условиях холодной войны шла гонка вооружений, искусственно подстегнувшая интерес к научно-техническому развитию во имя военных целей: «Неудивительно, что современные государства стали ревностными поборниками веры в то, что наука бесконечна. Наука породила такие чудеса, как ядерное оружие, ядерная энергия, реактивные самолеты, радар, компьютеры, ракеты».
Но то была искусственная ситуация. Холодная война — мощный стимул фундаментальных исследований в США и СССР — кончилась. У США и бывших советских республик куда меньше мотивов «строить космические станции и огромные машины просто для того, чтобы продемонстрировать свою мощь. Общество становится все более чувствительным к негативным последствиям науки и техники — таким, как загрязнение окружающей среды, радиоактивное загрязнение и оружие массового поражения. Даже политические лидеры, которые традиционно были самыми стойкими защитниками ценности научного прогресса, начали демонстрировать антинаучные настроения».
И общество стало живо интересоваться экономической стороной научного познания. Особенно в связи с тем, что работа на границах познания часто требует огромных затрат, но их полезность научное сообщество далеко не всегда способно убедительно обосновать. Поэтому, скажем, прекратили строительство суперколлайдера в США, хотя к моменту закрытия проекта подрядчики потратили уже 2 миллиарда долларов и вырыли тоннель длиной 15 миль.
Не могут не вызывать сомнений и возможные будущие проекты: «Для того чтобы исследовать космос, в котором, как думают, находятся суперструны, физикам придется построить ускоритель частиц размером в 1000 световых лет в окружности. (А всю Солнечную систему можно облететь за один световой день.) И даже ускоритель такого размера не позволит нам увидеть дополнительные измерения, в которых действуют суперструны».
Малозаметное на этом фоне, но важное обстоятельство — и социальная сторона дела. Предсказуемое снижение финансирования фундаментальных исследований приведет к оттоку талантливой молодежи в другие сферы. Его усилит — особенно в связи с неясностью исследовательских перблагосостояния и беззаботности граждан будут расти потребительские, гедонистические настроения.
Все эти аргументы Хорган приводит, чтобы привлечь внимание читателей к простой исходной идее-вопросу: «Даже если у общества будут желание и средства для строительства больших ускорителей и таким образом будет поддержана жизнь физики частиц — по крайней мере временно — насколько вероятно, что физики узнают нечто по-настоящему новое и удивительное, как, например, квантовая механика?» Но дело, конечно, не только и не столько в физике частиц.
«Конец науки» в отдельных дисциплинах
Название каждой из глав книги Хоргана начинается со слова «Конец»: физики, космологии, эволюционной биологии, социологии, неврологии и ряда других областей знания.
Для уточнения позиции автора рассмотрим суть его рассуждений на примере самых фундаментальных областей науки: космологии и эволюционной биологии.
Конец космологии
Автор начинает повествование с описания своей поездки в 1990 году на международный Нобелевский симпозиум «Рождение и ранняя эволюция нашей Вселенной». Среди главных докладчиков был Стивен Хокинг — он рассуждал о «червоточинах», соединяющих удаленные пространственно-временные области. То, что он говорил, поразило автора как абсолютная нелепость. «Червоточины?Вселенные-детки? Бесконечномерное суперпространство струнной теории? Это казалось похожим скорее на научную фантастику, чем на науку».
Это впечатление укрепила и конференция в целом.
При всем понимании, пишет Хорган, что вокруг собрались «очень умные люди», он не мог избавиться от чувства, что здесь «рассматривались вопросы, безнадежно удаленные от реальности, от любого возможного эмпирического опыта. Что представляла собой Вселенная, когда она была размером с баскетбольный мяч, горошину, или протон, или суперструну? Какое влияние оказывают на нашу Вселенную все другие Вселенные, подсоединенные к ней через червоточины?» Он «пытался подавить в себе инстинктивное чувство нелепости происходящего»: «во взрослых мужчинах <…>, спорящих по подобным вопросам, было одновременно что-то величественное и комическое».
Общий вывод: «Большая часть современной космологии, в частности аспекты, вдохновляемые теориями из физики элементарных частиц, объясняющими все, и другими эзотерическими идеями, на самом деле нелепа». Или же это наука ироническая, которую нельзя проверить эмпирически или решить ее задачи даже в принципе. То есть — «вовсе не наука в прямом смысле слова». Ирония в том, «что Хокинг был первым выдающимся физиком своего поколения, предсказавшим, что физика может вскоре создать полную, унифицированную теорию природы и таким образом прийти к собственному концу. Он выдал это пророчество в 1980 году, как раз после того, как его назначили профессором математики Кембриджского университета на пост, который около 300 лет назад занимал Ньютон».
Ироничность проводимой ныне в космологии работы, в общем, осознают и сами ведущие исследователи. Так, один из «немногих соперников Стивена Хокинга как практика иронической космологии» Андрей Линде на вопрос, не беспокоит ли его, что вся работа может оказаться чушью, ответил, «что пытается не очень привязываться к своим собственным идеям. Иногда модели очень странные, и если относиться к ним слишком серьезно, есть опасность попасть в капкан. <…> это походит на бег по очень тонкому льду на поверхности озера. Если бежишь очень быстро, то можешь не утонуть и пробежать большое расстояние. Но если остановишься, чтобы подумать, в том ли направлении бежишь, то можешь провалиться и утонуть». «Похоже, Линде говорил, — комментирует Хорган, — что его цель как физика — не достижение решения, не поиск Ответа, и даже просто какого-то ответа, а продолжение движения».
Здравое отношение к современной космологии демонстрирует и активный пропагандист теории инфляционной Вселенной Дэвид Шрамм. Эта теория, сказал он, «никогда не может быть всесторонне подтверждена, потому что не рождает никаких уникальных предсказаний <…>, которые не могут быть объяснены каким-то другим путем». С Большим Взрывом, по его словам, «дело обстоит иначе». Эта гипотеза сейчас «фантастически обоснована». «У нас есть общая схема, нам просто нужно заполнить пробелы».
Хорган пишет о физике Х. Джорджи: «Он находил работы по квантовой космологии и все эти разговоры о червоточинах, путешествиях во времени и вселенных-детках довольно забавными, подобными чтению Книги Бытия. Что касается инфляции, то это «великолепный научный миф, который по меньшей мере так же хорош, как любой другой миф о творении», который ему приходилось слышать».
«Теория Большого Взрыва для астрономии», по Хоргану, — «то же, что теория естественного отбора Дарвина для биологии: она дает связь, смысл, знание, единое изложение». «Мы знаем, что Вселенная расширяется и могла уже расширяться от 10 до 20 миллиардов лет точно так же, как биологи знают, что вся жизнь произошла от общего предка путем естественного отбора. Но то, что астрофизики преодолеют свое базовое понимание, так же маловероятно, как и то, что биологи прыгнут за дарвинизм. <…> Конец 80-х и начало 90-х запомнятся как золотой век космологии, когда область достигла идеального равновесия между знанием и незнанием».
А что если «астрофизики уже имеют в виде теории Большого Взрыва основной ответ на загадку Вселенной» и «все, что осталось, — это в самом деле лишь свести концы с концами»? «При этом условии не удивительно, что сильные ученые типа Хокинга перескочили через теорию Большого Взрыва в постэмпирическую науку»: «что еще делать такому творческому и честолюбивому человеку?»
Конец биологии
Насколько в этом разделе обоснована авторская позиция — сказать трудно. Но главная идея выражена категорично: «Ни одна другая область науки не отягощена так своим прошлым, как эволюционная биология». В широком смысле ее «можно определить как попытку интеллектуальных наследников Дарвина прийти к мало-мальски приемлемому соглашению с его подавляющим влиянием». «Открытие в 1953 году структуры ДНК — программы, по которой создаются все организмы, — подтвердило дарвиновскую догадку о том, что вся жизнь связана и происходит из общего источника. Открытие Уотсона и Крика также показало источник как неизменяемости, так и изменчивости, которые делают возможным естественный отбор».
В итоге: «Что может сделать молодой, полный амбиций биолог, чтобы оставить свой след в эпоху постдарвинизма, пост-ДНК?» Альтернатива одна: «стать в большей степени дарвинистом, чем Дарвин, принять дарвиновскую теорию <…> как абсолют».
Содержательных претензий к эволюционной биологии у Хоргана несколько:
1. Как историческая наука, она может предложить лишь «ретроспективные объяснения, а не предсказания»;
2. «На самые глубокие вопросы биологии — в какой степени жизнь на Земле неизбежна? Является ли дарвинизм вселенским или чисто земным законом? — не будет правильного ответа до тех пор, пока у нас есть только одна форма жизни для изучения».
Второе выглядит для позиции автора решающим. «Была жизнь на Земле неизбежной или это случайное событие? Произошло ли это в других местах или только в этом месте? Все эти вопросы можно решить только при условии, если мы обнаружим жизнь вне Земли. Общество, кажется, все менее настроено финансировать такие исследования». То есть загадочность жизни останется непроясненной.
И даже при щедром финансировании космонавтики перспектива этой темы неясна. Можно, конечно, предположить, «что в конце концов мы определим, что микробы существовали или до сих пор существуют на Марсе. Эта находка даст огромный толчок изучению происхождения жизни и биологии в целом». Но вряд ли это избавит науку от присущих ей ограничений. «Если мы найдем жизнь на Марсе, то будем знать, что жизнь существует еще в одном месте Солнечной системы. Но мы все равно не будем знать, существует ли жизнь еще где-то во Вселенной, и перед нами все равно останутся преграды, которые мешают нам определенно ответить на этот вопрос».
Что же получается?
Хорган — вовсе не противник науки. Он — скорее активный энтузиаст научного познания и специально замечает: «Некоторые обозреватели обеспокоились, что «Конец науки» будет использован для оправдания урезания, если не прекращения финансирования исследований. Я сам бы забеспокоился, если бы поднялась волна поддержки моего тезиса среди федеральных официальных лиц, членов Конгресса или в массах». Но куда больше его тревожит, что его «предсказания могут оттолкнуть молодых людей от занятий наукой».
Впрочем, важнее увидеть за эпатажными заявлениями Хоргана интересный вопрос. Почему наука больше не рождает гигантов, подобных Эйнштейну и Бору? Джеймс Глейк, автор биографии Ричарда Фейнмана, предложил парадоксальный ответ: есть много Эйнштейнов и Боров. Сейчас так много ученых на уровне гения, что одному человеку стало труднее выделиться. Хорган с этим согласен. И все же он настаивает: у гениев нашей эры — куда меньше возможностей для открытий, чем было у Эйнштейна и Бора.
Что до собственных выводов Хоргана о судьбе науки, они, скорее, ошибочны. Но важно, что он обратил внимание ученых на действительно важные вопросы развития фундаментальных исследований, которых они прежде не затрагивали.
Каковы границы науки и есть ли они вообще? Бесконечна ли наука или она смертна, как и мы? Если верно последнее — виден ли конец?
Словом, вдруг обозначилась тема неортодоксальная, но очень значимая по легко угадываемым потенциальным практическим следствиям. Над ней стоит задуматься.
Источник: "Знание - Сила" Контекстная рекламаБегун
Развитие эмбриона
Календарь BabyCenter - крупного ресурса о материнстве.
А.А.Крушанов доктор философских наук, Институт философии РАН
На главную страницу
Темы дня:
• Сюрпризы инфракрасной астрономии
• Ученые пролили свет на необъяснимые свойства воды
• Ученые выясили, в чем заключаются лечебные свойства чеснока
• Профессор психиатрии определил основную функцию сна
• Cозданным для советской лунной программы двигателям нашли применение
• Загадочная "цивилизация Караля": первый город Нового Света
• История создания последней отечественной автоматической станции, побывавшей на Луне
begun Дать объявление
Лучшие туры в Австрию
Туры и путевки в Австрию. Вена, Зальцбург, экскурсии по городам Европы
www.votpusk.ru
Все объявления
В обсуждении перспектив фундаментальных исследований в последнее время стал заметен очень неортодоксальный поворот темы. Автор этого нового и буквально скандального подхода к серьезной академической проблеме Джон Хорган — его книга «Конец науки (взгляд на ограниченность знания на закате Века Науки)», вышедшая в 1996-м, несколько лет назад была издана и по-русски, — заявил: мы переживаем закат фундаментальной науки. Все самое интересное и значимое — не будущее Большой науки, но ее славное прошлое. Все современные ученые — «в списке опоздавших». Им «приходится мириться <…> с законом тяготения Ньютона, теорией естественного отбора Дарвина и теорией относительности Эйнштейна». «Дальнейшие исследования не дадут великих открытий или революций, а только малую, незначительную отдачу».
В ответ на такую пессимистичную идею можно было бы просто улыбнуться и промолчать: мало ли какие безумства случаются в мире? Но это — заявление человека, весьма искушенного в вопросах развития научного познания. В период выработки своей бунтарской позиции Хорган работал в уважаемом журнале Scientific American, где в числе прочего интервьюировал именитых ученых. Его взгляд на развитие фундаментальной науки формировался в личных беседах с ведущими исследователями ХХ века — это подробно описано в его теперь уже широко известной книге.
Да, это не делает заявление Хоргана бесспорным. Но удивительно, что разговоры даже с признанными научными авторитетами не убедили автора идеи «конца науки» в том, что самое интересное и значимое в фундаментальных исследованиях еще впереди. Относительно недавно в журнале Discover появилось интервью с Хорганом в связи с десятилетием выхода его эпатажной книги. Журнал просил автора уточнить: не отказался ли он от своей идеи за десять минувших лет? Выяснилось: несмотря на жесткую критику — нет. Как бы, однако, в пылу неприятия идеи «конца науки» не потерять и разумного содержания поднятой темы. Тем более что книга вызвала международный резонанс. Она влияет и на политиков, планирующих бюджет науки, и на налогоплательщиков, которые этих политиков выбирают.
Первые отклики появились и в России. Но все же декларация Хоргана пока не очень известна российским исследователям, не обсуждалась как следует и не оценивалась. Так рассмотрим же его позицию и аргументы, как обосновывается идея «конца науки», и прокомментируем ее с помощью наших известных ученых.
Аргументы внутринаучного характера
Надо признать: наука сегодня может гордиться большими достижениями. «Исследователи уже составили карту нашей физической реальности, от микрокосма кварков и электронов до макрокосма планет, звезд и галактик. Физики показали, что всей материей управляет несколько основных сил: сила притяжения, электромагнетизм, а также сильные и слабые ядерные силы».
По влиянию на наши представления научные открытия можно разделить, по крайней мере, на три ранга:
1. Самые фундаментальные открытия, принципиально меняющие общее представление о мире.
Таких немного. Среди них — теория естественного отбора Дарвина, дополненная представлениями о структуре ДНК; квантовая механика с ее неустраняемым вероятностным элементом; теория относительности Эйнштейна с идеей неабсолютности пространства и времени; открытие феномена расширения Вселенной. Это уровень выработки широких и радикальных по смыслу парадигм. Точных критериев отбора открытий этого ранга Хорган не приводит, но дает общие пояснения: «Сознание того, что мы, люди, были созданы Богом не одномоментно, а постепенно, путем естественного отбора, явилось большим потрясением. Большинство других аспектов человеческой эволюции — относящихся к тому, где, когда и как именно появился Homo sapiens, — это детали. Они могут быть интересными, но маловероятно, что удивят, если только не покажут, что основные постулаты ученых об эволюции неверны. Мы можем узнать, например, что внезапный скачок в развитии нашего разума был катализирован вмешательством инопланетян, как в фильме «2001 год». Это будет очень большим сюрпризом».
Открытия этого ранга доказали свою мощь и надежность. Это подтверждают и практические наработки вроде лазера, который не возник бы без квантовой механики, биотехнологий, родившихся лишь благодаря фундаментальным успехам эволюционной биологии, дополненной представлениями о структуре ДНК.
«Квантовая механика и теория относительности были настолько новы и удивительны, насколько можно только желать. Но они получили всеобщее признание не потому, что дали интеллектуальный импульс, а потому что были эффективны: они точно предсказали результат экспериментов. Старые теории стары обоснованно. Они устойчивы и гибки. У них есть сверхъестественное соответствие реальности. Они даже могут быть Истиной».
2. Открытия второго ранга, характеризующие большую сферу явлений, но не меняющие сложившейся общей картины мира.
В отличие от перевернувшего основы открытия Эйнштейном относительности времени и пространства или идей о расширении Вселенной, открытие того, «что протоны и нейтроны состоят из частиц, называемых кварками, — было гораздо меньшим сюрпризом»: оно лишь расширило квантовую теорию. «Основы физики остались нетронутыми».
3. Открытия, уточняющие или детализирующие открытия второго ранга.
«Большинство исследователей, — отмечает Хорган, — <…> довольствуются оттачиванием и применением блестящих пионерских открытий своих предшественников», пытаясь, скажем, «более точно измерить массу кварков или определить, как данный участок ДНК влияет на развитие мозга эмбриона».
Автора тревожит чувство, что наука оскудела открытиями первого ранга. Беспокойство усиливается и тем, что ожиданий первого ранга не содержат и прогнозы, и приоритеты развития науки. В 1995 году в журнале «Сайенс» ведущие ученые дали прогнозы в своих областях по поводу того, что может быть достигнуто в течение следующих 20 лет. По сути, оказывается: они «предсказывали не «великие открытия», а в основном довольно приземленные применения текущих знаний»: «усовершенствованные методы разработки лекарств, более совершенные тесты для определения генетических расстройств, более точные мозговые сканеры»... «Некоторые предсказания имели негативный характер. «Любой, кто ожидает подобный человеческому разум от компьютера в следующие 50 лет, обречен на разочарование», — заявляет физик, лауреат Нобелевской премии Филип Андерсон».
Возникает «наивный» вопрос: а «предстоят ли еще какие-то по-настоящему большие изменения в нашей концептуальной Вселенной»? Может быть, современные ученые обращаются к теме конца науки не случайно? Тем более что выяснилось: познание, очевидно, будут сдерживать открытые самой наукой естественные ограничения, тоже вынуждающие скептически смотреть на будущее фундаментальных исследований.
В ряде случаев надо иметь в виду ограниченность изучаемой предметной области. Планета Земля велика, но не настолько, чтобы не ограничивать возможности и ожидания географии: на Земле, кажется, для географов уже не осталось достойных «белых пятен». Та же картина и в анатомии. Даже астрономы уже исследовали нашу Вселенную на протяжении, поражающем воображение. Заглянуть в другие Вселенные мы едва ли сможем. Опять ограниченность предмета? Даже такого неограниченного?
А ведь успехи познания выявляют и другие его ограничения. Квантовая механика открыла неустранимость элемента неопределенности в получаемых знаниях — это не сможет не сдерживать познание в дальнейшем. Наработки по хаосу Мандельброта в свою очередь показали, что природа часто исключает возможности отслеживания причинно-следственных взаимосвязей. А принципиальное ограничение скоростей перемещения скоростью света ставит крест на мечтах космонавтики практически изучить иные звездные миры и отдаленные районы Вселенной.
Стоит помнить и о том, как резко усложнилась теоретическая работа на границах познания. Теория суперструн под силу лишь очень немногим продвинутым и увлеченным исследователям. А каким «супертяжелым» может оказаться следующий уровень сложности? Преодолимым ли?
Было бы неправильно утверждать, что научное сообщество в лице самых сильных и продвинутых своих представителей вообще не пытается выходить за пределы «нереволюционной», а то и вполне тривиальной работы. Напротив сильнейшие ученые стремятся «вырваться на свободу из душащего их влияния прошлого».
За это приходится платить высокую цену. В итоге рождается очень экстравагантный вид исследовательской деятельности: «ироническая» наука, предлагающая, в лучшем случае, любопытные мнения, но не сосредоточенная на истине. «Она не может достичь эмпирически подтверждаемых сюрпризов, которые заставляют ученых существенно пересматривать базовое описание реальности». С появлением теории суперструн нобелевский лауреат Шелдон Глешоу «разочаровался в поиске унификации» и заявил: «Те, кто работает над суперструнами и другими общими теориями, больше не занимаются физикой», поскольку их размышления вышли за пределы любой возможной эмпирической проверки. «Впервые со времен раннего средневековья, — говорит он, — мы видим, как может закончиться наш благородный поиск, когда вера еще раз заменит науку».
Истоки иронической науки понятны. Сильные ученые пытаются выйти за пределы сложившихся парадигм и для этого идут на разные уловки. Такие попытки обычно получают широкий отклик в СМИ, тем более что ироническая наука обещает научные революции. Но реально ее значение лишь в том, что она в своем лучшем виде «держит нас в благоговении перед тайной Вселенной».
Если же говорить о содержательной стороне иронической науки, можно отметить, что «наиболее часто встречающийся фон конца науки — достижения удовлетворяющей всех теории» — способность человека изобретать вопросы, на которые не найти ответов. В случае представления ценной теории, объясняющей все, кто-нибудь всегда может спросить (и спросит), откуда мы знаем, что кварки и даже суперструны (в маловероятном случае, если в один прекрасный день докажут их существование) не состоят из еще более мелких сущностей — и так до бесконечности? Откуда мы знаем, что видимая Вселенная не является одной из бесконечного числа Вселенных? Была наша Вселенная необходима или это космическая счастливая случайность? А как насчет жизни?» «Независимо от того, как далеко зайдет эмпирическая наука, наше воображение всегда может зайти дальше. Это самое серьезное препятствие надеждам — и страхам — ученых, что мы найдем Ответ, Теорию, которая навсегда удовлетворит наше любопытство».
Но проблема в том, что это не относится к собственно науке. «Ставя вопросы, на которые наука не может ответить, сильные ученые могут продолжать поиск знаний в гипотетическом режиме, <…> даже после того, как эмпирической науке — науке, которая отвечает на вопросы, — придет конец». Но надо четко осознавать: «никакого значительного вклада в сами знания» это не даст.
Увы, предположение о движении науки к возможному концу в обозримой перспективе может быть подкреплено не только познавательными аргументами.
Внепознавательные аргументы
Тезис о конце науки — для многих вызывающий уже в силу сложившейся традиции считать науку неотъемлемой особенностью общественной жизни. Но это мешает увидеть и оценить реальную сложность развития науки на современном этапе, ее нынешний потенциал или отсутствие такового.
Между тем, «если смотреть в исторической перспективе, то современная эпоха быстрого научного и технологического прогресса кажется не постоянным свойством реальности, а отклонением, счастливой случайностью, продуктом единичной конвергенции социальных, интеллектуальных и политических факторов».
В самом деле, скажем, бушмены в пределах ареала своего обитания ориентируются без всякой науки и, видимо, лучше, чем это смог бы делать представитель развитого общества, взращенный под надзором науки. Европа в средние века пребывала под духовным водительством религии и вполне обошлась без активной опоры на науку.
Ныне мы, полагает Хорган, переоцениваем значимость науки в силу того, что в ХХ веке в условиях холодной войны шла гонка вооружений, искусственно подстегнувшая интерес к научно-техническому развитию во имя военных целей: «Неудивительно, что современные государства стали ревностными поборниками веры в то, что наука бесконечна. Наука породила такие чудеса, как ядерное оружие, ядерная энергия, реактивные самолеты, радар, компьютеры, ракеты».
Но то была искусственная ситуация. Холодная война — мощный стимул фундаментальных исследований в США и СССР — кончилась. У США и бывших советских республик куда меньше мотивов «строить космические станции и огромные машины просто для того, чтобы продемонстрировать свою мощь. Общество становится все более чувствительным к негативным последствиям науки и техники — таким, как загрязнение окружающей среды, радиоактивное загрязнение и оружие массового поражения. Даже политические лидеры, которые традиционно были самыми стойкими защитниками ценности научного прогресса, начали демонстрировать антинаучные настроения».
И общество стало живо интересоваться экономической стороной научного познания. Особенно в связи с тем, что работа на границах познания часто требует огромных затрат, но их полезность научное сообщество далеко не всегда способно убедительно обосновать. Поэтому, скажем, прекратили строительство суперколлайдера в США, хотя к моменту закрытия проекта подрядчики потратили уже 2 миллиарда долларов и вырыли тоннель длиной 15 миль.
Не могут не вызывать сомнений и возможные будущие проекты: «Для того чтобы исследовать космос, в котором, как думают, находятся суперструны, физикам придется построить ускоритель частиц размером в 1000 световых лет в окружности. (А всю Солнечную систему можно облететь за один световой день.) И даже ускоритель такого размера не позволит нам увидеть дополнительные измерения, в которых действуют суперструны».
Малозаметное на этом фоне, но важное обстоятельство — и социальная сторона дела. Предсказуемое снижение финансирования фундаментальных исследований приведет к оттоку талантливой молодежи в другие сферы. Его усилит — особенно в связи с неясностью исследовательских перблагосостояния и беззаботности граждан будут расти потребительские, гедонистические настроения.
Все эти аргументы Хорган приводит, чтобы привлечь внимание читателей к простой исходной идее-вопросу: «Даже если у общества будут желание и средства для строительства больших ускорителей и таким образом будет поддержана жизнь физики частиц — по крайней мере временно — насколько вероятно, что физики узнают нечто по-настоящему новое и удивительное, как, например, квантовая механика?» Но дело, конечно, не только и не столько в физике частиц.
«Конец науки» в отдельных дисциплинах
Название каждой из глав книги Хоргана начинается со слова «Конец»: физики, космологии, эволюционной биологии, социологии, неврологии и ряда других областей знания.
Для уточнения позиции автора рассмотрим суть его рассуждений на примере самых фундаментальных областей науки: космологии и эволюционной биологии.
Конец космологии
Автор начинает повествование с описания своей поездки в 1990 году на международный Нобелевский симпозиум «Рождение и ранняя эволюция нашей Вселенной». Среди главных докладчиков был Стивен Хокинг — он рассуждал о «червоточинах», соединяющих удаленные пространственно-временные области. То, что он говорил, поразило автора как абсолютная нелепость. «Червоточины?Вселенные-детки? Бесконечномерное суперпространство струнной теории? Это казалось похожим скорее на научную фантастику, чем на науку».
Это впечатление укрепила и конференция в целом.
При всем понимании, пишет Хорган, что вокруг собрались «очень умные люди», он не мог избавиться от чувства, что здесь «рассматривались вопросы, безнадежно удаленные от реальности, от любого возможного эмпирического опыта. Что представляла собой Вселенная, когда она была размером с баскетбольный мяч, горошину, или протон, или суперструну? Какое влияние оказывают на нашу Вселенную все другие Вселенные, подсоединенные к ней через червоточины?» Он «пытался подавить в себе инстинктивное чувство нелепости происходящего»: «во взрослых мужчинах <…>, спорящих по подобным вопросам, было одновременно что-то величественное и комическое».
Общий вывод: «Большая часть современной космологии, в частности аспекты, вдохновляемые теориями из физики элементарных частиц, объясняющими все, и другими эзотерическими идеями, на самом деле нелепа». Или же это наука ироническая, которую нельзя проверить эмпирически или решить ее задачи даже в принципе. То есть — «вовсе не наука в прямом смысле слова». Ирония в том, «что Хокинг был первым выдающимся физиком своего поколения, предсказавшим, что физика может вскоре создать полную, унифицированную теорию природы и таким образом прийти к собственному концу. Он выдал это пророчество в 1980 году, как раз после того, как его назначили профессором математики Кембриджского университета на пост, который около 300 лет назад занимал Ньютон».
Ироничность проводимой ныне в космологии работы, в общем, осознают и сами ведущие исследователи. Так, один из «немногих соперников Стивена Хокинга как практика иронической космологии» Андрей Линде на вопрос, не беспокоит ли его, что вся работа может оказаться чушью, ответил, «что пытается не очень привязываться к своим собственным идеям. Иногда модели очень странные, и если относиться к ним слишком серьезно, есть опасность попасть в капкан. <…> это походит на бег по очень тонкому льду на поверхности озера. Если бежишь очень быстро, то можешь не утонуть и пробежать большое расстояние. Но если остановишься, чтобы подумать, в том ли направлении бежишь, то можешь провалиться и утонуть». «Похоже, Линде говорил, — комментирует Хорган, — что его цель как физика — не достижение решения, не поиск Ответа, и даже просто какого-то ответа, а продолжение движения».
Здравое отношение к современной космологии демонстрирует и активный пропагандист теории инфляционной Вселенной Дэвид Шрамм. Эта теория, сказал он, «никогда не может быть всесторонне подтверждена, потому что не рождает никаких уникальных предсказаний <…>, которые не могут быть объяснены каким-то другим путем». С Большим Взрывом, по его словам, «дело обстоит иначе». Эта гипотеза сейчас «фантастически обоснована». «У нас есть общая схема, нам просто нужно заполнить пробелы».
Хорган пишет о физике Х. Джорджи: «Он находил работы по квантовой космологии и все эти разговоры о червоточинах, путешествиях во времени и вселенных-детках довольно забавными, подобными чтению Книги Бытия. Что касается инфляции, то это «великолепный научный миф, который по меньшей мере так же хорош, как любой другой миф о творении», который ему приходилось слышать».
«Теория Большого Взрыва для астрономии», по Хоргану, — «то же, что теория естественного отбора Дарвина для биологии: она дает связь, смысл, знание, единое изложение». «Мы знаем, что Вселенная расширяется и могла уже расширяться от 10 до 20 миллиардов лет точно так же, как биологи знают, что вся жизнь произошла от общего предка путем естественного отбора. Но то, что астрофизики преодолеют свое базовое понимание, так же маловероятно, как и то, что биологи прыгнут за дарвинизм. <…> Конец 80-х и начало 90-х запомнятся как золотой век космологии, когда область достигла идеального равновесия между знанием и незнанием».
А что если «астрофизики уже имеют в виде теории Большого Взрыва основной ответ на загадку Вселенной» и «все, что осталось, — это в самом деле лишь свести концы с концами»? «При этом условии не удивительно, что сильные ученые типа Хокинга перескочили через теорию Большого Взрыва в постэмпирическую науку»: «что еще делать такому творческому и честолюбивому человеку?»
Конец биологии
Насколько в этом разделе обоснована авторская позиция — сказать трудно. Но главная идея выражена категорично: «Ни одна другая область науки не отягощена так своим прошлым, как эволюционная биология». В широком смысле ее «можно определить как попытку интеллектуальных наследников Дарвина прийти к мало-мальски приемлемому соглашению с его подавляющим влиянием». «Открытие в 1953 году структуры ДНК — программы, по которой создаются все организмы, — подтвердило дарвиновскую догадку о том, что вся жизнь связана и происходит из общего источника. Открытие Уотсона и Крика также показало источник как неизменяемости, так и изменчивости, которые делают возможным естественный отбор».
В итоге: «Что может сделать молодой, полный амбиций биолог, чтобы оставить свой след в эпоху постдарвинизма, пост-ДНК?» Альтернатива одна: «стать в большей степени дарвинистом, чем Дарвин, принять дарвиновскую теорию <…> как абсолют».
Содержательных претензий к эволюционной биологии у Хоргана несколько:
1. Как историческая наука, она может предложить лишь «ретроспективные объяснения, а не предсказания»;
2. «На самые глубокие вопросы биологии — в какой степени жизнь на Земле неизбежна? Является ли дарвинизм вселенским или чисто земным законом? — не будет правильного ответа до тех пор, пока у нас есть только одна форма жизни для изучения».
Второе выглядит для позиции автора решающим. «Была жизнь на Земле неизбежной или это случайное событие? Произошло ли это в других местах или только в этом месте? Все эти вопросы можно решить только при условии, если мы обнаружим жизнь вне Земли. Общество, кажется, все менее настроено финансировать такие исследования». То есть загадочность жизни останется непроясненной.
И даже при щедром финансировании космонавтики перспектива этой темы неясна. Можно, конечно, предположить, «что в конце концов мы определим, что микробы существовали или до сих пор существуют на Марсе. Эта находка даст огромный толчок изучению происхождения жизни и биологии в целом». Но вряд ли это избавит науку от присущих ей ограничений. «Если мы найдем жизнь на Марсе, то будем знать, что жизнь существует еще в одном месте Солнечной системы. Но мы все равно не будем знать, существует ли жизнь еще где-то во Вселенной, и перед нами все равно останутся преграды, которые мешают нам определенно ответить на этот вопрос».
Что же получается?
Хорган — вовсе не противник науки. Он — скорее активный энтузиаст научного познания и специально замечает: «Некоторые обозреватели обеспокоились, что «Конец науки» будет использован для оправдания урезания, если не прекращения финансирования исследований. Я сам бы забеспокоился, если бы поднялась волна поддержки моего тезиса среди федеральных официальных лиц, членов Конгресса или в массах». Но куда больше его тревожит, что его «предсказания могут оттолкнуть молодых людей от занятий наукой».
Впрочем, важнее увидеть за эпатажными заявлениями Хоргана интересный вопрос. Почему наука больше не рождает гигантов, подобных Эйнштейну и Бору? Джеймс Глейк, автор биографии Ричарда Фейнмана, предложил парадоксальный ответ: есть много Эйнштейнов и Боров. Сейчас так много ученых на уровне гения, что одному человеку стало труднее выделиться. Хорган с этим согласен. И все же он настаивает: у гениев нашей эры — куда меньше возможностей для открытий, чем было у Эйнштейна и Бора.
Что до собственных выводов Хоргана о судьбе науки, они, скорее, ошибочны. Но важно, что он обратил внимание ученых на действительно важные вопросы развития фундаментальных исследований, которых они прежде не затрагивали.
Каковы границы науки и есть ли они вообще? Бесконечна ли наука или она смертна, как и мы? Если верно последнее — виден ли конец?
Словом, вдруг обозначилась тема неортодоксальная, но очень значимая по легко угадываемым потенциальным практическим следствиям. Над ней стоит задуматься.
Источник: "Знание - Сила" Контекстная рекламаБегун
Развитие эмбриона
Календарь BabyCenter - крупного ресурса о материнстве.
Представлена интерактивная 360-градусная панорама всего ночного неба
15 сентября 2009
Удивительная панорама подаётся создателями как веб-инструмент, который "позволяет совершить захватывающее погружение в нашу галактику Млечный Путь, чтобы изучить опыт Вселенной". На снимке: Фредерик Таписсье за работой (фото ESO).
Европейская южная обсерватория выложила в Интернет первое из трёх изображений, полученных в ходе проекта GigaGalaxy Zoom: "картинка" с разрешением 800 миллионов пикселей, охватывающая весь небосвод, как сообщают астрономы, "раскрывает великолепный космический пейзаж, окружающий нашу крошечную голубую планету".
Кропотливую работу в сотрудничестве с обсерваторией провели известный французский писатель, журналист и фотограф Серж Брюнье (Serge Brunier) и его коллега Фредерик Таписсье (Frederic Tapissier).
В период между августом 2008 года и февралём 2009-го Брюнье фотографировал небо в Чили, а для того чтобы охватить весь Млечный Путь, Серж совершил недельную поездку на один из Канарских островов.
Эту интерактивную панораму c зумом, как и другие работы Брюнье, можно увидеть на этой странице. Ещё две "фотки" участники проекта GigaGalaxy Zoom обещают представить 21 и 28 сентября (изображение ESO).
Каждый из 300 участков небосклона Брюнье снимал камерой Nikon D3 с шестиминутной экспозицией по четыре раза, а Таписсье, воспользовавшись софтом AutoPano Pro Giga, объединил "сырые" снимки в единую панораму. Компьютерная обработка заняла 340 часов.
Вверху: гигантскую распечатку панорамы размером 12 х 6 метров до 13 сентября можно было увидеть в одном из казино Монако. Внизу: Серж ведёт съёмку в Чили у телескопа VLT (фото Serge Brunier).
Ранее мы показывали вам самую детальную панораму Марса и рассказывали о камере, которая делает панорамы в миллиарды пикселей, и аппарате, выдающем 65 тысяч градусов обзора в одном кадре.
15 сентября 2009
Удивительная панорама подаётся создателями как веб-инструмент, который "позволяет совершить захватывающее погружение в нашу галактику Млечный Путь, чтобы изучить опыт Вселенной". На снимке: Фредерик Таписсье за работой (фото ESO).
Европейская южная обсерватория выложила в Интернет первое из трёх изображений, полученных в ходе проекта GigaGalaxy Zoom: "картинка" с разрешением 800 миллионов пикселей, охватывающая весь небосвод, как сообщают астрономы, "раскрывает великолепный космический пейзаж, окружающий нашу крошечную голубую планету".
Кропотливую работу в сотрудничестве с обсерваторией провели известный французский писатель, журналист и фотограф Серж Брюнье (Serge Brunier) и его коллега Фредерик Таписсье (Frederic Tapissier).
В период между августом 2008 года и февралём 2009-го Брюнье фотографировал небо в Чили, а для того чтобы охватить весь Млечный Путь, Серж совершил недельную поездку на один из Канарских островов.
Эту интерактивную панораму c зумом, как и другие работы Брюнье, можно увидеть на этой странице. Ещё две "фотки" участники проекта GigaGalaxy Zoom обещают представить 21 и 28 сентября (изображение ESO).
Каждый из 300 участков небосклона Брюнье снимал камерой Nikon D3 с шестиминутной экспозицией по четыре раза, а Таписсье, воспользовавшись софтом AutoPano Pro Giga, объединил "сырые" снимки в единую панораму. Компьютерная обработка заняла 340 часов.
Вверху: гигантскую распечатку панорамы размером 12 х 6 метров до 13 сентября можно было увидеть в одном из казино Монако. Внизу: Серж ведёт съёмку в Чили у телескопа VLT (фото Serge Brunier).
Ранее мы показывали вам самую детальную панораму Марса и рассказывали о камере, которая делает панорамы в миллиарды пикселей, и аппарате, выдающем 65 тысяч градусов обзора в одном кадре.
вторник, 27 июля 2010 г.
АСТРОНОМЫ ЗАГЛЯНУЛИ В ПРОШЛОЕ И БУДУЩЕЕ ВСЕЛЕННОЙ
Светлана КУЗИНА
На главную страницу
Темы дня:
• Секреты Земли
• Ученые назвали способ активации безграничных возможностей мозга
• Гулливер в стране бактерий
• Взлетные полосы инопланетян свое уже отслужили: археологи окончательно разрешили тайну пустыни Наска
• Первые 100 литров лунной воды
• Американские физики пришли к сенсационному заключению
• Тайна Туринской плащаницы раскрыта?
begun Дать объявление
Аренда жилья для отдыха
Частный сектор. Жилье для отдыха и командировок. Сдача на сутки.
arenda.votpusk.ru
Все объявления
Какова судьба нашего Солнца, что произойдет с Галактикой и со Вселенной через миллиарды лет? Будут ли они существовать вечно или все вокруг ждет неизбежный конец? Вселенная все-таки расширяется?
Сенсационное открытие сделала не так давно международная группа ученых, работающая на Национальное управление США по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA). Анализируя данные о вспышках сверхновых звезд, астрономы пришли к выводу, что наша Вселенная расширяется все более быстрыми темпами.
А это свидетельствует о том, что в ней действует сила отталкивания пока неизвестной природы, которая противодействует силе гравитационного притяжения.
Ученые проанализировали данные об излучении 14 сверхновых звезд, располагающихся на расстоянии от 7 до 10 млрд световых лет от Земли. Самые далекие из этих звезд находились на полпути до границы видимой Вселенной. Поскольку свет распространяется с огромной, но все-таки конечной скоростью, то, изучая излучение от сверхновых звезд, находящихся на различном расстоянии, астрономы смогли заглянуть в прошлое Вселенной на 7-10 млрд лет.
Лишний член в уравнении Эйнштейна
По мнению исследователей, полученные результаты показывают, что сейчас Вселенная расширяется быстрее, чем в прошлом. И указывают на присутствие загадочной силы антигравитации, которая, являясь исключительно слабой, в земных масштабах не проявляется. В масштабах же Вселенной ее роль становится жизненно важной.
Наличие антигравитации предполагал еще Эйнштейн. Чтобы сделать Вселенную стационарной, «не дать» ей сжаться под действием тяготения, он в 1917 году ввел в уравнения пространства-времени общей теории относительности космологический член, который уравновешивал тяготение. Однако в 1929 году Эдвин Хаблл открыл, что Вселенная расширяется. После этого Эйнштейн назвал добавленный им в уравнения дополнительный член крупнейшей ошибкой своей жизни. Но, как теперь выясняется, великий физик был не так уж и неправ. Не исключено, что во Вселенной действительно существует сила антигравитации, во многом определяющая эволюцию и строение мироздания.
— Вселенная постепенно расширяется одинаково по всем направлениям, — рассказывает доцент Челябинского госуниверситета, кандидат физико-математических наук Владимир Карташов. — Все галактики удаляются друг от друга со скоростями, прямо пропорциональными расстояниям между ними. Чем дальше от нас находится та или иная галактика, тем быстрее она движется. И на расстояниях порядка 15-20 тысяч световых лет эта скорость удаления звездных систем достигает скорости света. А значит, световые лучи от более далеких космических объектов до нас дойти просто не успевают. Поэтому о том, что происходит на более далеких расстояниях, мы можем только догадываться.
Эра вырождения
Что же произойдет со Вселенной в отдаленном будущем? По разным оценкам специалистов, либо она будет расширяться вечно, либо в какой-то момент силы притяжения остановят разлетающиеся галактики и заставят их вновь сближаться. В случае бесконечного расширения существенные изменения будут происходить и внутри самих галактик. При исчерпании ядерного горючего одна за другой начнут угасать звезды. Последние звезды погаснут через 10 с 14 нулями лет. В результате разрушатся более сложные звездные системы, а также планетные. А другие звезды приобретут такие скорости, что покинут свои галактики. И через 10 с 18 нулями лет эти звездные острова лишатся большей части своих звезд. А то, что от них останется, под действием собственного притяжения испытает катастрофическое сжатие и превратится в галактические черные дыры. С этого момента будут удаляться друг от друга уже не галактики, а черные дыры и одиночно погасшие звезды, разбросанные в мировом пространстве.
А потом станет еще хуже, пророчат астрономы. Протоны — ядра атомов водорода — будут распадаться на более легкие частицы. И тогда через 1 с 33 нулями лет во Вселенной не останется ни атомов, ни молекул. Сохранятся только электроны, фотоны, нейтрино и медленно «испаряющиеся» черные дыры. Последние из них исчезнут через 10 со 100 нулями лет. И Вселенная превратится в расширяющийся и постепенно охлаждающийся фотонно-электронный газ.
А сохранится ли разумная жизнь во Вселенной? Член-корреспондент РАН, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник Астрокосмического центра Игорь Новиков считает, например, что разумная жизнь сохранится, но примет совершенно необычайные формы. Например, полевые формы жизни или «сгустки информации».
Если же фаза расширения со временем сменится на фазу сжатия, то затем вновь произойдет очередное расширение — и так без конца. Разработанный ряд теоретических моделей подобных «циклических» Вселенных показывает, что все в мире происходило не один раз.
Сменится ли расширение сжатием? Для того чтобы это произошло, общая масса Вселенной должна быть достаточно велика — тогда ее притяжение будет тормозить разбегание галактик и в коне концов остановит их разлет и заставит повернуть эти звездные острова вспять.
Солнце остынет, как выключенный утюг
Судьба Солнца, которому сейчас чуть больше 5 млрд лет (для сравнения — Млечному пути 10 млрд лет), более или менее ясна. Через 1 млрд лет наше дневное светило настолько разогреется, что запросто может спалить Землю. А через 8 млрд лет Солнце превратится в гигантскую звезду и, возможно, поглотит Землю. А затем превратится в белого карлика — совсем маленькую звезду, имеющую размеры уничтоженной им Земли. Произойдет это потому, что нечему будет гореть внутри светила — весь водород превратится в гелий. И долгие годы Солнце будет светить, остывая, как выключенный из розетки электрический утюг, постепенно превращаясь в холодное космическое тело. Остается надеяться, что человечество, если еще будет существовать до того времени, сможет улететь к более гостеприимной звезде.
— Многие десятилетия астрономы придерживались мнения, что Вселенная еще очень молода по геологическим масштабам: ей всего от 10 до 15 млрд лет, — рассуждает физик Карташов. — Если сейчас Вселенная расширяется, то чем дальше мы заглядываем в прошлое, тем меньше у нее были размеры. И было такое время, когда громадное количество вещества находилось в небольшом объеме и оно было разогрето до 10 млрд градусов.
С какой же скоростью сейчас расширяется Вселенная? Для ответа на вопрос надо знать, с какой скоростью галактики удаляются друг от друга. От одной из ближайших к нам галактик — туманности Андромеды свет до нас идет 2 млн лет! Значит, по космическим меркам, не очень-то и быстро «распухает» наше мироздание.
Будущее покрыто Туманностью Андромеды
Открытие расширяющейся Вселенной было главным достижением астрономов прошедшего ХХ века. Они поняли, что завтра Вселенная будет немного другая, чем сегодня. А сегодня, в начале ХХI века, астрономы гадают: какой она будет через многие годы?
По оценкам знаменитого американского астронома, члена Национальной академии наук в Вашингтоне Эдвина Хаббла, скорость удаления галактики увеличивается на 500 км в секунду при увеличении расстояния на 1 мегапарсек. Но эта оценка не устраивала многих ученых сразу же после ее определения. Ведь в таком случае Вселенная оказывалась моложе тех объектов, которые в ней находились!
Недавно внимание ученых привлекли 18 галактик, в которых находилось 800 звезд, меняющих свой блеск со строгой периодичностью. Эти оценки позволили ученым сказать, что Большой взрыв, когда Вселенная была совсем крошечной, произошел 12 млрд лет тому назад. И с тех пор она становится все больше и больше.
Но что с ней будет через 10 млрд лет? Чтобы ответить на этот вопрос, астрономам еще надо знать, сколько вещества находится во Вселенной. Если его много, то самогравитация будет способна остановить расширение.
И всю материю снова ждут сверхвысокие давления и температура. Жизнь неминуемо погибнет в пепле вселенского «пожара». Но если вещества во Вселенной мало, то оно не сможет противостоять расширению, и тогда увеличение расстояний между всеми ее объектами будет продолжаться вечно.
Ждет ли нас одиночество в холодной Вселенной или все сгорит в жаре очередного Большого взрыва? Последние измерения дают ученым возможность считать, что вещества во Вселенной мало, чтобы остановить ее расширение!
Первые звезды появились во Вселенной приблизительно через миллион лет после Большого взрыва и многие из них давно завершили свою жизнь. А обычных звезд типа нашего Солнца, сформировавшихся всего 4,5 млрд лет тому назад, в нашей Галактике очень много. Когда Солнце станет звездой-гигантом, человечеству придется думать, как избежать горячих солнечных объятий.
— Зато климат Марса через миллиард лет станет мягким, — обнадеживает Владимир Карташов. — А через 7 млрд лет жар Солнца расплавит лед на поверхностях спутников Юпитера. Космическая сцена будет заполнена столкновениями галактик друг с другом, а наша Галактика сольется с туманностью Андромеды.
И тогда будет все и не останется ничего
А что случится через 10 квинтильонов лет в отдельно взятой галактике?
— Массивные звезды превратятся в нейтронные звезды и черные дыры, — предполагает Карташов. — Звезды, похожие на Солнце, станут белыми карликами. А вот маломассивным звездам суждены громадные сроки жизни. Через триллионы лет некоторые из них все еще будут светить в значительно увеличившейся по своим размерам Вселенной. Около некоторых из них будут вращаться планеты, с поверхности которых можно было бы увидеть слабое солнце на фоне почти беззвездного неба. И даже самые маленькие звезды, масса которых в 50 раз меньше солнечной, в конце концов станут холодными карликами. Процесс звездообразования в галактиках существенно замедлится, и через некоторое время они вообще перестанут рождаться — все вещество будет находиться в белых карликах, нейтронных звездах или черных дырах. Звездная эра закончится через 100 квинтильонов лет (1 с 14 нулями!). После остывания всех объектов Вселенная станет холодной и темной. В ней воцарится вечная ночь!
Но кое-что интересное будет происходить и в Эру вырождения — так окрестили астрономы будущий исторический этап. Например, сверхмассивные черные дыры будут все увеличивать свои массы, во Вселенной исчезнут любые источники энергии, и в ней уже не будет происходить даже редких вспышек.
А что дальше ожидает Вселенную после ее остывания? И на этот вопрос ученые попытались найти ответ. По их мнению, ее заключительный этап связан с распадом протонов, то есть тех «кирпичиков», из которых состоит все мироздание. Правда, после этого распада появятся другие элементарные частицы и излучение, которое будет разогревать вещество. Но тепла будет настолько мало, сколько хватило бы на снабжение 400-ваттной лампочки. И температура поверхности тел Вселенной будет минус 273 градуса по шкале Цельсия.
Из-за того, что распад протонов уничтожит все вещество Вселенной, она кардинально изменит свои свойства. Даже черные дыры, имеющие массу современной галактики, будут «худеть», а процесс их исчезновения будет сопровождаться вспышкой жесткого гамма-излучения.
Но что же ждет Вселенную еще дальше во времени?
Вот какой страшный сценарий нарисовали ученые. В мире не останется ничего, что было бы связано между собой. Сохранятся только те частицы, на которые распался протон, да будут блуждать по громадным просторам Вселенной фотоны. Правда, оставшиеся после распада протона частицы могут образовывать огромные по размерам атомы позитрония — большие по размерам всей современной Вселенной. Но и эти атомы ждет через некоторое время превращение в излучение. Конечно, перед тем как погибнет наша Вселенная, люди наверняка перелетят к другой звезде, чтобы «погреться».
Источник: "Российский космос"
Оцените этот текст
1
2
3
4
5
Светлана КУЗИНА
На главную страницу
Темы дня:
• Секреты Земли
• Ученые назвали способ активации безграничных возможностей мозга
• Гулливер в стране бактерий
• Взлетные полосы инопланетян свое уже отслужили: археологи окончательно разрешили тайну пустыни Наска
• Первые 100 литров лунной воды
• Американские физики пришли к сенсационному заключению
• Тайна Туринской плащаницы раскрыта?
begun Дать объявление
Аренда жилья для отдыха
Частный сектор. Жилье для отдыха и командировок. Сдача на сутки.
arenda.votpusk.ru
Все объявления
Какова судьба нашего Солнца, что произойдет с Галактикой и со Вселенной через миллиарды лет? Будут ли они существовать вечно или все вокруг ждет неизбежный конец? Вселенная все-таки расширяется?
Сенсационное открытие сделала не так давно международная группа ученых, работающая на Национальное управление США по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA). Анализируя данные о вспышках сверхновых звезд, астрономы пришли к выводу, что наша Вселенная расширяется все более быстрыми темпами.
А это свидетельствует о том, что в ней действует сила отталкивания пока неизвестной природы, которая противодействует силе гравитационного притяжения.
Ученые проанализировали данные об излучении 14 сверхновых звезд, располагающихся на расстоянии от 7 до 10 млрд световых лет от Земли. Самые далекие из этих звезд находились на полпути до границы видимой Вселенной. Поскольку свет распространяется с огромной, но все-таки конечной скоростью, то, изучая излучение от сверхновых звезд, находящихся на различном расстоянии, астрономы смогли заглянуть в прошлое Вселенной на 7-10 млрд лет.
Лишний член в уравнении Эйнштейна
По мнению исследователей, полученные результаты показывают, что сейчас Вселенная расширяется быстрее, чем в прошлом. И указывают на присутствие загадочной силы антигравитации, которая, являясь исключительно слабой, в земных масштабах не проявляется. В масштабах же Вселенной ее роль становится жизненно важной.
Наличие антигравитации предполагал еще Эйнштейн. Чтобы сделать Вселенную стационарной, «не дать» ей сжаться под действием тяготения, он в 1917 году ввел в уравнения пространства-времени общей теории относительности космологический член, который уравновешивал тяготение. Однако в 1929 году Эдвин Хаблл открыл, что Вселенная расширяется. После этого Эйнштейн назвал добавленный им в уравнения дополнительный член крупнейшей ошибкой своей жизни. Но, как теперь выясняется, великий физик был не так уж и неправ. Не исключено, что во Вселенной действительно существует сила антигравитации, во многом определяющая эволюцию и строение мироздания.
— Вселенная постепенно расширяется одинаково по всем направлениям, — рассказывает доцент Челябинского госуниверситета, кандидат физико-математических наук Владимир Карташов. — Все галактики удаляются друг от друга со скоростями, прямо пропорциональными расстояниям между ними. Чем дальше от нас находится та или иная галактика, тем быстрее она движется. И на расстояниях порядка 15-20 тысяч световых лет эта скорость удаления звездных систем достигает скорости света. А значит, световые лучи от более далеких космических объектов до нас дойти просто не успевают. Поэтому о том, что происходит на более далеких расстояниях, мы можем только догадываться.
Эра вырождения
Что же произойдет со Вселенной в отдаленном будущем? По разным оценкам специалистов, либо она будет расширяться вечно, либо в какой-то момент силы притяжения остановят разлетающиеся галактики и заставят их вновь сближаться. В случае бесконечного расширения существенные изменения будут происходить и внутри самих галактик. При исчерпании ядерного горючего одна за другой начнут угасать звезды. Последние звезды погаснут через 10 с 14 нулями лет. В результате разрушатся более сложные звездные системы, а также планетные. А другие звезды приобретут такие скорости, что покинут свои галактики. И через 10 с 18 нулями лет эти звездные острова лишатся большей части своих звезд. А то, что от них останется, под действием собственного притяжения испытает катастрофическое сжатие и превратится в галактические черные дыры. С этого момента будут удаляться друг от друга уже не галактики, а черные дыры и одиночно погасшие звезды, разбросанные в мировом пространстве.
А потом станет еще хуже, пророчат астрономы. Протоны — ядра атомов водорода — будут распадаться на более легкие частицы. И тогда через 1 с 33 нулями лет во Вселенной не останется ни атомов, ни молекул. Сохранятся только электроны, фотоны, нейтрино и медленно «испаряющиеся» черные дыры. Последние из них исчезнут через 10 со 100 нулями лет. И Вселенная превратится в расширяющийся и постепенно охлаждающийся фотонно-электронный газ.
А сохранится ли разумная жизнь во Вселенной? Член-корреспондент РАН, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник Астрокосмического центра Игорь Новиков считает, например, что разумная жизнь сохранится, но примет совершенно необычайные формы. Например, полевые формы жизни или «сгустки информации».
Если же фаза расширения со временем сменится на фазу сжатия, то затем вновь произойдет очередное расширение — и так без конца. Разработанный ряд теоретических моделей подобных «циклических» Вселенных показывает, что все в мире происходило не один раз.
Сменится ли расширение сжатием? Для того чтобы это произошло, общая масса Вселенной должна быть достаточно велика — тогда ее притяжение будет тормозить разбегание галактик и в коне концов остановит их разлет и заставит повернуть эти звездные острова вспять.
Солнце остынет, как выключенный утюг
Судьба Солнца, которому сейчас чуть больше 5 млрд лет (для сравнения — Млечному пути 10 млрд лет), более или менее ясна. Через 1 млрд лет наше дневное светило настолько разогреется, что запросто может спалить Землю. А через 8 млрд лет Солнце превратится в гигантскую звезду и, возможно, поглотит Землю. А затем превратится в белого карлика — совсем маленькую звезду, имеющую размеры уничтоженной им Земли. Произойдет это потому, что нечему будет гореть внутри светила — весь водород превратится в гелий. И долгие годы Солнце будет светить, остывая, как выключенный из розетки электрический утюг, постепенно превращаясь в холодное космическое тело. Остается надеяться, что человечество, если еще будет существовать до того времени, сможет улететь к более гостеприимной звезде.
— Многие десятилетия астрономы придерживались мнения, что Вселенная еще очень молода по геологическим масштабам: ей всего от 10 до 15 млрд лет, — рассуждает физик Карташов. — Если сейчас Вселенная расширяется, то чем дальше мы заглядываем в прошлое, тем меньше у нее были размеры. И было такое время, когда громадное количество вещества находилось в небольшом объеме и оно было разогрето до 10 млрд градусов.
С какой же скоростью сейчас расширяется Вселенная? Для ответа на вопрос надо знать, с какой скоростью галактики удаляются друг от друга. От одной из ближайших к нам галактик — туманности Андромеды свет до нас идет 2 млн лет! Значит, по космическим меркам, не очень-то и быстро «распухает» наше мироздание.
Будущее покрыто Туманностью Андромеды
Открытие расширяющейся Вселенной было главным достижением астрономов прошедшего ХХ века. Они поняли, что завтра Вселенная будет немного другая, чем сегодня. А сегодня, в начале ХХI века, астрономы гадают: какой она будет через многие годы?
По оценкам знаменитого американского астронома, члена Национальной академии наук в Вашингтоне Эдвина Хаббла, скорость удаления галактики увеличивается на 500 км в секунду при увеличении расстояния на 1 мегапарсек. Но эта оценка не устраивала многих ученых сразу же после ее определения. Ведь в таком случае Вселенная оказывалась моложе тех объектов, которые в ней находились!
Недавно внимание ученых привлекли 18 галактик, в которых находилось 800 звезд, меняющих свой блеск со строгой периодичностью. Эти оценки позволили ученым сказать, что Большой взрыв, когда Вселенная была совсем крошечной, произошел 12 млрд лет тому назад. И с тех пор она становится все больше и больше.
Но что с ней будет через 10 млрд лет? Чтобы ответить на этот вопрос, астрономам еще надо знать, сколько вещества находится во Вселенной. Если его много, то самогравитация будет способна остановить расширение.
И всю материю снова ждут сверхвысокие давления и температура. Жизнь неминуемо погибнет в пепле вселенского «пожара». Но если вещества во Вселенной мало, то оно не сможет противостоять расширению, и тогда увеличение расстояний между всеми ее объектами будет продолжаться вечно.
Ждет ли нас одиночество в холодной Вселенной или все сгорит в жаре очередного Большого взрыва? Последние измерения дают ученым возможность считать, что вещества во Вселенной мало, чтобы остановить ее расширение!
Первые звезды появились во Вселенной приблизительно через миллион лет после Большого взрыва и многие из них давно завершили свою жизнь. А обычных звезд типа нашего Солнца, сформировавшихся всего 4,5 млрд лет тому назад, в нашей Галактике очень много. Когда Солнце станет звездой-гигантом, человечеству придется думать, как избежать горячих солнечных объятий.
— Зато климат Марса через миллиард лет станет мягким, — обнадеживает Владимир Карташов. — А через 7 млрд лет жар Солнца расплавит лед на поверхностях спутников Юпитера. Космическая сцена будет заполнена столкновениями галактик друг с другом, а наша Галактика сольется с туманностью Андромеды.
И тогда будет все и не останется ничего
А что случится через 10 квинтильонов лет в отдельно взятой галактике?
— Массивные звезды превратятся в нейтронные звезды и черные дыры, — предполагает Карташов. — Звезды, похожие на Солнце, станут белыми карликами. А вот маломассивным звездам суждены громадные сроки жизни. Через триллионы лет некоторые из них все еще будут светить в значительно увеличившейся по своим размерам Вселенной. Около некоторых из них будут вращаться планеты, с поверхности которых можно было бы увидеть слабое солнце на фоне почти беззвездного неба. И даже самые маленькие звезды, масса которых в 50 раз меньше солнечной, в конце концов станут холодными карликами. Процесс звездообразования в галактиках существенно замедлится, и через некоторое время они вообще перестанут рождаться — все вещество будет находиться в белых карликах, нейтронных звездах или черных дырах. Звездная эра закончится через 100 квинтильонов лет (1 с 14 нулями!). После остывания всех объектов Вселенная станет холодной и темной. В ней воцарится вечная ночь!
Но кое-что интересное будет происходить и в Эру вырождения — так окрестили астрономы будущий исторический этап. Например, сверхмассивные черные дыры будут все увеличивать свои массы, во Вселенной исчезнут любые источники энергии, и в ней уже не будет происходить даже редких вспышек.
А что дальше ожидает Вселенную после ее остывания? И на этот вопрос ученые попытались найти ответ. По их мнению, ее заключительный этап связан с распадом протонов, то есть тех «кирпичиков», из которых состоит все мироздание. Правда, после этого распада появятся другие элементарные частицы и излучение, которое будет разогревать вещество. Но тепла будет настолько мало, сколько хватило бы на снабжение 400-ваттной лампочки. И температура поверхности тел Вселенной будет минус 273 градуса по шкале Цельсия.
Из-за того, что распад протонов уничтожит все вещество Вселенной, она кардинально изменит свои свойства. Даже черные дыры, имеющие массу современной галактики, будут «худеть», а процесс их исчезновения будет сопровождаться вспышкой жесткого гамма-излучения.
Но что же ждет Вселенную еще дальше во времени?
Вот какой страшный сценарий нарисовали ученые. В мире не останется ничего, что было бы связано между собой. Сохранятся только те частицы, на которые распался протон, да будут блуждать по громадным просторам Вселенной фотоны. Правда, оставшиеся после распада протона частицы могут образовывать огромные по размерам атомы позитрония — большие по размерам всей современной Вселенной. Но и эти атомы ждет через некоторое время превращение в излучение. Конечно, перед тем как погибнет наша Вселенная, люди наверняка перелетят к другой звезде, чтобы «погреться».
Источник: "Российский космос"
Оцените этот текст
1
2
3
4
5
НАУЧНАЯ ЖИЗНЬ
ОТКРЫТИЯ
ТЕХНОЛОГИИ
ОБРАЗОВАНИЕ
ЭКСПЕРИМЕНТ
ЖИЗНЬ ЖИВОТНЫХ
АНАЛИЗ И ГИПОТЕЗЫ
ЭВОЛЮЦИЯ
КУЛЬТУРА
СКАНДАЛЫ
ЖУРНАЛЫ
ЗДОРОВЬЕ
Другие рубрикиПРЕССА-ПЕРИОДИКАФОТО ДНЯКОСМОСЭКОЛОГИЯМУЗЕЙПРОГНОЗАНЕКДОТЫНАУКА НА КАНАЛЕ "КУЛЬТУРА"ENGLISH VERSIONИНТЕЛЛИГЕНЦИЯ И ВЛАСТЬПОЛЯРНОМУ ГОДУ ПОСВЯЩАЕТСЯ...МЕЖДУНАРОДНЫЙ ГОД АСТРОНОМИИ-2009ГОД ГОГОЛЯГОД А.П. ЧЕХОВА
Полезно или вредно есть на ночь: ученые дали однозначный ответ
1. Что было до Большого взрыва и после него? Современная история сотворения мира
2. Палеонтологи объявили об уникальной находке, поднятой со дна Северного моря
3. Тайна навсегда: что произошло в районе реки Подкаменная Тунгуска
4. Чтобы научно смоделировать зарождение жизни, нужно быть Богом
5. Медики объяснили, почему умирающие парят над собственным телом
• наука и жизнь
• химия и жизнь
• знание - сила
• экология и жизнь
• земля и вселенная
• природа
• в мире науки
• наука из первых рук
• Фотолента
• Новости и статьи
• Анекдоты
HTMLTEXTSMSPALM КОИLATWIN
ЛЕСКОВ
СПЕЦПРОЕКТЫ
КОММЕНТАРИИ
ВЕРСИЯ ДЛЯ PDA
PDF-ВЕРСИЯ
ENGLISH VERSION
Июль 2010
Пн 5 12 19 26
Вт 6 13 20 27
Ср 7 14 21 28
Чт 1 8 15 22 29
Пт 2 9 16 23 30
Сб 3 10 17 24 31
Вс 4 11 18 25
• Известия.ру
• Яndex
• РИА Новости
• Грамота.ру
• "Наука и жизнь"
• "Химия и жизнь"
• "В мире науки"
• Телеканал "Культура"
• "Знание - сила"
• "Вокруг света"
• Медиа-Центр
• Фин. Известия
• Клуб "Известий"
• История создания революционного гаджета
• Какие тайны скрывает Мировой океан?
• Современная история сотворения мира
• Тайна навсегда: что произошло в районе реки Подкаменная Тунгуска
• Шкала накаливания: история московских климатических аномалий
• Разработан новый планшетный компьютер: индийский "прорыв в дешевизну"
• Аукционный дом выставит на торги необычное письмо Адольфа Гитлера
ЗАГАДКИ ДРЕВНЕЙ АСТРОНОМИИ
В.А. Юревич кандидат физико-математических наук
На главную страницу
Темы дня:
• Американские физики пришли к сенсационному заключению
• Параллельные миры: ученые приблизились к разгадке самой интригующей тайны мироздания
• Полезно или вредно есть на ночь: ученые дали однозначный ответ
• Одна из пряных трав оказывает заметный "молодящий" эффект
• Сечин-Бахо из долины Касма: древнейшая монументальная постройка Нового Света
• Астероид мрака и злобы: конец света переносится на 2012-й?
• Суперконтинент Пангея продолжает существовать?
begun Дать объявление
Аренда жилья для отдыха
Частный сектор. Жилье для отдыха и командировок. Сдача на сутки.
arenda.votpusk.ru
Все объявления
Древние жрецы-астрономы Старого и Нового Света иногда достигали очень высоких результатов в определении астрономических величин. Автор выдвигает предположения, каким образом майя могли получить столь точные сведения о длительности года, а в Месопотамии – о лунном синодическом месяце.
На идею этой публикации меня натолкнула одна фраза из статьи К. Рагглеса в книге "Астрономия древних обществ". По его мнению, мы кое-что знаем об астрономических знаниях майя, но почти ничего о том, как были получены с высокой точностью единицы измерения времени. Я задумался: как же древние жрецы-астрономы (и не только майя) могли добиться точности, и ныне поражающей нас. Какими инструментами они пользовались и как наблюдали? Это касается, прежде всего, двух рекордов точности в определении астрономических величин: продолжительность года у древних майя была известна с точностью 1 с, а лунного месяца в Вавилоне – до 0.5 с. Интересно выяснить, в чем заключалась заслуга древних астрономов, возможно, это угаданная точность.
Есть основания полагать, древним астрономам Мезоамерики было известно, что 1508 календарных лет по 365 сут или 29 календарных кругов по 52 года, равны 1507 солнечным годам. Но как они узнали об этих временных интервалах?
Исследователь древнего календаря американский ученый М. Эдмонсон в книге "Мезоамериканские календарные системы" утверждает, что такая зависимость была известна с 433 г. до н.э., то есть до появления цивилизации майя. В тот период уже существовали цивилизации ольмеков и сапотеков, первыми в Америке создавших письменность и календарь. В надписях на каменных стелах майя, где вообще очень много чисел, разделенные интервалами в 1508 и в 3016 лет даты встречаются чаще, чем могло бы ожидаться при простом совпадении. От себя добавлю, что к подобным аргументам я отношусь скептически. Видимо, количество однотипных надписей должно достигнуть критического числа, а в данном случае так и произошло. Длительность солнечного года вычисляется так: 365 х 1508 : 1507 = 365.242203 сут (точность получается прямо-таки поразительная). В настоящее время принято значение 365.242190 сут (Числовые значения астрономических величин взяты из книг П.Г. Куликовского "Справочник любителя астрономии" (М.: 2002) и Ван дер Вардена "Пробуждающаяся наука" (М.: 2005)). Различие длины года между нынешним и древних майя значениями – 1.1 с. Однако длительность года возрастает на 0.53 с в столетие по формуле С. Ньюкома: 365.24219879 – 0.0000000614 (t – 1900). В 500 г. во время расцвета цивилизации майя ошибка составляла 7 с, что тоже совсем неплохо. Думаю, что точная продолжительность года у майя получилась такой хорошей в значительной степени случайно.
Затерянный город Мачу Пикчу в Куско (Перу). Инки использовали визиры для наблюдения Солнца
Попробуем представить, как майя смогли обнаружить эту зависимость. Известно, что такие солнечные явления, как восход и заход в определенные дни года, издавна были предметом систематических наблюдений у всех древних народов. Индейцы Центральной Америки исключения не составляли. Археоастрономия установила, что в их городах находились гномоны, а в ориентации зданий отмечены солнечные направления. Наблюдая восход и заход Солнца в день, близкий к равноденствию, они легко могли заметить, что уже через год Солнце не взойдет точно на прежнем месте. В Старом Свете это наблюдение и желание согласовать календарь с Солнцем привели к созданию юлианского календаря, ведь при этом ровно через четыре года Солнце возвращалось почти точно на прежнее место. Различие в один день набегало примерно за 130 лет и долгое время никого не беспокоило.
Для наблюдений за Солнцем нужно было визир установить точно на
востоке (западе), уметь считать дни, а год должен содержать 365 сут. В равноденствии Солнце не всходит точно на востоке, но небольшое отклонение не помешает. Подобные визиры в столице инков Куско были двойными, их разделяло угловое расстояние, равное видимому диаметру Солнца. Это “принцип биссектора” в астрономии, он применяется во всех угломерных инструментах. Несложно определить день, когда Солнце всходило точно между двумя башнями далекого визира (испанцы сравнивали две границы визира со сторожевыми башнями, а потом их разрушили, считая предметами языческого культа). Предположим, что это произошло в первый год наблюдений либо визир когда-то поставили по восходу Солнца. В таком случае индейцы начинали свой год в день, близкий к равноденствию. Оставалось сосчитать дни и выяснить, когда же Солнце окажется снова точно между визирами. Выяснилось, что никогда. Через 365 сут оно оказывалось между ними, но чуть сдвинутым от прежнего места. После двух-трех лет (то есть интервалов в 365 сут) видимый диск Солнца больше отдалился от проема между визирами, наползая на один из ограничителей. Потом оказалось, что на четвертом году Солнце на день позже снова восходит почти точно между визирами.
Индейцы с научным интересом следили за данным процессом. Возможно, что они даже сознательно поставили задачу: определить, через сколько лет восход Солнца снова будет наблюдаться в том же месте, к исходному Новому году. С этой целью достаточно определить, за сколько дней Солнце сместится на один день по отношению к началу года. Получая 1461 сут за 365 х 4 + 1 сут (соответствует длине года – 365.25 сут). В Старом Свете тоже обнаружили такую же зависимость и создали юлианский календарь. Чтобы уточнить длину года, надо идти дальше, ведь накапливалась небольшая разница, остающаяся после четырехлетнего периода.
Жрецы-астрономы майя продолжали наблюдения. Вероятно, уже через 29 лет они заметили, что Солнце всходит снова между столбами, точнее, через каждое четырехлетие, на сей раз через 7 сут после начала очередного года, содержащего 365 сут. Можно вычислить – один день разницы набегает за 1513 сут, тогда длина года составит 365.24138 сут (различие от длины года в 500 г. – 78 с, что многовато). Еще через 5 лет Солнце снова взойдет между визирами, с опозданием на 8 сут. На сей раз от границ визира смещение будет в другую сторону и существенно меньшее, чем прежде. Итак, имеем другое приближение: 8 сут в 33 года. Один день разницы за 1507 сут (365 х 33 + 8 сут), точнее через 1506.625 сут, но дробей в то время еще не знали. При длине года в 365.24236 сут накапливается ошибка 6.5 с. Искомый результат лежит между 365.24138 и 365.24236 сут, ведь Солнце в этих двух случаях находилось по разные стороны от центра визира. Конечно, вывод был сделан не на основе единичного наблюдения, наверняка понадобилось несколько периодов в 29 и 33 года. Более правильная длина года близка к 365.24236 сут, который использовали при составлении календаря поэт и астроном Омар Хайям, создатель самого точного календаря из когда-либо бывших в употреблении в Старом Свете: восемь високосных годов на протяжении 33 лет.
Комплекс пирамид майя в Паленке (Мексика). Справа – пирамида Храма надписей, в которой найдена самая древняя надпись с вычислениями промежутков времени
У обитателей Центральной Америки число 13 считалось счастливым. В их религиозном календаре, содержащем 260 сут, самая излюбленная единица измерений – 13 дней. Почему бы не предположить, что и здесь они хотели получить величину, кратную 13, для столь важного интервала, по их мнению. Тогда майя добавили один день: 13 х 29 х 4 = 52 х 29, вышло близкое к реальности число суток – 1508. К тому же оно делится и на 52 – календарный круг. Древним майя повезло, так как точность этого метода составляет около 7.5 с при шаге отсчетов 1 день. Шаг ошибки невелик, а поправка на магию чисел в данном случае лишь изменила знак ошибки. Получается, после 33 лет наблюдений майя могли принять, что Солнце восходит точно на прежнем месте через 1508 сут. За 1508 лет накопится один год разницы (365 сут).
Аналогичными вычислениями пользовались древние египтяне (Земля и Вселенная, 1998, № 5; 1999, № 2). Свой календарный год в 365 сут (12 месяцев по 30 дней плюс дополнительных 5) они сравнивали не с солнечным годом, а с годом Сириуса - интервалом времени между двумя последовательными гелиакическими восходами Сириуса. Этот интервал на широте Мемфиса почти 3 тыс. лет (4300 – 1300 гг. до н.э.) сохранялся близким к 365.25 сут, тогда 1461 египетский год равнялся 1460 годам Сириуса.
После того как я пришел к выводу, как именно майя могли определить длительность солнечного года, подобную идею высказал М. Эдмонсон. По его мнению, майя нашли даты совпадения начала года с солнцестоянием и соседним равноденствием, определив промежуток между этими явлениями, после того как прошло 377 лет. Считая указанный интервал в четверть года, то год разницы накопится за 1508 лет. Мой вариант представляется предпочтительнее, поскольку дает результат уже через 33 года, обеспечивает возможность повторения наблюдений для контроля результата и не относит начало наблюдений слишком далеко – к IX в. до н.э. (Оставим в стороне вопрос, умели ли майя в то время определять даты солнцестояний и равноденствий.)
Луна и Плеяды. Фрагмент изображения звездного неба на глиняной табличке из Вавилона
Теперь рассмотрим лунные циклы. Майя достаточно хорошо определили длительность лунного синодического месяца (интервал смены фаз Луны, то есть период обращения Луны вокруг Земли). Они не пользовались дробями, а употребляли зависимость вида: 405 месяцев = 11 960 сут. Длительность месяца в этом варианте составляет 29.530864 сут (реально – 29.530589 сут), разница составляет 0.000275 сут, или 24 с.
Надписи с вычислениями промежутков времени встретились в нескольких городах майя. Например, они замечены на одной из стел в Копане (Гондурас). По-видимому, самая древняя запись относится к 692 г. и находится в Паленке. Майя первыми в мире ввели непрерывный счет времени (долгий счет), но не в годах, как у нас, а в сутках. Получается аналог наших юлианских дней, применяемых в астрономии. Существуют разные мнения о дате начала долгого счета майя. В Паленке встречается похожая надпись, сокращенная в пять раз: 81 мес = 2392 сут. Отсюда можно сделать вывод, что майя знали длительность лунного синодического месяца с большой точностью. Такие знания пришли к майя не везде и не сразу, в разных городах и в другое время встречаются несколько иные датировки. Например, 142 месяца = 4193 сут (ошибка – 209 с), 149 месяцев = 4400 сут (ошибка – 33 с), также соответствующее лунному месяцу – 29.53 сут, что совсем неплохо для Америки ранее XII в.
Кроме того, майя знали другую зависимость: 30 сидерических месяцев = 819 сут (ошибка достигает 31 мин). На самом деле этот интервал ближе к 820 сут: 27.32166 х 30 = 819.65 сут. Определить, когда Луна окажется на небе в окружении тех же самых звезд, как и месяц назад, несложно, а достигнуть хорошей точности затруднительно. Ведь путь Луны никогда точно не повторяется. Все же ошибка наблюдений в один день у майя маловероятна. Скорее всего, здесь тоже сыграла свою роль магия чисел. Предположим, число 819 древним жрецам более понравилось из-за совпадения с числом, получаемым при умножении трех примечательных чисел: 7 х 9 х 13 (в мифологии майя 9 – количество подземных сфер, 13 – светлых, надземных сфер). Возможно, число 819 предпочли потому, что при делении на 260 (длительность священного года) оно дает неплохое приближение к числу π: 819 : 260 = 3.15. Это было бы более интересно.
Попробуем понять, как древние астрономы могли определить длительность лунного месяца, ведь относительная точность очень велика. Если считать дни между полнолуниями и потом их усреднять, получим слишком длинный срок, чтобы достичь такой точности. Не говоря уже о продолжительности месяцев, изменяющейся в пределах 12 ч и почти одинаковом виде Луны в течение, по крайней мере, трех ночей вблизи полнолуния. К тому же усреднять результаты в древности еще не умели.
Существуют такие события – лунные затмения, которые легко отмечать в летописях и они происходят почти точно через целое число лунных месяцев. Нужно только установить период затмений, а это можно было сделать и без особых средств наблюдений, достаточно хорошо считать дни, а это майя умели. Так они и нашли период повторяемости затмений (назовем его сарос майя) – 405 месяцев, или 11 960 сут. Такой сарос чаще всего фигурирует в надписях майя. С его помощью мы и вычисляем длительность лунного месяца с ошибкой 24 с. Остается вопрос, нарушающий столь простую картину: почему же встречаются и другие вычисления дат с меньшей точностью?
Дальше астрономы Мезоамерики не продвинулись. Не успели. Зато лучшие календари появились в Старом Свете во времена Вавилона. Считается, что там был известен сарос (период повторяемости затмений) длительностью 18 лет и 10 сут. Через три периода затмения (тройной сарос – 54 года и 1 месяц) повторялись в том же месте земного шара. Тройной сарос по той же методике (669 лунных месяцев = 19756 сут) приводит к ошибке в определении лунного месяца в 4.64 с. Это лишний довод в пользу того, что вавилоняне знали сарос, в чем некоторые историки сомневаются.
Ученые считают, что еще в V в. до н.э. в Вавилоне точность синодического месяца достигала 0.4 с. Таким же календарем пользовался Гиппарх во II в. до н.э. Запись в шестидестиричной системе выглядит так: 29; 31, 50, 8, 20 = 29.530594 (каждое число отделено запятой в 60 раз меньше предыдущей). Надо отметить, что вавилонская система записи чисел выгодно отличается в передаче точных значений измеряемых величин, чем простые дроби майя.
Чтобы полноценно сравнить древние знания, мы должны были бы сопоставить астрономию майя с древневавилонской. Но от последней мало что осталось. К тому же это были в то время лучшие календарные системы. Так что будем говорить об астрономии Междуречья позднеассирийского и персидского периодов. Важно, что по своей идеологии вавилонская сферическая астрономия и астрометрия практически уже не отличались от наших. Там научились уже точно измерять время в течение суток и понимали значение этого фактора для точных астрономических определений. В наблюдениях использовались водяные часы (клепсидры). Единица измерения времени соответствовала смещению Солнца на 1° – около 4 мин. На поздних этапах истории (селевкидский период) совершенствование клепсидры дало возможность отмечать время с точностью до 1/6 от этой единицы измерения времени. Жрецы Вавилона знали о поправке часов и их контролировали, делая отметки прохождений через меридиан определенных ярких звезд, находящихся вблизи эклиптики.
По сохранившимся "дневникам наблюдений" можно судить, что в них фиксировались даты и моменты захода Солнца и Луны в вечер первой видимости Луны, моменты последнего видимого захода Луны перед восходом Солнца и самого этого восхода. В сообщениях о затмениях приводится промежуток времени между затмением и кульминацией ближайших звезд списка. Но один важный факт ухудшал ситуацию: счет дней шел по Солнцу, а интервалы внутри суток измерялись по сидерическому времени. Ведь ход времени у клепсидры контролировался по звездам.
Жрецы-астрономы смогли изучить скорость перемещения Луны среди звезд, выяснить существование драконического и аномалистического месяцев и найти их величины, построить теорию движения Луны по небу. Напомним, что драконический месяц – период между моментами пересечения видимого пути Луны на небе с эклиптикой, то есть с видимым путем Солнца. Затмения могут происходить только тогда, когда оба светила находятся вблизи точек пересечения – узлов лунной орбиты. По древнекитайским представлениям в узлах сидит дракон, который проглатывает Луну в ходе затмения, поэтому и появилось столь образное название для этого периода. Аномалистический месяц – период между прохождениями Луны через перигей, на кратчайшем расстоянии от Земли. Тогда скорость ее движения по небу максимальна. Длительности этих периодов записаны у вавилонян по тому же типу, что у майя: 6695 аномалистических месяцев равно 6247 синодических, 5923 драконических месяца соответствуют 5458 синодическим. Если вычислить длительности двух данных месяцев, приняв синодический месяц за 29.530864 сут, как у вавилонян, то получим 27.554536 и 27.212220 сут соответственно. Это немного отличается от современных значений: 27.554550 и 27.212221 сут (ошибки – 1.2 с и 0 с). Тут у меня явно не хватает фантазии вообразить, как была достигнута подобная точность. Отмечу лишь, что ошибка на единицу в числе аномалистических и драконических месяцев привел бы к ошибке в их длительности 6 – 7 мин. Лишнее указание на странность большой ошибки в длительности сидерического месяца. Что касается синодического месяца, то измерения интервала между крайними затмениями тройного сароса с точностью до 4 мин, а не до 1 сут, уже уменьшают его ошибку почти в 20 раз. Таким образом достигается точность 0.5 с.
Какова была длительность года у вавилонян? Мне пока не встретилась ни одна формула, где этот отрезок времени выражался в сутках – только в лунных месяцах. Если привести самое точное значение, то это 12; 22, 7, 52 = 12.368852 месяца, или 365.2595 сут, остальные не очень отличаются. Непонятна причина, почему ошибка получается существенная (около 25 мин), так как дробная часть близка к дробной части звездного года. Подобных выводов следовало ожидать, поскольку вавилоняне измеряли доли суток звездным временем.
Итак, похоже, с самыми простыми средствами можно достичь "астрономической точности". Нужны лишь желание и терпение.
Источник: "Земля и Вселенная", 2008, №4
Оцените этот текст
1
2
3
4
5
ОТКРЫТИЯ
ТЕХНОЛОГИИ
ОБРАЗОВАНИЕ
ЭКСПЕРИМЕНТ
ЖИЗНЬ ЖИВОТНЫХ
АНАЛИЗ И ГИПОТЕЗЫ
ЭВОЛЮЦИЯ
КУЛЬТУРА
СКАНДАЛЫ
ЖУРНАЛЫ
ЗДОРОВЬЕ
Другие рубрикиПРЕССА-ПЕРИОДИКАФОТО ДНЯКОСМОСЭКОЛОГИЯМУЗЕЙПРОГНОЗАНЕКДОТЫНАУКА НА КАНАЛЕ "КУЛЬТУРА"ENGLISH VERSIONИНТЕЛЛИГЕНЦИЯ И ВЛАСТЬПОЛЯРНОМУ ГОДУ ПОСВЯЩАЕТСЯ...МЕЖДУНАРОДНЫЙ ГОД АСТРОНОМИИ-2009ГОД ГОГОЛЯГОД А.П. ЧЕХОВА
Полезно или вредно есть на ночь: ученые дали однозначный ответ
1. Что было до Большого взрыва и после него? Современная история сотворения мира
2. Палеонтологи объявили об уникальной находке, поднятой со дна Северного моря
3. Тайна навсегда: что произошло в районе реки Подкаменная Тунгуска
4. Чтобы научно смоделировать зарождение жизни, нужно быть Богом
5. Медики объяснили, почему умирающие парят над собственным телом
• наука и жизнь
• химия и жизнь
• знание - сила
• экология и жизнь
• земля и вселенная
• природа
• в мире науки
• наука из первых рук
• Фотолента
• Новости и статьи
• Анекдоты
HTMLTEXTSMSPALM КОИLATWIN
ЛЕСКОВ
СПЕЦПРОЕКТЫ
КОММЕНТАРИИ
ВЕРСИЯ ДЛЯ PDA
PDF-ВЕРСИЯ
ENGLISH VERSION
Июль 2010
Пн 5 12 19 26
Вт 6 13 20 27
Ср 7 14 21 28
Чт 1 8 15 22 29
Пт 2 9 16 23 30
Сб 3 10 17 24 31
Вс 4 11 18 25
• Известия.ру
• Яndex
• РИА Новости
• Грамота.ру
• "Наука и жизнь"
• "Химия и жизнь"
• "В мире науки"
• Телеканал "Культура"
• "Знание - сила"
• "Вокруг света"
• Медиа-Центр
• Фин. Известия
• Клуб "Известий"
• История создания революционного гаджета
• Какие тайны скрывает Мировой океан?
• Современная история сотворения мира
• Тайна навсегда: что произошло в районе реки Подкаменная Тунгуска
• Шкала накаливания: история московских климатических аномалий
• Разработан новый планшетный компьютер: индийский "прорыв в дешевизну"
• Аукционный дом выставит на торги необычное письмо Адольфа Гитлера
ЗАГАДКИ ДРЕВНЕЙ АСТРОНОМИИ
В.А. Юревич кандидат физико-математических наук
На главную страницу
Темы дня:
• Американские физики пришли к сенсационному заключению
• Параллельные миры: ученые приблизились к разгадке самой интригующей тайны мироздания
• Полезно или вредно есть на ночь: ученые дали однозначный ответ
• Одна из пряных трав оказывает заметный "молодящий" эффект
• Сечин-Бахо из долины Касма: древнейшая монументальная постройка Нового Света
• Астероид мрака и злобы: конец света переносится на 2012-й?
• Суперконтинент Пангея продолжает существовать?
begun Дать объявление
Аренда жилья для отдыха
Частный сектор. Жилье для отдыха и командировок. Сдача на сутки.
arenda.votpusk.ru
Все объявления
Древние жрецы-астрономы Старого и Нового Света иногда достигали очень высоких результатов в определении астрономических величин. Автор выдвигает предположения, каким образом майя могли получить столь точные сведения о длительности года, а в Месопотамии – о лунном синодическом месяце.
На идею этой публикации меня натолкнула одна фраза из статьи К. Рагглеса в книге "Астрономия древних обществ". По его мнению, мы кое-что знаем об астрономических знаниях майя, но почти ничего о том, как были получены с высокой точностью единицы измерения времени. Я задумался: как же древние жрецы-астрономы (и не только майя) могли добиться точности, и ныне поражающей нас. Какими инструментами они пользовались и как наблюдали? Это касается, прежде всего, двух рекордов точности в определении астрономических величин: продолжительность года у древних майя была известна с точностью 1 с, а лунного месяца в Вавилоне – до 0.5 с. Интересно выяснить, в чем заключалась заслуга древних астрономов, возможно, это угаданная точность.
Есть основания полагать, древним астрономам Мезоамерики было известно, что 1508 календарных лет по 365 сут или 29 календарных кругов по 52 года, равны 1507 солнечным годам. Но как они узнали об этих временных интервалах?
Исследователь древнего календаря американский ученый М. Эдмонсон в книге "Мезоамериканские календарные системы" утверждает, что такая зависимость была известна с 433 г. до н.э., то есть до появления цивилизации майя. В тот период уже существовали цивилизации ольмеков и сапотеков, первыми в Америке создавших письменность и календарь. В надписях на каменных стелах майя, где вообще очень много чисел, разделенные интервалами в 1508 и в 3016 лет даты встречаются чаще, чем могло бы ожидаться при простом совпадении. От себя добавлю, что к подобным аргументам я отношусь скептически. Видимо, количество однотипных надписей должно достигнуть критического числа, а в данном случае так и произошло. Длительность солнечного года вычисляется так: 365 х 1508 : 1507 = 365.242203 сут (точность получается прямо-таки поразительная). В настоящее время принято значение 365.242190 сут (Числовые значения астрономических величин взяты из книг П.Г. Куликовского "Справочник любителя астрономии" (М.: 2002) и Ван дер Вардена "Пробуждающаяся наука" (М.: 2005)). Различие длины года между нынешним и древних майя значениями – 1.1 с. Однако длительность года возрастает на 0.53 с в столетие по формуле С. Ньюкома: 365.24219879 – 0.0000000614 (t – 1900). В 500 г. во время расцвета цивилизации майя ошибка составляла 7 с, что тоже совсем неплохо. Думаю, что точная продолжительность года у майя получилась такой хорошей в значительной степени случайно.
Затерянный город Мачу Пикчу в Куско (Перу). Инки использовали визиры для наблюдения Солнца
Попробуем представить, как майя смогли обнаружить эту зависимость. Известно, что такие солнечные явления, как восход и заход в определенные дни года, издавна были предметом систематических наблюдений у всех древних народов. Индейцы Центральной Америки исключения не составляли. Археоастрономия установила, что в их городах находились гномоны, а в ориентации зданий отмечены солнечные направления. Наблюдая восход и заход Солнца в день, близкий к равноденствию, они легко могли заметить, что уже через год Солнце не взойдет точно на прежнем месте. В Старом Свете это наблюдение и желание согласовать календарь с Солнцем привели к созданию юлианского календаря, ведь при этом ровно через четыре года Солнце возвращалось почти точно на прежнее место. Различие в один день набегало примерно за 130 лет и долгое время никого не беспокоило.
Для наблюдений за Солнцем нужно было визир установить точно на
востоке (западе), уметь считать дни, а год должен содержать 365 сут. В равноденствии Солнце не всходит точно на востоке, но небольшое отклонение не помешает. Подобные визиры в столице инков Куско были двойными, их разделяло угловое расстояние, равное видимому диаметру Солнца. Это “принцип биссектора” в астрономии, он применяется во всех угломерных инструментах. Несложно определить день, когда Солнце всходило точно между двумя башнями далекого визира (испанцы сравнивали две границы визира со сторожевыми башнями, а потом их разрушили, считая предметами языческого культа). Предположим, что это произошло в первый год наблюдений либо визир когда-то поставили по восходу Солнца. В таком случае индейцы начинали свой год в день, близкий к равноденствию. Оставалось сосчитать дни и выяснить, когда же Солнце окажется снова точно между визирами. Выяснилось, что никогда. Через 365 сут оно оказывалось между ними, но чуть сдвинутым от прежнего места. После двух-трех лет (то есть интервалов в 365 сут) видимый диск Солнца больше отдалился от проема между визирами, наползая на один из ограничителей. Потом оказалось, что на четвертом году Солнце на день позже снова восходит почти точно между визирами.
Индейцы с научным интересом следили за данным процессом. Возможно, что они даже сознательно поставили задачу: определить, через сколько лет восход Солнца снова будет наблюдаться в том же месте, к исходному Новому году. С этой целью достаточно определить, за сколько дней Солнце сместится на один день по отношению к началу года. Получая 1461 сут за 365 х 4 + 1 сут (соответствует длине года – 365.25 сут). В Старом Свете тоже обнаружили такую же зависимость и создали юлианский календарь. Чтобы уточнить длину года, надо идти дальше, ведь накапливалась небольшая разница, остающаяся после четырехлетнего периода.
Жрецы-астрономы майя продолжали наблюдения. Вероятно, уже через 29 лет они заметили, что Солнце всходит снова между столбами, точнее, через каждое четырехлетие, на сей раз через 7 сут после начала очередного года, содержащего 365 сут. Можно вычислить – один день разницы набегает за 1513 сут, тогда длина года составит 365.24138 сут (различие от длины года в 500 г. – 78 с, что многовато). Еще через 5 лет Солнце снова взойдет между визирами, с опозданием на 8 сут. На сей раз от границ визира смещение будет в другую сторону и существенно меньшее, чем прежде. Итак, имеем другое приближение: 8 сут в 33 года. Один день разницы за 1507 сут (365 х 33 + 8 сут), точнее через 1506.625 сут, но дробей в то время еще не знали. При длине года в 365.24236 сут накапливается ошибка 6.5 с. Искомый результат лежит между 365.24138 и 365.24236 сут, ведь Солнце в этих двух случаях находилось по разные стороны от центра визира. Конечно, вывод был сделан не на основе единичного наблюдения, наверняка понадобилось несколько периодов в 29 и 33 года. Более правильная длина года близка к 365.24236 сут, который использовали при составлении календаря поэт и астроном Омар Хайям, создатель самого точного календаря из когда-либо бывших в употреблении в Старом Свете: восемь високосных годов на протяжении 33 лет.
Комплекс пирамид майя в Паленке (Мексика). Справа – пирамида Храма надписей, в которой найдена самая древняя надпись с вычислениями промежутков времени
У обитателей Центральной Америки число 13 считалось счастливым. В их религиозном календаре, содержащем 260 сут, самая излюбленная единица измерений – 13 дней. Почему бы не предположить, что и здесь они хотели получить величину, кратную 13, для столь важного интервала, по их мнению. Тогда майя добавили один день: 13 х 29 х 4 = 52 х 29, вышло близкое к реальности число суток – 1508. К тому же оно делится и на 52 – календарный круг. Древним майя повезло, так как точность этого метода составляет около 7.5 с при шаге отсчетов 1 день. Шаг ошибки невелик, а поправка на магию чисел в данном случае лишь изменила знак ошибки. Получается, после 33 лет наблюдений майя могли принять, что Солнце восходит точно на прежнем месте через 1508 сут. За 1508 лет накопится один год разницы (365 сут).
Аналогичными вычислениями пользовались древние египтяне (Земля и Вселенная, 1998, № 5; 1999, № 2). Свой календарный год в 365 сут (12 месяцев по 30 дней плюс дополнительных 5) они сравнивали не с солнечным годом, а с годом Сириуса - интервалом времени между двумя последовательными гелиакическими восходами Сириуса. Этот интервал на широте Мемфиса почти 3 тыс. лет (4300 – 1300 гг. до н.э.) сохранялся близким к 365.25 сут, тогда 1461 египетский год равнялся 1460 годам Сириуса.
После того как я пришел к выводу, как именно майя могли определить длительность солнечного года, подобную идею высказал М. Эдмонсон. По его мнению, майя нашли даты совпадения начала года с солнцестоянием и соседним равноденствием, определив промежуток между этими явлениями, после того как прошло 377 лет. Считая указанный интервал в четверть года, то год разницы накопится за 1508 лет. Мой вариант представляется предпочтительнее, поскольку дает результат уже через 33 года, обеспечивает возможность повторения наблюдений для контроля результата и не относит начало наблюдений слишком далеко – к IX в. до н.э. (Оставим в стороне вопрос, умели ли майя в то время определять даты солнцестояний и равноденствий.)
Луна и Плеяды. Фрагмент изображения звездного неба на глиняной табличке из Вавилона
Теперь рассмотрим лунные циклы. Майя достаточно хорошо определили длительность лунного синодического месяца (интервал смены фаз Луны, то есть период обращения Луны вокруг Земли). Они не пользовались дробями, а употребляли зависимость вида: 405 месяцев = 11 960 сут. Длительность месяца в этом варианте составляет 29.530864 сут (реально – 29.530589 сут), разница составляет 0.000275 сут, или 24 с.
Надписи с вычислениями промежутков времени встретились в нескольких городах майя. Например, они замечены на одной из стел в Копане (Гондурас). По-видимому, самая древняя запись относится к 692 г. и находится в Паленке. Майя первыми в мире ввели непрерывный счет времени (долгий счет), но не в годах, как у нас, а в сутках. Получается аналог наших юлианских дней, применяемых в астрономии. Существуют разные мнения о дате начала долгого счета майя. В Паленке встречается похожая надпись, сокращенная в пять раз: 81 мес = 2392 сут. Отсюда можно сделать вывод, что майя знали длительность лунного синодического месяца с большой точностью. Такие знания пришли к майя не везде и не сразу, в разных городах и в другое время встречаются несколько иные датировки. Например, 142 месяца = 4193 сут (ошибка – 209 с), 149 месяцев = 4400 сут (ошибка – 33 с), также соответствующее лунному месяцу – 29.53 сут, что совсем неплохо для Америки ранее XII в.
Кроме того, майя знали другую зависимость: 30 сидерических месяцев = 819 сут (ошибка достигает 31 мин). На самом деле этот интервал ближе к 820 сут: 27.32166 х 30 = 819.65 сут. Определить, когда Луна окажется на небе в окружении тех же самых звезд, как и месяц назад, несложно, а достигнуть хорошей точности затруднительно. Ведь путь Луны никогда точно не повторяется. Все же ошибка наблюдений в один день у майя маловероятна. Скорее всего, здесь тоже сыграла свою роль магия чисел. Предположим, число 819 древним жрецам более понравилось из-за совпадения с числом, получаемым при умножении трех примечательных чисел: 7 х 9 х 13 (в мифологии майя 9 – количество подземных сфер, 13 – светлых, надземных сфер). Возможно, число 819 предпочли потому, что при делении на 260 (длительность священного года) оно дает неплохое приближение к числу π: 819 : 260 = 3.15. Это было бы более интересно.
Попробуем понять, как древние астрономы могли определить длительность лунного месяца, ведь относительная точность очень велика. Если считать дни между полнолуниями и потом их усреднять, получим слишком длинный срок, чтобы достичь такой точности. Не говоря уже о продолжительности месяцев, изменяющейся в пределах 12 ч и почти одинаковом виде Луны в течение, по крайней мере, трех ночей вблизи полнолуния. К тому же усреднять результаты в древности еще не умели.
Существуют такие события – лунные затмения, которые легко отмечать в летописях и они происходят почти точно через целое число лунных месяцев. Нужно только установить период затмений, а это можно было сделать и без особых средств наблюдений, достаточно хорошо считать дни, а это майя умели. Так они и нашли период повторяемости затмений (назовем его сарос майя) – 405 месяцев, или 11 960 сут. Такой сарос чаще всего фигурирует в надписях майя. С его помощью мы и вычисляем длительность лунного месяца с ошибкой 24 с. Остается вопрос, нарушающий столь простую картину: почему же встречаются и другие вычисления дат с меньшей точностью?
Дальше астрономы Мезоамерики не продвинулись. Не успели. Зато лучшие календари появились в Старом Свете во времена Вавилона. Считается, что там был известен сарос (период повторяемости затмений) длительностью 18 лет и 10 сут. Через три периода затмения (тройной сарос – 54 года и 1 месяц) повторялись в том же месте земного шара. Тройной сарос по той же методике (669 лунных месяцев = 19756 сут) приводит к ошибке в определении лунного месяца в 4.64 с. Это лишний довод в пользу того, что вавилоняне знали сарос, в чем некоторые историки сомневаются.
Ученые считают, что еще в V в. до н.э. в Вавилоне точность синодического месяца достигала 0.4 с. Таким же календарем пользовался Гиппарх во II в. до н.э. Запись в шестидестиричной системе выглядит так: 29; 31, 50, 8, 20 = 29.530594 (каждое число отделено запятой в 60 раз меньше предыдущей). Надо отметить, что вавилонская система записи чисел выгодно отличается в передаче точных значений измеряемых величин, чем простые дроби майя.
Чтобы полноценно сравнить древние знания, мы должны были бы сопоставить астрономию майя с древневавилонской. Но от последней мало что осталось. К тому же это были в то время лучшие календарные системы. Так что будем говорить об астрономии Междуречья позднеассирийского и персидского периодов. Важно, что по своей идеологии вавилонская сферическая астрономия и астрометрия практически уже не отличались от наших. Там научились уже точно измерять время в течение суток и понимали значение этого фактора для точных астрономических определений. В наблюдениях использовались водяные часы (клепсидры). Единица измерения времени соответствовала смещению Солнца на 1° – около 4 мин. На поздних этапах истории (селевкидский период) совершенствование клепсидры дало возможность отмечать время с точностью до 1/6 от этой единицы измерения времени. Жрецы Вавилона знали о поправке часов и их контролировали, делая отметки прохождений через меридиан определенных ярких звезд, находящихся вблизи эклиптики.
По сохранившимся "дневникам наблюдений" можно судить, что в них фиксировались даты и моменты захода Солнца и Луны в вечер первой видимости Луны, моменты последнего видимого захода Луны перед восходом Солнца и самого этого восхода. В сообщениях о затмениях приводится промежуток времени между затмением и кульминацией ближайших звезд списка. Но один важный факт ухудшал ситуацию: счет дней шел по Солнцу, а интервалы внутри суток измерялись по сидерическому времени. Ведь ход времени у клепсидры контролировался по звездам.
Жрецы-астрономы смогли изучить скорость перемещения Луны среди звезд, выяснить существование драконического и аномалистического месяцев и найти их величины, построить теорию движения Луны по небу. Напомним, что драконический месяц – период между моментами пересечения видимого пути Луны на небе с эклиптикой, то есть с видимым путем Солнца. Затмения могут происходить только тогда, когда оба светила находятся вблизи точек пересечения – узлов лунной орбиты. По древнекитайским представлениям в узлах сидит дракон, который проглатывает Луну в ходе затмения, поэтому и появилось столь образное название для этого периода. Аномалистический месяц – период между прохождениями Луны через перигей, на кратчайшем расстоянии от Земли. Тогда скорость ее движения по небу максимальна. Длительности этих периодов записаны у вавилонян по тому же типу, что у майя: 6695 аномалистических месяцев равно 6247 синодических, 5923 драконических месяца соответствуют 5458 синодическим. Если вычислить длительности двух данных месяцев, приняв синодический месяц за 29.530864 сут, как у вавилонян, то получим 27.554536 и 27.212220 сут соответственно. Это немного отличается от современных значений: 27.554550 и 27.212221 сут (ошибки – 1.2 с и 0 с). Тут у меня явно не хватает фантазии вообразить, как была достигнута подобная точность. Отмечу лишь, что ошибка на единицу в числе аномалистических и драконических месяцев привел бы к ошибке в их длительности 6 – 7 мин. Лишнее указание на странность большой ошибки в длительности сидерического месяца. Что касается синодического месяца, то измерения интервала между крайними затмениями тройного сароса с точностью до 4 мин, а не до 1 сут, уже уменьшают его ошибку почти в 20 раз. Таким образом достигается точность 0.5 с.
Какова была длительность года у вавилонян? Мне пока не встретилась ни одна формула, где этот отрезок времени выражался в сутках – только в лунных месяцах. Если привести самое точное значение, то это 12; 22, 7, 52 = 12.368852 месяца, или 365.2595 сут, остальные не очень отличаются. Непонятна причина, почему ошибка получается существенная (около 25 мин), так как дробная часть близка к дробной части звездного года. Подобных выводов следовало ожидать, поскольку вавилоняне измеряли доли суток звездным временем.
Итак, похоже, с самыми простыми средствами можно достичь "астрономической точности". Нужны лишь желание и терпение.
Источник: "Земля и Вселенная", 2008, №4
Оцените этот текст
1
2
3
4
5
Подписаться на:
Сообщения (Atom)