Если человечество хочет когда-нибудь понять космос, ученые должны согласовать основные компоненты реальности. Клиффорд Джонсон, профессор физики и астрономии в USC Dornsife, объяснил, как Вселенная может вмещать дополнительные, скрытые измерения. Четырехмерная Вселенная, известная людям, представлена тремя пространственными и одним временным измерением, но на самом деле их может быть гораздо больше — просто они слишком малы, чтобы их обнаружить.
Возможно, вы уже слышали о таком: известная нам Вселенная может внезапно дестабилизироваться и свернуться в совершенно новый тип физической реальности. Силы, которые движут нашим миром, канут в бездну, а вслед за ними — частицы, реакции, массы и даже сам свет. Что-то новое займет их место, но для нас это уже не будет иметь никакого значения, потому что мы превратимся в нечто совершенно неописуемое. Это будет даже не звездный материал.
Одним из самых странных аспектов квантовой механики является запутанность, поскольку две запутанных частицы влияют друг на друга через огромные дистанции, что, на первый взгляд, нарушает фундаментальный физический принцип локальности: то, что происходит в определенной точке пространства, может повлиять только на точки поблизости. Но что, если локальность — и само пространство — не так уж фундаментальны, в конце концов? Джордж Массер исследует возможные последствия этого в своей новой книге „Spooky Action At a Distance“. («Жутким действием на расстоянии» квантовую запутанность назвал Альберт Эйнштейн).
Прошло сто лет с тех пор, как Альберт Эйнштейн опубликовал свои первые работы с изложением венца своей интеллектуальной деятельности, общей теории относительности. Эта теория показала, что космос податлив и может изгибаться под действием материи. Поскольку а) форма космоса меняется под действием распределения материи и энергии, б) вещество движется, а значит, форма космоса динамична — скручивается, изгибается и меняется со временем. Эта идея была поистине революционна.
В конце 1990-х физики, к своему ужасу, обнаружили, что расширение Вселенной не замедляется, а ускоряется. Ничто в «стандартной модели космологии» не могло это объяснить, и поэтому был изобретен новый термин для описания того, что движет ускорением: темная энергия.
«Большой Взрыв — начало Вселенной — произвел вещество и антивещество в равных количествах. Но наш нынешний мир на это не похож. Антивещество чрезвычайно редкое. Это огромная загадка, — говорит Айхон Тан, физик из Брухейвена, участвующий в анализе данных, собранных детектором STAR коллайдера релятивистских ионов (RHIC). — И хотя эта загадка была известна десятилетиями, она и по сей день остается одной из крупнейших проблем науки, возникало мало догадок на эту тему. Все, что мы узнаем о природе антивещества, может теоретически внести вклад в разрешение этой задачи».
Космос. Нескончаемый океан пустоты, где затерялась синяя точка, которую мы называем домом, разделенная невообразимыми расстояниями от всех чудес, наполняющих Вселенную. Карл Саган однажды заметил, что для исследователей от человеческой расы глубины космоса стали не более непреодолимыми, чем открытое море для наших предков сотни лет назад. Возможно, он был прав: мы уже высадились на Луне, отправили спутник за пределы Солнечной системы в межзвездную пустоту и планируем перебраться на ПМЖ на Красную планету.
В этом году Нобелевскую премию по физике дали именно им, но эта история только начинается. Если вы хотите описать Вселенную, в которой мы живем сегодня, с точки зрения физика, нужно понять только три вещи: какие различные типы частиц могут в ней находиться, какие законы управляют взаимодействиями между всеми этими различными частицами, какими были изначальные условия, с которых началась Вселенная. Если ученый получит все это и у него будет достаточно вычислительной мощности, он сможет воспроизвести всю целостность Вселенной, в которой мы оказались сегодня, ограниченной только квантовой неопределенностью, присущей нашему опыту.
Вы наверняка слышали, что черные дыры уничтожают информацию, которая в них попадает. Почему это является такой огромной проблемой для физики, что ученые всеми силами пытаются избавиться от этой нелепой и нелогичной формулировки? Что ж, мир стал довольно сложным. В моем детстве все было проще. Трава была зеленее, газировка вкуснее, а черные дыры были черными. То есть черные дыры сжимали материю и энергию в бесконечно плотные сингулярности, не создавая непреодолимых парадоксов. Это были хорошие дни.
Есть множество живописных историй о людях, которые пытались раскрыть секреты строительства египетских пирамид — а вместе с тем обнаружить скрытые комнаты и коридоры. Новый международный проект нацелен на сканирование каменных стен этих древних сооружений с использованием космических лучей.
Мы не можем ее увидеть или почувствовать. Но Лиза Рэндалл считает, что темная материя может многое объяснить о нашей Вселенной — в том числе и гибель динозавров. Но каждый любитель астрономии знает, что темная материя весьма неуловимая штука. Мы не видим ее, не слышим, не чувствуем, не знаем, какова она на вкус и запах. Даже с использованием самого хитроумного научного оборудования в мире нам пока не удалось получить доказательств того, что эта давно предположенная форма вещества существует вообще — хотя считается, что Вселенная полна темной материи.
Физики обнаружили материал, который становится сверхпроводящим при температуре немногим выше, чем самая холодная температура на Земле. Это открытие может ознаменовать новую эру изучения сверхпроводимости. Мир сверхпроводимости загудел. В прошлом году Михаил Еремец и пара его коллег из Института химии Макса Планка в Майнце, Германия, сделали необычные заявление о наблюдении сверхпроводящего сероводорода при -70 градусах по Цельсию. Это на 20 градусов выше любого другого материала, за которым остается текущий рекорд.
Группа физиков из США и Израиля обнаружила новое состояние вещества, которое характеризуется необычным упорядочением электронов. «Открытие этого состояния было совершенно неожиданным и не основанным на каких-либо предварительных теоретических предсказаниях. Вся сфера электронных материалов опирается на поиск новых состояний, которые обеспечивают площадки для поиска новых макроскопических физических свойств», — говорит доктор Дэвид Се из Калифорнийского технологического института в Пасадене, штат Калифорния.
Звезды очаровывали людей испокон веков. Благодаря современной науке, мы знаем о звездах довольно много, об их разных типах и структурах. Знание этой темы постоянно пополняется и уточняется; астрофизики размышляют над рядом теоретических звезд, которые могут существовать в нашей Вселенной. Наряду с теоретическими звездами имеются и звездоподобные объекты, астрономические структуры, которые выглядят и ведут себя как звезды, но не обладают стандартными характеристиками, которыми мы описываем звезды. Объекты в этом списке находятся на грани физических исследований и не были наблюдаемы напрямую… пока.
В 1913 году Альберт Эйнштейн застопорился в своих усилиях построить общую теорию относительности. Он обратился к своему другу Марселю Гроссману за математической поддержкой: «Гроссман, ты должен мне помочь, иначе я сойду с ума». Спустя четыре года, когда Эйнштейн заканчивал статью о космических последствиях своей (наконец) завершенной теории, у него разболелась язва желудка, он страдал от расстройства печени. Измученный своими психическими усилиями, Эйнштейн думал, что умирает. Он писал физику Арнольду Зоммерфельду: «В последний месяц у меня было самое стимулирующее, исчерпывающее время в моей жизни, а также одно из самых успешных».
Насколько известно физикам, космос играет по одному своду правил с самого момента Большого Взрыва. Но могли ли эти законы быть другими в прошлом, могут ли они измениться в будущем? Могут ли в каком-нибудь удаленном уголке космоса преобладать другие законы физики?
Большинство людей сходятся в том, что Альберт Эйнштейн был одним из величайших ученых, когда-либо живущих на Земле. Но как бывает со всеми известными людьми, некоторые факты из их биографии со временем искажаются или забываются. Копаясь в жизни Эйнштейна, мы обнаружили интересные факты, которые доказывают, что великий ученый может удивлять даже сейчас.
Нейтрино требуют терпения. Они того стоят, и присуждение Нобелевской премии по физике это подтверждает. Так же, как и связанные премии 1988, 1995 и 2002 года. По иронии судьбы, эти почти неуловимые частицы могут раскрыть вещи, которые никак больше не увидеть. Можно было бы начать с рассказа о том, что нейтрино — это элементарные частицы, но это плохое начало. Они называются элементарными не потому, что их легко понять, — очень нелегко, — а потому, что они кажутся совершенно точечными в своих размерах, и мы не можем разбить их на меньшие составляющие.
Вы будете удивлены, услышав, что наша Вселенная на самом деле довольно простая — это наши космологические теории оказываются неоправданно сложными, утверждает один из ведущих физиков-теоретиков мира. Такой вывод может показаться нелогичным: в конце концов, чтобы понять истинную сложность Природы, приходится мыслить шире, изучать вещи в более и более мелких масштабах, добавлять новые переменные в уравнения, придумывать «новую» и «экзотическую» физику. Когда-нибудь мы выясним, что такое темная материя, получим представление о том, где прячутся гравитационные волны — если только наши теоретические модели станут более развитыми и более… сложными.
Когда Альберт Эйнштейн поражался «жуткой» дальнодействующей связи между частицами, он не думал о своей общей теории относительности. Вековая теория Эйнштейна описывает, как возникает гравитация, когда массивные объекты деформируют ткань пространства и времени. Квантовая запутанность, тот жуткий источник эйнштейновского испуга, как правило, затрагивает крошечные частицы, которые незначительно действуют на гравитацию. Пылинка деформирует матрас ровно так же, как субатомная частица искривляет пространство.