В течение следующего десятилетия деликатное измерение первичного света может предоставить убедительные доказательства популярной теории космической инфляции, которая предполагает, что случайные микроскопические флуктуации плотности в ткани пространства и времени подарили жизнь Вселенной в процессе горячего и большого взрыва примерно 13,7 миллиарда лет назад.
Даже обжоры не могут есть вечно. Когда черные дыры в сердцах галактик набухают до 50 миллиардов масс нашего Солнца, они могут потерять диски газа, которые используют в качестве космических откормочных площадок. У большинства галактик в центре расположена сверхмассивная черная дыра. Вокруг нее есть регион пространства, в котором газ оседает в орбитальный диск. Этот газ может терять энергию и падать внутрь, вскармливая черную дыру. Но эти диски считаются неустойчивыми и склонны собираться в звезды.
В научной фантастике червоточины часто используют для путешествий на большие расстояния в космосе. Возможны ли эти магические мосты в реальности? При всем моем энтузиазме, будущее человечества в космосе (и здесь под космосом я имею в виду не Солнечную систему и даже не галактику) выглядит туманным. Мы — мешки с мясом и водой, воды все же больше, а звезды очень и очень далеко. Вооружившись самой оптимистической технологией космического полета, которую только можно вообразить, достичь другой звезды за человеческую жизнь вряд ли удастся.
Спорный эксперимент лаборатории Ферми, проведенный для поиска возможных признаков того, что наша Вселенная может быть голограммой, ничего не нашел. Называется он Holometer («голографический интерферометр»), и это детище физика лаборатории Ферми Крейга Хогана. Он придумал его в 2009 году как способ проверить так называемый голографический принцип.
Следующее поколение экспериментов по столкновению частиц задействует ряд самых продвинутых мыслящих машин в мире, если связи, созданные между физиками частиц и исследователями искусственного интеллекта (ИИ), укрепятся. Такие машины могут совершать открытия с небольшим вовлечением человека — и такая перспектива очень заинтересовала физиков.
Прошло сто лет с тех пор, как Эйнштейн представил свою общую теорию относительности, но она все так же помогает нам раскрывать глубокие тайны Вселенной. Теперь и миссия LISA Pathfinder («Следопыт») подготовит для нас способ изучения жестоких событий, которые мы раньше не видели — вроде создания массивных черных дыр.
В 1969 году Нил Армстронг, от лица всего мира осуществил «гигантский скачок» на Луне. Мало кто из нас наблюдал за его первым шагом по телевизору, но в то время миллионы людей приникли к экранам и с замиранием сердца фиксировали картинку. Смог бы я описать его шаги, случись они вчера или сегодня? Был бы я взбудоражен, восхищен, вдохновлен? Не знаю. Магия этой истории в том, что она разворачивалась постепенно и затягивала все больше людей.
В начале был знак вопроса. А потом и все остальное. Конец. Все мы слышали о теория Большого Взрыва (я сейчас про космологическую модель, а не про сериал), но важно понимать, чем эта теория является, а чем нет. Позвольте разъяснить одну точную, понятную и до смешного простую вещь: теория Большого Взрыва — это не теория создания Вселенной. Зафиксируйте это для протокола. Поправляйте людей, когда они ошибаются.
Когда Пол Глейшер вот-вот должен был получить ученую степень в 2012 году, вокруг только и было разговоров, что о бозоне Хиггса. Сталкивая протоны вместе вот уже два года, Большой адронный коллайдер ЦЕРНа вот-вот должен был выхватить загадочную частицу — которая помогает объяснить, как у вселенной появилась масса — из царства теории. Студентам, которым довелось попасть в исследовательскую группу БАК, выпал шанс осуществить крупнейшее открытие в современной физике.
Когда мы задумываемся о крупных фигурах в истории науки, на ум приходят многие имена. Эйнштейн, Ньютон, Кеплер, Галилей — все великие теоретики и мыслители, оставившие неизгладимый след за свою жизнь. Во многих случаях, их вклады не были в полной мере оценены до смерти. Но сегодня нам повезло иметь рядом крупного ученого, который уже сделал значительный клад и по-прежнему жив и… здоров — Стивен Хокинг.
Есть много способов покончить с этим миром. Ученые могут поработить человеческую расу и высосать из нашей планеты ресурсы. Метеорит может навестить наш голубой шарик. Очередной сиквел компьютерной игрушки может свести с ума добрую половину мира. Но есть ряд сценариев, которые любят обсасывать сценаристы и сторонники теорий заговора, несмотря на сомнительную научную возможность. Мы говорим о…
Горы, звезды, люди — все, что мы видим вокруг, состоит из крошечных атомов. Атомы маленькие. Очень и очень. С детства мы знаем, что все вещество состоит из скоплений этих крошечных штучек. Также мы знаем, что их нельзя увидеть невооруженным глазом. Мы вынуждены слепо верить этим заявлениям, не имея возможности проверить. Атомы взаимодействуют друг с другом и по кирпичикам составляют наш мир. Откуда мы это знаем? Многие не любят принимать утверждения ученых за чистую монету. Давайте вместе с наукой пройдем путь от осознания атомов до непосредственного доказательства их существования.
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.