Читаем Большое космическое путешествие онлайн бесплатно
Большое космическое путешествие
Основой этой книги стал курс Принстонского университета, который читали гуманитариям три знаменитых астрофизика – Нил Деграсс Тайсон, Майкл Стросс и Джон Ричард Готт. Они рассказывают о том, что любят больше всего, и рассказывают так, что самые сложные теории становятся понятны неспециалистам. Астрономы не привыкли усложнять то, что может быть простым. Большие красные звезды – это красные гиганты. Маленькие белые звезды – это белые карлики. Если звезда пульсирует, она называется пульсар. Даже начало всего пространства, времени, материи и энергии, что существуют в космосе, можно назвать всего двумя простыми словами: Большой Взрыв. Что мы знаем о Вселенной? Наша Вселенная велика. Наш Космос гораздо больше, чем кажется. Он жарче, чем вы думаете. Плотнее, чем вы думаете. Разреженнее, чем вы думаете. Что бы вы ни думали о Вселенной, реальность все равно окажется невероятнее. Добро пожаловать во Вселенную!
Серия: New Science
Нил Деграсс Тайсон , Майкл А. Стросс , Дж. Ричард Готт
Наука, Образование / Астрономия и Космос / ФизикаПрава на издание получены по соглашению с Princeton University Press. Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав.
Информация, содержащаяся в данной книге, получена из источников, рассматриваемых издательством как надежные. Тем не менее, имея в виду возможные человеческие или технические ошибки, издательство не может гарантировать абсолютную точность и полноту приводимых сведений и не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.
© 2016 by Neil deGrasse Tyson, Michael A. Strauss, and J. Richard Gott
© Перевод на русский язык ООО Издательство «Питер», 2018
© Издание на русском языке, оформление ООО Издательство «Питер», 2018
© Серия «New Science», 2018
В седьмом классе школы мне в руки попался учебник «Астрономия 10». Он оказался таким скучным, что я даже пытался сочинить ему замену. Все самое захватывающее – взрывающиеся звезды, далекие галактики, расширение Вселенной – было скомкано в несколько заключительных параграфов, которые полагалось изучать в последней четверти выпускного класса. Глушить самую романтичную науку такими сухими текстами – настоящее преступление перед любознательностью. Не потому ли многие вполне культурные люди путаются даже в самых элементарных представлениях о Вселенной?
Весной 2017 года я участвовал в организации первой «Всероссийской лабораторной». Это открытая для всех желающих самопроверка на понимание основ научной картины мира. Оказалось, что треть участников акции не знала, что в прошлом Вселенная была очень горячей, хотя, казалось бы, кто в наше время не слышал о теории Большого взрыва? Около сорока процентов согласились с ошибочным суждением, что смена дня и ночи связана с вращением Земли вокруг Солнца. А темную и обратную сторону Луны путали почти три четверти участников. И это ведь показатели среди людей, которые сами пришли на «Лабу», а значит, хоть немного, но интересуются наукой.
Думаю, все это – следствие того, что школьное обучение основам наук традиционно строится по модели упрощенно-сокращенного университетского курса. Детям дают некоторый минимум профессиональных научных сведений, чтобы с их помощью потом решать специально подогнанный под этот минимум набор шаблонных задач. Радость познания, которая должна сопровождать приобщение к тайнам Вселенной, подменяется натаскиванием на символические манипуляции, имитирующие работу ученых. Любопытство – драгоценный ресурс, который нельзя растрачивать на второстепенные технические вещи, пока не сформирован устойчивый интерес к науке. Отшлифованные безэмоциональные формулировки хороши для тех, кто зашел по этому пути достаточно далеко. А начинающим важнее просто привыкать к базовым научным идеям, вводить их в круг знакомых вещей, даже, может быть, вырабатывать к ним чуть фамильярное отношение.
Эту задачу блестяще решает в первом разделе книги Нил Деграсс Тайсон, один из самых известных в мире популяризаторов астрономии. Начав с быстрого погружения в масштабы астрономических явлений, он почти сразу переходит к самому интересному – энергии и эволюции звезд, планетам и поискам внеземной жизни. При этом, как бы между делом, читатель вместе с автором проделывает несложные, но важные расчеты. Поэтому числа, которые во многих астрономических книжках воспринимаются, как просто «что-то очень большое», обретают ощутимый масштаб, а формулы наполняются вполне ясным смыслом и уже не смотрятся иллюстрациями, которые можно «пропустить без ущерба для понимания».
Во втором разделе астрофизик и космолог Майкл Стросс разворачивает на заложенном фундаменте картину Вселенной в самых крупных доступных нам масштабах. Это галактики и Великие стены из их скоплений, темная материя и сверхмассивные черные дыры, рождение Вселенной и ее самый ранний снимок, запечатленный реликтовым излучением прямо на небесной сфере. Фактически этот раздел книги охватывает весь доступный нашим наблюдениям физический мир. А вместе первые два раздела покрывают большую часть тем школьного курса астрономии, только при этом они не убивают, а подпитывают любопытство. Наверное, было бы слишком радикально предлагать эту книгу в качестве учебника астрономии, но помечтать о чем-то подобном все же можно.
А дальше начинается совсем уже невероятная наука, граничащая с научной фантастикой. Автор третьего раздела, принстонский астрофизик и специалист по общей теории относительности Ричард Готт известен своими работами о путешествиях во времени и кротовых норах. И это не досужие выдумки, а следствия, выводимые из хорошо проверенных уравнений эйнштейновской теории, хотя и в довольно специальных случаях. Рассказ об этом приходится начинать с краткого изложения основных идей теории относительности. И тут уже от читателя потребуется определенное упорство, чтобы проследить за изложением. Наградой за эти усилия станет возможность мысленно заглянуть в уголки Вселенной, принципиально недоступные никакому наблюдению: во внутренности вращающихся черных дыр, в эпоху до Большого взрыва, в параллельные Вселенные, которые по современным представлениям не менее реальны, чем наша.
Экскурс по Вселенной и ее окрестностям завершается там же, где и начался – на крошечной планете Земля. Тысячную доли процента от времени жизни Вселенной здесь обитает человечество. И лишь в последнюю тысячную долю своей истории оно стало осознавать подлинные масштабы окружающего мира. Это сознание порождает смешанные чувства: скромность от понимания своих масштабов, гордость за способность, тем не менее, охватить мыслью всю эту колоссальную Вселенную и тревогу за крошечную искру разума, которая вполне может скоро и бесследно угаснуть, если специально не позаботиться о ее сбережении.
Частью такой заботы как раз и станет чтение этой книги. Ведь прояснение научной картины мира у себя в голове (уверен, внимательные читатели перестанут ошибаться в астрономических вопросах «Лабы») способствует общему повышению адекватности в принятии решений и поведении, а это, в конечном счете, влияет на судьбу всего человечества.
Добро пожаловать во Вселенную!
Ваши замечания, предложения, вопросы отправляйте по адресу comp@piter.com (издательство «Питер», редакция научно-популярной и компьютерной литературы).
Мы будем рады узнать ваше мнение!
Для скачивания цветных иллюстраций книги воспользуйтесь ссылкой goo.gl/c6nvX1 или QR-кодом.
На веб-сайте издательства www.piter.com вы найдете подробную информацию о наших книгах.
Одной из первых фраз, которую я сказал моей новорожденной внучке Эллисон, была «Добро пожаловать во Вселенную!» Мой соавтор Нил Тайсон многократно произносил ее в теле- и радиоэфире. На самом деле это одна из коронных фраз Нила. Родившись, вы становитесь гражданином Вселенной. А значит, вам подобает осмотреться и полюбопытствовать, что за мир вас окружает.
Нил ощутил зов Вселенной, когда впервые посетил Планетарий Хейдена в Нью-Йорке. Тогда Нилу было девять. Ребенок, выросший в городе, он впервые узрел красоты ночного неба на куполе планетария и именно в тот момент решил стать астрономом. Сегодня Нил – директор этого планетария.
Вообще говоря, частичка Вселенной есть в каждом из нас. Водород, который есть в нашем организме, – почти ровесник Вселенной, а другие элементы, имеющиеся в нашем теле, родились в далеких, давно угасших звездах. Когда вы звоните другу с мобильного – будьте благодарны за это астрономам. Технологии мобильной связи подчиняются уравнениям Максвелла, а проверить их удалось потому, что к моменту открытия этих уравнений астрономы уже измерили скорость света. Система GPS, фиксирующая местоположение телефона, работает на основе общей теории относительности Эйнштейна, которую также проверили на астрономических наблюдениях, измерив отклонение лучей звездного света, проходящего вблизи от Солнца. А вы знали, что есть предельный объем информации, которую можно сохранить на шестидюймовом жестком диске, и этот предел обусловлен физикой черных дыр? Более прозаический пример – регулярная смена времен года зависит от наклона земной оси к плоскости орбиты, по которой Земля вращается вокруг Солнца.
Цель этой книги – лучше познакомить вас со Вселенной, в которой вы живете. Идея книги зародилась, когда три ее автора преподавали на старших курсах Принстонского университета новый курс о Вселенной для студентов-гуманитариев, которые до этого никогда не посещали курсов по естественным наукам. Наша коллега Нета Бакал, директор учебных программ, поручила эту задачу Нилу Деграссу Тайсону, Майклу Строссу и мне. Очевидно, что Нил гениально умеет объяснять естественнонаучные вопросы неспециалистам. Майкл незадолго до того открыл самый далекий квазар, обнаруженный во Вселенной, а я получил Президентскую премию «За выдающиеся преподавательские заслуги». Курс начался с помпой и привлек такое множество студентов, что мы не смогли принять их в нашем корпусе и были вынуждены перебазироваться в более вместительный лекционный зал на физическом факультете. Нил рассказывал о «Звездах и планетах», Майкл о «Галактиках и квазарах», а я об «Эйнштейне, теории относительности и космологии». Об этом курсе написали в журнале
Мы читали этот курс несколько лет, а потом решили изложить его идеи в книге – для читателей, жаждущих глубже познать Вселенную. Мы приглашаем вас в большое космическое путешествие по маршруту, проложенному астрофизиками. Мы попытаемся понять, что же творится во Вселенной. Мы расскажем вам, как Ньютон и Эйнштейн пришли к своим величайшим идеям. Все знают знаменитого Стивена Хокинга. А мы расскажем, чем он прославился. Есть великолепный биографический фильм о Хокинге, «Теория всего», а Эдди Редмэйн получил Оскар в номинации «лучшая мужская роль» за то, как убедительно сыграл Хокинга в этом фильме. В кино величайшая идея внезапно осеняет Хокинга, когда он просто смотрит на огонь. Но мы расскажем о том, что не попало в фильм: как Хокинг не соглашался с исследованиями Яакова Бекенштейна, но в итоге переработал их и пришел к совершенно новому выводу.
В то же время тот самый Яаков Бекенштейн обнаружил абсолютно предельный объем информации, который можно сохранить на шестидюймовом жестком диске. Все это связано. В этой книге мы рассказываем о наших любимейших темах из истории Вселенной – надеемся, наш интерес окажется заразительным.
С тех пор как мы начали этот курс, астрономические знания значительно обогатились, и в книге это отражено. Мнение Нила о статусе Плутона было подтверждено Международным астрономическим союзом по итогам исторического голосования, состоявшегося в 2006 году.
Рис. 0.1. Трое авторов, слева направо: Стросс, Готт, Тайсон. Публикуется с разрешения: Дениза Эпплуайт, Принстон
На орбитах вокруг других звезд были открыты тысячи новых планет. Мы поговорим о них. Сегодня с исключительной точностью построена стандартная космологическая модель, включающая обычные атомные ядра, темную материю и темную энергию. Все благодаря результатам работы космического телескопа «Хаббл», «Слоановского цифрового обзора неба», Зонда для изучения анизотропии космического микроволнового излучения им. Уилкинсона (WMAP) и спутника «Планк». На Большом адронном коллайдере в Европе физики отрыли бозон Хиггса, еще на шаг приблизившись к вожделенной Теории Всего. Обсерватория LIGO (лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория) позволила непосредственно наблюдать гравитационные волны, образовавшиеся при столкновении двух черных дыр, по спирали врезавшихся друг в друга.
Мы расскажем, как астрономы определили массовую долю темной материи во Вселенной и откуда мы знаем, что эта материя отличается от обычной, то есть не содержит атомных ядер с протонами и нейтронами. Мы объясним, откуда известна плотность темной энергии и откуда мы знаем, что она оказывает отрицательное давление. Мы обсудим современные соображения о происхождении Вселенной и о том, какая эволюция ей предстоит в будущем. Все эти вопросы приведут нас на передний край современных физических знаний. Мы публикуем в книге восхитительные снимки, сделанные космическим телескопом Хаббл, зондом WMAP, космическим аппаратом «Новые горизонты» (этот аппарат сфотографировал Плутон и его спутник Харон).
От физики захватывает дух. Нил продемонстрирует это уже в первой главе. Многие испытывают трепет от таких вещей, одновременно представляя себя крошечными и ничтожными. Но наша цель – помочь вам понять Вселенную. Тогда вы ощутите силу. Мы узнали, как действует гравитация, как развиваются звезды, каков возраст Вселенной. Это триумфальные достижения человека-мыслителя и человека-наблюдателя. Это должно вселить в вас гордость, ведь и вы – представитель человеческого рода.
Вселенная манит. Поехали!
