Семь этюдов по физике. Обзор книги

Книга Семь этюдов по физике Карло Ровелли вкратце рассказывает о самых важных для понимания устройства мира физических теориях последних лет. Какие загадки ученые уже разгадали, а какие им еще только предстоит разгадать? Как образуются черные дыры, что такое темная материя и Большой отскок? Итальянский физик и популяризатор науки, входящий в список 100 мировых мыслителей, доступно и просто рассказывает о проблемах, которые решают современные ученые.

Карло Ровелли — Об авторе

Карло Ровелли итальянский и американский учёный-физик, физик-теоретик, специалист в области квантовой гравитации и, в особенности, по теории петлевой квантовой гравитации, основоположником которой является, также занимался историей и философией науки.

Этюд 1. Общая теория относительности Альберта Эйнштейна

Теория относительности описывает многоцветный и потрясающий мир, где вселенные взрываются, пространство схлопывается в бездонные дыры, время замедляется вблизи планет и по безграничному межзвездному пространству бежит рябь, словно по поверхности моря

Самые важные для понимания устройства мира теории последних лет — общая теория относительности, квантовая механика, стандартная модель элементарных частиц и термодинамика.

Этюд 2. Квантовая механика

Теория квантовой механики зародилась в 1900 году, когда немец Макс Планк при помощи опыта с горячим ящиком представил энергию электрического поля разделенной на порции — кванты. До этого господствовало мнение, что энергия беспрерывна.

Сегодня квантовая механика играет важную роль не только в физике, но и химии, биологии, инженерии и технологиях. Без нее не было бы транзисторов — радиоэлектронных компонентов, которые лежат в основе всей современной электроники.

Квантовая теория вскрыла вопросы, поиск ответов на которые еще продолжается. Что представляет собой она сама — случайно работающий просчет, кусок пазла или ключ к первооснове мира? Таким вопросом задается автор книги.

Физики-теоретики пытаются объединить противоречащие друг другу общую теорию относительности и квантовую механику с помощью петлевой квантовой гравитации. Теории, способной логически присоединить к этому знанию термодинамику, до сих пор нет.

Этюд 3. Макрокосм: карта представлений о Вселенной

Вселенная началась с маленького шарика, а затем расширилась до сегодняшних размеров. Это современное и самое крупномасштабное видение Вселенной из всех, что мы знаем. Существуют ли другие похожие или непохожие вселенные, науке пока не известно.

Карло Ровелли описывает шесть основных представлений о нашей Вселенной за все время изучения:

1. Внизу Земля, вверху небо.
2. Небо со всех сторон (а не только сверху).
3. Земля имеет сферическую форму.
4. Земля вращается вокруг своей оси и вокруг общего светила.
5. Солнце — всего лишь одна звезда из ста миллиардов других звезд в нашей Галактике, а Солнечная система — одна из множества систем.
6. Наша Галактика  — пылинка в громадном облаке галактик. Снимок, сделанный телескопом «Хаббл», показал более глубокое изображение неба

Этюд 4. Микрокосм: элементарные частицы материи

Фотоны, электроны, кварки, глюоны и другие элементарные частицы (всего их меньше 10 типов) — компоненты всего вокруг нас. Они, как маленькие детальки гигантского конструктора, выстраивают окружающую нас материальную действительность.

Сегодня известно, что материя — это горстка элементарных частиц, которые непрерывно колеблются между существованием и несуществованием, мельтешат в пространстве, даже когда кажется, что оно пусто, и объединяются, создавая бесконечность.

Этюд 5. Петлевая квантовая гравитация

Теория петлевой квантовой гравитации утверждает, что гибкое, динамичное, изгибающееся пространство состоит из мелких «песчинок» — квантов гравитации, в миллиарды раз меньших, чем самое маленькое атомное ядро. Кванты сплетены между собой, как кольца кольчуги, поэтому их прозвали петлями.

Иное предположение петлевой теории касается происхождения нашего мира: Большой взрыв в действительности мог быть Большим отскоком. Возможно, сегодняшняя Вселенная образовалась из предыдущей — той, что сжалась до объема грецкого ореха, а потом отскочила и снова начала расширяться. В миг отскакивания пространство и время исчезли, а мир расплылся в роящуюся тучу вероятностей.

Этюд 6. Теплота, вероятность и время

Как известно, теплота передается от горячих веществ к холодным. Почему не иначе? Это происходит случайно. Больцман выяснил, что быстрый атом горячего тела, ударившись о медленный холодного, с большей вероятностью поделится с ним своей энергией, чем частица холодного — с частицей горячего. Обычно энергия распределяется равномерно. Горячее тело может стать горячее от контакта с ледяным, но это маловероятно.

Связанная с ограниченным знанием вероятность касается большинства физических объектов: мы не все о них знаем, поэтому можем только пытаться предсказывать.

По словам автора книги, в масштабах Вселенной чего-либо соответствующего понятию «сейчас» не бывает.

Этюд 7. Человечество как часть мира

Какая роль отведена людям в мире, который описывает современная физика? Мы тоже состоим из атомов. Мы — часть природы, она — наш дом. И в нашей природе — желание узнать больше. При этом мы еще и учимся постепенно менять свою систему понятий.

Автор книги прогнозирует в неопределенном будущем гибель нашей цивилизации — наподобие той, что испытали майя или минойцы, — или полное вымирание вида homo sapiens. По его мнению, мы не имеем шансов на выживание, потому что несем разрушение планете — нашему дому.