Научный редактор Анатолий Засов
Редактор Антон Никольский
Руководитель проекта Д. Петушкова
Корректоры М. Миловидова, М. Савина
Компьютерная верстка Е. Кукалева
Дизайн обложки С. Хозин
Иллюстратор И. Жук
Издание подготовлено в партнерстве с Фондом некоммерческих инициатив «Траектория» (при финансовой поддержке Н.В. Каторжнова).
Фонд поддержки научных, образовательных и культурных инициатив «Траектория» (www.traektoriafdn.ru) создан в 2015 г. Программы Фонда направлены на стимулирование интереса к науке и научным исследованиям, реализацию образовательных программ, повышение интеллектуального уровня и творческого потенциала молодежи, повышение конкурентоспособности отечественных науки и образования, популяризацию науки и культуры, продвижение идей сохранения культурного наследия. Фонд организует образовательные и научно-популярные мероприятия по всей России, способствует созданию успешных практик взаимодействия внутри образовательного и научного сообщества.
В рамках издательского проекта Фонд «Траектория» поддерживает издание лучших образцов российской и зарубежной научно-популярной литературы.
© Парновский С., 2017
© Издание на русском языке, перевод, оформление. ООО «Альпина нон-фикшн», 2018
Все права защищены. Произведение предназначено исключительно для частного использования. Никакая часть электронного экземпляра данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами, включая размещение в сети Интернет и в корпоративных сетях, для публичного или коллективного использования без письменного разрешения владельца авторских прав. За нарушение авторских прав законодательством предусмотрена выплата компенсации правообладателя в размере до 5 млн. рублей (ст. 49 ЗОАП), а также уголовная ответственность в виде лишения свободы на срок до 6 лет (ст. 146 УК РФ).
Предисловие
В книге описана история и современное состояние космологии – науки о Вселенной в целом. Она посвящена описаниям основных идей космологии: расширяющейся Вселенной, ее возникновению в ходе Большого взрыва, эволюции, характерным величинам и т. д. Мы попытались ответить на многие часто задаваемые вопросы на эти темы. Мы подробно рассказываем про две загадки современной науки, имеющие непосредственное отношение к космологии, – темную материю и темную энергию.
Эта книга отличается от большинства научно-популярных книг. Золотое правило их написания гласит: каждая формула в тексте уполовинивает число потенциальных читателей. Тем не менее мы рискнули и используем уравнения, но только там, где они необходимы. Мы постарались свести количество формул до минимума и сделать их настолько простыми, насколько это возможно, понятными для всех, кто изучал математику или физику в институте. Формулы собраны в особые разделы, отмеченные в оглавлении звездочками как «Расширенный материал», и они должны рассматриваться именно так. Кроме того, в тексте они отмечены изображением Альберта Эйнштейна.
Если вы их пропустите, это не ухудшит понимание материала, однако в основном тексте есть несколько ссылок на эти разделы, поэтому советуем хотя бы просмотреть их. Каждая такая часть начинается с краткого резюме. Эти разделы составляют своеобразный простой учебник по космологии для тех, кто не знаком с математическим аппаратом общей теории относительности (далее ОТО), но хотел бы понять, откуда берутся законы космологии.
Остальная часть книги рассчитана на широкую аудиторию, хотя и предполагает некоторый минимальный уровень знания математики и физики. Тем, у кого нет даже базовых знаний в области астрономии, мы настоятельно рекомендуем прочитать несколько популярных книг по астрономии. В качестве первой мы предлагаем вышедшую в 1969 г. работу Айзека Азимова «Вселенная: от плоской Земли до квазаров», которая, впрочем, несколько устарела, но это с лихвой компенсируется легкостью и доходчивостью текста. Другие предложения для чтения перечислены в конце раздела «Выводы».
Мы старались излагать материал без упрощений, свойственных научно-популярной литературе, и объяснять, на каких основаниях делаются те или иные предположения или оценки в космологии. В тех вопросах, где современная космология сталкивается с проблемами, мы не только их не скрывали, но, наоборот, уделяли им повышенное внимание. То же самое относится к ситуациям, относительно которых у ученых нет однозначного мнения. Мы не пытались выдавать гипотезы за устоявшиеся теории, как это нередко бывает. В некотором смысле эта книга находится где-то между научно-популярной книгой и учебником, являясь своего рода мостом через ущелье, отделяющее популярную науку от истинной науки.
Книга основана на монографии «Введение в современную космологию» [Парновский, Парновский, 2013], которая была хорошо принята гораздо более широкой аудиторией, чем мы ожидали. Мы переработали материал с учетом вопросов и пожеланий читателей и попытались объяснить все научные термины, которые используем.
Законы Вселенной
1.1. Истоки космологии
Эта книга посвящена космологии – науке о структуре и эволюции Вселенной в целом, ее прошлом и будущем. Космология – не просто молодая, а очень молодая наука; ей исполнилось всего 100 лет. Ее появление связано с публикацией в 1917 г. работы Альберта Эйнштейна «Kosmologische Betrachtungen zur allgemeinen Relativitätstheorie» . В ней впервые законы физики были применены ко всей Вселенной сразу. Конкретно речь шла об уравнениях недавно открытой Эйнштейном ОТО.
В принципе ничто не мешало этой науке появиться на 250 лет раньше, сразу после открытия Исааком Ньютоном закона всемирного тяготения. Физики XVII–XIX вв. рассуждали о бесконечной Вселенной, заполненной звездами, вокруг которых обращаются планеты. Такая Вселенная существовала вечно и все, что нужно было для предсказания ее будущего состояния, – это знание законов механики и текущего положения всех объектов. Однако сила всемирного тяготения в классической механике имеет одну особенность: это всегда сила притяжения, которая никогда не становится силой отталкивания. Поэтому отдельные звезды в бесконечной Вселенной под действием силы взаимного притяжения должны были бы в конце концов собраться вместе. Вопрос о взаимном притяжении решался с помощью простого, но неверного рассуждения: раз Вселенная бесконечна, то на каждую частицу действует сила притяжения бесконечного числа других частиц. Если считать, что частицы заполняют Вселенную с постоянной плотностью, можно сделать вывод, что суммарная сила компенсируется, следовательно, гравитационным притяжением при рассмотрении динамики Вселенной в целом можно пренебречь.
Эта идея подобна попыткам поставить карандаш на кончик грифеля. В обоих случаях причиной проблем является неустойчивость равновесия. Даже если мы как-то умудримся поставить карандаш вертикально на острый конец грифеля, то любое сколь угодно малое отклонение от вертикали вызывает момент силы, отклоняющий карандаш в том же направлении, увеличивающий отклонение и полностью нарушающий исходное равновесие. В технике это называется положительной обратной связью.
«Discovery: Как устроена Вселенная (сериал 2010 – 2014)» (How the Universe Works) американская многосерийная лента, снятая в 2010 году, в жанре научной докуметалистики. Фильм приобрел удивительную популярность, хотя многие продюсеры не ожидали этого. Сериал привлек внимание разнообразной возрастной категории, и снимался на протяжении четырех сезонов. Создатели проекта, собираются запустить новый сериал, который на этот раз будет рассказывать о разнообразных теориях создание вселенной, начиная от большого взрыв, до теории струн. Сюжет картины с первый серий рассказывает о появлении нашей вселенной, начинает с многочисленных теорий появления первых мельчайших частиц. Каждая серия подробно рассказывает каждый цикл и все процессы, происходившие во Вселенной. Благодаря плавным переходам, перед зрителями доступным языком представляется все истории и парой даже трудные астрофизические понятия, которые дают ответы на многочисленные вопросы. В сериале используются новейшие графические технологии, благодаря которым можно увидеть удивительные явления. В качестве мастера визуальных эффектов в ленту был приглашен, талантливый мастер специальных эффектов, Метт Стивеннсон, который поднял ленту на новый уровень.
Отличный вопрос.
Сначала о том, зачем она нужна. Как вы сами наверное понимаете, человечество задается этим вопросом уже не один год. Даже больше скажу - не одну тысячу лет. Есть много версий, какие-то из них научные - когда ученые стараются не только выдвинуть те или иные теории, но еще и подтвердить их, другие - более духовные, и тут с подтверждением теорий уже сложнее.
Самому мне ближе наука, поэтому постараюсь ответить с этой стороны. В общем-то, вселенная ни за чем не нужна. Современная научная теория утверждает, что все началось с большого взрыва: сначала не было вообще ничего, и даже самого понятия "ничего" не было, не было ни пространства, ни времени. Потом произошел этот самый взрыв, и тогда появились материя, время и пространство. Что было до этого - мы не знаем, и более того - это даже не укладывается в наше сознание, т.е. мы не можем представить себе каково это - когда ни пространства, ни времени нет - когда вообще ничего нет, и даже самого "ничего" тоже нет. Что было дальше - ученые описывают вполне конкретно. Возвращаясь к вашему вопросу и смотря на период времени с того начального момента сразу после взрыва и до сегодняшнего дня: никакого "зачем" нет и не было. Все физические процессы, происходившие с того момента, ученые описывают вполне конкретно, эти процессы подчиняются законам физики (один мельчайший элемент материи столкнулся с другим, они образовали элемент побольше, они сталкивались друг с другом, образовывая планеты, а поскольку тогда в самом начале был взрыв, все эти элементы вместе с нами на планетах равноудаляются от центра того самого взрыва, т.е. вселенная расширяется). У этих законов физики нет никакого "зачем", есть только "почему". Почему вселенная устроена именно так? Почему звезды светят, и почему на Земле есть вода и воздух, а на других планетах нет? Все это подчиняется законам физики, и все это ученые могут объяснить и проверить - своими сложными аппаратами они, например, анализируют окружающие вещества, выявляют закономерности взаимодействия мельчайших частиц в веществах, делают выводы о работе разных веществ за пределами нашей планеты (и очень, очень далеко от нашего с вами дома - Земли).
Вопрос о том, что было до большого взрыва, остается открытым, возможно, что именно там кроется ответ на вопрос о причине всего произошедшего, если она вообще есть. Учитывая, что сама возможность существования чего-то, что было до самого существования самой нашей реальности, не укладывается в нашей голове, оставляет возможность существования чего-то, что могло бы служить причиной возникновения всего. Ведь если время до большого взрыва не укладывается в нашей голове, откуда мы знаем, не кроется ли в этом времени до нашей реальности что-то еще, чего мы сейчас даже не можем себе представить? Врочем, настоящие ученые все же делают выводы на основе того, что могут измерить, поэтому любые разговоры о времени до большого взрыва - это всего лишь домыслы.
В общем, в этой парадигме нет никакого "зачем". Низачем. А просто потому что.
А что касается всевозможных других парадигм, то тут есть множество версий, в том числе та же божественная - вроде как Бог создал всю вселенную за семь дней. Тут я уже не специалист, поэтому не смогу вас сориентировать.
Что же касается того, как она работает - эта наша теплая-ламповая вселенная с пушистыми котами и мемами (это только на нашей планете, что, впрочем, на 100% не доказано), то вам наверное проще и интереснее будет посмотреть документальный фильм. Такие фильмы очень интересны, особенного когда хочешь узнать о вселенной и, что особенно важно, попытаться представить себе, что происходит там - за пределами земной атмосферы)
Приятного (и полезного!) просмотра!
Концепция кармы в таких религиях, как индуизм и буддизм, говорит о том, что наши действия в настоящем влияют на нашу жизнь в будущем – то есть мы можем оглянуться на свои прошлые решения и сделать выводы о том, как они привели нас к нашей нынешней ситуации. Конечно, эту теорию можно воспринимать скептично, а то и вообще отрицать её. Тем не менее, мы все равно порой видим взаимосвязь между совершением добрых дел и вознаграждением, совершением плохих поступков и наказанием, хотя мы вполне можем думать, что это всего лишь вопрос вмешательства человека, а не какого-то универсального действия. Итак, давайте посмотрим на универсальные правила того, как работает Вселенная.
● Действия значат больше, нежели слова
У вас могут быть самые лучшие намерения, и вы считаете, что это делает вас достойным человеком. Однако это не всегда так. Мало просто вынашивать хорошие мысли в голове, их нужно применять на практике.
● Всё имеет значение
Обычно в качестве примера приводится эффект бабочки. Это позволяет продемонстрировать то, как, казалось бы, несущественные поступки могут иметь долгосрочные последствия. Вы и сами можете видеть, насколько важны все ваши действия. Самые крохотные проявления способны оказать огромное влияние на окружающий вас мир. Взаимосвязанность действий — это один из основных принципов того, как работает Вселенная.
● Признание нашего прошлого
Чтобы двигаться вперед и улучшать себя и свою жизнь, вы должны быть готовы проанализировать свои прошлые действия. Простите себя за свои проступки и избегайте повторения этих ошибок. Рост начинается тогда, когда вы понимаете и принимаете его необходимость.
● Возврат инвестиций
Если вы задаётесь вопросом, почему мир не дает вам никакого позитива, прежде всего подумайте о том, даете ли вы миру какой-либо позитив. Нет никакого смысла в . Честно говоря, это просто эгоистично – ждать, что вам что-то подарят просто так. На самом деле, Вселенная работает, как бумеранг.
● Пребывание в настоящем
Прошлое уже не в вашей власти, и вами не контролируется. А вот будущее вы всё же можете немного определить, но только если сосредоточитесь на настоящем. Когда вы присутствуете в текущем моменте, вы улучшаете ваше будущее «я».
● Готовность к изменению
Упрямство и негибкость ничего не сделают для улучшения вашей жизни. Вы должны быть готовы признать, что допустили ошибки, и проявлять желание стать лучше. Не закрывайте глаза на собственные промахи.
● Позитивность
Попробуйте осознать, сколько радости присутствует в нашем мире, и начните принимать верные решения. Если вы чувствуете себя подавленно, немедленно напомните себе, что позитивное мышление может значительно улучшить ваши жизненные обстоятельства и восприятие происходящего. не работает на негативе!
● Ответственность
Безусловная ответственность за ваши действия – один из величайших законов Вселенной. С каждым своим принятым решением вы будете видеть их долгосрочные последствия. Что бы не произошло в дальнейшем, вы сможете правильно понять, что вызвало те ли иные события.
● Позвольте миру «работать» по его законам
Когда мы легко разочаровываемся, это может быть связано с тем, что мы думаем, что мир нам что-то должен. Жизнь не является по своей природе справедливой или несправедливой. Жизнь – это просто жизнь. Качество нашей жизни определяется не внешними факторами, а тем, как мы их воспринимаем. Отпустите те вещи, которые уже отслужили своё, или находятся вне нашего . Вы не всегда сможете повлиять на обстоятельства. Даже если поймете, как работает Вселенная. Так что это стоит просто принять.
● Не сдавайтесь
Вы должны быть готовы ждать. Вы никогда не знаете, насколько вы близки к победе. А когда вам особенно сложно и хочется опустить руки, скорее всего, переломный момент к лучшему уже совсем близко.
Эти принципы работы Вселенной не предназначены для того, чтобы сделать человеческую жизнь тягостной. Они, напротив, помогают людям лучше контролировать свою жизнь и понимать последствия всех своих действий. Когда вы осознаёте, что ваши решения определяют ход вашей жизни, вы захотите постоянно поступать как можно лучше, честнее и справедливее.
В книге описана история и современное состояние космологии - науки о Вселенной в целом. Она посвящена описаниям основных идей космологии: расширяющейся Вселенной, ее возникновению в ходе Большого взрыва, эволюции, характерным величинам и т.д. Мы попытались ответить на многие часто задаваемые вопросы на эти темы. Мы подробно рассказываем про две загадки современной науки, имеющие непосредственное отношение к космологии, - темную материю и темную энергию.
Эта книга отличается от большинства научно-популярных книг. Золотое правило их написания гласит: каждая формула в тексте уполовинивает число потенциальных читателей. Тем не менее мы рискнули и используем уравнения, но только там, где они необходимы. Мы постарались свести количество формул до минимума и сделать их настолько простыми, насколько это возможно, понятными для всех, кто изучал математику или физику в институте. Формулы собраны в особые разделы, отмеченные в оглавлении звездочками как «Расширенный материал», и они должны рассматриваться именно так. Кроме того, в тексте они отмечены изображением Альберта Эйнштейна.
Если вы их пропустите, это не ухудшит понимание материала, однако в основном тексте есть несколько ссылок на эти разделы, поэтому советуем хотя бы просмотреть их. Каждая такая часть начинается с краткого резюме. Эти разделы составляют своеобразный простой учебник по космологии для тех, кто не знаком с математическим аппаратом общей теории относительности (далее ОТО), но хотел бы понять, откуда берутся законы космологии.
Остальная часть книги рассчитана на широкую аудиторию, хотя и предполагает некоторый минимальный уровень знания математики и физики. Тем, у кого нет даже базовых знаний в области астрономии, мы настоятельно рекомендуем прочитать несколько популярных книг по астрономии. В качестве первой мы предлагаем вышедшую в 1969 г. работу Айзека Азимова «Вселенная: от плоской Земли до квазаров», которая, впрочем, несколько устарела, но это с лихвой компенсируется легкостью и доходчивостью текста. Другие предложения для чтения перечислены в конце раздела «Выводы».
Мы старались излагать материал без упрощений, свойственных научно-популярной литературе, и объяснять, на каких основаниях делаются те или иные предположения или оценки в космологии. В тех вопросах, где современная космология сталкивается с проблемами, мы не только их не скрывали, но, наоборот, уделяли им повышенное внимание. То же самое относится к ситуациям, относительно которых у ученых нет однозначного мнения. Мы не пытались выдавать гипотезы за устоявшиеся теории, как это нередко бывает. В некотором смысле эта книга находится где-то между научно-популярной книгой и учебником, являясь своего рода мостом через ущелье, отделяющее популярную науку от истинной науки.
Книга основана на монографии «Введение в современную космологию» [Парновский, Парновский, 2013], которая была хорошо принята гораздо более широкой аудиторией, чем мы ожидали. Мы переработали материал с учетом вопросов и пожеланий читателей и попытались объяснить все научные термины, которые используем.
