ЕКСКУРСІЯ ПО ВСЕСВІТУ
Книга і фільм «Ступені десяти» (Powers of Ten) - одне з класичних подорожей по далеких світів і вимірів - починаються і закінчуються зображенням пари людей, що сидять на травичці в парку в Чикаго; треба сказати, що це місце підходить для початку нашої подорожі не гірше будь-якого іншого. Постоїмо мить на твердій землі (яка, як нам уже відомо, складається в основному з порожнечі) і оглянемося навколо. Які звичні розміри і відстані ми побачимо? Але не будемо затримуватися на людському масштабі - приблизно двометровому, - а покинувши це затишне гніздечко, будемо прагнути до нових висот і великим розмірам (на рис. 70 ви можете побачити приклади масштабів, про які піде мова в цьому розділі).
Одне з найяскравіших свідчень того, що людина жваво реагує на висоту, що перевищує людські масштаби, мені довелося спостерігати під час виступу танцювального ансамблю Елізабет вимагатимуть. Її танцівниці падають ниць з поперечини, яка піднімається все вище і вище, і остання танцівниця падає вже з висоти близько 10 м. Це безперечно більше тієї висоти, на якій людина відчуває себе комфортно, і свідченням тому були численні перелякані зойки в аудиторії. Людина не повинна падати з такої висоти, і вже точно не повинен падати обличчям вниз.
Більшість високих будівель теж викликає у нормальної людини сильну реакцію, хоча, можливо, і не настільки драматичну, - від захоплення до страху і відчуження. Одне із завдань, що стоять перед архітекторами при проектуванні висотних будівель, - наблизити ці споруди, багаторазово перевершують нас за розміром, до людини, гуманізувати їх. Будівлі та конструкції можуть бути різними за формою і розміром, але наша реакція на них завжди відображає чисто фізіологічну і психологічну реакцію на розмір.
МАЛ. 70. Огляд великих масштабів і одиниць довжини, які використовуються для їх опису
Найвища споруда в світі - вежа «Бурдж-Халіфа» в Дубаї, столиці Об'єднаних Арабських Еміратів, висотою 828 м. Це чертовски багато, але вежа стоїть в основному порожня, і фільм «Місія нездійсненна - 4» навряд чи додасть їй такий же культурний статус, який придбала інша вежа - Empire State Building - після фільму «Кінг-Конг». Культове нью-йоркське будівлю нижче арабської вежі в два з гаком рази, проте заповнене набагато щільніше.
На поверхні Землі природні тіла мають значно більші розміри. Ширина Тихого океану, наприклад, становить близько 20 млн м, тоді як Росія - довжина її території по широті близько 8 млн м - удвічі менше. Земля має приблизно 12 млн м в діаметрі, а її окружність досягає 40 млн м. США (4,2 млн м по широті) приблизно вдесятеро менше, але їх довжина все одно перевершує діаметр Місяця, що становить близько 3,5 млн м.
Об'єкти у відкритому космосі також можуть мати самі різні розміри. Астероїди, наприклад, розрізняються між собою дуже сильно - дрібні можуть бути розміром з гальку, великі набагато перевершують будь-які об'єкти на поверхні Землі. Сонце - близько 1,4 млрд м в ширину - перевершує Землю за розміром більш ніж в 100 разів. А Сонячна система, яку я візьму в межах до Плутона (який входить в Сонячну систему незалежно від того, є він планетою чи ні), приблизно в 8000 разів більше радіуса Сонця.
Відстань від Землі до Сонця значно менше - всього лише 150 млрд м - одна двохсота від однієї тисячної світлового року. А світловий рік - це відстань, яку світло може подолати за рік - результат перемноження 300 млн м / сек (швидкості світла) і 30 млн сек (тривалості року в секундах). З? За кінцевої швидкості світла сонячне світло, що досягає Землі, вже має вік близько 500 сек.
У нашій великій Всесвіту існує безліч видимих структур найрізноманітніших видів і розмірів. Астрономи об'єднують більшість небесних тіл в кілька типів. Для масштабу скажімо, що галактика, як правило, має розмір близько 30000 світлових років, або 3 x 10 20 м, в поперечнику. Це відноситься і до нашої Галактиці - Чумацькому Шляху, - розмір якої приблизно втричі більше. Скупчення галактик мають розмір близько 10 23 м, або 10 млн світлових років. Світла потрібно 10 млн років, щоб перетнути таке скупчення галактик від краю до краю.
Незважаючи на величезний розкид розмірів, більшість небесних тіл підкоряється законам Ньютона. Орбіту Місяця, як і орбіту Плутона або навіть самої Землі, можна розрахувати в рамках ньютонівської теорії всесвітнього тяжіння. З огляду на відстань від планети до Сонця, її орбіту можна передбачити на підставі одних лише законів Ньютона - тих самих, що змусили впасти на землю легендарне яблуко.
Проте більш точні вимірювання планетарних орбіт показали, що закони Ньютона - не останнє слово науки. Потрібна була загальна теорія відносності, щоб пояснити прецесію перигелію Меркурія, тобто видима зміна параметрів його орбіти навколо Сонця з часом. Загальна теорія відносності - більш всеосяжну теорія, яка включає в себе Ньютонови закони (для невисоких щільності і швидкостей), але працює і за межами цих обмежень.
Для опису більшості об'єктів загальна теорія відносності не потрібна, проте її ефекти можуть накопичуватися з часом, а там, де щільність об'єкта досить велика, як в чорних дірах, вони проявляються в повну силу. Чорна діра в центрі нашої Галактики має радіус близько 100 млрд (10 11) м.
Ув'язнена в цьому обсязі маса дуже велика - близько 4 млн сонячних мас - і тут, як і у випадку всіх інших чорних дір, описати її гравітаційні властивості без загальної теорії відносності неможливо.
Вся видима Всесвіт в даний час тягнеться приблизно на 100 млрд світлових років в поперечнику - 10 27 м, або в мільярд разів більше нашої Галактики. Таке величезне число викликає подив, адже виходить, що розмір Всесвіту більше, ніж відстань, до якого ми реально можемо «дотягнутися» (13,75 мільярдів світлових років). Вважається, що з моменту Великого вибуху пройшло 13,75 мільярда років і ніщо за цей час не могло подолати більшу відстань, так що і розмір ніяк не може бути більше.
Однак тут немає ніякого протиріччя. Причина, по якій Всесвіт в цілому більше, ніж відстань, яку міг подолати світло за час її життя, полягає в тому, що простір розширюється. В розумінні цього явища велику роль відіграє загальна теорія відносності. Її рівняння говорять про те, що розтягується сама тканину космосу. Ми можемо бачити точки Всесвіту, розташовані неймовірно далеко один від одного - так далеко, що самі вони «бачити» один одного не в змозі.
З огляду на кінцеву швидкість світла і кінцевий вік Всесвіту, які спостерігаються відстані в ній, зрозуміло, теж кінцеві, і ми вже підійшли до верхнього їх межі. Видима Всесвіт - це все, що є нашим телескопам. Проте розмір Всесвіту майже напевно не обмежений тим, що ми бачимо. Як і у випадку з малими відстанями, де ми можемо робити припущення, що виходять за рамки сьогоднішніх експериментальних обмежень, тут ми теж можемо робити припущення про те, що знаходиться за межами спостережуваному Всесвіті. Єдиний межа в напрямку великих відстаней кладе наше власну уяву і природне небажання думати про структурах, які ми не маємо ніякої надії коли? Небудь побачити.
Ми справді не знаємо, що знаходиться там, за горизонтом - кордоном спостережуваному Всесвіті. Обмеженість наших наглядових можливостей дозволяє припустити існування там нових незвичайних явищ. Інші структури, інші виміри, навіть інші закони природи можуть мати місце до тих пір, поки їх існування не вступає в протиріччя з спостерігаються явищами. Це не означає, що буквально математично несуперечливі структури фізично існують в природі, як іноді стверджує мій колега-астрофізик Макс Тегмарк. Однак це означає все ж, що там, за горизонтом, може перебувати безліч найнесподіваніших явищ і об'єктів.
Ми поки не знаємо, чи існують інші виміри або інші всесвіти. Більш того, ми не можемо навіть сказати напевно, кінцева Всесвіт в цілому або нескінченна, хоча більшість з нас вважає, що, швидше за все, нескінченна. Жодне спостереження, ні один вимір не дають ніяких ознак її кінця, але дальність спостережень і вимірювань обмежена. Взагалі, Всесвіт може мати кінець, так само як може мати форму м'яча або повітряної кулі. Але в даний час жодне теоретичне або експериментальне свідчення не вказує на це.
Більшість фізиків вважають за краще не думати занадто багато про те, що панує за межами видимого Всесвіту, оскільки ми навряд чи коли? Небудь дізнаємося, що там. Однак будь-яка теорія гравітації або квантової гравітації дає нам математичні інструменти для припущень і прогнозів. На основі теоретичних методів і гіпотез про додаткові просторових вимірах фізики іноді придумують екзотичні варіанти інших всесвітів, які або взагалі не контактують з нашого Всесвіту, або контактують тільки через гравітацію. Як говорилося в главі 18, фахівці з теорії струн і інші фізики розглядають можливість існування мультивселенной, що складається з безлічі незалежних всесвітів, що узгоджується з рівняннями теорії струн; іноді ці міркування поєднуються з антропним принципом, який використовує можливу множинність всесвітів в своїх інтересах. Деякі навіть намагаються відшукати сигнатури, по яким в майбутньому можна було б судити про існування подібних мультивселенной. Як ми бачили в главі 17, в одному конкретному сценарії двухбрановая Мультивсесвіт допомогла б нам отримати відповіді на деякі питання фізики елементарних частинок - і в цьому випадку мала б перевіряються слідства. Але більшість додаткових всесвітів, будучи можливими, в доступному для огляду майбутньому напевно залишаться за межами наших експериментальних проектів. Тому поки вони залишаться лише теоретичними абстрактними гіпотезами.
Поділіться на сторінці
ГЛАВА 5. ЧАРІВНА ЕКСКУРСІЯ В глиб матерії Відомо, що 2500 років тому давньогрецький філософ Демокріт оголосив про існування атомів і тим самим зробив крок у правильному напрямку, однак ні тоді, ні багато пізніше ніхто не міг точно сказати, якими насправді
МАСШТАБИ ВСЕСВІТУ Наша подорож починається в звичному нам масштабі - тому самому, в якому ми живемо, користуємося різними речами, бачимо і чіпаємо їх. Не випадково саме один метр - не одна мільйонна його частка і не десять тисяч метрів - найкраще відповідає розміру
5. Розширення всесвіту Тим часом в кінці 1960-х нас знову чекав криза, хоча і набагато менш драматичний, ніж нещасливе знайомство Роберта з ефектами ліків. Членство Стівена в коледжі в якості наукового співробітника добігало кінця, і так як один раз термін вже
9. Походження Всесвіту Питання про походження Всесвіту трохи схожий з найдавнішою проблемою: що з'явилося спочатку - курка чи яйце? Іншими словами, яка сила створила Всесвіт і що створило цю силу? Або, можливо, Всесвіт або створила її сила існували
Вміст Всесвіту «Що там?» - звичне питання людей, вдивляються в небо.Попиткі астрономії відповісти на нього у відношенні до всього Всесвіту то дражнять нас своїми вражаючими відповідями, то бентежать настільки ж вражаючими питаннями. вміст всій
Життя у Всесвіті 107. Як життя починалося? Визначення життя важке, але виглядає приблизно так: життя це самопідтримується хімічна система, здатна слідувати дарвінівської еволюціі.Нет сумніву, що життя може виникнути у Всесвіті. подивіться в
9. Моделі Всесвіту Жоден фізик не заперечує сьогодні спеціальну теорію відносності, і лише деякі оскаржують основні положення загальної теорії відносності. Правда, загальна теорія відносності залишає багато важливих проблем невирішеними. Безперечно й те,
2. Якщо коротко про Всесвіт Всесвіт безмежна і неймовірно прекрасна. Дивно проста в одних своїх проявах і неймовірно складна в інших. З усього незліченної різноманіття понять, що відносяться до Всесвіту, нам зараз знадобиться лише кілька - про них