Olvassa el az univerzumot a visszapillantó tükörben. Dave Goldberg - Az Univerzum a visszapillantó tükörben. Isten jobbkezes volt? Vagy rejtett szimmetria, antianyag és a Higgs-bozon. Az univerzum nekünk van szánva

Az univerzum a visszapillantó tükörben van. Isten jobbkezes volt? Vagy rejtett szimmetria, antianyag és a Higgs-bozon

Könyvismertetők

"Az Univerzum a visszapillantó tükörben"

Az Univerzum a visszapillantó tükörben nagyszerű olvasmány mindazok számára, akik meg akarják érteni, miért olyan összetett és csodálatos az univerzumunk... Goldberg egy csodálatos társ, aki elviszi úticéljához – hogy megcsodálja az univerzum szépségét.

Természetfizika

A matematikai szimmetriák sok kérdésre adnak választ, de szellemes és könnyed könyvében Goldberg mérföldköveket állít fel az olvasó számára anélkül, hogy túlterhelné matematikai számításokkal. Tipp: Ne hagyja ki a sok, előkelő humorral teli lábjegyzetet!

Felfedez

Goldbergnek éles a humorérzéke és az abszurd – és remekül elmagyarázza, hogy az általunk magától értetődő dolgok, mint például a gravitációs és a tehetetlenségi tömegek egyenlősége, valójában miért nagyon furcsák és egyáltalán nem nyilvánvalóak... Ez a könyv egy kicsit olyan, mint egy hullámvasút, amelyet Tolkien Moriáján keresztül építenek.

Új Tudós

Hú, milyen érdekesnek bizonyul a szimmetria téma! Dave Goldberg fizikus egyenesen a nagy fizikai elképzelések forgatagába vezeti az olvasót, de olyan ügyesen kormányozza a hajót, hogy az olvasót nem fenyegeti a vízbe fulladás.

Természet

Jelentős, matematikával nem túlterhelt, és rendkívül lenyűgöző könyv a szimmetria fogalmáról a fizikában... Goldberg könyve az elejétől a végéig érthetően és humorosan íródott... A szerző bőkezűen borsozza meg magyarázatait népszerű hivatkozásokkal. kultúra – a Doctor Who-tól és Lewis Carrolltól az Angry Birds-ig –, és elbűvölő előadásmódjának köszönhetően a legösszetettebb témákat is leegyszerűsíti.

Publishers Weekly

Goldberg az univerzum tíz legalapvetőbb tulajdonságáról beszél állandó humorral, ugyanakkor finoman, mélyen és érthetően.

Kirkus - Vélemények nyaralásokról és utakról |

Ez a könyv szórakoztató és lebilincselő fizikafogalmak felfedezése, amely többek között a fizika egyik énekelt hősnőjének, egy óriásnak a történetét tartalmazza, akinek a vállán sok fizikus állt – Emmy Noether!

Dave Goldberg igazi vidámparkot rendez lenyűgöző érdekességekből, rejtélyes paradoxonokból és finom humorból... Tökéletesen elmagyarázza az olvasónak, mi a szimmetria szerepe a fizikában, a csillagászatban és a matematikában. Csodálatos történet egy gyönyörű univerzumról!

Ne nézz félre! Ez a könyv igazi ajándék minden olyan olvasónak, aki kíváncsi csodálatos univerzumunk minden csodájára. Ha a fizika alapfogalmait és törvényeit olyan világosan és szórakoztatóan tanítanák az iskolákban, mint Dave Goldberg könyvében beszél róluk, sokkal jobban tudnánk a fiatalokat a tudomány felé vonzani.

Priyamvada Natarajan, a Yale Egyetem Női Kari Fórumának Fizikai és Csillagászati Tanszékének elnöke

Ez a könyv csaknem olyan hatalmas terjedelmű, mint a fizikai univerzum, amelyet oly csodálatosan leír. De a legfontosabb talán az, hogy Goldberg részletesen ír Emmy Noether alulértékelt érdemeiről. Tétele, miszerint minden szimmetriához van egy konzervált mennyiség, a fizika számos területét egyesíti, Goldberg pedig elmagyarázza, hogyan és miért.

John Allen Paulos, matematika oktató a Temple Egyetemen, az Innumeracy szerzője

Dave Goldberg olyan készséggel beszél arról, hogy a szimmetria hogyan formálja az univerzumot, hogy könyvét öröm olvasni. Történeteit - a "kaonok koanjától" és a hangyák birodalmától a Higgs-bozon körüli felhajtásig - lehetetlen letenni, ugyanakkor szokatlanul tanulságosak.

J. Richard Gott, a Princetoni Egyetem asztrofizika oktatója

Ezt a könyvet olvasni olyan, mintha a világ legcsodálatosabb fizikatanárának előadását hallgatnánk! Goldberg mindent elmond, amit tudni akart a fizikáról, de szégyellte megkérdezni, például, hogy lehet-e Tardist építeni, vagy mi történne, ha a Föld egy fekete lyukba kerülne. Kötelező olvasmány mindenkinek, aki meg akarja érteni az univerzum természetét – és egyben nevetni!

Emilynek, Willának és Lilynek szenteltem – te vagy az életem, a szerelmem és az inspirációm

Nem szabad elfelejteni, hogy amit megfigyelünk, az nem a természet, hanem a természet, amely a mi kérdésfeltevésünk módszerének van kitéve.

Werner Heisenberg

Bevezetés

Amiben elmondom, hogy mit és hogyan, úgyhogy jobb, ha nem görgeted végig

Miért van valami a világon, és miért nincs semmi? Miért nem azonos a jövő a múlttal? Miért jön egy komoly ember ilyen kérdésekkel?

Ha populáris tudományról beszél, egyfajta merész szkepticizmusba esik a beavatottakkal szemben. Olvasod ezeket a tweeteket és blogokat – és az a benyomásod, hogy a relativitáselmélet nem más, mint valami haver tétlen fecsegése egy partin, és nem az emberiség történetének egyik legsikeresebb fizikai elmélete, amely kiállt. minden kísérleti és megfigyelési teszt száz éven át .

Az avatatlanok szemszögéből nézve a fizika valahogy fájdalmasan túl van terhelve mindenféle törvénnyel és képletekkel. Nem lehetne egyszerűbb? És maguk a fizikusok is gyakran gyönyörködnek terveik elkülönült összetettségében. Amikor Sir Arthur Eddingtont száz évvel ezelőtt megkérdezték, igaz-e, hogy a világon csak hárman értik Einstein általános relativitáselméletét, egy pillanatig elgondolkodott, majd lazán megjegyezte: „Megpróbálom kitalálni, ki a harmadik. van." A relativitáselmélet ma már minden fizikus alaparzenáljában szerepel, nap mint nap tanítják a tegnapi, de még a mai iskolásoknak is. Ideje tehát feladni azt az arrogáns gondolatot, hogy az univerzum titkainak megértése csak a zsenik számára hozzáférhető.

Szinte soha nem született mélyreható betekintés világunk működésébe egy új képlet feltalálása, akár Eddington, akár Einstein voltál. Éppen ellenkezőleg, az áttörések szinte mindig akkor következnek be, amikor rájövünk, hogy korábban azt hittük, hogy ezek különböző dolgok, de valójában ugyanazok. Ahhoz, hogy megértsük, hogyan működik minden, meg kell értened a szimmetriát.

A 20. század nagy fizikusa, a Nobel-díjas Richard Feynman a fizika világát a sakkjátékhoz hasonlította. A sakk szimmetriával teli játék. Fordítsa el a táblát fél fordulattal, és pontosan ugyanúgy fog kinézni, mint amikor elkezdte. Az egyik oldalon lévő figurák a színek kivételével szinte tökéletes tükörképei a másik oldalon lévő figuráknak. Még a játékszabályoknak is van szimmetriája. Feynman így fogalmaz:

A szabályok szerint a püspök csak átlósan mozog a sakktáblán. Arra a következtetésre juthatunk, hogy akárhány mozdulat múlik el, egy bizonyos püspök mindig a fehér négyzeten marad... És így is lesz, méghozzá elég sokáig – de hirtelen rájövünk, hogy a püspök a fekete négyzeten kötött ki. (valójában ez történt: ezúttal a püspököt megették, de az egyik gyalog az utolsó sorba ért, és egy fekete négyzeten püspök lett). Ugyanez a fizikával. Van egy törvényünk, amely hosszú-hosszú ideig univerzálisan érvényes, még akkor is, ha nem tudunk minden részletet nyomon követni, majd eljön a pillanat, amikor kinyithatjuk új törvény.

Dave Goldberg

Az univerzum a visszapillantó tükörben van. Isten jobbkezes volt? Vagy rejtett szimmetria, antianyag és a Higgs-bozon

* * *

Könyvismertetők

"Az Univerzum a visszapillantó tükörben"

Természetfizika

Felfedez

Új Tudós

Természet

Publishers Weekly

Goldberg az univerzum tíz legalapvetőbb tulajdonságáról beszél állandó humorral, ugyanakkor finoman, mélyen és érthetően.

Kirkus - Vélemények nyaralásokról és utakról |

Danica McKellar, színésznő, a „Math Doesn't Suck” szerzője

Paul Halpern, az "Edge of the Universe" című könyv szerzője

Priyamvada Natarajan, a Yale Egyetem Női Kari Fórumának Fizikai és Csillagászati Tanszékének elnöke

John Allen Paulos, matematika oktató a Temple Egyetemen, az Innumeracy szerzője

J. Richard Gott, a Princetoni Egyetem asztrofizika oktatója

Annalee Newitz, az időtorzítás mező szerkesztője és kezelője a http://i09.com oldalon

Emilynek, Willának és Lilynek szenteltem – te vagy az életem, a szerelmem és az inspirációm

Nem szabad elfelejteni, hogy amit megfigyelünk, az nem a természet, hanem a természet, amely a mi kérdésfeltevésünk módszerének van kitéve.

Werner Heisenberg

Bevezetés

Amiben elmondom, hogy mit és hogyan, úgyhogy jobb, ha nem görgeted végig

Miért van valami a világon, és miért nincs semmi? Miért nem azonos a jövő a múlttal? Miért jön egy komoly ember ilyen kérdésekkel?

Nézze meg még párszor a játékot, és egyszer csak rádöbben, hogy a püspök pontosan azért marad az azonos színű mezőkön, mert csak átlósan mozog. A színmegmaradás törvénye általában érvényes, de egy mélyebb törvény mélyebb magyarázatot igényel.

A szimmetria a természetben szinte mindenhol megjelenik – még akkor is, ha nem figyelemre méltó, sőt nyilvánvaló és banális. A pillangók szárnyai tökéletesen tükrözik egymást. Funkciójuk megegyezik, de nagyon sajnálnám szegény két bal-két jobbszárnyú pillangót - tehetetlenül repülne körbe. A szimmetria és az aszimmetria a természetben általában kénytelen versenyezni egymással. Végső soron a szimmetria egy olyan eszköz, amellyel nemcsak törvényeket fogalmazunk meg, hanem megértjük, miért működnek.

Tegyük fel, hogy a tér és az idő egyáltalán nem különbözik egymástól, mint amilyennek látszik. Olyanok, mint egy pillangó jobb és bal szárnya. A köztük lévő hasonlóság képezte a speciális relativitáselmélet alapját - és az egész fizika leghíresebb képletét eredményezte. Úgy tűnik, a fizika törvényei nem változnak az idő múlásával - ez a szimmetria arra enged következtetni, hogy az energia megmarad. És ez jó is: az energiamegmaradásnak köszönhető, hogy óriás akkumulátorunk - a Nap - képes ellátni a Föld összes élőlényét.

Sokunk számára (oké, fizikusok) a fizikai univerzum tanulmányozása során feltárt szimmetriatörvények olyan szépek, mint egy gyémánt, egy hópehely szimmetriája vagy egy tökéletesen szimmetrikus emberi arc idealizált esztétikája.

Marcus du Sautoy matematikus gyönyörűen ír erről:

Csak a legrátermettebb, legegészségesebb növények rendelkeznek olyan energiatartalékkal, amely lehetővé teszi számukra, hogy fenntartsák az egyensúlyt formájuk kialakítása során. A szimmetrikus virág jobb, mint az aszimmetrikus, és ez abban is megmutatkozik, hogy több nektárt termel, és ennek a nektárnak magasabb a cukortartalma. A szimmetria édes ízű.

A szimmetria kihívásai hihetetlenül kellemesek az elménknek. Az amerikai keresztrejtvények általában fekete-fehér négyzetek mintái, amelyek nem változnak, ha az egész képet fél fordulattal elfordítja, vagy tükörben nézi. A festészet és építészet számos remeke a szimmetriára épül – piramisok, Eiffel-torony, Tádzs Mahal.

Érdemes az elméd mélyén kutatni, és valószínűleg emlékezni fogsz az öt platóni szilárdtestre. Csak öt szabályos poliéder van azonos lappal: a tetraéder (négy lap), a kocka (hat), az oktaéder (nyolc), a dodekaéder (tizenkét) és az ikozaéder (húsz lap). Egyes tudományos majom, mint én, szeretettel tekint vissza gyermekkorára, és rájön, hogy pontosan így nézett ki a kocka a Dungeons & Dragons készletben.

Néha a mindennapi beszélgetésekben a „szimmetria” szó egyszerűen arra utal, hogy a dolgok hogyan „egyeznek” vagy „tükrözik” egymást, de a valóságban a fogalomnak biztosan van pontos meghatározása. A megfogalmazás, amelyre ennek a könyvnek az oldalain támaszkodni fogunk, Hermann Weyl matematikusé:

Egy objektumot szimmetrikusnak nevezünk, ha tudsz vele valamit csinálni, és utána ugyanúgy fog kinézni, mint korábban.

Tekintsünk egy egyenlő oldalú háromszöget. Bármit megtehetsz ezzel a háromszöggel – és továbbra is pontosan ugyanaz marad, mint korábban. Egyharmad fordulattal elforgathatod, és ugyanúgy fog kinézni. Vagy megnézheti a tükörben - és a visszaverődés pontosan olyan lesz, mint az eredeti.

Egyenlő oldalú háromszög

A kör tökéletes szimmetrikus tárgy. Ellentétben a háromszögekkel, amelyek csak akkor néznek ki ugyanúgy, ha egy bizonyos szögben elforgatják őket, a kört tetszés szerint elforgathatja, és ugyanaz marad. Nem szeretném elmagyarázni a nyilvánvalót, de a kerék pontosan ezen az elven működik.

Jóval azelőtt, hogy megértettük volna, hogyan mozognak a bolygók, Arisztotelész azt javasolta, hogy pályájuk körkörös legyen, éppen a kör szimmetrikus alakzatként való „tökéletessége” miatt. Arisztotelész tévedett – és nem csoda: szinte mindenben tévedett, ami a fizikai világgal kapcsolatos.

Nagy a kísértés, hogy édes önelégültségben hemperegjünk, miközben kigúnyoljuk a régieket, de Arisztotelésznek igaza volt egy nagyon fontos dologban. Bár a bolygók valójában ellipszisben keringenek a Nap körül, a Nap felé húzó gravitációs erő minden irányban azonos. A gravitáció szimmetrikus. Sir Isaac Newton ebből a feltevésből és annak zseniális betekintéséből, hogyan gyengül a gravitáció a távolsággal, helyesen következtetett a bolygók mozgására. Részben ezért is ismered annyira ezt a nevet, bár ennek sok oka van. Azok a formák, amelyek közel sem tűnnek olyan tökéletesnek, mint egy kör – a bolygók elliptikus pályái – sokkal mélyebb szimmetria következményei.

A szimmetriák rámutatnak a természet valódi alapelveire. Senki sem értette, hogyan működik az öröklődés, amíg Rosalind Franklin nem készített röntgenfelvételt a DNS-ről, amely lehetővé tette James Watsonnak és Francis Cricknek a kettős spirális szerkezet felfedezését. Ez a két egymást kiegészítő spirálszálból álló szerkezet pedig lehetővé tette számunkra, hogy megértsük a másolás és az öröklődés módszerét.

DNS kettős hélix

Ha teljesen kihagyott tudományos hajtókörökben mozogsz, valószínűleg hallottad már, hogy valamelyikük ezt vagy azt az elméletet „természetesnek” vagy „gyönyörűnek” nevezte. Ez általában azt jelenti, hogy az elmélet alapjául szolgáló feltevés annyira egyszerű, hogy egyszerűen igaznak kell lennie. Más szavakkal, egy nagyon egyszerű szabállyal kezdve mindenféle összetett rendszert leírhat, például a fekete lyukak körüli gravitációt vagy a természet alapvető törvényeit.

Csak enyhe túlzás azt állítani, hogy a fizika a szimmetria tanulmányozása.

Néha a szimmetria annyira nyilvánvaló, hogy teljesen banálisnak tűnik – de hihetetlenül ellentmondásos eredményekhez vezet. Amikor hullámvasúton utazunk, a test nem tudja megkülönböztetni, hogy a gravitáció vagy a kocsi gyorsulása nyomja az ülésbe: ugyanaz az érzés. Amikor Einstein azt javasolta, hogy „ugyanazt érez” azt jelenti, hogy „ugyanaz”, levezette azokat a törvényeket, amelyek alapján a gravitáció működik, ami később a fekete lyukak létezésének hipotéziséhez vezetett.

Vagy mondjuk az a tény, hogy két azonos típusú részecske felcserélhető, elkerülhetetlenül ahhoz vezet, hogy megértsük Napunk sorsát, és a titokzatos Pauli-elvhez, végül pedig a neutroncsillagok és a világ összes kémiájának működéséhez. .

De az idő múlása viszont éppoly nyilvánvalónak tűnik aszimmetrikus. A múlt különbözik a jövőtől, az biztos. Azonban furcsa módon a fizika törvényei semmit sem tudnak az időtengelyről – elfelejtették elmondani nekik. Mikroszkopikus szinten szinte minden elképzelhető kísérlet mindkét irányban kiemelkedően jól megy.

Könnyű engedni az általánosítás vágyának, és azt feltételezni, hogy a világon minden szimmetrikus. Én, olvasó, nem ismerem Önt, ezért készen állok a legsértőbb feltételezésekre. A középiskolában vagy az egyetemen részt vettél legalább egyszer egy elgondolkodtató beszélgetésben a következő témában: „Mi lenne, srácok, az univerzumunk csak egy atom valami hatalmas, hatalmas univerzumban?”

Sikerült azóta felnőni? Valld be, nagyon jól tudod, miről szól a „Férfiak feketében” című film, és szívesen emlékszel vissza arra, hogyan olvastad gyerekként a „Horton, az elefánt hallja valakit” című filmet – de még most sem tehet róla, hogy vajon van-e t egy miniatűr univerzum valahol, amely messze túlmutat az érzékelésünkön.

Nem, barátom, a válasz nem – de itt fel kellene tennünk egy kicsit mélyebb kérdést: miért?

Ha valamit lehet növelni vagy csökkenteni anélkül, hogy megváltoztatnánk, akkor van egy bizonyos fajta szimmetriánk. Azok, akik olvasták a Gullivert, valószínűleg emlékeznek rá, hogy amint találkozunk a liliputiakkal, Jonathan Swift hosszú, részletes vitába kezd mindarról, ami a Gulliver és a liliputiak, majd a Gulliver és az óriások magasságkülönbségéből következik. -brobdingnegs. Itt Swift egyértelműen túlzásba vitte – megírja a világon mindennek a méretarányát, egy lépés hosszától a helyi állatok számáig, amelyekre Gullivernek szüksége volt, hogy eleget tudjon szerezni.

Azonban már Swift idejében senki sem kételkedett abban, hogy az ilyen országok és népek létezése (a beszélő lovakról általában hallgatok) ellentmond a fizika törvényeinek. Egy évszázaddal korábban Galileo Galilei megírta a „Két új tudományt”, ahol tudományos szempontból vizsgálta az óriások létezésének lehetőségét. Hosszas gondolkodás után arra a következtetésre jutott, hogy ez a feltételezés hamis – így megfosztja a jövő nemzedékeit a szórakozás lehetőségétől. Az a baj, hogy a csont a duplájára nőtt nyolcszor nehezebbé válik, felülete pedig csak négyszeresére nő. Így eltörik, nem tudja elviselni a saját súlyát. Maga Galilei így ír erről:

Egy kétszáz könyök magas tölgy nem bírná el a saját ágait, ha azokat ugyanúgy osztanák el, mint egy közönséges magasságú fán; és a természet nem képes hússzor akkora lovat előállítani, mint egy közönséges ló, vagy tízszer akkora óriást, mint egy közönséges ember, hacsak nem csoda folytán, vagy ha nagymértékben megváltoztatja testének arányait, különösen a csontokat, amelyeknek nagymértékűnek kell lenniük. a hétköznapitól megnagyobbodott.

Ezért van az, hogy egy kistestű kutya néha két-három saját méretű kutyát is fel tud cipelni a hátán, de én úgy gondolom, hogy egy ló még egy akkora lovat sem cipelhet.

Ezért olyan rossz ötlet a Pókember. A pók arányosan megnövekedett ereje semmiképpen sem lehetett nála. Különben olyan masszívan felépült volna, hogy nem is kellett volna nyomni. A gravitáció mindent maga csinálna. Ahogyan J. B. S. Haldane biológus írja „A megfelelő méret fontossága” című esszéjében (J. B. S. Haldane, „ A megfelelő méretről»):

Éppen ezért a rovar nem fél a gravitációtól - leeshet és sértetlenül maradhat, meglepően kis erőfeszítéssel a mennyezetbe tud kapaszkodni... A világban azonban van egy erő, amitől a rovar éppúgy fél, mint az emlős a gravitációtól. . Ez felületi feszültség... Egy rovar, amely úgy dönt, hogy inni, ugyanolyan veszélyben van, mint egy feneketlen szakadék szélén lógó ember, aki élelmet keres. Amint egy rovar belekap a víz felületi feszültségébe – vagyis egyszerűen átnedvesedik –, nagy valószínűséggel nem tud kijutni, és megfullad.

Valójában a probléma sokkal mélyebb, mint az óriáscsontok szakítószilárdsága és a rovarok arányos ereje. Minden, egy személy méretéhez hasonló tárgy látszólag arányosan kicsinyíthető és nagyítható nagy károsodás nélkül - egy hatméteres gyilkos robot, úgy tűnik, pontosan ugyanazzal az eszközzel, mint a három méteres modellje, kétszer jobban működik - de ha átváltani az atomok és molekulák skálájára, minden előrejelzés megszűnik igazolni. Az atomok világa egyben a kvantummechanika világa is, ami azt jelenti, hogy makroszkopikus létezésünk konkrétságát hirtelen felváltja a bizonytalanság.

Más szóval, magának a méretezésnek semmi köze a természet szimmetriájához. A galaxisok kozmikus hálózatának térképe valóban úgy néz ki, mint egy neuronkép, de ez nem valami nagy univerzális szimmetria. Ez egy véletlen egybeesés. Folytathatnám a szimmetria különböző eseteinek egymás utáni leírását, de remélem, általánosságban elmagyaráztam, mi az, ami. Egyes változtatások számítanak, mások nem. Ebben a könyvben úgy döntöttem, hogy ezt a megközelítést választom: minden fejezetet külön kérdésnek szentelek, amelyre, mint később kiderül, megvan a válasz, bár közvetetten, és az univerzum alapvető szimmetriái adják.

Másrészt még az ember jobb keze is különbözik a bal kezeitől. Az egyik fő rejtély, amelyen az emberek gondolkodnak, hogy bizonyos értelemben az univerzum nem szimmetrikus. A szíved a mellkasod bal oldalán van, a jövő nem azonos a múlttal, anyagból vagy, nem antianyagból. Tehát ez a könyv is egy könyv a törött és tökéletlen szimmetriáról, talán még inkább, mint az ideális szimmetriáról. A népi bölcsesség azt mondja, hogy a perzsa szőnyeg tökéletes a tökéletlenségében, és ideális a tökéletlenségében. A valódi, hagyományos szőnyegek mintái csak egy kicsit eltérnek, és a szimmetria megtörése az egész darabot személyesebbé teszi. Ugyanez történik a természet törvényeivel – és ez nagyszerű: egy tökéletesen szimmetrikus univerzum rettenetesen unalmas lenne. De a mi univerzumunkat nem lehet unalmasnak nevezni.

A visszapillantó tükörben látható univerzum közelebb van, mint amilyennek látszik, és ez mindent megváltoztat. De ne nézzünk vissza – hosszú körútra indulunk az univerzumban. És a szimmetria lesz az útmutatónk, de ha megtörik, lesz miről írnunk haza.

fejezet első. Antianyag

Amiből megtudjuk, miért van valami a világon és nem semmi

Sci-fi filmeket nézni abban a reményben, hogy valami újat tanulhatunk a tudományról, általában értelmetlen ötlet. Többek között nagyon torz képet kapsz például arról, hogyan dübörögnek a robbanások az űrben (némák), milyen könnyen lehet szuperluminális sebességet elérni (de semmiképp), hány angolul beszélő és nem teljesen humanoid , de még mindig ördögien vonzó idegenek vannak az űrben (mind házasok). Azonban mindenféle „Star Wars” és „Star Treks” egy nagyon helyes gondolatot oltott belénk: az antianyaggal nem szabad bánni.

Az antianyag olyan elképesztő erőt rejt magában, hogy egyszerűen lehetetlen ellenállni a kísértésnek, és ha egy tudományos-fantasztikus író „igazi fizikát” akar adni főztjéhez, szinte mindig egy csipetnyi antianyag után nyúl: az megnöveli a súlyt a szemében. az olvasók. Az Enterprise űrsikló motorja az anyag és az antianyag kölcsönhatásán működött. Isaac Asimov pozitronikus agyat adott robotjainak – és a pozitront, egy antianyag-részecskét sci-fi MacGuffinná változtatta.

Még Dan Brown Angyalok és démonok című könyvében is, amely aligha minősül igazi sci-finek, az antianyag egyfajta pokolgépként szolgál. A gazemberek fél gramm antianyagot lopnak el – és ez a mennyiség elég ahhoz, hogy az első atombombákhoz hasonló teljesítményű robbanást idézzen elő. Nem számítva azt a tényt, hogy Dan Brown 2-szer tévedett az aritmetikai számításaiban, teljesen félreértette, mi is történik valójában egy részecskegyorsítóban, és körülbelül billiószor tévedett, amikor azt becsülte meg, hogy mennyi antianyag tárolható. szállított, tudományos részével Minden rendben.

Kiderült, hogy folyamatosan találkozunk az antianyaggal – de teljesen félreértjük, mi az. Ez az anyag semmiképpen sem az a megállíthatatlan gyilkos, akiben oly sok éven át megszokta a bizalmatlanságot. Ha az antianyagot nem zavarják, akkor egészen békésen viselkedik. Az antianyag ugyanolyan, mint az általad ismert és szeretett közönséges anyag – például azonos tömegű –, ennek éppen az ellenkezője: ellentétes töltés és ellentétes név. Csak akkor van sült illata, ha antianyagot keverünk közönséges anyaggal.

Az antianyag nemcsak hogy nem egzotikusabb, mint a közönséges anyag, hanem szinte minden fontos helyzetben pontosan ugyanúgy néz ki és viselkedik. Ha az univerzumban az összes részecskét hirtelen felváltanák az antiverziójukkal, semmit sem vennél észre. Egyszerűen fogalmazva, szimmetria is van abban, ahogy a fizika törvényei az anyagot és az antianyagot kezelik, és mégis egy kicsit másnak kellene lenniük: elvégre te és mindenki, akit ismersz, nem antianyagból, hanem közönséges anyagból áll.

Szeretjük azt gondolni, hogy nincsenek véletlenek, valami globális oka van annak, amiért jelenleg nem ülsz egy emberellenes teremben. Ahhoz, hogy megértsük, mi folyik itt, mélyebbre megyünk a múltba.

Ugyan már, népellenesek, honnan jöttem?

Nehéz lehet elmagyarázni, honnan származik valami. Nem mindig lehet mindent pontosan egy radioaktív pók harapásának, a szülőbolygó felrobbanásának, vagy akár egy holttest újjáéledésének tulajdonítani (a tudomány kedvéért, értitek). Saját eredettörténetünk trükkös, de örömmel tudhatod, hogy mi (csakúgy, mint Hulk) végső soron a gammasugárzásnak való kitettség eredménye. Ez egy hosszú történet.

A fizika még arra a kérdésre sem tud válaszolni, hogy honnan jött maga az univerzum, de az utána történtekről sok mindent elmondhatunk. Egzisztenciális válságot kockáztatva legalább megpróbálhatunk választ adni a filozófia egyik nagy kérdésére, igazi nagy lövésre a panteonjában: "Miért van valami a világon és nem semmi?"

A kérdés nem olyan ostoba, mint amilyennek látszik. Mindaz alapján, amit a laborban látunk, nem kellene léteznie. Semmi személyes. Nekem sem szabadna léteznem, és a Napnak, a Tejútrendszernek vagy a Twilight filmnek sem (számtalan okból).

Ahhoz, hogy megértsük, miért ne létezne, meg kell vizsgálnunk a tükör univerzumokat, az antianyag univerzumokat és a saját univerzumunkat a legkisebb léptékben. Csak a legkisebb léptékben válik nyilvánvalóvá az anyag és az antianyag közötti különbség, és még akkor sem nyilvánvaló.

Az Univerzum a legkisebb léptékben Egyéb. Minden, amit látunk, molekulákból áll, amelyek közül a legkisebbek mérete körülbelül egy milliomod része. Ha ezt emberi léptékkel hasonlítjuk össze, akkor egy emberi hajszál körülbelül százezer molekula vastagságú. Igen, molekulák nagyon kicsi, de akármilyen kicsik is, még kisebb részecskékből állnak. És ez is jó – ha arra vágyunk, hogy legalább valami rendet találjunk a világban. A Royal Society of Chemistry szerint körülbelül 20 millió különböző típusú molekulát ismerünk, és olyan gyakran fedeznek fel új vegyületeket, hogy nem is érdemes pontos számot megadni. Ha nem értenénk, hogy a molekulák még kisebb dolgokból állnak, elakadnánk a felsorolásban.

Az egyetemes rend szerencséjére egyre kisebb léptékben jelennek meg új struktúrák. A méter tízmilliárd része alatti léptékben elkezdjük megkülönböztetni az egyes atomokat. Mindössze 118 kémiai elemet ismerünk, és ezek többsége egyáltalán nem, vagy csak kis mennyiségben található meg a természetben.

Jelenlegi oldal: 1 (a könyv összesen 20 oldalas) [olvasható rész: 12 oldal]

Dave Goldberg

Az univerzum a visszapillantó tükörben van. Isten jobbkezes volt? Vagy rejtett szimmetria, antianyag és a Higgs-bozon

Könyvismertetők

"Az Univerzum a visszapillantó tükörben"

Publishers Weekly

Goldberg az univerzum tíz legalapvetőbb tulajdonságáról beszél állandó humorral, ugyanakkor finoman, mélyen és érthetően.

Priyamvada Natarajan, a Yale Egyetem Női Kari Fórumának Fizikai és Csillagászati Tanszékének elnöke

John Allen Paulos, a Temple Egyetem matematika oktatója, a Számtalanság szerzője

J. Richard Gott, a Princetoni Egyetem asztrofizika oktatója

Annalee Newitz, a http://i09.com webhely szerkesztője és idővetemező-operátora

Emilynek, Willának és Lilynek szenteltem – te vagy az életem, a szerelmem és az inspirációm

Nem szabad elfelejteni, hogy amit megfigyelünk, az nem a természet, hanem a természet, amely a mi kérdésfeltevésünk módszerének van kitéve.

Werner Heisenberg

Bevezetés

Amiben elmondom, hogy mit és hogyan, úgyhogy jobb, ha nem görgeted végig

Miért van valami a világon, és miért nincs semmi? Miért nem azonos a jövő a múlttal? Miért jön egy komoly ember ilyen kérdésekkel?

A szabályok szerint a püspök csak átlósan mozog a sakktáblán. Arra a következtetésre juthatunk, hogy akárhány mozdulat múlik el, egy bizonyos püspök mindig a fehér négyzeten marad... És így is lesz, méghozzá elég sokáig – de hirtelen rájövünk, hogy a püspök a fekete négyzeten kötött ki. (valójában ez történt: ezúttal a püspököt megették, de az egyik gyalog az utolsó sorba ért, és egy fekete négyzeten püspök lett). Ugyanez a fizikával. Van 1 Jobb, mint a „Feynman Fizikai előadások” elolvasása, ha csak hallgatjuk őket. Az idézet egy hangfelvételből származik, amelyet Feynman a California Institute of Technology-ban tartott. Tulajdonképpen a gólyáknak tartott előadásokat, de a félév végére a jelek szerint az összes helyet elfoglalták a kollégái.

van egy törvény, ami általánosan érvényes hosszú-hosszú ideig, még akkor is, ha nem tudunk minden részletet nyomon követni, aztán eljön a pillanat, amikor felfedezhetünk egy új törvényt.

Marcus du Sautoy matematikus gyönyörűen ír erről:

2 megunt fekete övtartó rámutat arra, amit elfelejtettem megemlíteni

tízoldalas kocka. Tehát tudd, hogy a dekaéder nem plátói szilárdtest. Az antibipiramisok osztályába tartozik, és ötszögletű trapézédernek is nevezik.

Egy objektumot szimmetrikusnak nevezünk, ha tudsz vele valamit csinálni, és utána ugyanúgy fog kinézni, mint korábban.

Egyenlő oldalú háromszög

DNS kettős hélix

Ez a könyv a szimmetriáról szól, arról, hogyan jelenik meg a természetben, hogyan vezérli intuíciónkat, és hogyan bukkan fel ott, ahol nem számítasz rá. A Nobel-díjas Phil Anderson ezt a legtömörebben fogalmazta meg:

Csak enyhe túlzás azt állítani, hogy a fizika a szimmetria tanulmányozása.

Az idő múlása viszont éppoly nyilvánvalóan aszimmetrikusnak tűnik. A múlt különbözik a jövőtől, az biztos. Azonban furcsa módon a fizika törvényei semmit sem tudnak az időtengelyről – elfelejtették elmondani nekik. Mikroszkopikus szinten szinte minden elképzelhető kísérlet mindkét irányban kiemelkedően jól megy.

Nem, barátom, a válasz nem – de itt fel kellene tennünk egy kicsit mélyebb kérdést: miért?

Ha valamit lehet növelni vagy csökkenteni anélkül, hogy megváltoztatnánk, akkor van egy bizonyos fajta szimmetriánk. Azok, akik olvasták a Gullivert, valószínűleg emlékeznek rá, hogy amint találkoztunk a liliputiakkal, a liliputiak minden dimenzióban tizenkétszer kisebbek, mint Gulliver. A tízzel való szorzás és osztás sokkal egyszerűbb, ezért az egyszerűség kedvéért úgy döntöttem, hogy mindent lekerekítek és egyszerűsítek. Nem kell megköszönni.

Jonathan Swift hosszú, részletes vitába kezd mindarról, ami a Gulliver és a liliputiak, majd a Gulliver és a Brobdingnagian óriások magasságkülönbségéből következik. Itt Swift egyértelműen túlzásba vitte – megírja a világon mindennek a méretarányát, egy lépés hosszától a helyi állatok számáig, amelyekre Gullivernek szüksége volt, hogy eleget tudjon szerezni.

Azonban már Swift idejében senki sem kételkedett abban, hogy az ilyen országok és népek létezése (a beszélő lovakról általában hallgatok) ellentmond a fizika törvényeinek. Egy évszázaddal korábban Galileo Galilei megírta a „Két új tudományt”, amelyben tudományos szempontból vizsgálta az óriások létezésének lehetőségét. Hosszas gondolkodás után arra a következtetésre jutott, hogy ez a feltételezés hamis – így megfosztja a jövő nemzedékeit a szórakozás lehetőségétől. Az a baj, hogy a csont a duplájára nőtt nyolcszor nehezebbé válik, felülete pedig csak négyszeresére nő. Így eltörik, nem tudja elviselni a saját súlyát. Maga Galilei így ír erről:

4 Idejének és tehetségének enyhén szólva méltó felhasználása.

Ezért van az, hogy egy kistestű kutya néha két-három saját méretű kutyát is fel tud cipelni a hátán, de én úgy gondolom, hogy egy ló még egy akkora lovat sem cipelhet.

Ez az oka annak, hogy a Pókember olyan rosszul megtervezett. A pók arányosan megnövekedett ereje semmiképpen sem lehetett nála. Különben olyan masszívan felépült volna, hogy nem is kellett volna nyomni. A gravitáció mindent maga csinálna. Ahogyan J. B. S. Haldane biológus írja „A megfelelő méretről” című esszéjében:

5 Régóta bebizonyosodott, hogy ha elég hosszan beszélsz egy tudóssal, bármit tönkretesz azzal, hogy a lényegre jut. Ezért vagyunk olyan gyakran magányos estékre szánva.

fejezet első. Antianyag

Amiből megtudjuk, miért van valami a világon és nem semmi

6 A forgatókönyvírásban a MacGuffin egy bizonyos tárgy, amely köré a cselekmény épül – például a Grál az Arthur-ciklusban vagy a tizenkét szék Ilf és Petrov „A tizenkét szék” című művében. – kb. fordítás

7 Amikor az antianyag „Bang-Bang” lesz, ugyanannyi anyag tűnik el. Brown láthatóan megfeledkezett erről.

Ugyan már, népellenesek, honnan jöttem?

A legkisebb léptékű univerzum teljesen más. Minden, amit látunk, molekulákból áll, amelyek közül a legkisebbek mérete körülbelül egy milliomod része. Ha ezt emberi léptékkel hasonlítjuk össze, akkor egy emberi hajszál körülbelül százezer molekula vastagságú. Igen, a molekulák nagyon kicsik, de bármilyen kicsik is, még kisebb részecskékből állnak. És ez is jó – ha arra vágyunk, hogy legalább valami rendet találjunk a világban. A Royal Society of Chemistry szerint körülbelül 20 millió különböző típusú molekulát ismerünk, és olyan gyakran fedeznek fel új vegyületeket, hogy nem is érdemes pontos számot megadni. Ha nem értenénk, hogy a molekulák még kisebb dolgokból állnak, elakadnánk a felsorolásban.

8 Remélem, nem hagytad ki a bemutatkozást. Sok jó dolog van ott.

9 Ernest Rutherford, aki őszintén szólva másoknál többet tett az anyag szerkezetének magyarázatáért, szó nélkül kijelentette: „Minden tudomány fel van osztva. A méter tízmilliárd része alatti léptékben elkezdjük megkülönböztetni az egyes atomokat. Mindössze 118 kémiai elemet ismerünk, és ezek többsége egyáltalán nem, vagy csak kis mennyiségben található meg a természetben.

Amit makroszkopikus léptékben látunk, az egyáltalán nem segít felkészülni arra, amivel akkor találkozunk, amikor az egyes atomok méretére csökkenünk, mert ekkor lép színre a kvantummechanika. A valóság kvantumtermészetéről még nem beszélek, csak egyet mondok: kellemetlen bizonytalanság uralkodik ott. Egyelőre figyelmen kívül hagyhatod, de kicsit később fülig be kell jutnod ebbe a mocsárba.

Még ha nem is tudja pontosan, mik az atomok, akkor is hasznot húzhat belőlük. Pontosan ezt fedezte fel Dmitrij Mengyelejev orosz kémikus a XIX. Valószínűleg akkor ismeri a fő teljesítményét, ha életében legalább egyszer betévedt egy iskolai kémia vagy fizika tanterembe. Mengyelejev feltalálta a periódusos rendszert.

Ez nem csak egy hosszú lista. Mengyelejev bebizonyította, hogy a táblázat minden oszlopában szereplő elemek nagyon hasonló kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek. Például a réz, az állatfizika és a bélyeggyűjtés.” Milyen szégyen lehetett számára, hogy 1908-ban megkapta a kémiai Nobel-díjat!

10 Mengyelejev ennek a könyvnek a sok hőse közül az első, akitől gyakorlatilag elvették a Nobel-díjat. Esetében 1907-ben politikai intrika miatt nem kapta meg a kémiai díjat - annak ellenére, hogy a periódusos rendszer minden modern kémia és atomfizika alapja.

A lottó és az ezüst ugyanabban az oszlopban van, és mindegyik nagyon magas vezetőképességű fém. Az üres helyek kitöltésével Mengyelejev meg tudta jósolni az elemek tulajdonságait, mielőtt azokat a laboratóriumban felfedezték volna!

Maga az a gondolat, hogy az atomok képezik az anyag láthatatlan alapját, már két és fél ezer évvel ezelőtt megfogalmazták, igaz, meglehetősen primitív formában. Leukipposz, Démokritosz és az ókori görög atomisták fejezték ki ezt a gondolatot a Kr.e. V. században. e., és könnyen feltételezhetjük, hogy az elmúlt kétezer évet arra fordítottuk, hogy végre eljusson hozzánk. Személy szerint úgy gondolom, hogy a régieknek túl nagy a becsülete.

Általában az első atomisták csak azt mondták, hogy lehetetlen az anyagot végtelenül felosztani. Fogalmuk sem volt arról, milyen kicsik az atomok, mi a szerkezetük, vagy hogy tovább oszthatók-e (bár az „atom” szó jelentése „oszthatatlan”).

Csak az elmúlt kétszáz évben kezdtünk megérteni valamit arról, hogy mi is az atom, ami 1905-ben Einstein zseniális Brown-mozgáselemzésében csúcsosodott ki. 80 évvel korábban Robert Brown botanikus mikroszkóp alatt vizsgálta a folyadékban kevert pollent. Brown megjegyezte, hogy bármennyire is várta, hogy a kép megnyugodjon, a pollenrészecskék továbbra is véletlenszerűen nyüzsögtek.

Einstein helyesen feltételezte, hogy az egyes molekulák folyamatosan, véletlenszerűen, különböző irányokba lökdösik a pollenrészecskéket – és ebből arra következtethetett, hogy az atomok a valóságban is léteznek, sőt megbecsülte a méretüket is.

Az atomok létezésének döntő bizonyítéka bőven elegendő lett volna ahhoz, hogy Einsteint a 20. század egyik legnagyobb tudósává tegye, de úgy gondolják, hogy ez csak a harmadik legfontosabb felfedezés, amelyet egy év alatt tett. Valóságos csoda történt, talán még soha a történelemben nem fordult elő, hogy ilyen gyakorisággal követték egymást a ragyogó felfedezések, és nem véletlenül nevezik 1905-öt „Csodálatos évnek” Einstein életrajzában – ekkor született egy sorozat cikkek jelentek meg, amelyekben a tudós nemcsak bebizonyította, hogy léteznek atomok, hanem azt is bebizonyította, hogy a fény részecskékből áll (amiért 1921-ben Nobel-díjat kapott), valamint bemutatta a tudományos közösségnek azt a csekélységet, amit „az elmélet elméletének” neveztek. relativitáselmélet”, aminek köszönhetően valószínűleg ismered őt Név.

Dave Goldberg

Az univerzum a visszapillantó tükörben van. Isten jobbkezes volt? Vagy rejtett szimmetria, antianyag és a Higgs-bozon

* * *

Könyvismertetők

"Az Univerzum a visszapillantó tükörben"

Az Univerzum a visszapillantó tükörben nagyszerű olvasmány mindenkinek, aki meg akarja érteni, miért olyan összetett és csodálatos az univerzumunk... Goldberg csodálatos társ, aki elvezeti Önt úti céljához – hogy megcsodálja az univerzum szépségét.

Természetfizika

Felfedez

Goldbergnek éles a humora és az abszurd – és remekül elmagyarázza, hogy valami, amit természetesnek tartunk, mint például a gravitációs és a tehetetlenségi tömegek egyenlősége, valójában miért nagyon furcsa és egyáltalán nem nyilvánvaló... Ez a könyv egy kicsit olyan, mint egy hullámvasút, amelyet Tolkien Moriáján keresztül építenek.

Új Tudós

Természet

Jelentős, matematikával nem túlterhelt, és rendkívül lenyűgöző könyv a szimmetria fogalmáról a fizikában... Goldberg könyve az elejétől a végéig érthetően és humorosan íródott... A szerző bőkezűen borsozza meg magyarázatait népszerű hivatkozásokkal. kultúra – Doctor Who-tól és Lewis Carrolltól az Angry Birds-ig –, és a bájos előadásmódnak köszönhetően a legösszetettebb témákat is leegyszerűsíti.

Publishers Weekly

Goldberg az univerzum tíz legalapvetőbb tulajdonságáról beszél állandó humorral, ugyanakkor finoman, mélyen és érthetően.

Kirkus - Vélemények nyaralásokról és utakról |

Ez a könyv szórakoztató és lebilincselő fizikafogalmak felfedezése, amely többek között a fizika egyik el nem énekelt hősnőjének, egy óriásnak a történetét tartalmazza, akinek a vállán sok fizikus állt – Emmy Noether!

Danica McKellar, színésznő, a „Math Doesn't Suck” szerzője

Paul Halpern, az "Edge of the Universe" című könyv szerzője

Priyamvada Natarajan, a Yale Egyetem Női Kari Fórumának Fizikai és Csillagászati Tanszékének elnöke

John Allen Paulos, matematika oktató a Temple Egyetemen, az Innumeracy szerzője

J. Richard Gott, a Princetoni Egyetem asztrofizika oktatója

Ezt a könyvet olyan, mintha a világ legcsodálatosabb fizikatanárának előadását hallgatnánk! Goldberg mindent elmond, amit tudni akart a fizikáról, de szégyellte megkérdezni, például, hogy lehet-e Tardist építeni, vagy mi történne, ha a Föld egy fekete lyukba kerülne. Kötelező olvasmány mindenkinek, aki meg akarja érteni az univerzum természetét – és egyben nevetni!

Annalee Newitz, az időtorzítás mező szerkesztője és kezelője a http://i09.com oldalon

Emilynek, Willának és Lilynek szenteltem – te vagy az életem, a szerelmem és az inspirációm

Nem szabad elfelejteni, hogy amit megfigyelünk, az nem a természet, hanem a természet, amely a mi kérdésfeltevésünk módszerének van kitéve.

Werner Heisenberg

Bevezetés

Amiben elmondom, hogy mit és hogyan, úgyhogy jobb, ha nem görgeted végig

Miért van valami a világon, és miért nincs semmi? Miért nem azonos a jövő a múlttal? Miért jön egy komoly ember ilyen kérdésekkel?

Nem szereted a fizikát? Csak nem olvastad Dave Goldberg könyveit! Ez a könyv bevezeti Önt a modern fizika egyik legérdekesebb témájába – az alapvető szimmetriákba. Valóban, gyönyörű Univerzumunkban szinte minden - az antianyagtól és a Higgs-bozontól a hatalmas galaxishalmazokig - rejtett szimmetriák alapján jön létre! Nekik köszönhető a modern tudósok legszenzációsabb felfedezéseik.

Létre lehet hozni egy eszközt az azonnali információtovábbításra? Mi történik, ha a Föld egy fekete lyukba kerül? Mit nem tanítanak az iskolai órákon az időről és a térről? Olvassa el, és megtudja a választ ezekre a kérdésekre. Érthető, lenyűgöző, vicces is lehet – így fog most gondolni a fizikára.

Weboldalunkon ingyenesen és regisztráció nélkül letöltheti fb2, rtf, epub, pdf, txt formátumban Dave Goldberg "Az Univerzum a hátsó tükörben. Jobbkezes volt Isten? Vagy rejtett szimmetria, antianyag és a Higgs-bozon" című könyvét. formátumban, olvassa el a könyvet online, vagy vásároljon könyvet egy online áruházban.