Часть 1. Гравитация. Большой взрыв. Космическая инфляция

Тема 11.

Тема 10.

Раздел 4.

Тема 9.

Тема 8.

1. Задачи менеджера в организации информационного процесса.

2. Информационный процесс и возможности искажения информации.

1. Понятие решений и их классификация.

2. Методы принятия решений.

3. Рациональный способ принятия решений.

1. Понятие комфортного психологического климата.

2. Конфликтная ситуация и инцидент.

3. Понятие конфликта и классификация конфликтов.

4. Причины конфликтов и пути выхода из конфликтов.

1. Роль руководителя в организации комфортного психологического климата.

2. Планирование рабочего времени.

3. Борьба со стрессами как важное условие эффективного руководства.

* Название является аббревиатурой английских слов straight (сила), weakness (слабость), opportunities (возможность), threats (угрозы).

Понимание силы тяжести — ключевая научная идея, проходящая через всю историю физики. Гравитация — глобальная сила, формирующая структуру космоса и ответственная за самые крупномасштабные эффекты во Вселенной.

Первые попытки понять силу тяжести в истории науки восходят к Исааку Ньютону. Он придумал то, что мы теперь называем классической теорией тяготения Ньютона. Закон, который мы до сих пор учим в старших классах, гласит, что любой объект во Вселенной притягивает любой другой объект с силой, зависящей от двух факторов: массы объектов и расстояния, на котором они находятся друг от друга.

Простейший пример. У нас есть звезда вроде Солнца, планета вроде Земли и математический закон, позволяющий прогнозировать траекторию движения Земли и других планет вокруг Солнца. Удивительно, но, когда вы смотрите на небо, планеты находятся именно там, где предсказывает математическое уравнение Ньютона. Сегодня даже неосведомленные в физике люди принимают это как должное.

«Но подумайте, насколько удивительно, что Исаак Ньютон сидел с бумагой и карандашом, выводил свои маленькие математические уравнения и вдруг обнаружил, что они описывают движение объектов там, в небесах. Восхитительный и значительный шаг вперед в наших попытках понять, как работает Вселенная».

Это произошло во второй половине XVII века. На протяжении последующих 250 лет человечество считало, что Ньютон постиг силу тяжести, исчерпав эту тему до дна; что она стала пройденным этапом в нашем стремлении понять природу вещей. Но тут на сцену физики вышел новый мыслитель.

Альберт Эйнштейн понял, что описание гравитации, данное Ньютоном, не может быть полным и окончательным. Да, оно может быть близким приближением к истине. Но Ньютон не учел чего-то крайне важного, с чем столкнулся Эйнштейн.

Пятилетние дети часто задают наивные, прямые и очевидные вопросы, которые взрослые просто отметают в сторону. Эйнштейн был в науке таким ребенком. Он просто спросил себя: как работает гравитация? У нас есть Солнце, оно удерживает планеты на орбитах. Мы назвали это силой притяжения, силой тяжести. Но как она делает то, что делает? От Солнца к Земле ведь не протянуто никакой веревки. Нет никакой гигантской руки, которая держала бы Землю. Каков же механизм, посредством которого гравитация выполняет свою работу?

В поисках ответа Эйнштейн обратился к «Математическим началам натуральной философии», чтобы узнать, что сам Ньютон думал по этому поводу. Поразительно, но оказалось, что Ньютон фактически признает: «Вообще-то, я не знаю, как работает сила тяжести. Оставляю этот вопрос на усмотрение самих читателей». Большинство читателей классической работы Ньютона пробежали глазами эту строчку и просто продолжили чтение. Эйнштейн оказался не таков. Он принял вызов и потратил долгих десять лет, ломая голову в попытках понять то, до чего не дошел Ньютон. И в 1915 году Эйнштейн дал миру новую теорию гравитации: общую теорию относительности. Вот что он предложил (физики любят эту аналогию, хоть она и не идеальна).

Альберт Эйнштейн. Фото: AP

Забудьте на мгновение о Вселенной. Вместо нее представьте себе лист резины. Мы берем маленький шарик, например, для петанка (кошонет. — РП) и кидаем его на лист. Шарик покатится, почти не оставляя за собой заметной колеи. Теперь возьмем объект потяжелее, шар для боулинга. Прокатим его по листу резины. Лист деформируется, изогнется под тяжелым шаром, который оставит за собой колею.

Эйнштейн сказал: вот вам идея! Но примените ее не к резиновому листу, а к Вселенной. Представьте, что ткань пространства податлива, как резиновый коврик. И представьте, что такой объект, как Солнце, искажает среду вокруг себя — просто в силу того, что он есть. Как шар на листе резины. Земля не сходит с орбиты, потому что катится по «желобу» в искривленном пространстве вокруг Солнца. Пространство Эйнштейна оживает, оно податливо, тут и там отмечено воздействием гравитации. Объекты оставляют в нем колеи.

Это не просто образы, которые можно проиллюстрировать наглядными примерами. Идеи Эйнштейна имели в своей основе математику. Эйнштейн использовал свои уравнения, чтобы предсказать положение определенных звезд на небе, и во время солнечного затмения 1919 года его предсказание подтвердилось наблюдениями.

К 1919—1920 годам теорию гравитации Эйнштейна приняло все научное сообщество, в том числе и Жорж Леметр, бельгийский аббат, отличавшийся от других католических священников тем, что у него была докторская степень по физике. Когда он увидел уравнения Эйнштейна, ему пришло в голову нечто неожиданное.

«Давайте применим их, скажем, не только к Земле, вращающейся вокруг Солнца, а к Вселенной целиком, ко всему космосу. Я хочу выяснить и проанализировать, как Вселенная будет выглядеть, если уравнения Эйнштейна верны везде и всегда», — сказал Леметр. Когда он предпринял свой анализ, то пришел к неожиданному заключению: Вселенная просто не может быть неизменяемой и статичной, как считали все, включая Эйнштейна.

Конечно, если посмотреть на чистое звездное небо, нам покажется, что ничего не происходит, а звезды — это просто точки света, которые пришпилены к пустоте. Но расчеты Леметра показали, что уравнения Эйнштейна на самом деле рисуют совершенно иную картину. Из них следовало, что Вселенная должна со временем расширяться или сжиматься. Леметр презентовал свою идею Эйнштейну в 1927 году на конференции в Брюсселе. В ответ Эйнштейн заметил, что с математическими расчетами у него, конечно, все неплохо, но нельзя полагаться исключительно на математику. Нужно иметь глаз художника, чтобы определить, какие математические идеи применимы к реальности.

Эйнштейн понимал, что расчеты Леметра правильны — несколько ранее русский физик Александр Фридман пришел к точно такому же выводу о динамичности Вселенной. Фридман тоже показывал свои результаты Эйнштейну, но для того абстрактный анализ, не подкрепленный наблюдениями, не имел отношения к реальности. Эйнштейн не верил в нестационарную Вселенную.

Так продолжалось до тех пор, пока на сцену науки не вышел астроном Эдвин Хаббл. Его наблюдения подтвердили, что далекие галактики действительно разбегаются. Хаббл установил, что Вселенная не статична, она и правда изменяется в точном соответствии с умозрительным анализом Леметра и Фридмана, которые использовали уравнения Эйнштейна.

Но если Вселенная непрерывно расширяется, значит, раньше Вселенная была меньше. Значит, когда-то она была крошечной точкой. Значит, в начале времен произошло то, что мы теперь называем Большим взрывом. Это был довольно резкий поворот в наших представлениях о мироздании.

Советский физик Георгий Гамов и его коллеги Ральф Альфер и Роберт Герман предоставили тому несколько еще более изысканных и ощутимых доказательств, чем разбегающиеся в разные стороны галактики Хаббла.

Они первым поняли, что если в своем первоначальном состоянии Вселенная действительно была сжатой, то после Большого взрыва должно сохраниться остаточное тепло, реликтовое излучение, которое заполняет собой все пространство космоса и которое можно зафиксировать и измерить. Они сделали первые математические расчеты, описавшие это пронизывающее космос тепло, и предложили экспериментально проверить свои данные, но никто их не послушал. В середине XX века физиков больше привлекала квантовая механика, а космология была не столь популярна. И ученые на некоторое время забыли о теоретически предсказанном реликтовом излучении.

Брайн Грин сравнивает фотографии ученых. Фото: Станислав Наранович / «Русская планета»

Но в 1964 году американские физики Роберт Дикке и Джим Пиблс пришли к идее реликтового излучения независимо от Гамова. Примерно в то же время Арно Пензиас и Роберт Вильсон работали над созданием нового типа антенн в Bell Labs. В ходе испытаний они заметили источник атмосферного шума, от которого никак не удавалось избавиться. Ученые чистили антенну, переделывали ее, однако она продолжала улавливать этот загадочный фоновый шум. В итоге Пензиас и Вильсон установили, что антенна слышит шум космического электромагнитного излучения, существование которого было предсказано несколькими поколениями математиков. Так теория Большого взрыва получила гораздо более крепкое и проверяемое основание, нежели просто математические расчеты, и стала общепризнанной.

Однако оставалась большая проблема. Если Вселенная началась с Большого взрыва, то что спровоцировало сам взрыв? Что было «взрывчаткой», «топливом», на котором работает растущая Вселенная?

Когда мы говорим о больших массах материи, определяющей их поведение силой выступает гравитация. Но гравитация, вообще-то, притягивает вещи, а не расталкивает. Что могло «растолкать» материю в момент Большого взрыва? Используя математику, ученые пытались выяснить, что произошло в нулевой момент времени, но не могли получить ответа.

Это уже приближает нас к современности, сказал Грин, к открытиям Алана Гута и Андрея Линде. Тут лектор признался, что любит сравнивать фотографии этих физиков с портретом грустного Фридмана и раз за разом отмечать, насколько счастливее выглядят современные космологи.

«Почему они так счастливы? Потому что мы получили поразительные ответы на вопрос о том, что побудило Вселенную расширяться».

Гут и Линде, используя уравнения Эйнштейна, обнаружили, что в определенных экзотических средах гравитация может быть не притягивающей, а отталкивающей, «репульсивной» силой. Они смогли убедительно доказать, что на ранних порах Вселенная представляла собой именно такую экзотическую среду, наполненную определенным видом «топлива», расталкивающего вещи. Их открытие и легло в основу инфляционной модели Вселенной.

Гут и Линде также пришли к выводу, что температура микроволнового фонового излучения должна варьироваться в разных «местах» космоса, и их расчеты в точности предсказали результаты дальнейших наблюдений. Так реликтовое излучение стало одним из главных доказательств Большого взрыва.

В конечном итоге, по словам Грина, инфляционная теория свидетельствует, что «топливо» Большого взрыва настолько эффективно, что оно не могло израсходоваться целиком — его должно было хватить на множество больших взрывов.

«Это значит, что некоторая часть топлива была использована в нашем Большом взрыве, но остается еще неизрасходованное топливо для других больших взрывов.

Что означает, что наш Большой взрыв не привел к созданию Вселенной. Он привел к созданию... просто вселенной. Другие большие взрывы создали другие миры. Наша вселенная — один из мыльных пузырей в огромной космической ванне, полной похожих пузырей. Это тот поразительный вывод, к которому нас подводит современная космология».

Дата добавления: 2013-12-12