Вселенная в зеркале заднего вида. Был ли Бог правшой? Или скрытая симметрия, антивещество и бозон Хиггса (Голдберг)

Лучше, чем прочитать «Фейнмановские лекции по физике» — только их прослушать. Цитата взята из аудиозаписи лекции, которую Фейнман прочитал в Калифорнийском Технологическом институте. Вообще-то он собирался читать лекции первокурсникам, однако к концу семестра все места, судя по всему, заняли его коллеги.

Обладатели черного пояса по занудству укажут, что я забыл упомянуть десятигранную кость. Так вот, знайте, что десятигранник — это не платоново тело. Он принадлежит к классу антибипирамид и называется еще пентагональным трапецоэдром.

Лилипуты по всем измерениям меньше Гулливера в двенадцать раз. Умножать и делить на десять гораздо проще, поэтому я для простоты картины решил все округлять и упрощать. Можете не благодарить.

Достойное применение его времени и талантов, нечего сказать.

Давно доказано, что если говорить с ученым достаточно долго, он испортит все что угодно, докопавшись до сути. Вот почему нам так часто уготованы одинокие вечера.

В сценарном деле макгаффином называют некий предмет, вокруг которого строится фабула — например, Грааль в Артуровском цикле или двенадцать стульев в «Двенадцати стульях» Ильфа и Петрова. — Прим. перев.

Когда антивещество делает «Трах-бах», исчезает такое же количество вещества. Об этом Браун, очевидно, позабыл.

Надеюсь, вы не пропустили введение. Там много дельного.

Эрнест Резерфорд, который сделал, прямо скажем, больше других для объяснения структуры вещества, без обиняков заявил: «Все науки делятся на физику и коллекционирование марок». Как ему, наверное, было обидно получить в 1908 году Нобелевскую премию по химии!

Менделеев — первый из многих героев этой книги, у кого практически отняли Нобелевскую премию. В его случае премию по химии в 1907 году он не получил из-за политических интриг — несмотря на то, что периодическая таблица лежит в основе всей современной химии и физики атомов.

По всей видимости, на рубеже XIX–XX веков сливовый пудинг считался настоящим деликатесом. Лично меня от одного названия с души воротит.

Скорее всего, из фильмов о вторжении инопланетян вы почерпнули несколько искаженное представление о том, насколько это вероятно.

Обозначение c — это первая буква слова celeritas, что значит «проворство». Мне кажется, это некоторое преуменьшение.

Шкала Кельвина начинается с абсолютного нуля, то есть с — 273 °C или — 460° F. Комнатная температура — около 310 К, а на поверхности Солнца примерно 5800 К.

Строгие ревнители возразят против такого использования слова «гореть». Строго говоря, горение — это химический процесс, а термоядерный синтез — это совсем другое дело. Можете подавать на меня в суд.

Это я так рекламирую возобновляемые источники энергии. Ее там очень много.

Эту организацию принято называть ЦЕРН (CERN) по первым буквам ее французского названия. Этим добрым людям мы обязаны и Большим Адронным Коллайдером.

Супермен, само собой, справляется с задачей замедлить или разогнать Землю куда лучше.

Иногда делают винты с левой резьбой, но это исключение.

Страшные кавычки я включил, чтобы вы в очередной раз задались экзистенциальным вопросом о законности собственного существования.

Кстати, если вы уже запутались во всех этих незнакомых частицах, не беспокойтесь. Во-первых, почти все, что нужно, мы с вами уже повидали. Во-вторых, в конце книги приведена удобная шпаргалка.

Коан каона: как звучит превращение субатомной частицы в античастицу?

С таким легкомысленным отношением к пространству-времени можно, конечно, и палку перегнуть. Например, если похвастаешься, что твой звездолет может пролететь по дуге Кесселя меньше чем за 12 парсеков, выставишь себя полным идиотом.

Прошу извинить меня, если я оскорбил чувства циклопов.

Если не задумывались, позвольте указать вам на тождество слов «месяц» — «луна» и «месяц» — «двенадцатая часть года». Остальное додумайте сами.

Названная, как и многие другие спутники Юпитера, в честь одной из весьма многочисленных возлюбленных Зевса. Ио была нимфой. Очень рекомендую почитать про мифологические сюжеты, связанные с другими Галилеевыми спутниками — так, забавы ради.

И в этот миг, по всей видимости, ангелы небесные вострубят в печальнейшие из своих труб.

Несмотря на корень «антроп», речь идет отнюдь не только о безволосых говорящих обезьянах.

Специально для зануд: да, кроме слабого взаимодействия. Пока что оно для нас роли не играет, а впоследствии мы о нем еще поговорим, не волнуйтесь.

Особенно хорошо это получается, когда играешь в мяч на Луне: там нет сопротивления воздуха.

Моя случайная последовательность получилась ровно 50 на 50, но я бы ничуть не удивился, если бы у меня вышло, например, 48 на 52.

Строго говоря, это логарифм числа вариантов, однако поскольку заниматься вычислениями мы не будем, эта мелочь не должна вас особенно тревожить. Важно лишь одно: для макросостояний, которых можно достичь множеством разных способов, энтропия высока. А если то или иное макросостояние обеспечивают лишь несколько микросостояний, энтропия низка.

Русский аналог — «Эрудит». — Прим. перев.

Это и есть предположение. Вполне можно (хотя, мне кажется, неразумно) предположить, что кости динозавра в ваш огород были подброшены кем-то совсем недавно, а не оказались там 65 миллионов лет назад в результате смерти настоящего динозавра.

А между тем энергию нужно куда-то девать. Первый закон термодинамики гласит, что энергия сохраняется (а еще — что никогда нельзя говорить о термодинамике).

От греческого слова, которое буквально означает «обращение в пламя» — ничего себе!

Земля, вода, воздух, огонь и эфир. Из эфира, по мнению Аристотеля, состоят звезды и небесные сферы.

Да, я понимаю. Но что поделаешь.

С Аристархом мы уже встречались. Он сделал одну из самых точных оценок расстояния до Солнца в античности. Это не совпадение. Солнце выглядит на небе достаточно крупным. Если оно находится далеко от нас, а так и есть, значит, оно должно быть огромным, гораздо больше Земли. Если Солнце и вправду больше Земли, разумно предположить, что это Земля вращается вокруг него по орбите, а не наоборот.

От такого греха, за которым следует арест, пытки, сожжение на костре и все такое прочее.

Некоторые исследователи полагают, что предисловие написал его помощник, в таком случае я приношу свои извинения за то, что заподозрил Коперника в лукавстве.

А еще он лишился носа в результате дуэли с одним дворянином, носившим вычурное имя Мандеруп Парсберг. История (почти наверняка апокриф) гласит, что повздорили они из-за того, кто лучше разбирается в математике, и в результате решили дело на мечах. Вместо носа Тихо носил протез, сделанный из сплава золота и серебра. К нашему сюжету это не относится, зато дает представление о необузданных нравах астрономов старой школы.

Все дело в наклоне земной оси. Северное полушарие больше времени обращено к солнцу в июне, июле и августе, а в Южном все наоборот. Вы себе не представляете, какая это распространенная ошибка.

Адамс — не астроном и, если уж на то пошло, англичанин, так что простим ему ошибку в переводе метрических мер. На самом деле эта величина ближе к 93 миллионам миль.

Конечно, знаток, как же иначе.

Если вы небрежно упомянете о ней на ближайшей коктейль-вечеринке — не упустите случая! — назовите ее «аш-перечеркнутое». Профессионалы сразу поймут.

Если нужно, включите воображение.

В моей первой книге мы с соавтором составляли подобный список — и Эйнштейн, разумеется, занял в нем первое место. Хотя с тех пор мои воззрения несколько изменились, приведу остальных из первой пятерки, если вам любопытно: это были Ричард Фейнман, Нильс Бор, Поль Дирак и Вернер Гейзенберг.

Если вам все же трудно уловить, какая связь между Нётер и велосипедом, поясню, что все дело в моменте импульса. На практике сохранение момента импульса обеспечивает еще и вращение Земли вокруг Солнца с постоянной скоростью.

Да, я персонифицирую фотоны. Это такая метафора. Смиритесь.

Тот самый Ферма, который предположил, что у уравнения a_>n + b_>n = c_>n нет целочисленных решений при n > 2 и a, b и c ‡ 0. Вероятно, вы слышали, что он написал по этому поводу загадочное и даже обидное замечание на полях трактата по математике, который в тот момент читал: «Я нашел чудесное доказательство, но поля у этой книги слишком узкие». Должно быть, оно у Ферма просто из ушей лезло. Полное доказательство Великой теоремы Ферма было найдено лишь в 1994 году математиком Эндрю Уайльсом. Для этого ему пришлось разработать практически новые отрасли математики.

Строго говоря, повторно открыл. Его уже открыли персидские физики за 600 лет до этого и многие другие в промежутке.

«Кратчайшее время» по-древнегречески, если вам интересно. И, что бы вы ни думали, к динозаврам это отношения не имеет.

Даже мне хочется пнуть этого индюка!

По-древнегречески буквально «то же время».

Хотя лично я убежден, что это название он придумал, чтобы впоследствии студентам-физикам было чем оправдывать малоподвижный образ жизни в колледже.

Который — несмотря на название — тоже открыл Гамильтон.

Здесь мне следует прояснить один технический вопрос — для очистки совести. Теорема Нётер имеет отношения не ко всем симметриям, а к конкретной их разновидности — так называемым непрерывным симметриям. Например, идея симметрии смещения состоит в том, что я могу сдвинуть свой эксперимент на любую, сколь угодно малую величину, и ничего не изменится. А есть дискретные симметрии — то есть «или-или». Это зарядовое сопряжение или симметрия отражения. Или смотришь на симметрию в зеркало, или нет. Третьего не дано.

Нет, серьезно — потрясающий же был человек!

Наверное, вы заметили, что все эти законы названы в честь кого-то другого. Вот почему говорят, что Максвелл объединил законы электромагнетизма, а не открыл их.

В разное время Эйнштейн сделал несколько противоречивых замечаний о влиянии опыта Майкельсона-Морли (которому к моменту Чудесного года Эйнштейна было уже 18 лет) на второй постулат его специальной теории относительности. То он говорил, что ничего не знал об их опыте, то утверждал, что знал, но это на него не повлияло. Так или иначе, без экспериментальных свидетельств, которые обеспечивал опыт Майкельсона-Морли, создать специальную теорию относительности было бы очень трудно.

Реплика в сторону из серии «это интересно»: в 2007 году мы с Дж. Ричардом Готтом математически доказали, что наилучшее сочетание минимальных искажений достигается при картографической проекции под названием «Тройная проекция Винкеля». Очевидно, журнал «National Geographic» пришел к тому же выводу, потому что они уже больше десяти лет применяют тройную проекцию Винкеля для своих карт мира.

Джин Родденберри, создатель «Звездного пути», утверждал, что Вулкан вращается вокруг звезды 40 Эридана А, довольно прохладной звезды в 16,4 световых годах от Солнца. Не надо ставить мне подножки и отнимать деньги на школьный завтрак.

Скоро мы поймем, что это «в данный момент» — выражение довольно-таки двусмысленное.

На астрономическом жаргоне «в любой момент» означает «в ближайшие 100 000 лет».

Математически подкованный читатель, вероятно, заметил, что если события разделены больше во времени, чем в пространстве, квадрат интервала оказывается отрицательным числом, и тогда интервал получается мнимым числом. Не беспокойтесь. Это просто математический прием, который позволяет нам понять, что два события разделены «времениподобно», а это всего-навсего означает, что одно событие может повлиять на другое. Если квадрат интервала положителен, они разделены «пространственноподобно», что означает, что причинно-следственные связи тут ни при чем. Если у вас от математики начинается дергунчик, проходите, не задерживайтесь. Тут не на что глазеть.

Разумеется, во вселенной не обязательно действует закон причины и следствия. Специальная теория относительности исключает коммуникацию быстрее света, однако общая теория относительности не так строга. В ее рамках существует множество спекулятивных конструкций вроде кротовых нор, при помощи которых можно нарушать закон причины и следствия и в принципе даже путешествовать во времени. А еще из них получаются обалденные ансибли.

Можно съесть буквально все мороженое из астронавтских запасов и выпить весь растворимый сок и при этом ни грамма не прибавить.

Turner Network Television (TNT) — американский кабельный телеканал, в настоящее время принадлежащий «Time Warner». Специализируется на сериалах и мелодрамах. — Прим. перев.

Тут я немного сглаживаю суть происходящего. Сопротивление воздуха никто не отменял, поэтому просто заглушить двигатели мало — от этого судно не перейдет в состояние свободного падения. Однако для наших целей такого приближения вполне достаточно.

Которая на самом деле самая настоящая. Может, мне и не стоило писать об этом здесь, но вы себе не представляете, как буквально иные люди все воспринимают. Не верите — посмотрите хотя бы на YouTube.

Другая история — скорее всего, выдуманная — гласит, что Галилей бросал предметы разной массы с Пизанской башни, сравнивал время падения и обнаружил, что оно всегда одинаково. Между тем те, у которых плотность меньше, наверняка падали бы медленнее из-за сопротивления воздуха. Зато у вас есть возможность поставить этот эксперимент в вакууме, на Луне, и увидеть все собственными глазами. В 1971 году астронавт Дэвид Скотт бросил на Луне перо и молоток и убедился, что они падают с одинаковым ускорением.

Несмотря на распространенное заблуждения, вращение Земли не имеет отношения к тому, в какую сторону закручивается вода, когда вы сливаете ее в туалете. Унитаз у вас слишком маленький.

Возможно, вас утешит знание, что Солнце никогда не схлопнется в черную дыру по своей воле: оно для этого слишком маленькое. Кончают свои дни в виде черной дыры лишь звезды примерно в десять раз массивнее. Цифры я привожу лишь для сравнения. Правда, лично мне непонятно, почему перспектива превращения Солнца в красного гиганта, а потом в нейтронную звезду утешительнее, чем в черную дыру. В любом случае от Земли останется пшик.

Гораздо больше массы Солнце теряет потому, что непрерывно извергает поток частиц под названием «солнечный ветер», однако крошечную долю потерянной массы действительно составляет потерянная энергия.

Наверное, вы заметили, что я говорю об этом как о своего рода детективной загадке. Это и есть детективная загадка. Проблема в том, что если электроны в генераторе на МКС действительно излучают, то излучают они фотоны с длиной волны во много световых лет. Это не просто на диво огромная величина — она еще и гораздо, неимоверно больше, чем сама космическая станция и масштабы, на которых можно без последствий пренебрегать приливными эффектами. А если не можешь пренебрегать приливными эффектами, нужно применять принцип эквивалентности очень-очень осторожно. При всем при том общие доводы, касающиеся гравитации, ускорения и излучения, которые я еще приведу, остаются в силе.

Обычно, когда рассказывают про излучение Хокинга, эти две частицы называют электрон и позитрон, поскольку они должны быть друг другу античастицами. В окрестностях настоящих черных дыр гораздо чаще создаются пары фотонов — частиц света с нулевой массой. Производить фотоны гораздо дешевле, чем электроны.

Да, я знаю. Все, что продают в магазинах, тоже поддельное.

Если вы заметили, что я беспардонно смешал сюжет 33‑й серии оригинального «Звездного пути» с десятком других сочинений о параллельных вселенных, примите мои поздравления, вы получили диплом академии зануд.

Я поставил здесь эти страшные кавычки только затем, чтобы не ранить ваши нежные чувства. Телепортация вполне реальна, просто не на масштабах человеческого тела. Пока что.

При любых разговорах о телепортации (в том числе и в статье Беннетта) и криптографии принято называть пару участников Алиса и Боб. Нам повезло: мы точно знаем, где найти Алису, ведь она в спагеттифицированном виде подвешена у самой черной дыры.

До сих пор мы говорили об электронах, но запутать можно все что угодно, в том числе и фотоны.

Между прочим, я отдаю себе отчет, что и это объяснение отнюдь не простое.

На самом деле голова идет кругом от того, скольким разным особенностям природы вы обязаны своим существованием. Однако спин — это и вправду серьезно. Представьте себе, без спина у вас было бы не больше структуры, чем у облака гелия.

И это далеко не единственный фокус, который может отколоть карта с вашими мозгами. Проекция Меркатора существенно увеличивает те области, которые находятся ближе к полюсам. В результате кажется, будто Европа примерно того же размера, что и Африка, а на самом деле площадь Африки раза в три больше.

Лично я против Плутона ничего не имею. И точно знаю, что в научном мире есть многочисленная, весьма громогласная и неожиданно ранимая коалиция, которая до сих пор в обиде за это разжалование.

Мой адвокат по физическим делам настоял, чтобы я сделал следующее предупреждение. Хотя частицы со спином‑1 на самом деле выглядят одинаково после каждого полного оборота, а частицы со спином-½ выглядят одинаково после двух оборотов, из этого не следует, что частицы со спином‑2 выглядят одинаково после половины оборота. Все несколько сложнее. К тому же для объяснения пришлось бы сделать гигантское отступление от темы.

Да ладно, что я выпендриваюсь! Мы все в музыке сущие профаны, правда?

Мне всегда казалось, что это название какое-то обидно-снисходительное.

На случай, если вы забыли: принцип запрета Паули — всего-навсего прямое следствие того факта, что можно заменить частицу другой частицей того же типа, и Боженька ничего не заметит.

Я посмотрел в Интернете спецификацию «Энтерпрайз». Не судите строго.

Еще Ледерман написал очень славную книгу про симметрию, а в другой книге запустил в обращение очень, к несчастью, приставучее и при этом вызывающее совершенно ненужные ассоциации название «частица Бога» для бозона Хиггса. Умоляю, никогда не называйте бозон Хиггса «частицей Бога».

Думаю, вы согласитесь, что это куда более вежливый вариант высказывания Резерфорда по поводу того, что все науки, не связанные с физикой, это, в сущности, коллекционирование марок.

Строго говоря, галактику воедино связывает гравитация. Большая удача, что гравитация — это тоже поле.

Обращение к будущим физикам. Вам наверняка захочется приучить себя к мысли, что поля и квантовые волны — это одно и то же. А вот и нет. У них и правда много общего (интерференция, частота и другие свойства волны), однако квантовая волна описывает одну-единственную частицу, в то время как классическое поле описывает совокупные качества всей толпы частиц.

Не считая полезной таблички-шпаргалки, которую вы скоро увидите, это единственный раз, когда я прибегаю для описания этой симметрии к техническому обозначению из теории групп. Это обозначение предназначено исключительно для того, чтобы производить впечатление на вечеринках.

Происхождение этого термина туманно, однако наводит на смутные мысли обо всякого рода датчиках и весах.

Когда я говорю про уравнения, то имею в виду «лагранжиан вселенной». Как вы помните из четвертой главы, лагранжиан описывает все энергии взаимодействия, и именно он и должен быть симметричным.

Да, я отдаю себе отчет, что все это уже страшно запутанно.

Спасибо, Эмми Нётер!

Не самая светлая мысль. Скорее поступок в духе героев диснеевских мультиков.

В целом это заслуга Хиггса, о чем свидетельствует и название частицы, однако сам он предлагал, чтобы ее назвали H-бозон (по первой букве фамилии Higgs).

Это все магниты.

В основном. Так называемый «гамма-гамма канал» — дает самый сильный сигнал, но иногда бозон Хиггса распадается на две частицы Z_>0, а они затем распадаются на две пары электронов и позитронов или мюонов и антимюонов.

Если вы читали полупрофессиональные обсуждения бозона Хиггса в Интернете, то там обычно указана масса в 125 гигаэлектроновольт. Поскольку масса и энергия эквивалентны, это просто ученое выражение, обозначающее, сколько энергии потребуется, чтобы создать бозон Хиггса с нуля.

Повторяю, не делайте так, пожалуйста!

«Хромо-» относится здесь к цвету кварков и глюонов, участвующих в сильном взаимодействии.

Из того, который справа.

Если вам интересно, уравнение выглядит вот так: Öћс/G способ получить массу из этих величин.

Ответ: не исключено.

Да, положа руку на сердце, подобное название больше подходит чему-то такому, что находят в чьем-то логове в горной пещере.

Кстати, ее открыл тот же Джорджи и в ту же самую ночь, когда и SO (10).

Чтобы вы не попали в неловкое предположение в компании друзей, предупреждаю, что партнер W-частицы называется «вино» с ударением на первом слоге.