Грин Б.; Кузнецов Б.Г. КОМПЛЕКТ:
1. ТКАНЬ КОСМОСА: Пространство, время и текстура реальности. 2. ПОД ЗНАКОМ ЭЙНШТЕЙНА: Параллели с гениями. Встречи со знаменитыми учеными

Содержание

Анонс

Автор "Элегантной Вселенной" приглашает нас в очередное удивительное путешествие вглубь мироздания, которое поможет нам взглянуть в совершенно ином ракурсе на окружающую нас действительность.

В книге рассматриваются фундаментальные вопросы, веками ускользающие от истинного понимания. Что есть пространство? Почему время имеет направление? Какую роль играют симметрия и энтропия в эволюции космоса? Что скрывается за темной материей? Может ли Вселенная существовать без пространства и времени? Возможно ли путешествие в прошлое?

Грин прослеживает эволюцию этих идей через призму их понимания лучшими учеными умами. Мы стартуем от застывшей картины мира Ньютона, проходим через изменчивое пространство-время Эйнштейна и оказываемся в удивительном царстве квантовой механики, где далеко удаленные друг от друга объекты могут мгновенно координировать свое поведение или даже подвергаться телепортации. В книге обсуждаются многие моменты инфляционной модели Вселенной, проблема горизонта, происхождение темной материи и энергии, образование галактик.

Грин показывает, что наш мир сильно отличается от того, к чему нас приучил здравый смысл. Он представляет читателю теорию струн, которая позволяет примирить между собой общую теорию относительности и квантовую механику. Кульминацией этой поразительной картины является 11-мерная Вселенная, состоящая из вибрирующих струн и бран, населяющих М-теорию, где пространство и время сами могут дробиться на более фундаментальные сущности.

Живой язык, тонкий юмор, блестящее использование разнообразных примеров и аналогий по праву ставит "Ткань космоса" в разряд произведений современной научно-популярной классики.

Брайан Грин увлекает всех нас, невзирая на уровень образования и научной подготовки, в познавательное путешествие к новым пластам реальности, которые современная физика вскрывает под слоем привычного нам мира.

Предисловие

Пространство и время будоражат воображение ученых как никакие другие идеи в науке. Причина понятна. Они образуют арену реальности, формируют самую ткань космоса. Само наше существование – все, что мы делаем, думаем и чувствуем – происходит в некоторой области пространства и в течение некоторого интервала времени. Однако наука до сих пор пытается понять, что на самом деле представляют собой пространство и время. Являются ли они реальными физическими сущностями или лишь полезными идеями? Если они реальны, то фундаментальны ли они или же возникают из более первичных конституэнтов? Что означает для пространства быть пустым? Есть ли начало у времени? Есть ли у времени стрела, неумолимо направленная из прошлого в будущее, как подсказывает повседневный опыт? Можем ли мы влиять на пространство и время? В этой книге мы проследим трехсотлетние попытки пылкой научной мысли дать ответы (или намеки на ответы) на эти фундаментальные и глубокие вопросы о природе мироздания.

В нашем путешествии мы неоднократно столкнемся и с другим вопросом, одновременно и всеобъемлющим, и ускользающим: что есть реальность? Мы, человеческие существа, имеем доступ только к нашему внутреннему опыту ощущений и мысли, поэтому как мы можем быть уверены, что они истинно отражают внешний мир? Философы уже давно осознали эту проблему. Режиссеры популяризуют эту тему с помощью сюжетов, наполненных вымышленными мирами, порожденными изысканными нейрологическими симуляциями, которые существуют только в умах их героев. А физики, к которым отношусь и я, остро чувствуют, что видимая реальность – материя, эволюционирующая на фоне пространства и времени, – может оказаться совсем непохожей на ту, другую реальность, лежащую за пределами видимого (если она существует). Однако, поскольку наблюдения – это все, что у нас есть, мы принимаем их всерьез. Вместо неограниченного воображения или необузданного скептицизма мы выбираем в качестве проводника надежные данные и математику и ищем наиболее простые, однако самые многообещающие теории, способные объяснить и предсказать результаты современных и будущих экспериментов. Это сильно ограничивает искомые теории. (Например, в этой книге вы не найдете и намеков на то, что я плаваю в баке с водой, подключенный проводами к тысяче мозговых стимуляторов, которые заставляют меня просто думать, что я сейчас пишу этот текст.) Но за последние сто лет открытия в физике заставляют нас пересмотреть обыденное отношение к реальности, и это так ошеломляет, захватывает и потрясает все устои, как самая невероятная научная фантастика. Об этой революции идей и пойдет речь на страницах этой книги.

Многие из исследуемых вопросов суть те же самые, что на протяжении веков являлись в разных ипостасях и заставляли напрягаться умы Аристотеля, Галилея, Ньютона, Эйнштейна и многих других. И поскольку в этой книге мы описываем науку в становлении, мы прослеживаем эти вопросы так, как они были поставлены одним поколением, ниспровергнуты их последователями и уточнены и переосмыслены учеными последующих поколений.

Например, при ответе на нетривиальный вопрос – является ли абсолютно пустое пространство, как чистое полотно, реальной сущностью или просто отвлеченной идеей? – мы следуем за маятником научной мысли: Исаак Ньютон в XVII в. утверждал, что пространство реально; потом маятник качнулся вспять, и Эрнст Мах сказал, что нет, не реально; а в XX в. Эйнштейн ошеломляюще переформулировал саму суть вопроса, слив воедино пространство и время, в значительной мере опровергнув Маха. Затем мы следуем за новыми открытиями, которые снова переиначивают вопрос, переопределяя понятие "пустоты", говоря, что пространство неизбежно заполнено так называемыми квантованными полями и, возможно, однородно распределенной энергией, называемой космологической постоянной, – современным отголоском старого и дискредитированного понятия "эфир", который заполняет все пространство. А затем мы расскажем читателю, как грядущие космические эксперименты могут подтвердить некоторые выводы Маха, которые согласуются с общей теорией относительности Эйнштейна, являя собой захватывающий образец запутанной паутины научного исследования.

В наши дни мы находим обнадеживающие результаты инфляционной космологии относительно понимания стрелы времени; богатый выбор предложений дополнительных измерений в теории струн; поразительное предположение МНтеории о том, что наша Вселенная – всего лишь щепка, плавающая в более масштабном космосе; широко обсуждаемую идею о том, что наблюдаемая нами Вселенная может оказаться лишь голограммой. Мы пока не знаем, справедливы ли наши последние научные теории. Но как бы дико они не звучали, мы относимся к ним серьезно, ибо именно сюда нас привел непрерывный и непреклонный поиск глубинных законов природы. Непонятная и необычная реальность ждет нас не только на изобильной стезе научной фантастики. Она рождается на острие современных открытий физической науки.

Книга "Ткань космоса" предназначена в основном для широкого круга читателей, не имеющих особой научной подготовки, но обладающих стремлением понять устройство мироздания, что поможет им преодолеть трудности на пути понимания сложных и нетривиальных концепций. Как и в моей первой книге "Элегантная Вселенная", я старался придерживаться сути научных идей, опуская математические описания и заменяя их метафорами, аналогиями, рассказами и иллюстрациями. Когда мы подходим к самым сложным разделам, я предупреждаю об этом читателя и предлагаю короткую аннотацию для тех, кто решит только пролистать эти сложные места или вообще их опустить. Таким образом, читатель сможет пройти путем открытий и получить не только набор знаний о последних идеях в физике, но и понимание того, как и почему та или иная идея получила право на жизнь.

Студенты, просто любители науки, учителя и ученые-профессионалы также почерпнут много интересного из этой книги. Хотя в начальных главах обсуждаются необходимые, но стандартные основополагающие вопросы из теории относительности и квантовой механики, довольно необычным будет акцент на реальности понятий пространства и времени. В следующих главах речь идет о разном – теореме Белла, экспериментах с задержанным выбором, квантовых измерениях, ускоренном расширении Вселенной, возможности получения черных дыр на ускорителях следующего поколения, создании удивительной машины времени, основанной на идее кротовых нор. Это лишь некоторые из обсуждаемых идей, которые познакомят читателя с самыми захватывающими и обсуждаемыми сейчас научными достижениями.

Некоторая часть излагаемого материала является спорной. Если идея еще висит в воздухе и по поводу нее нет общепринятого мнения, я излагаю в основном тексте взгляды, считающиеся доминирующими в научном мире. По спорным вопросам в приложения вынесены различные точки зрения, для которых, как мне кажется, консенсус достигается в наибольшей степени. Некоторые ученые, особенно те, идеи которых разделяет меньшинство, будут возражать против моих суждений, но я старался нарисовать сбалансированную картину. В приложениях особо усердный читатель найдет более полные объяснения и предостережения относительно вопросов, которые я упростил, а также (для желающих) краткие математические дополнения к бесформульному описанию в основном тексте. Краткий глоссарий дает пояснение к некоторым специальным научным терминам.

Даже книга такого объема не может охватить столь фундаментальные и всеобъемлющие понятия, как пространство и время. Я сосредоточил внимание на тех идеях, которые являются одновременно и увлекательными, и важными для формирования полной картины реальности, создаваемой современной наукой. Конечно, выбор материала отражает мои личные вкусы, и я приношу извинения тем, кто считает, что их личный вклад или область их интересов не нашли должного отражения в книге.

При написании "Ткани космоса" я был счастлив чувствовать обратную связь с читателями. Это было важно для меня. Рафаэль Каспер, Любос Мотл, Дэвид Стейнхардт и Кен Винберг прочли разные варианты рукописи, некоторые неоднократно, и сделали много детальных замечаний, которые значительно улучшили ясность и точность изложения. Я им сердечно благодарен. Дэвид Альберт, Тэд Балц, Николас Болс, Трэси Дэй, Петер Демчук, Ричард Истер, Анна Холл, Кейт Голдсмит, Шели Голдстейн, Майкл Гордин, Джошуа Грин, Артур Гринспун, Гэвин Герра, Сандра Кауфман, Эдвард Кастенмейер, Роберт Крулвич, Андрей Линде, Шани Оффен, Малик Парик, Майкл Поповиц, Марлен Скалли, Джон Стахель и Ларс Стретер прочитали рукопись всю или частично и сделали ряд полезных замечаний. Андреас Альбрехт, Майкл Бассет, Сен Кэррол, Адрея Кросс, Рита Грин, Алан Гут, Марк Джексон, Дэниель Кабат, Уилл Кинни, Джастин Хури, Хиранья Пейрис, Сол Перлмуттер, Конрад Шалм, Пол Стейнхардт, Леонард Сасскинд, Нил Тьюрок, Генри Тай, Уильям Вормус и Эрик Вайнберг подарили мне радость совместного обсуждения. Я особо признателен Рафаэлю Ганнеру, чье особое искусство настоящей дискуссии и чей настрой критиковать мои наброски оказались неоценимы. Эрик Мартинес был незаменим на производственной стадии работы над книгой, а Джейсон Сиверс был великолепен при создании иллюстраций. Я благодарен моим литературным агентам Катинке Мэтсон и Джону Брокману. И я глубоко признателен моему издателю Марти Ашеру за неиссякаемую поддержку, советы и глубокое понимание, что значительно улучшило качество представления материала.

Мои научные исследования были поддержаны Департаментом энергии, Национальным научным фондом и Фондом Альфреда П.Слоана. Я выражаю им свою искреннюю благодарность.

Об авторах

Грин Брайан

Окончил Гарвардский университет. Диссертацию защитил в Оксфорде. В 1990 г. начал работать на физическом факультете Корнелльского университета. С 1996 г. профессор в Колумбийском университете. Читал лекции в более чем двадцати пяти странах, выступая как перед специалистами, так и перед широкой аудиторией. Автор ряда фундаментальных открытий в теории суперструн.