Основы реальности. 10 фундаментальных принципов устройства Вселенной

Книга лауреата Нобелевской премии по физике с объяснением 10 основополагающих концепций современной науки. Для всех, кто хочет приблизиться к пониманию устройства Вселенной.

 

Наше понимание устройства Вселенной с научной точки зрения является неполным и постоянно развивается. Самое, казалось бы, ясное представление о каждом из основных принципов радикально изменилось всего за последние 100 лет. В то же время новые знания быстро входят в нашу жизнь и становятся фундаментом для следующих революционных открытий и научных достижений. Вчерашняя сенсация — это сегодняшняя норма и завтрашняя история.

 

Один из лучших популяризаторов науки Фрэнк Вильчек в доступной форме описывает основные составляющие физической реальности — пространство, время, материю, энергию и динамическую сложность. Они относятся к тому, «что у нас есть». Помимо этого вы узнаете о том, «каким образом то, что у нас есть, образовалось» — о теории Большого взрыва и возникновении Вселенной. Наконец, самое увлекательное и захватывающее — знакомство с одними из крупнейших проектов современности, расширяющими горизонт наших знаний и раздвигающими границы того, что мы умеем: охота на частицу Хиггса и поиск гравитационных волн, положивших начало новому виду «многоканальной» астрономии. Как ни парадоксально, принципы квантовой механики применимы не только для познания окружающего мира, но и могут помочь человеку решить проблему восприятия самого себя, по-новому и глубже узнать себя и других.

 

Мир прост и сложен, логичен и странен, закономерен и хаотичен. Благодаря этой книге мы сможем оглянуться назад и восхититься успехами, достигнутыми поколений ученых, живших в разные эпохи и в разных странах, а также познакомиться с научно обоснованными предположениями о возможном развитии науки в будущем.

 

Автор — лауреат Нобелевской премии по физике

10 основных концепций современной физики

Уроки, которые мы можем извлечь из изучения физического мира

 

Я встречал многих людей, интересующихся устройством физического мира и жаждущих узнать, как его объясняет современная физика. Среди них были юристы, врачи, художники, студенты, учителя, родители и просто любопытные. Это умные люди, но им не хватает знаний. В этой книге я попытался рассказать об основных идеях современной физики как можно проще и при этом не пожертвовать точностью. Когда я писал эту книгу, я постоянно мысленно беседовал со своими любознательными друзьями и вспоминал их вопросы.

 

Для меня эти основные уроки — гораздо больше, чем голые факты, описывающие то, как устроен и функционирует физический мир. Безусловно, сами по себе эти факты и убедительны, и удивительно красивы. Но и способ размышлений, позволивший нам обнаружить эти факты — тоже огромное достижение. И важно понять, что именно эти основные принципы говорят о том, как мы — люди — вписываемся в общую картину мира.

 

Я выбрал десять общих принципов, которые мне представляются основными. Каждый составляет тему одной главы. В основной части каждой главы я сначала объясняю тему этой главы и рассматриваю ее с разных точек зрения, а затем делаю некоторые обоснованные предположения о ее будущем развитии. Строить эти предположения было развлечением, и я надеюсь, что и их чтение будет увлекательным занятием. Кроме того, я надеюсь с их помощью донести еще одну важную мысль: наше понимание физического мира все еще меняется и расширяется. Оно — живое существо.

 

Я старательно проводил различие между предположениями и фактами, а, говоря о фактах, указывал способ их наблюдения и вид экспериментов, в которых были получены соответствующие результаты. Возможно, наиболее фундаментальный вывод состоит в том, что мы и в самом деле очень глубоко понимаем многие свойства физического мира. Как сказал Альберт Эйнштейн: «То, что [Вселенная] постижима, — это чудо». Это открытие тоже далось человечеству ценой больших усилий.

 

Для всех, кто хочет приблизиться к пониманию устройства нашей Вселенной — времени, пространства, материи, энергии, сложности и удивительно красивых физических законов.

Для студентов, преподавателей и всех, кто хочет изучать физику с удовольствием и интересом.

Для всех, кто хочет получить доступные, но в то же время научные ответы на интересные вопросы об устройстве мира.

Для всех, кто мечтает понимать физику.

Для всех: те, кто мало знаком с физикой, познакомятся с ней близко, а те, кто физику любит, с удовольствием почитают об одной из главных наук.

 

Фрэнк Вильчек — физик-теоретик. Магистр математических наук, доктор философских наук. Интеллектуальный авантюрист.

Лауреат Нобелевской премии по физике 2004 года за работу, которую он выполнял в качестве аспиранта — «открытие асимптотической свободы в теории сильных взаимодействий». Эта теория стала важным шагом в развитии квантовой хромодинамики.

Почётный профессор MIT (Массачусетского технологического института), Института Германа Фешбаха, Университета штата Аризона и Стокгольмского университета. Директор и основатель Института Т.Д. Ли и главный научный сотрудник Квантового центра Вильчека в Шанхае.

За свою профессиональную деятельность работал над необычайно широким кругом вопросов и внес значительный вклад в развитие физики фундаментальных частиц, космологии и физики материалов. Сейчас занимается исследованиями аксионов, аньян и кристаллов времени — понятий в физике, которые он назвал и ввел в науку. Каждое из них стало направлением для исследований во всем мире. Также Фрэнк увлекается перспективами расширения восприятия с помощью технологий — для этого он разрабатывает аппаратные и программные средства.

Получил множество наград как за свою научную работу, так и за свои научно-популярные книги и сотни статей в ведущих научных журналах. Ведет ежемесячную колонку «Вселенная Вильчека» в Wall Street Journal.

Член Национальной академии наук США, Американского философского общества, Американской ассоциации содействия развитию науки, Американского физического общества, Польской академии знаний.

В начале 2005 года снялся в одной серии комедийной передачи «Пенн и Теллер: Чушь собачья!». Речь шла об охотниках за привидениями, и доктор Вильчек был привлечен в качестве эксперта, призванного опровергнуть паранормальную псевдонауку.

В настоящее время Фрэнку 70 лет, он живет в Нью-Йорке со своей семьей, воспитывает двух дочерей.

 

Мир велик, но и мы не ничтожны. Незачем завидовать Вселенной только из-за ее масштабов. Мы тоже большие. В частности, мы достаточно большие для того, чтобы наш разум мог вместить всю внешнюю Вселенную. Паскаль это понимал: пожаловавшись на то, что «Вселенная захватывает меня и поглощает, как соринку», он находит утешение в том, что «с помощью мысли я постигаю ее».

 

Список элементарных частиц существенно короче английского алфавита и гораздо короче периодической системы Менделеева. Вместе с законами, описывающими силы — их всего четыре, — составляющих из этого списка достаточно, чтобы эффективно и успешно описать материю.

 

На наш вопрос есть остроумный, но несерьезный ответ: «Время — это то, что не дает всему случиться одновременно». Эти слова часто приписывают Эйнштейну, но на самом деле они принадлежат автору научно-фантастических романов Рэю Каммингсу. Другой многозначительный ответ гласит: «Время — это то, что измеряется часами». Хотя сначала он кажется столь же несерьезным, зерно правды здесь есть.

 

Продуктивнее отвечать на вопрос «Что произойдет дальше?», чем на вопрос «Почему это происходит именно так?». Понять, что произойдет дальше, проще, поскольку ответ может дать нам эксперимент. Иначе говоря, можно создать точную копию интересующей нас ситуации — то же самое состояние — и наблюдать, что с этой копией происходит.

 

Наука объясняет важные вещи о том, как мир устроен, но не утверждает, каким он должен быть, и не запрещает представлять его в воображении иным. Наука богата прекрасными идеями, но ею не исчерпывается все прекрасное. Она предлагает способ познания физического мира, но не всеобъемлющее руководство по жизни.

 

В пятнадцати словах я представлю простой алгоритм, пригодный для написания и Полного собрания сочинений Шекспира, и статьи, которая получит Нобелевскую премию по физике в 2025 году, и по крайней мере одного доказательства великой теоремы Ферма. 1. Случайным образом выбрать символ — букву, цифру, пробел или знак препинания. 2. Записать его. 3. Повторить первый пункт.