Чёрная дыра - Арне Кристер Фуглесанг

Для того, кто только начинает играть в шахматы, схема слева может показаться сложной, но именно так обозначают различные положения в шахматах в книгах и журналах. На фотографии справа показано то же положение, как оно выглядит на настоящей доске. Чтобы объяснить все правила игры в шахматы, понадобится целая толстенная книга, поэтому тех, кто никогда не играл в шахматы, я попрошу взглянуть на королей, стоящих на клетках d3 и d6. Ладьи легко узнаются, а вот фигуры на клетках g3, g8, d8 и e8 называются слонами. Кони легко узнаются по головам. Марианна говорила о белом коне на клетке f4. Все мелкие фигуры (шесть белых и одна чёрная) называются пешками. Ферзя (то есть королевы) тут нет, но обычно он похож на короля, и начинающие шахматисты их часто путают.

Если ты немного разбираешься в шахматах, тебе будет интересно попробовать решить задачку самостоятельно! Ответ ты найдёшь дальше, в пятом пункте.

2. Электроны и протоны, элементарные частицы и античастицы

Всё вокруг нас состоит из электронов, протонов и нейтронов, составляющих атомы и молекулы. (См. подробнее в пункте 1 книги «Космическое путешествие»). Эти частицы действительно очень малы. Диаметр протонов и нейтронов – не более миллионной миллионной части (0, 000 000 000 001) миллиметра, а чтобы получить всего один грамм, нужно около 600 000 000 000 000 000 000 000 таких частиц. Более простой способ записать такое большое число – это 6 × 10 в 23 степени, тогда у числа будет двадцать три нуля. Электрон ещё меньше. Он весит почти в две тысячи раз меньше протона (в 1 836 раз меньше, если быть точным). Учёные полагают, что у него вообще нет поверхности, он представляет собой точку. Исследователи доказали, что диаметр электрона по меньшей мере в тысячу раз меньше диаметра протона.

Считается, что электрон имеет форму точки, поскольку он – так называемая элементарная частица, то есть не делится на части. А вот протон и нейтрон состоят из более мелких частиц – элементарных частиц под названием кварки. Существует шесть различных видов кварков, но только два из них составляют протоны и нейтроны: верхние кварки и нижние кварки (у остальных четырёх видов кварков тоже смешные названия: очарованные, странные, истинные и красивые). Протон состоит из двух верхних и одного нижнего кварка, а нейтрон – из одного верхнего и двух нижних. Верхний кварк – самый лёгкий, поэтому протон немного легче нейтрона.

Для каждой элементарной частицы существует так называемая античастица. Есть, например, верхние антикварки и нижние антикварки, которые могут объединяться в антипротоны и антинейтроны. Античастица электрона называется позитрон. Частица и её античастица идентичны практически во всех отношениях, только заряд у них разный. В естественной среде на Земле античастицы практически не встречаются, а вот в космосе их довольно много. Античастицы можно также создать искусственно в лабораториях. Когда частица встречается с одной из своих античастиц, обе уничтожаются, и в результате вырабатывается энергия. Этим свойством и воспользовался дядя Альберт при создании своего двигателя. (Подробнее об античастицах читайте в пункте 2 книги «Космическое путешествие»).

3. Микроскопические вещи могут быть частицами, а могут быть волнами

Очень-очень маленькие вещи, такие как электроны, протоны и атомы, ведут себя не так, как привычные нам большие предметы. Их движение часто похоже на движение волн (только не обычных волн, которые мы видим на воде, а особых волн). В зависимости от того, как их изучать и какие эксперименты проводить, они могут вести себя как частицы или как волны. Например, если запустить электрон и попытаться рассчитать, где он окажется, следует исходить из того, что он движется как волна. Но когда электрон уже на месте, он всегда оказывается частицей.

Пример того, как свет, с одной стороны, ведёт себя подобно волне, а с другой – подобно частице. В верхней части картинки мы видим, как солнечный луч проникает в узкую щель и потом распространяется. Объясняем мы это тем, что свет ведёт себя как волна. В нижней части рисунка показано, как свет вышибает электрон, вращающийся вокруг атома. Для объяснения этого явления мы должны исходить из того, что свет – это частица (которую мы называем фотон).

Это очень необычно и не похоже на привычное нам «поведение» вещей. Учёным тоже нелегко было осознать, что нечто может быть волной и частицей одновременно, однако все эксперименты доказывают, что это так. То же самое касается света, частицы которого называются фотонами. (См. также пункт 4 в книге «Космическое путешествие»). А ещё опыты показали, что и крупные молекулы, состоящие из нескольких сотен атомов, ведут себя подобным образом. Но чем крупнее предмет, тем меньше он похож на волну. И предметы, которые мы можем увидеть и потрогать, уже не могут выступать в качестве волн.

4. Кванты и квантование, квантовая механика и квантовый мир

В начале ХХ века физики попытались выяснить, каким образом материал излучает тепло и как свет может выбивать электроны из металлов. Это очень сложные вопросы. Единственный способ, которым можно было это выяснить, – предположить, что любое излучение (тепло, свет и так далее) существует в виде мелких порций – так называемых квантов. Так в физике началась новая захватывающая эра, объясняющая, как устроены атомы, как атомы принимают и отдают свет, и многое другое. Учёные обнаружили, что квантованным может быть не только свет или излучение. Например, в атомах электроны вращаются по строго заданным орбитам. Многое в нашем мире может принимать любые значения, а если бы эти же предметы были микроскопически малы, возможно, они имели бы лишь строго определённые параметры. Описывающая всё это наука называется квантовой механикой, или квантовой физикой. Многие учёные считают, что это самая удивительная из наук, потому что она приводит нас к самым невероятным выводам (смотри, например, пункты 14, 15 и 20 ниже). Но все проведённые до сих пор эксперименты в точности соответствуют расчётам, основанным на этой теории. Квантовый мир – это всего лишь выражение, придуманное дядей Альбертом для описания микроскопических частиц, действующих по законам квантовой механики.

5. Шахматная задача

А вот и решение шахматной задачи, представленной в пункте 1: пешка, стоящая на клетке b7, берёт чёрную ладью на c8 и превращается в коня. (На языке шахмат это записывают так: 1.b7 x c8К+, где x означает,