Чёрная дыра - Арне Кристер Фуглесанг

сделанная космическим телескопом GALEX в октябре 2005 года. Ультрафиолетовый свет богаче энергией (меньше длина световых волн), нежели свет, видимый человеческим глазом, но все световые области дополняют друг друга, когда мы изучаем звёзды, галактики и космос.

© NASA

Вы только представьте себе – свет, который мы видим, покинул галактику 2,9 миллиона лет назад! На самом деле галактика Треугольника расположена не совсем по направлению от центра Млечного Пути и Чёрной дыры, мимо Солнца и дальше, но приблизительно так, что позволило дяде Альберту так сказать. Галактика Треугольника входит в созвездие Треугольника, где три яркие звезды образуют вытянутый остроугольный треугольник. Из Швеции хорошо видно это созвездие.

13. Распад атома, радиоактивность

Выброс баутомом вертящегося шарика очень напоминает бета-распад некоторых атомов. Долгое время считалось, что атомы вечны и неделимы, как и следует из их названия (по-гречески atomos значит «неделимый»). Но в начале ХХ века учёные выяснили, что у атомов есть ядро из нейтронов и протонов, а также внешняя часть из электронов, движущихся вокруг ядра. Эти электроны довольно легко «перепрыгивают» с атома на атом, а вот ядро гораздо более стабильно. Однако некоторые атомные ядра менее стабильны, они могут спонтанно переходить на атомы других типов. Такое явление называется атомным распадом. Говорят, что материал, состоящий из атомов такого типа, радиоактивен. Самый обычный вид радиоактивности представляет собой бета-распад. Нейтрон из атомного ядра превращается в протон и электрон (или протон в нейтрон плюс позитрон), при этом электрон (или позитрон) выбрасывается из атомного ядра и отлетает от атома. Иначе общий электрический заряд был бы неизменным, каким он и должен всегда быть. Электроны и позитроны, полученные в результате атомного распада, называются бета-излучением. Существуют ещё альфа-лучи, представляющие собой непосредственно небольшое атомное ядро – ядро гелия, состоящее из двух протонов и двух нейтронов – выброшенное из более крупного ядра. Интересным свойством радиоактивности является то, что невозможно предсказать, когда отдельный атом будет распадаться. Можно лишь рассчитать, какова вероятность его распада в определённый промежуток времени. Часто говорят о периоде полураспада радиоактивных материалов. Это время, за которое распадается половина атомных ядер материала.

Самые известные радиоактивные материалы – это уран (период полураспада 4,5 миллиарда лет) и радон (период полураспада 3,8 суток), а также радиоуглерод. Атомное ядро углерода состоит из шести протонов и, как правило, шести нейтронов, но этот вариант (на научном языке – изотоп) углерода имеет восемь нейтронов. Радиоактивный углерод распадается с бета-излучением в азот, когда один из дополнительных нейтронов превращается в протон и происходит выброс электрона. Период полураспада этого материала – 5 730 лет. Радиоуглерод используют для так называемого радиоуглеродного метода датирования – определения возраста некогда живого материала.

14. Парадокс Эйнштейна – Подольского – Розена

Бык Парадокс назван в честь парадокса Эйнштейна – Подольского – Розена. Этот парадокс был представлен в очень известной научной статье, которую Эйнштейн опубликовал вместе с коллегами Подольским и Розеном в 1935 году. Сокращённо – ЭПР-парадокс. Эйнштейн был недоволен тем, как описывает действительность квантовая механика. Он считал, что в этих теориях чего-то не хватает. Причиной такого недовольства послужило то, что если делать выводы из основных предположений этих теорий, то в некоторых особых ситуациях они противоречат законам обычной физики. В статье учёные показали, как можно повлиять непосредственно на частицу – как бы далеко она ни находилась – измеряя параметры другой частицы, при условии, что обе частицы имеют общее происхождение. Это противоречит основам физики, прежде всего, тому факту, что ничто не может перемещаться со скоростью больше, чем скорость света в вакууме, что Эйнштейн первым и доказал. Здесь мы видим парадокс. Много лет спустя (когда Эйнштейна уже давно не было в живых), учёным удалось поставить эксперимент, доказавший, что квантовая механика права и непосредственное влияние на большом расстоянии возможно. В мире науки говорят, что квантовая механика не соответствует принципу локальности. Сейчас с этим, наверное, согласился бы даже Эйнштейн, потому что доказано: с помощью такого влияния невозможно передать сигнал. Нельзя, например, передавать сообщения быстрее, чем со скоростью света.

15. Кот Шрёдингера

«Законы» квантовой механики – её основные предположения и уравнения – прекрасно описывают микрокосмос. По крайней мере, те эксперименты, которые проводились до сих пор, это подтверждают. Но законы квантовой механики сильно отличаются от законов, которыми мы пользуемся для описания более крупных предметов, от песчинки до космических ракет. А если мы начнём применять законы квантового мира к большим предметам, получится нечто весьма странное. Шрёдингер (о котором мы расскажем подробнее в следующем пункте) показал это в 1935 году с помощью кота Шрёдингера – ещё одного известного мыслительного эксперимента. Суть этого эксперимента заключается в том, что кот, если приложить к нему законы квантовой механики, может быть и мёртв, и жив одновременно. И по сей день физики и философы обсуждают, как понимать и трактовать кота Шрёдингера. Мало кто действительно готов поверить в то, что кот может быть сразу и жив, и мёртв.

Шрёдингер представил себе кота, запертого в коробке, и приспособление, способное убить кота. Это приспособление управляется радиоактивным распадом. Однако точный момент распада предсказать невозможно (см. пункт 13), его приходится описывать с помощью законов квантовой механики. А законы эти гласят: до тех пор, пока ты не измерил какие-либо параметры (то есть пока ты не посмотрел, что происходит), у предметов есть все возможности одновременно. То есть атом, способный к распаду, уже распался и ещё нет в одно и то же время, а значит, устройство уже сработало и вместе с тем ещё не сработало, следовательно кот уже мёртв и ещё нет – тоже одновременно. Лишь когда кто-нибудь откроет крышку и заглянет внутрь, можно будет сказать, жив кот или мёртв.

16. Шрёдингер, Гейзенберг и Бор; Auf Wiedersehen[1]

Эрвин Шрёдингер (1887–1961), Вернер Гейзенберг (1901–1976) и Нильс Бор (1885–1962) – трое выдающихся физиков, заложивших в начале ХХ века основы квантовой механики. Все трое в разные годы становились нобелевскими лауреатами в области физики. Бор наиболее известен своей моделью атома – новым описанием устройства атома, которое он опубликовал в 1913 году. Он также был в своё время одним из лидеров в толковании нового раздела науки – квантовой механики. Он всегда подчёркивал важность практических замеров и измерений, считая наблюдения первичными в науке. Гейзенберг знаменит своей теорией неопределённости, выдвинутой в 1927 году. Он доказал, что невозможно с точностью измерить и положение, и скорость частицы. Чем точнее мы измеряем одно, тем менее точным будет второе измерение. Это явление называют принципом неопределённости Гейзенберга. В