Читаем Всё ещё неизвестная Вселенная. Мысли о физике, искусстве и кризисе науке полностью

По результатам этих измерений, а также на основе исследований влияния расширения Вселенной на фоновое космическое излучение было обнаружено, что темная энергия в настоящее время составляет около 3/4 полной энергии Вселенной. Кроме того, мы узнали, что Вселенная расширяется 13,8 млрд лет — с того самого момента, как она стала прозрачной. Таким образом, мы теперь располагаем стандартной космологической моделью: наша расширяющаяся Вселенная по большей части состоит из темной материи и темной энергии. Во всей этой темноте есть маленькое загрязнение в виде нескольких процентов обычной материи, из которой состоят звезды, планеты и мы с вами.

История развития физики элементарных частиц шла совсем по иному сценарию, не схожему с историей космологии. Вместо того чтобы страдать от недостатка данных, мы были завалены данными, которые не могли понять. Прогресс в этой области был достигнут в основном благодаря теоретическим успехам, а эксперимент выступал арбитром для конкурирующих теорий.

К концу 1940-х гг. у нас уже была хорошая теория для одного типа взаимодействий, в котором участвуют элементарные частицы, например электроны, а именно электромагнитного взаимодействия. Эта теория — квантовая электродинамика — частный случай целого класса теорий, известных как квантово-полевые теории. Величины, входящие в фундаментальные уравнения, описывают поля, которые заполняют пространство, как вода заполняет ванну. Элементарные частицы вторичны: это «кванты» полей, сгустки энергии и импульса поля, примерно как водовороты на море. Фотоны — безмассовые частицы света — это кванты электромагнитного поля, а электроны — кванты электронного поля.

Вычисления в квантовой электродинамике можно проводить с очень большой точностью, поскольку силы взаимодействия довольно малы. Вероятность всякого процесса в квантовой теории поля дается суммой, каждое слагаемое которой соответствует одной возможной последовательности промежуточных шагов, определяющей протекание процесса. Например, при столкновении двух электронов один из них может испустить фотон, который будет поглощен другим электроном, или один электрон может испустить два фотона, которые будут поглощены другим электроном в том же или обратном порядке, или один электрон может испустить два фотона, один из которых будет поглощен испустившим его электроном, а второй — другим электроном, и т. д.

Количество таких сценариев всегда бесконечно, что в общем случае делает невозможным выполнение точных расчетов, однако, если силы взаимодействия малы, наиболее вероятны простейшие сценарии. Пренебрегая всеми слагаемыми, за исключением самых больших, в квантовой электродинамике можно получать результаты, великолепно согласующиеся с экспериментом. 50 лет назад некоторые из нас мечтали о том, чтобы найти более полную квантовую теорию поля, которая смогла бы описать все частицы и силы природы так же успешно, как квантовая электродинамика описывает фотоны и электроны. В итоге почти все так и вышло.

Но на это потребовалось время. Существует еще одна сила, которая даже слабее силы электромагнитного взаимодействия. Она называется слабым ядерным взаимодействием, и именно она отвечает за то, что иногда нейтрон в атомном ядре превращается в протон или наоборот. К 1950-м гг. результаты исследований радиоактивности позволили сформулировать квантово-полевую теорию слабого взаимодействия, которая хорошо описывала имеющиеся данные. Проблема заключалась в том, что при применении этой теории за пределами диапазона параметров, обычных для задач радиоактивности, а также для расчета характеристик экзотических процессов, которые по техническим причинам невозможно исследовать экспериментально, получались очевидно бессмысленные результаты, содержащие бесконечные значения величин. Аналогичные бесконечности встречались на начальных этапах развития квантовой электродинамики, но позже ученые-теоретики поняли, что все эти бесконечности могут быть устранены[36]

, если озадачиться определением массы и электрического заряда электрона (соответствующая процедура получила название перенормировки). Однако для слабого взаимодействия подобное исключение бесконечностей казалось невозможным.

Найденным в конце 1960-х гг. решением стала новая квантово-полевая теория слабого взаимодействия. Эта теория была построена не просто по лекалам квантовой электродинамики, она включила в себя квантовую электродинамику как частный случай. Аналогично тому, как электромагнитное взаимодействие осуществляется за счет обмена фотонами, слабое взаимодействие в рамках этой «электрослабой» теории осуществляется за счет обмена соответствующими частицами, получившими название W+, W и Z0-бозонов.

Перейти на страницу:

Все книги серии Книжные проекты Дмитрия Зимина

Достаточно ли мы умны, чтобы судить об уме животных?
Достаточно ли мы умны, чтобы судить об уме животных?

В течение большей части прошедшего столетия наука была чрезмерно осторожна и скептична в отношении интеллекта животных. Исследователи поведения животных либо не задумывались об их интеллекте, либо отвергали само это понятие. Большинство обходило эту тему стороной. Но времена меняются. Не проходит и недели, как появляются новые сообщения о сложности познавательных процессов у животных, часто сопровождающиеся видеоматериалами в Интернете в качестве подтверждения.Какие способы коммуникации практикуют животные и есть ли у них подобие речи? Могут ли животные узнавать себя в зеркале? Свойственны ли животным дружба и душевная привязанность? Ведут ли они войны и мирные переговоры? В книге читатели узнают ответы на эти вопросы, а также, например, что крысы могут сожалеть о принятых ими решениях, воро́ны изготавливают инструменты, осьминоги узнают человеческие лица, а специальные нейроны позволяют обезьянам учиться на ошибках друг друга. Ученые открыто говорят о культуре животных, их способности к сопереживанию и дружбе. Запретных тем больше не существует, в том числе и в области разума, который раньше считался исключительной принадлежностью человека.Автор рассказывает об истории этологии, о жестоких спорах с бихевиористами, а главное — об огромной экспериментальной работе и наблюдениях за естественным поведением животных. Анализируя пути становления мыслительных процессов в ходе эволюционной истории различных видов, Франс де Вааль убедительно показывает, что человек в этом ряду — лишь одно из многих мыслящих существ.* * *Эта книга издана в рамках программы «Книжные проекты Дмитрия Зимина» и продолжает серию «Библиотека фонда «Династия». Дмитрий Борисович Зимин — основатель компании «Вымпелком» (Beeline), фонда некоммерческих программ «Династия» и фонда «Московское время».Программа «Книжные проекты Дмитрия Зимина» объединяет три проекта, хорошо знакомые читательской аудитории: издание научно-популярных переводных книг «Библиотека фонда «Династия», издательское направление фонда «Московское время» и премию в области русскоязычной научно-популярной литературы «Просветитель».

Франс де Вааль

Биология, биофизика, биохимия / Педагогика / Образование и наука
Скептик. Рациональный взгляд на мир
Скептик. Рациональный взгляд на мир

Идея писать о науке для широкой публики возникла у Шермера после прочтения статей эволюционного биолога и палеонтолога Стивена Гулда, который считал, что «захватывающая действительность природы не должна исключаться из сферы литературных усилий».В книге 75 увлекательных и остроумных статей, из которых читатель узнает о проницательности Дарвина, о том, чем голые факты отличаются от научных, о том, почему высадка американцев на Луну все-таки состоялась, отчего умные люди верят в глупости и даже образование их не спасает, и почему вода из-под крана ничуть не хуже той, что в бутылках.Наука, скептицизм, инопланетяне и НЛО, альтернативная медицина, человеческая природа и эволюция – это далеко не весь перечень тем, о которых написал главный американский скептик. Майкл Шермер призывает читателя сохранять рациональный взгляд на мир, учит анализировать факты и скептически относиться ко всему, что кажется очевидным.

Майкл Брант Шермер

Зарубежная образовательная литература, зарубежная прикладная, научно-популярная литература
Записки примата: Необычайная жизнь ученого среди павианов
Записки примата: Необычайная жизнь ученого среди павианов

Эта книга — воспоминания о более чем двадцати годах знакомства известного приматолога Роберта Сапольски с Восточной Африкой. Будучи совсем еще молодым ученым, автор впервые приехал в заповедник в Кении с намерением проверить на диких павианах свои догадки о природе стресса у людей, что не удивительно, учитывая, насколько похожи приматы на людей в своих биологических и психологических реакциях. Собственно, и себя самого Сапольски не отделяет от своих подопечных — подопытных животных, что очевидно уже из названия книги. И это придает повествованию особое обаяние и мощь. Вместе с автором, давшим своим любимцам библейские имена, мы узнаем об их жизни, страданиях, любви, соперничестве, борьбе за власть, болезнях и смерти. Не менее яркие персонажи книги — местные жители: фермеры, егеря, мелкие начальники и простые работяги. За два десятилетия в Африке Сапольски переживает и собственные опасные приключения, и трагедии друзей, и смены политических режимов — и пишет об этом так, что чувствуешь себя почти участником событий.

Роберт Сапольски

Биографии и Мемуары / Научная литература / Прочая научная литература / Образование и наука

Похожие книги

Занимательно об астрономии
Занимательно об астрономии

Попробуйте найти сегодня что-нибудь более захватывающее дух, чем астрономические открытия. Следуют они друг за другом, и одно сенсационнее другого.Астрономия стала актуальной. А всего двадцать лет назад в школе она считалась необязательным предметом.Зато триста лет назад вы рисковали, не зная астрономии, просто не понять сути даже обычного светского разговора. Так он был насыщен не только терминологией, но и интересами древней науки.А еще два века назад увлечение звездами могло окончиться для вас… костром.Эта книга — об астрономии и немного об астронавтике, о хороших астрономах и некоторых астрономических приборах и методах. Словом, о небольшой области гигантской страны, в основе названия которой лежит древнее греческое слово «astron» — звезда.

Анатолий Николаевич Томилин

Астрономия и Космос / Физика / Образование и наука