Леонард Сускинд
Хар нүхний тулаан
Аюулгүй ертөнцийн төлөө Стивен Хокингтой хийсэн миний тулаан квант механик
Эдгээр тэгшитгэлд юу амьсгалж, тэдний дүрсэлж чадах Орчлон ертөнцийг бий болгодог вэ?
- Стивен Хокинг
Оршил
Маш их зүйл байсан ч бид бараг эхнээс нь эхлэх хэрэгтэй болсон.
- Роберт Хайнлейн. Танихгүй хүмүүсийн нутагт танихгүй хүн
Зүүн Африкийн саваннагийн хаа нэгтээ дунд эргэм насны арслан оройн хоолоо идэж байна. Тэрээр хөгшрөлтийн удаашралтай олзыг илүүд үзэх боловч залуу, авхаалжтай гөрөөс л байна. Анхааралтай нүдХохирогчдыг халдлагад өртөхөөс урьдчилан сэргийлэхийн тулд эргэн тойрныхоо бүх хэсгийг хяналтанд байлгахын тулд түүний толгойн хажуу талд байрлуулах нь дээр. Махчин амьтны нүд урагшаа харж, олз руу анхаарлаа хандуулж, зайг үнэлдэг.
Энэ удаад зээрийн "өргөн өнцгийн сканнерууд" шидэлтийн зайд ирсэн махчин амьтныг алдсан байна. Арслангийн хүчтэй хойд хөл нь түүнийг айсан олз руугаа түлхдэг. Мөнхийн хөөцөлдөөн дахин эхэлнэ.
Хэдэн жилийн ачаа үүрсэн ч том муур- гайхалтай гүйгч. Эхлээд завсар нь багасдаг боловч гэнэтийн хөдөлгөөнөөс арслангийн хүчирхэг булчингууд мэдрэгддэг хүчилтөрөгчийн өлсгөлөнмөн аажмаар сулрах. Удалгүй гөрөөсний байгалийн тэсвэр тэвчээр ялна: хэзээ нэгэн цагт муур болон түүний олзны харьцангуй хурд тэмдэг өөрчлөгдөж, урьд өмнө нь буурч байсан цоорхой нэмэгдэж эхэлдэг. Арслан түүний хувь заяа өөрчлөгдсөнийг мэдэрч, Эрхэмсэг ноён ялагдлаа хүлээн зөвшөөрч, бутанд отолтонд буцаж ирэв.
Тавин мянган жилийн өмнө ядарсан анчин чулуугаар хаагдсан агуйн үүдийг олжээ. Хэрэв та хүнд саад бэрхшээлээс холдвол аюулгүй амарч болно. Анчин сармагчин шиг өвөг дээдсээсээ ялгаатай нь эгц зогсож байдаг. Гэвч энэ байрлалд тэрээр чулууг амжилтгүй түлхэж байна. Илүү тохиромжтой өнцгийг сонгохдоо тэрээр хөлөө холдуулдаг. Түүний биеийн байрлал бараг хэвтээ байх үед хэрэглэсэн хүчний гол бүрэлдэхүүн хэсэг ажиллаж эхэлдэг зөв чиглэлд. Чулуу хөдөлдөг.
Зай? Хурд? Тэмдгийн өөрчлөлт? Булан уу? Хүч? Бүрэлдэхүүн хэсэг? Ямар гайхалтай юм бэ нарийн төвөгтэй тооцоомуур битгий хэл анчин хүний тархинд тохиолддог уу? Эдгээр техникийн нэр томъёоихэвчлэн ахлах сургуулийн физикийн сурах бичигт байдаг. Муур зөвхөн олзны хурдыг хэмжиж сурсан газар төдийгүй хамгийн чухал нь харьцангуй хурд? Анчин хүч гэсэн ойлголтыг ойлгохын тулд физикийн хичээлд хамрагдсан уу? Бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг тооцоолоход синус болон косинусыг ашиглахын тулд илүү их тригонометр байна уу?
Мэдээжийн хэрэг, бүх нарийн төвөгтэй амьдралын хэлбэрүүд нь хувьслын замаар мэдрэлийн системд холбогдсон физикийн талаархи дотоод зөн совинтой байдаг. Урьдчилан суулгасан физик "програм хангамж"гүйгээр амьд үлдэх боломжгүй юм. Мутаци ба байгалийн сонголтбид бүгдийг физикч, тэр байтугай амьтдыг ч болгосон. Хүний тархины асар том хэмжээ нь эдгээр зөн совингоо бидний ухамсартайгаар ажилладаг ойлголт болгон хөгжүүлэх боломжийг олгосон.
Өөрөө анивчдаг
Үнэндээ бид бүгдээрээ сонгодогфизикчид. Бид хүч, хурд, хурдатгал зэргийг "мэдэрдэг". Роберт Хайнлейн "Танихгүй хүмүүсийн газар" (1961) хэмээх шинжлэх ухааны зөгнөлт романдаа уг үзэгдлийн талаарх гүн гүнзгий, бараг физиологийн ойлголтыг илэрхийлэхийн тулд "грок" гэдэг үгийг гаргажээ. Би хүч чадал, хурд, хурдатгал зэргийг рок. Би гурван хэмжээст орон зайг донсолгож байна. Би цаг хугацаа болон тоо grokk 5. Чулуу эсвэл сумны замнал нь grokk нь өөрсдийгөө зээл. Гэхдээ би үүнийг арван хэмжээст орон зайд, эсвэл 10 1000 тоонд, эсвэл бүр муугаар хэлбэл электронуудын ертөнц болон Гейзенбергийн тодорхойгүй байдлын зарчимд хэрэглэхийг оролдоход миний суурилуулсан стандарт гроккер эвдэрдэг.
20-р зуун гарснаар бидний зөн совин асар том осолд орсон; Физик огт танил бус үзэгдлүүдэд гэнэт гайхширчээ. Альберт Мишельсон, Эдвард Морли нар үүнийг олж мэдэх үед миний эцгийн өвөө аль хэдийн арван настай байсан тойрог замын хөдөлгөөнТаамагласан эфирээр дэлхийг бүртгэх боломжгүй. Өвөөг маань хорин настай байхад электроныг нээсэн; Түүнийг гучин нас хүрэхэд Альберт Эйнштейний харьцангуйн тусгай онол хэвлэгдэж, дунд насны босгыг давахад Гейзенберг тодорхойгүй байдлын зарчмыг нээсэн. Хувьслын дарамт нь бидний мэддэг ертөнцөөс эрс ялгаатай ертөнцийн талаарх зөн совингийн ойлголтыг хөгжүүлэхэд хүргэх арга байхгүй. Гэхдээ манайд нэг зүйл бий мэдрэлийн системүүд, наад зах нь бидний зарим нь гайхалтай дахин залгахад бэлэн болсон бөгөөд энэ нь тодорхой бус үзэгдлүүдийг сонирхож зогсохгүй математикийн хийсвэрлэлийг бий болгох, заримдаа бүрэн харшлах, эдгээр үзэгдлийг тайлбарлах, удирдах боломжийг олгодог.
Хурд нь эхлээд дахин анивчих хэрэгцээг бий болгосон - асар их хурд нь гэрэлтэй өрсөлддөг. 20-р зуунаас өмнө ямар ч амьтан цагт зуун миль (160 км/цаг)-аас илүү хурдтай хөдөлж байгаагүй бөгөөд өнөөгийн жишгээр ч гэсэн гэрлийн хурд маш хурдан байгаа тул эрдэмтэдээс бусад бүх хүмүүст огт хөдөлдөггүй мэт харагддаг боловч асаалттай үед шууд гарч ирнэ. Эртний хүмүүс гэрлийн хурд гэх мэт хэт өндөр хурдтай ажиллахын тулд програм хангамж шаарддаггүй байв.
Хурдны асуудал гэнэт гарсан. Эйнштейн мутант биш байсан; Арван жилийн турш тэр бүрэн ойлгомжгүй байдалд Ньютоны хуучин программыг солих гэж тэмцсэн. Гэвч тэр үеийн физикчдэд тэдний дунд ертөнцийг гурван хэмжээст орон зайгаар биш, харин дөрвөн хэмжээст орон зайгаар харах чадвартай нэгэн шинэ төрлийн хүн гэнэт гарч ирсэн мэт санагдсан байх. орон зай-цаг хугацаа.
Дараа нь Эйнштейн харьцангуйн тусгай онолыг Ньютоны таталцлын онолтой нэгтгэхийн тулд энэ удаад бүх физикчдийн нүдэн дээр дахин арван жил тэмцсэн. Эдгээр хүчин чармайлтын үр дүн нь харьцангуйн ерөнхий онол байсан бөгөөд энэ нь геометрийн талаархи бидний уламжлалт бүх санааг эрс өөрчилсөн юм. Сансрын цаг хугацаа нь нугалж, нугалах чадвартай хуванцар болсон. Энэ нь ачааллын дор гулзайлгах резинэн хуудас шиг бодис байгаа эсэхэд хариу үйлдэл үзүүлдэг. Өмнө нь орон зай-цаг хугацаа идэвхгүй байсан геометрийн шинж чанарууд- өөрчлөгдөөгүй. Харьцангуйн ерөнхий онолын хувьд орон зай нь идэвхтэй тоглогч болж хувирдаг: гариг, од гэх мэт асар том биетүүд түүнийг гажуудуулж болох боловч үүнийг нарийн төвөгтэй нэмэлт математикгүйгээр төсөөлөхийн аргагүй юм.
1900 онд Эйнштейн тайзан дээр гарч ирэхээс таван жилийн өмнө гэрэл нь фотонууд буюу заримдаа гэрлийн квантуудаас бүрддэг болохыг олж мэдсэнээр илүү гайхалтай парадигмын өөрчлөлт эхэлсэн. Фотоны онолгэрэл нь зөвхөн ирж буй хувьсгалын дохио байсан; Энэ зам дээрх сэтгэцийн дасгалууд урьд өмнө тохиолдож байсан бүх зүйлээс хамаагүй хийсвэр болж хувирав. Квант механик нь илүү юм шинэ хуульбайгаль. Энэ нь сонгодог логикийн дүрмийг өөрчлөхөд хүргэсэн, өөрөөр хэлбэл эрүүл ухаантай хүн бүрийн сэтгэн бодохдоо ашигладаг ердийн сэтгэхүйн дүрмүүд юм. Тэр галзуу юм шиг санагдав. Гэхдээ галзуу ч бай, үгүй ч бай, физикчид квант хэмээх шинэ логикийн дагуу өөрсдийгөө дахин холбож чадсан. 4-р бүлэгт би квант механикийн талаар мэдэх шаардлагатай бүх зүйлийг тайлбарлах болно. Төөрөлдөхөд бэлтгэ. Энэ нь хүн бүрт тохиолддог.
Харьцангуй болон квант механикууд анхнаасаа бие биедээ дургүй байсан. Тэднийг хүчээр "гэрлэх" оролдлого нь гамшигт үр дагаварт хүргэсэн - физикчдийн асуусан асуулт болгоны хувьд математик аймшигтай хязгаарыг бий болгосон. Квант механикийг харьцангуйн тусгай онолтой эвлэрүүлэхийн тулд хагас зуун жил зарцуулсан боловч эцэст нь математикийн үл нийцэл арилсан. 1950-иад оны эхээр Ричард Фейнман, Жулиан Швингер, Шиничиро Томонага, Фриман Дайсон нар нэгдэх үндсийг тавьжээ. Онцгойхарьцангуйн онол ба квант механик гэж нэрлэдэг квант онолталбайнууд. Гэсэн хэдий ч ерөнхийХарьцангуйн онол (Эйнштейний харьцангуйн тусгай онолын Ньютоны таталцлын онолтой нэгтгэсэн) ба квант механик нь эвлэршгүй хэвээр байсан бөгөөд энхийг сахиулах хүчин чармайлт дутмаг байсан нь ойлгомжтой. Фейнман, Стивен Вайнберг, Брайс ДеВитт, Жон Уилер нар Эйнштейний тэгшитгэлийг квант болгохыг оролдсон боловч бүгд математикийн утгагүй зүйлээр төгсөв. Магадгүй энэ нь гайхмаар зүйл биш байсан байх. Квант механик нь маш хөнгөн биетүүдийн ертөнцийг захирч байв. Харин таталцал нь зөвхөн маш хүнд материйн хуримтлалд л чухал мэт санагдаж байв. Квант механикийн хувьд хангалттай хөнгөн, харин таталцлыг тооцоход хангалттай хүнд зүйл байхгүй мэт санагдсан. Үүний үр дүнд 20-р зууны хоёрдугаар хагаст олон физикчид ийм нэгдмэл онолыг эрэлхийлэх нь зөвхөн галзуу эрдэмтэн, гүн ухаантнуудад тохирох дэмий хоосон дасгал гэж үзсэн.
Леонард Сускинд
Хар нүхний тулаан
Квантын механикт аюулгүй ертөнцийн төлөөх миний Стивен Хокингтой хийсэн тулаан
Эдгээр тэгшитгэлд юу амьсгалж, тэдний дүрсэлж чадах Орчлон ертөнцийг бий болгодог вэ?
- Стивен Хокинг
Оршил
Маш их зүйл байсан ч бид бараг эхнээс нь эхлэх хэрэгтэй болсон.
- Роберт Хайнлейн. Танихгүй хүмүүсийн нутагт танихгүй хүн
Зүүн Африкийн саваннагийн хаа нэгтээ дунд эргэм насны арслан оройн хоолоо идэж байна. Тэрээр хөгшрөлтийн удаашралтай олзыг илүүд үзэх боловч залуу, уян хатан гөрөөс л байна. Хохирогчийн анхааралтай нүдийг толгойных нь хажуу талд байрлуулж, ойр орчмын газрыг халдлагад өртөхөөс урьдчилан сэргийлэхэд хамгийн тохиромжтой. Махчин амьтны нүд урагшаа харж, олз руу анхаарлаа хандуулж, зайг үнэлдэг.
Энэ удаад зээрийн "өргөн өнцгийн сканнерууд" шидэлтийн зайд ирсэн махчин амьтныг алдсан байна. Арслангийн хүчтэй хойд хөл нь түүнийг айсан олз руугаа түлхдэг. Мөнхийн хөөцөлдөөн дахин эхэлнэ.
Хэдийгээр олон жилийн ачаалал ихтэй байсан ч том муур бол маш сайн гүйгч юм. Эхлээд завсар нь багасдаг боловч гэнэтийн хөдөлгөөнөөс болж арслангийн хүчирхэг булчингууд хүчилтөрөгчийн өлсгөлөнд нэрвэгдэж, аажмаар сулардаг. Удалгүй гөрөөсний байгалийн тэсвэр тэвчээр ялна: хэзээ нэгэн цагт муур болон түүний олзны харьцангуй хурд тэмдэг өөрчлөгдөж, урьд өмнө нь буурч байсан цоорхой нэмэгдэж эхэлдэг. Арслан түүний хувь заяа өөрчлөгдсөнийг мэдэрч, Эрхэмсэг ноён ялагдлаа хүлээн зөвшөөрч, бутанд отолтонд буцаж ирэв.
Тавин мянган жилийн өмнө ядарсан анчин чулуугаар хаагдсан агуйн үүдийг олжээ. Хэрэв та хүнд саад бэрхшээлээс холдвол аюулгүй амарч болно. Анчин сармагчин шиг өвөг дээдсээсээ ялгаатай нь эгц зогсож байдаг. Гэвч энэ байрлалд тэрээр чулууг амжилтгүй түлхэж байна. Илүү тохиромжтой өнцгийг сонгохдоо тэрээр хөлөө холдуулдаг. Түүний биеийн байрлал бараг хэвтээ байх үед хэрэглэсэн хүчний гол бүрэлдэхүүн хэсэг нь хүссэн чиглэлд ажиллаж эхэлдэг. Чулуу хөдөлдөг.
Зай? Хурд? Тэмдгийн өөрчлөлт? Булан уу? Хүч? Бүрэлдэхүүн хэсэг? Муур битгий хэл анчин хүний тархинд ямар гайхалтай нарийн тооцоо байдаг вэ? Эдгээр техникийн ойлголтуудыг ахлах сургуулийн физикийн сурах бичигт ихэвчлэн олдог. Муур зөвхөн олзны хурдыг хэмжиж сурсан бэ, гэхдээ хамгийн чухал нь харьцангуй хурдыг хэмжиж сурсан бэ? Анчин хүч гэсэн ойлголтыг ойлгохын тулд физикийн хичээл үзсэн үү? Мөн түүнчлэн тригонометр, бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг тооцоолоход синус ба косинусыг ашиглах уу?
Мэдээжийн хэрэг, бүх нарийн төвөгтэй амьдралын хэлбэрүүд нь хувьслын замаар мэдрэлийн системд холбогдсон физикийн талаархи дотоод зөн совинтой байдаг. Урьдчилан суулгасан физик "програм хангамж"гүйгээр амьд үлдэх боломжгүй юм. Мутаци, байгалийн шалгарал нь бид бүгдийг физикч, тэр байтугай амьтдыг ч болгосон. Хүний тархины асар том хэмжээ нь эдгээр зөн совингоо бидний ухамсартайгаар ажилладаг ойлголт болгон хөгжүүлэх боломжийг олгосон.
Өөрөө анивчдаг
Үнэндээ бид бүгдээрээ сонгодогфизикчид. Бид хүч, хурд, хурдатгал зэргийг "мэдэрдэг". Роберт Хайнлейн "Танихгүй хүмүүсийн газар" (1961) хэмээх шинжлэх ухааны зөгнөлт романдаа уг үзэгдлийн талаарх гүн гүнзгий, бараг физиологийн ойлголтыг илэрхийлэхийн тулд "грок" гэдэг үгийг гаргажээ. Би хүч чадал, хурд, хурдатгал зэргийг рок. Би гурван хэмжээст орон зайг донсолгож байна. Би цаг хугацаа болон тоо grokk 5. Чулуу эсвэл сумны замнал нь grokk-д тохирсон. Гэхдээ би үүнийг арван хэмжээст орон зайд, эсвэл 101000 тоонд, эсвэл бүр муугаар хэлбэл электронуудын ертөнц болон Гейзенбергийн тодорхойгүй байдлын зарчимд хэрэглэхийг оролдоход миний суурилуулсан стандарт гроккер эвдэрдэг.
20-р зуун гарснаар бидний зөн совин асар том осолд орсон; Физик гэнэт огт танил бус үзэгдлүүдэд эргэлзэв. Альберт Мишельсон, Эдвард Морли нар таамагласан эфирээр дамжуулан дэлхийн тойрог замын хөдөлгөөнийг илрүүлэх боломжгүй болохыг олж мэдэх үед миний эцгийн өвөө аль хэдийн арван настай байсан. Өвөөг маань хорин настай байхад электроныг нээсэн; Түүнийг гучин нас хүрэхэд Альберт Эйнштейний харьцангуйн тусгай онол хэвлэгдэж, дунд насны босгыг давахад Гейзенберг тодорхойгүй байдлын зарчмыг нээсэн. Хувьслын дарамт нь бидний мэддэг ертөнцөөс эрс ялгаатай ертөнцийн талаарх зөн совингийн ойлголтыг хөгжүүлэхэд хүргэх арга байхгүй. Гэвч бидний мэдрэлийн системд ямар нэг зүйл, ядаж бидний заримд нь гайхалтай дахин залгахад бэлэн болсон нь ойлгомжгүй үзэгдлүүдийг сонирхоод зогсохгүй математикийн хийсвэрлэл, заримдаа бүрэн харшлах, тайлбарлах, удирдах боломжийг олгодог. эдгээр үзэгдлүүд.
Хурд нь эхлээд дахин анивчих хэрэгцээг бий болгосон - асар их хурд нь гэрэлтэй өрсөлддөг. 20-р зуунаас өмнө ямар ч амьтан цагт зуун миль (160 км/цаг)-аас илүү хурдтай хөдөлж байгаагүй бөгөөд өнөөгийн жишгээр ч гэсэн гэрлийн хурд маш хурдан байгаа тул эрдэмтэдээс бусад бүх хүмүүст огт хөдөлдөггүй мэт харагддаг боловч асаалттай үед шууд гарч ирнэ. Эртний хүмүүс гэрлийн хурд гэх мэт хэт өндөр хурдтай ажиллахын тулд програм хангамж шаарддаггүй байв.
Хурдны асуудал гэнэт гарсан. Эйнштейн мутант биш байсан; Арван жилийн турш тэр бүрэн ойлгомжгүй байдалд Ньютоны хуучин программыг солих гэж тэмцсэн. Гэвч тэр үеийн физикчдэд тэдний дунд ертөнцийг гурван хэмжээст орон зайгаар биш, харин дөрвөн хэмжээст орон зайгаар харах чадвартай нэгэн шинэ төрлийн хүн гэнэт гарч ирсэн мэт санагдсан байх. орон зай-цаг хугацаа.
Дараа нь Эйнштейн харьцангуйн тусгай онолыг Ньютоны таталцлын онолтой нэгтгэхийн тулд энэ удаад бүх физикчдийн нүдэн дээр дахин арван жил тэмцсэн. Эдгээр хүчин чармайлтын үр дүн нь харьцангуйн ерөнхий онол байсан бөгөөд энэ нь геометрийн талаархи бидний уламжлалт бүх санааг эрс өөрчилсөн юм. Орон зай-цаг хугацаа нь нугалж, нугалах чадвартай хуванцар болсон. Энэ нь ачааллын дор гулзайлгах резинэн хуудас шиг бодис байгаа эсэхэд хариу үйлдэл үзүүлдэг. Өмнө нь орон зай-цаг идэвхгүй, геометрийн шинж чанар нь өөрчлөгдөөгүй байв. Харьцангуйн ерөнхий онолын хувьд орон зай нь идэвхтэй тоглогч болж хувирдаг: гариг, од гэх мэт асар том биетүүд түүнийг гажуудуулж болох боловч үүнийг нарийн төвөгтэй нэмэлт математикгүйгээр төсөөлөхийн аргагүй юм.
1900 онд Эйнштейн тайзан дээр гарч ирэхээс таван жилийн өмнө гэрэл нь фотонууд буюу заримдаа гэрлийн квантуудаас бүрддэг болохыг олж мэдсэнээр илүү гайхалтай парадигмын өөрчлөлт эхэлсэн. Гэрлийн фотон онол нь зөвхөн ирж буй хувьсгалын дохио байсан; Энэ зам дээрх сэтгэцийн дасгалууд урьд өмнө тохиолдож байсан бүх зүйлээс хамаагүй хийсвэр болж хувирав. Квант механик бол байгалийн шинэ хуулиас илүү юм. Энэ нь сонгодог логикийн дүрмийг өөрчлөхөд хүргэсэн, өөрөөр хэлбэл эрүүл ухаантай хүн бүрийн сэтгэн бодохдоо ашигладаг ердийн сэтгэхүйн дүрмүүд юм. Тэр галзуу юм шиг санагдав. Гэхдээ галзуу ч бай, үгүй ч бай, физикчид квант хэмээх шинэ логикийн дагуу өөрсдийгөө дахин холбож чадсан. 4-р бүлэгт би квант механикийн талаар мэдэх шаардлагатай бүх зүйлийг тайлбарлах болно. Төөрөлдөхөд бэлтгэ. Энэ нь хүн бүрт тохиолддог.
Харьцангуй болон квант механикууд анхнаасаа бие биедээ дургүй байсан. Тэднийг хүчээр "гэрлэх" оролдлого нь гамшигт үр дагаварт хүргэсэн - физикчдийн асуусан асуулт болгоны хувьд математик аймшигтай хязгаарыг бий болгосон. Квант механикийг харьцангуйн тусгай онолтой эвлэрүүлэхийн тулд хагас зуун жил зарцуулсан боловч эцэст нь математикийн үл нийцэл арилсан. 1950-иад оны эхээр Ричард Фейнман, Жулиан Швингер, Шиничиро Томонага, Фриман Дайсон нар нэгдэх үндсийг тавьжээ. Онцгойхарьцангуйн онол ба квант механикийг квант талбайн онол гэж нэрлэдэг. Гэсэн хэдий ч ерөнхийХарьцангуйн онол (Эйнштейний харьцангуйн тусгай онолын Ньютоны таталцлын онолтой нэгтгэсэн) ба квант механик нь эвлэршгүй хэвээр байсан бөгөөд энхийг сахиулах хүчин чармайлт дутмаг байсан нь ойлгомжтой. Фейнман, Стивен Вайнберг, Брайс ДеВитт, Жон Уилер нар Эйнштейний тэгшитгэлийг квант болгохыг оролдсон боловч бүгд математикийн утгагүй зүйлээр төгсөв. Магадгүй энэ нь гайхмаар зүйл биш байсан байх. Квант механик нь маш хөнгөн биетүүдийн ертөнцийг захирч байв. Харин таталцал нь зөвхөн маш хүнд материйн хуримтлалд л чухал мэт санагдаж байв. Квант механикийн хувьд хангалттай хөнгөн, харин таталцлыг тооцоход хангалттай хүнд зүйл байхгүй мэт санагдсан. Үүний үр дүнд 20-р зууны хоёрдугаар хагаст олон физикчид ийм нэгдмэл онолыг эрэлхийлэх нь зөвхөн галзуу эрдэмтэн, гүн ухаантнуудад тохирох дэмий хоосон дасгал гэж үзсэн.
Хар нүхэнд объект унахад юу тохиолддог вэ? Тэр ул мөргүй алга болдог уу? Одоогоос 30 орчим жилийн өмнө хар нүхний үзэгдлийн гол судлаачдын нэг, өдгөө Британийн нэрт физикч Стивен Хокинг яг ийм зүйл болж байна гэж хэлж байсан. Гэвч ийм хариулт нь бидний физикийн тухай болон Ертөнцийн үндсэн хуулиудын талаар мэддэг бүх зүйлд заналхийлж байгаа нь харагдаж байна. Энэ номын зохиогч бол гайхалтай хүн юм Америкийн физикчЛеонард Сасскинд Стивен Хокингтэй хар нүхний мөн чанарын талаар олон жилийн турш маргалдсан бөгөөд эцэст нь 2004 онд алдаагаа хүлээн зөвшөөрсөн юм. Гайхалтай, маш хялбар унших боломжтой номЭнэ нь физикчдийн бодит байдлын мөн чанарыг үзэх хандлагыг үндсээр нь өөрчилсөн олон арван жил үргэлжилсэн шинжлэх ухааны тулааны гайхалтай түүхийг өгүүлдэг. Шинэ парадигмЭнэ ном, таны байшин, та өөрөө бидний ертөнцийн бүх зүйл бол орчлон ертөнцийн захаас дүрслэгдсэн нэгэн төрлийн голограм юм гэсэн гайхалтай дүгнэлтэд хүргэсэн. Уг ном нь Гүрний сангийн номын санд багтсан. Сан ашгийн бус хөтөлбөрүүд Dynasty компанийг 2001 онд VimpelCom компанийн хүндэт ерөнхийлөгч Дмитрий Борисович Зимин үүсгэн байгуулжээ. Тэргүүлэх чиглэлүүдсангийн үйл ажиллагаа - дэмжлэг суурь шинжлэх ухаанОрос улсад боловсрол, шинжлэх ухаан, боловсролыг түгээн дэлгэрүүлэх. “Гүрний сангийн номын сан” нь шинжлэх ухааны мэргэжилтнүүдийн сонгон шалгаруулсан орчин үеийн шинжлэх ухааны алдартай номуудыг хэвлэх тус сангийн төсөл юм.
1-р хэсэг: Цугларалтын шуурга
1. Анхны аянга
Сан Франциско, 1983 он.
Жек Розенбергийн харшийн дээврийн хонгилд анхны мөргөлдөөн болох тэр өдөр дайны аймшигт үүл 80 гаруй жилийн турш цугларсан байв. Вернер Эрхард гэгддэг Жак бол гуру, хашир хакер, жаахан луйварчин байсан. 1970-аад оны эхэн үе хүртэл тэр зүгээр л нэвтэрхий толь бичгийн худалдагч Жак Розенберг байсан. Гэтэл нэг өдөр тэрээр Алтан хаалганы гүүрээр давхиж явахдаа нэгэн илчлэлт олж авав. Тэр дэлхийг аварч, үүний ачаар асар их баяжих болно. Танд хэрэгтэй бүх зүйл сайхан нэрТэгээд шинэ хандлагацэг хүртэл. Энэ нэр нь Вернер (Вернер Хайзенбергийн нэрээр) Эрхард (Германы улс төрч Людвиг Эрхардын нэрээр) байх ёстой бөгөөд шинэ арга нь Эрхард сургалтын семинар, EST байх болно. Тэгээд тэр дэлхийг аврахгүй юмаа гэхэд ядаж баяжиж чадсан. Мянга мянган ичимхий, өөртөө итгэлгүй хүмүүс Вернер өөрөө эсвэл түүний олон шавь нарын нэг нь арван зургаан цаг үргэлжилсэн урам зориг өгөх семинарын үеэр ширүүн үг хэлсний төлөө хэдэн зуун доллар төлсөн бөгөөд энэ үеэр (цуу яриагаар) бие засах газар орохыг ч хориглодог байв.
Энэ нь сэтгэлзүйн эмчилгээнээс хамаагүй хямд бөгөөд хурдан байсан бөгөөд ямар нэгэн байдлаар үр дүнд хүрсэн. Хүмүүс ичимхий, итгэлгүй ирсэн ч семинарын дараа тэд хүчирхэг, өөртөө итгэлтэй, нөхөрсөг харагдаж байсан - яг л Вернер шиг: Тэд заримдаа гар барьдаг робот маньяк шиг санагддаг байсан нь хамаагүй. Тэд илүү дээрдсэн. Бүрт Рэйнолдсын "Хагас хатуу" киноны сэдэв нь хүртэл "Бэлтгэл" болсон. Вернерийг ECT-ийн галзуурсан шүтэн бишрэгчид байнга хүрээлж байв. "Боолууд" хэтэрхий их байж магадгүй юм хүчтэй үг, тэднийг сайн дурынхан гэж нэрлэе. EST-д бэлтгэгдсэн тогооч нар түүний хоолыг бэлдэж, жолооч нар түүнийг хотоор тойрон эргэлдэж, түүний харш янз бүрийн үйлчлэгчдээр дүүрчээ. Гэхдээ хачирхалтай нь Вернер өөрөө бас галзуу шүтэн бишрэгч байсан - физикийн шүтэн бишрэгч.
Үнэгүй татах цахим номтохиромжтой форматаар үзэж, уншина уу:
Хар нүхний тулаан, квант механикийн аюулгүй байдлын төлөөх Стивен Хокингтой хийсэн миний тулаан, Susskind L. - fileskachat.com номыг хурдан, үнэгүй татаж аваарай.
Файл №1 - fb2 татаж авах
№2 файлыг татаж авах - rtf
Та энэ номыг доороос худалдаж авах боломжтой хамгийн сайн үнэОрос даяар хүргэлттэй хямдралтай.
Миний тухай товчхондоо: "Лимбэний чимээнээр тэрээр хар нүх болон сансарт байгаа бусад зүйлийн тухай сонсоод хүсэл зоригоо алддаг." Харамсалтай нь би физикийн тэнхимд боловсрол эзэмшээгүй тул би зөвхөн хүмүүнлэгийн ухааны чиглэлээр ном ярьж байна (хайх бодит алдааболон mod off текст дэх буруу ойлголт).
Квант механикийн тухай ном бичих нь одоо хөгжилтэй болсон. Глюон, кварк, өтний нүх, халуун кварк шөл, квантын чичиргээ болон бусад нэр томъёонууд "хүүхдүүд босоод, тойрог дээр зогс" тоглож байна. Гол сэдэв: хар нүхнүүд. Шинжлэх ухааны ертөнцийн супер од Стивен Хокинг хар нүхийг шаардлагатай болтол мэдээлэл хадгалдаг сав биш харин мэдээлэл идэгч гэж үздэг. Номын зохиогч нь эрэлт хэрэгцээнд багтаамж-архивын онолыг хамгаалж, танилцуулж байна хар нүхбалгасан бэхний сав шиг зүйл (Хокинг бутлагчийн онолыг баримталдаг байхад). Хар нүхэнд орж буй мэдээлэл хэр их архивлагдсан байж болох вэ? Сасскинд нэг кг жинтэй тоосго ч гэсэн голдуу хоосон орон зай бөгөөд зүү шиг эсвэл вирусын хэмжээтэй хүртэл нягтардаг гэж бичжээ. Хар нүхнүүд нь маш нягт дарагдсан одод төдийгүй бүх мэдээллийг эгнээндээ байрлуулсан их бууны бөмбөг шиг (магадгүй жижиг хэмжээтэйгучин дөрвөн дарааллаар). Үүний эргэн тойронд бүх квант таталцал эргэлддэг - өтгөн мэдээлэл ба энтропи.
Физикчид удаан хугацааны туршид хар нүхнүүд нь алмаз шиг мөнхийн, хөдөлгөөнгүй, зөвхөн мэдээлэл хүлээн авахын тулд ажилладаг гэж үздэг. Гэвч Сусскинд хар нүхний тухай ердийн олон баримтуудыг нэг нэгээр нь няцаадаг янз бүрийн эрдэмтдийн аргументуудыг иш татдаг. Деннис Ссиама шиг эрдэмтэн ингэж дүгнэжээ хар нүхнүүд ууршдаг: цахилгаан соронзон цацрагхар нүхний массын нэг хэсгийг зөөдөг. Бекенштейн хар нүхэнд энтропи байдаг гэж таамагласан бол Хокинг нь температуртай гэж таамагласан. Хар нүхний өөр нэг шинж чанар нь тэд өөрсдөө хөдлөх чадвартай байдаг. Хэрэв та өөр массын таталцлын талбарт хар нүх байрлуулбал бусад массын адил хурдасна. асар том объект. Бүр том хар нүхэнд ч унаж магадгүй. Хэн тэднийг нүх гэж нэрлэсэн бэ? Жон Уилер. Түүний өмнө энэ үзэгдлийг харанхуй (хар) одод гэж нэрлэдэг байв.
Уншигчдад танил бус аливаа нэрийг зохиолч маш шууд тайлбарлах болно, жишээлбэл: "Дур булаам Дэйн Эйж АНУ руу нүүхээсээ өмнө Копенгаген дахь Нильс Борын туслах байсан. Тэр квант механикт дуртай байсан бөгөөд Борын гүн ухаанаар амьдарч, амьсгалж байсан." Сасскинд далан настай ямар физикчид шинжлэх ухааны талаар ярихын оронд бикинитэй охидыг эргэцүүлэн бодохыг илүүд үздэг байсан, хэн хэрхэн биеэ авч явдаг тухай ажиглалтаа хуваалцах болно. Жишээлбэл, Фэйнманы тухай: "Би арслантай уулзсан, тэр миний урмыг хугалсангүй", "Фэйнман харгис эготой байсан, гэхдээ тэр эргэн тойронд байх нь маш хөгжилтэй байсан."
Сусскинд номын давуу тал нь тэр үгээрээ ёслол дээр зогсохгүй байхыг өөртөө зөвшөөрдөг, гэж хэлж болно шинжлэх ухааны зураг XVIII зууны ертөнц нэлээд уйтгартай байсан, тодорхойгүй байдлын зарчим нь хачирхалтай бөгөөд зоримог мэдэгдэл юм. Идеал болор нь хамгийн тохиромжтой BMW шиг, энтропи огт байхгүй. Гэсэн хэдий ч түүний текстийн дүрслэл, илэрхийлэл нь үнэ цэнэтэй юм номын ач холбогдлыг тодорхойлсон хэд хэдэн баримт бий. Эхнийх нь жижиг зүйл, "Улаан өндөгний өндөг": хашилтгүйгээр Хокингийн маш тод шууд ишлэл байдаг "Надад ганцхан томъёогоор хязгаарлахыг хатуу зөвлөсөн: E = mc2. Нэмэлт тэгшитгэл болгонд номын борлуулалт арван мянган хувиар буурна гэж надад хэлсэн." Хоёр дахь нь арай илүү ноцтой юм: текстийг уншсаны дараа та Хокингтой тулалдаанд орсон Сусскинд түүнтэй хэзээ ч үнэхээр ярилцаж байгаагүй, зөвхөн өөрийн төсөөллөөр "тэмцэж байсан" гэсэн мэдрэмж төрж байна.
Сасскинд өөрийн бодол санаа нь Стивен Хокингийн хүнээс хэрхэн салгах нь ховор байсан тухай өгүүлдэг, түүх улам бүр хэт автсан мэт харагддаг, "Моби Дик" романтай зэрэгцэж байгаа, зөвхөн Ахабын дур сонирхолоос ялгаатай нь Сасскинд зуу зуун биш байсан. тонн халим, харин "хөдөлгүүртэй сандал дээр зуун фунт жинтэй онолын физикч". Хокинг/Сусскинд хоёрын сөргөлдөөнтэй төстэй сэдвээр гуравдагч этгээдтэй маргалдсаныг нотлох баримт бичгийн сканнерийг хавсаргав (эцэст нь Хокинг ялагдлаа хүлээн зөвшөөрсөн). Эрдэмтний увайгүй шүтэн бишрэгчийг уучлах юм бол номноос маш их зүйлийг олж мэдэх боломжтой сонирхолтой мэдээлэлхар нүх, мөрний онол, квант механикийн тухай.
“Өнөөдөр хар нүх ямар ч гэрэл цацруулдаггүй гэж хэлэх нь буруу. Тамхи татдаг савыг аваад хэдэн зуун градус хүртэл халааж, улаанаар гэрэлтэж эхэлнэ. Ямар ч халуун, туяа нь улбар шар болж, дараа нь шар болж, эцэст нь тод цэнхэр цагаан өнгөтэй болно. Физикчдийн тодорхойлолтоор нар бол хар биет гэдэг нь сонин юм. Ямар хачирхалтай вэ, та нар: Хараас илүү зүйлийг төсөөлөхөд хэцүү байдаг. Үнэн хэрэгтээ нарны гадаргуу ялгардаг их хэмжээнийгэрэл, гэхдээ энэ нь юу ч тусгадаггүй. Энэ нь түүнийг физикчдэд хар биетэй болгодог."
P.S. Энтропи хөгжиж байгааг би анх “Иргэний хамгаалалт” дуунаас мэдсэн; Хэрэв би уншсан бол илүү нэвтэрхий толь бичиг, тэгвэл би "нарны хар өнгө"-ийн талаар илүү ихийг мэдэх байсан (дээрх "нар бол хар бие" гэсэн ишлэлийг үзнэ үү).
Horatio, - тэнгэр, газар
Бидний мөрөөдөж ч байгаагүй олон зүйл бий
Шинжлэх ухаан.
Хар нүх шиг зүйлийн анхны дохио гарч ирэв XVIII сүүлагуу үед олон зуун Францын физикчПьер-Симон де Лаплас, Английн шашны зүтгэлтэн Жон Митчелл нар мөн адил гайхалтай санааг илэрхийлжээ. Тэр үеийн бүх физикчид одон орон судлалыг нухацтай сонирхож байв. Тэнгэрийн биетүүдийн талаар мэддэг байсан бүх зүйл нь тэдний ялгаруулж буй гэрлээр тодорхойлогддог, эсвэл сар, гаригуудын хувьд туссан гэрлээр тодорхойлогддог байв. Митчелл, Лаплас нарын үед Исаак Ньютон нас барснаас хойш хагас зуун жил өнгөрсөн ч тэрээр физикийн хамгийн нөлөө бүхий хүн хэвээр байв. Ньютон гэрэл нь жижиг хэсгүүдээс бүрддэг гэдэгт итгэдэг байсан - түүний нэрлэсэн корпускулууд - хэрэв тийм бол яагаад таталцлын нөлөөнд гэрэл өртөж болохгүй гэж? Лаплас, Митчелл нар таталцлын хүчийг гэрлээр даван туулах чадваргүй тийм их, нягт од байж болох уу гэж гайхаж байв. Ийм одод хэрэв байгаа бол бүрэн харанхуй, тиймээс үл үзэгдэх байх ёстой юу?
Гариг ч бай, астероид ч бай, жинхэнэ од ч бай ямар ч том селестиел биетийг түр зуур од гэж нэрлэе. Дэлхий бол зүгээр л жижиг од, Сар бол түүнээс ч жижиг од гэх мэт. Ньютоны таталцлын хуулийн дагуу одны таталцлын нөлөө нь масстай нь пропорциональ байдаг тул зугтах хурд нь мөн адил хамааралтай байдаг нь зүйн хэрэг юм. одны масс. Гэхдээ масс бол тулааны тал хувь юм. Нөгөө тал нь одны радиус юм. Та зогсож байна гэж төсөөлөөд үз дээ дэлхийн гадаргуумөн энэ үед тодорхой хүч дэлхийг шахаж, хэмжээг нь багасгаж, харин массаа алдалгүйгээр эхэлдэг. Хэрэв та гадаргуу дээр үлдэх юм бол шахалт нь таныг дэлхийн атом бүрт ойртуулна. Масс руу ойртох үед түүний таталцлын нөлөө улам эрчимждэг. Таны таталцлын функц болох жин нэмэгдэх бөгөөд таны таамаглаж байгаагаар таталцлыг даван туулах нь улам бүр хэцүү байх болно. Энэ жишээ нь физикийн үндсэн хуулийг харуулж байна: одны шахалт (массын алдагдалгүйгээр) түүний зугтах хурдыг нэмэгдүүлдэг.
Одоо төсөөлөөд үз дээ эсрэг нөхцөл байдал. Яагаад ч юм дэлхий тэлж байгаа тул та массаас холдож байна. Гадаргуу дээрх таталцал сулрах бөгөөд энэ нь түүнээс зугтахад хялбар болно гэсэн үг юм. Митчелл, Лаплас хоёрын тавьсан асуулт бол од ийм том масстай, зугтах хурд нь гэрлийн хурдаас давах тийм жижиг хэмжээтэй байж чадах уу гэсэн асуулт байв.
Митчелл, Лаплас нар эдгээр бошиглолын бодлыг анх илэрхийлэхдээ гэрлийн хурдыг (үсгээр тэмдэглэсэн) в) зуу гаруй жилийн турш мэдэгдэж байна. Данийн одон орон судлаач Оле Роемер 1676 онд энэ нь асар их үнэ цэнэ гэж тодорхойлсон байдаг - нэг секундэд 300,000 км (энэ нь дэлхийг тойрон долоон эргэлттэй байна).
в= 300,000 км/с.
Ийм асар хурдтай үед гэрлийг агуулж байхын тулд асар том буюу хэт төвлөрсөн масс шаардлагатай боловч яагаад оршин тогтнох боломжгүй гэсэн тодорхой шалтгаан байхгүй. Митчелийн тайланд Хатан хааны нийгэмлэгЖон Уилер хожим хар нүх гэж нэрлэх объектуудыг анх удаа дурдлаа.
Бүх хүчнүүдийн дунд таталцлыг туйлын сул гэж үздэг нь таныг гайхшруулж магадгүй юм. Тарган өргөгч болон өндрийн харайлтын тамирчин өөр өөр мэдрэмж төрүүлдэг ч таталцлын хүч ямар сул байдгийг харуулсан энгийн туршилт байдаг. Бага зэрэг жингээс эхэлье: байг жижиг бөмбөгхөөсөн полистирол Ямар нэг байдлаар бид үүнийг статик байдлаар өгөх болно цахилгаан цэнэг. (Чи зүгээр л цамцан дээрээ үрж болно.) Одоо таазнаас утсан дээр өлгө. Ээрэхээ болих үед утас босоо унждаг. Одоо өлгөөтэй бөмбөгөнд өөр ижил төстэй цэнэглэгдсэн зүйлийг авчир. Цахилгаан статик хүч нь түдгэлзүүлсэн жинг түлхэж, утсыг хазайлгахад хүргэдэг.
Хэрэв өлгөөтэй жинг төмрөөр хийсэн бол соронз ашиглан ижил үр дүнд хүрч болно.
Одоо цахилгаан цэнэг эсвэл соронзыг салгаж, маш хүнд зүйлийг авчрах замаар дүүжлэгдсэн ачааллыг хазайлгахыг хичээ. Тэдний таталцал нь ачааллыг татах боловч нөлөө нь маш сул байх тул үүнийг анзаарахгүй байх болно. Таталцал нь цахилгаан ба соронзон хүчтэй харьцуулахад маш сул юм.
Гэхдээ хэрэв таталцал маш сул бол бид яагаад сар руу үсэрч болохгүй гэж? Баримт нь дэлхийн асар том масс буюу 6·10 24 кг нь таталцлын сул талыг амархан нөхдөг. Гэхдээ ийм масстай байсан ч дэлхийн гадаргуугаас зугтах хурд нь гэрлийн хурдны арван мянганы нэгээс бага юм. Зугтах хурдыг нэмэгдүүлэхийн тулд в, Митчелл, Лаплас нарын зохион бүтээсэн харанхуй од нь гайхалтай том, гайхалтай нягт байх ёстой.
Хэмжээний цар хүрээг мэдрэхийн тулд янз бүрийн селестиел биетүүдийн зугтах хурдыг харцгаая. Дэлхийн гадаргууг орхихын тулд танд хэрэгтэй эхлэх хурдойролцоогоор 11 км/с, энэ нь аль хэдийн дурдсанчлан ойролцоогоор 40,000 км/ц юм. Дэлхийн жишгээр энэ нь маш хурдан боловч гэрлийн хурдтай харьцуулахад эмгэн хумсны хөдөлгөөнтэй төстэй юм.
Астероид дээр та хаа нэгтээ байх байсан илүү их боломжДэлхийгээс илүү гадаргууг орхи. 1.5 км-ийн радиустай астероидын зугтах хурд нь ойролцоогоор 2 м/с байна: зүгээр л үсрэх. Нөгөө талаар нар ихтэй Дэлхийгээс илүү, хэмжээ, жингийн аль алинд нь. Эдгээр хоёр хүчин зүйл үйлчилдэг эсрэг чиглэлүүд. Том масс нь нарны гадаргууг орхиход хэцүү болгодог, мөн том радиус, эсрэгээр, үүнийг хялбаршуулдаг. Харин масс ялж, зугтах хурд нарны гадаргууДэлхийгээс тав дахин их. Гэхдээ энэ нь гэрлийн хурдаас хамаагүй доогуур хэвээр байна.
Гэвч нар одоогийн хэмжээгээрээ үүрд мөнхөд үлдэхгүй. Эцэст нь одны түлш дуусч, түүнийг түлхэж буй дотоод дулаанаар дэмжигдсэн даралт сулрах болно. Аварга том оврын нэгэн адил таталцал одыг анхны хэмжээнээсээ бага хэмжээгээр шахаж эхэлнэ. Таван тэрбум жилийн дараа нар шатаж, нуран унах болно цагаан одойойролцоогоор дэлхийнхтэй ижил радиустай. Түүний гадаргуугаас гарахын тулд танд 6400 км / с хурд хэрэгтэй болно - энэ нь маш их, гэхдээ гэрлийн хурдны ердөө 2% хэвээр байна.
Хэрэв нар бага зэрэг - нэг хагас дахин хүнд байсан бол нэмэлт масс түүнийг өмнөхөөсөө илүү чанга шахах болно. цагаан одой. Одон дахь электронууд протонуудад шахагдаж, нейтроны гайхалтай нягт бөмбөлөг үүсгэнэ. Нейтрон од нь маш нягт тул түүний материалын нэг халбага нь хэдэн тэрбум тонн жинтэй байдаг. Гэхдээ бас нейтрон одхүссэн харанхуй хараахан болоогүй байна; түүний гадаргуугаас зугтах хурд нь гэрлийн хурдтай ойролцоо байна (ойролцоогоор 80%) в), гэхдээ үүнтэй тэнцүү биш хэвээр байна.
Хэрэв нурж буй од нь нарнаас 5 дахин их масстай гэж хэлбэл илүү хүнд байвал нейтроны нягт бөмбөлөг ч гэсэн шахалтын таталцлыг эсэргүүцэх чадваргүй болно. Эцсийн дотогшоо дэлбэрэлтийн үр дүнд од багасах болно өвөрмөц байдал -бараг оноо хязгааргүй нягтралТэгээд хор хөнөөлтэй хүч. Энэ жижигхэн цөмийн зугтах хурд нь гэрлийн хурдаас хэд дахин их юм. Харанхуй од буюу өнөөдрийн бидний хэлдгээр хар нүх ингэж гарч ирдэг.
Эйнштейн хар нүхний тухайд маш их дургүйцсэн тул тэдгээрийн оршин тогтнох боломжийг үгүйсгэж, хэзээ ч үүсэх боломжгүй гэж маргажээ. Гэхдээ Эйнштейнд таалагдсан ч, эс хүссэн ч хар нүхнүүд бодит юм. Өнөөдөр одон орон судлаачид зөвхөн ганц унтарсан оддыг төдийгүй олон сая, бүр тэрбум оддын нэгдлээс үүссэн галактикийн төвд байрлах хар аварга том биетүүдийг хялбархан судалж байна.
Нар дангаараа хар нүх болж сүйрчих хэмжээний том биш ч 3 км-ийн радиустай сансар огторгуйд шахагдаж тусалсан бол хар нүх болох байсан. Хэрэв та барьцаа сулруулбал дахин 100 км хүртэл хавдах болно гэж та бодож магадгүй, гэхдээ бодит байдал дээр энэ нь хэтэрхий оройтсон байх болно: Нарны асуудал ямар нэгэн чөлөөт уналтын байдалд орно. Гадаргуу нь нэг миль, нэг метр, нэг сантиметр радиусыг хурдан хамарна. Онцгой байдал үүсэх хүртэл ямар ч зогсолт хийх боломжгүй бөгөөд энэ уналт нь эргэлт буцалтгүй юм.
Бид хар нүхэнд ойрхон байна гэж төсөөлөөд үз дээ, гэхдээ онцгой байдлаас өөр цэг дээр. Энэ цэгээс гарч буй гэрэл хар нүхийг орхиж чадах болов уу? Хариулт нь хар нүхний масс болон гэрлийн шилжиж эхлэх тодорхой байршлаас хамаарна. гэж нэрлэдэг төсөөллийн бөмбөрцөг тэнгэрийн хаяа, Орчлон ертөнцийг хоёр хэсэгт хуваадаг. Тэнгэрийн хаяа дотроос ирж буй гэрэл хар нүх рүү зайлшгүй сорогдоно, харин тэнгэрийн хаяагаас ирж буй гэрэл хар нүхнээс зугтаж чаддаг. Хэрэв нар нэг өдөр хар нүх болсон бол түүний тэнгэрийн хаяаны радиус 3 км орчим байх болно.
Тэнгэрийн хаяаны радиус гэж нэрлэдэг Шварцшильд радиусХар нүхний математикийг анхлан судалсан одон орон судлаач Карл Шварцшилдын нэг хэсэг. Schwarzschild радиус нь хар нүхний массаас хамаарна; үнэн хэрэгтээ энэ нь үүнтэй шууд пропорциональ юм. Жишээлбэл, нарны массыг мянган нарны массаар сольсон бол гэрлийн туяа, 3, 5 км-ийн зайнаас ялгардаг тул тэнгэрийн хаяаны радиус мянга дахин нэмэгдэж, гурван мянган километр болох тул зугтах ямар ч боломжгүй болно.
Масс ба Шварцшильд радиусын пропорциональ байдал нь физикчдийн хар нүхний талаар олж мэдсэн хамгийн эхний зүйл юм. Дэлхий нарнаас сая дахин бага масстай тул түүний Шварцшильд радиус нь нарныхаас сая дахин бага юм. Харанхуй од болон хувирахын тулд түүнийг цангис жимсний хэмжээтэй шахах шаардлагатай болно. Харьцуулбал: манай Галактикийн төвд ойролцоогоор 150,000,000 км Шварцшильдын радиустай аварга хар нүх нуугдаж байна. дэлхийн тойрог замНарны эргэн тойронд. Орчлон ертөнцийн бусад өнцөг булан бүрт илүү том мангасууд байдаг.
Түрлэг ба 2000 милийн хүн
Далайнууд өдөр бүр хоёр гүнзгий амьсгаа авч байгаа мэт дээшилж, татрахад юу нөлөөлдөг вэ? Гол нь мэдээж Сар юм, гэхдээ тэр яаж үүнийг хийдэг вэ, яагаад өдөрт хоёр удаа хийдэг вэ? Би одоо тайлбарлах болно, гэхдээ эхлээд 2000 милийн хүний уналтын тухай ярина.
Титэмээс хөл хүртэл 2000 миль (3200 км) өндөртэй аварга биет сансраас эхлээд дэлхий рүү унадаг гэж төсөөлөөд үз дээ.
Хол дотогшоо Гадаад орон зайтаталцал сул, тийм сул тул тэр юу ч мэдэрдэггүй. Гэсэн хэдий ч түүнийг дэлхий рүү ойртох тусам түүний урт биед хачирхалтай мэдрэмж төрдөг: гэхдээ энэ нь унах мэдрэмж биш, харин хурцадмал мэдрэмж юм.
Энэ нь аварга биет дэлхий рүү хурдалж байгаа асуудал биш юм. Түүний таагүй байдлын шалтгаан нь сансар огторгуй дахь таталцлын хүч жигд бус байдагтай холбоотой юм. Дэлхийгээс хол зайд бараг бүрэн байхгүй. Гэвч ойртох тусам таталцлын хүч нэмэгддэг. 2000 миль явсан хүний хувьд энэ нь чөлөөт уналтад орсон ч асуудал үүсгэдэг. Хөөрхий хүн маш өндөр тул хөл нь толгойноосоо илүү хүчтэй татагддаг. Үүний үр дүнд хөл, толгой нь эсрэг чиглэлд татагдаж байгаа мэт таагүй мэдрэмж төрдөг.
Магадгүй тэр унаж бэртэхээс сэргийлж чадах байсан байх хэвтээ байрлал, ингэснээр хөл, толгой нь ижил өндөрт байна. Гэвч аварга хүн үүнийг оролдох үед тэрээр өөр нэг таагүй байдалд тулгарах болно: хурцадмал байдал нь ижил шахалтын мэдрэмжээр солигдоно. Тэр толгойгоо хөлөндөө дарж байгааг мэдэрдэг.
Яагаад ийм зүйл болдгийг ойлгохын тулд дэлхий хавтгай байна гэж хэсэг зуур төсөөлцгөөе. Босоо шугамуудсумнууд нь таталцлын хүчний чиглэлийг заадаг бөгөөд аяндаа шууд доош татдаг.
Түүнээс гадна таталцлын хүч нь яг адилхан. 2000 миль явсан хүн босоо эсвэл хэвтээ унасан эсэхээс үл хамааран ийм нөхцөлд ямар ч асуудалгүй - дор хаяж газарт хүрэх хүртлээ.
Гэхдээ дэлхий хавтгай биш. Түүний таталцлын хүч ба чиглэл хоёулаа өөрчлөгддөг. Энд үзүүлсэн шиг таталцал нэг чиглэлд татахын оронд гаригийн төв рүү шууд татдаг.
Энэ нь аварга биетийг хэвтээ байдлаар унах үед шинэ асуудал үүсгэдэг. Түүний толгой, хөлд үйлчлэх хүч нь ижил биш байх болно, учир нь таталцал тэднийг дэлхийн төв рүү татах нь түүний толгойг хөл рүү нь шахаж, хачин шахах мэдрэмжийг төрүүлдэг.
Далайн түрлэгийн асуудал руу буцъя. Өдөрт хоёр удаа далай тэнгисийн өсөлт, уналтын шалтгаан нь 2000 миль явсан хүнд таагүй байдлыг үүсгэдэг ижил зүйл юм: таталцлын нэг төрлийн бус байдал. Зөвхөн дотор энэ тохиолдолдЭнэ бол хуурай газрын таталцал биш сарны таталцал юм. Сарны таталцал нь дэлхийн сар руу харсан тал дахь далайд хамгийн хүчтэй, харин хамгийн сул хэсэгт үйлчилдэг. эсрэг тал. Сар ойролцоох талдаа ганц далайн овойлт үүсгэх ёстой мэт санагдаж болох ч энэ бол алдаа юм. Үүнтэй ижил шалтгаанаар толгой өндөр хүнхөлөөс нь татагдаж, дэлхийн хоёр талаас - ойрын болон холын ус түүний гадаргуугаас дээш гарч ирдэг. Үүнийг ойлгох нэг арга бол сар ойрын талдаа усыг дэлхийгээс холдуулдаг, харин хамгийн хол талд нь дэлхийг уснаас холдуулдаг гэж үзэх явдал юм. Үүний үр дүнд дэлхийн эсрэг талд байрлах хоёр овойлт сар руу чиглэсэн болон түүнээс хол байна. Дэлхий эдгээр овойлт дор нэг эргэлт хийж байхад түүний гадаргуу дээрх цэг бүр хоёр түрлэгийг мэдэрдэг.
Таталцлын хэмжээ, чиглэлийн өөрчлөлтөөс үүдэлтэй деформацийн хүчийг гэнэ түрлэгийн хүч, тэдгээр нь Сар, Дэлхий, Нар эсвэл бусад асар том селестиел биетээс үүдэлтэй байж болно. Жирийн биетэй хүн усанд шумбах тавцангаас ус руу үсрэх үед далайн түрлэгийг мэдэрч чадах уу? Үгүй ээ, гэхдээ бид маш жижиг учраас дэлхийн таталцлын орон бие дотор бараг өөрчлөгддөггүй.
Газар доорх ертөнц рүү буух
Ангалын харанхуй руу ой модтой замаар буув.
- Дантес. Тэнгэрлэг инээдмийн кино
Нарны масстай хар нүхэнд унасан хүний хувьд түрлэгийн хүч тийм ч сул байхаа болино. Хар нүхний өчүүхэн эзэлхүүнд шахагдсан асар том масс нь тэнгэрийн хаяанд ойр орших таталцлыг маш хүчтэй төдийгүй маш олон төрлийн бус болгодог. Хар нүхнээс 100,000 гаруй км-ийн зайд Шварцшильд радиус руу ойртохоос нэлээд өмнө түрлэгийн хүч нь хүнд таагүй байдал үүсгэдэг. 2000 милийн хүн шиг, та хурдан хурдтай явахад хэтэрхий том болохыг олж харах болно таталцлын талбархар нүх. Та тэнгэрийн хаяанд ойртох үед та гажигтай байдаг - бараг л адилхан шүдний оо, хоолойноос шахагдсан.
Хар нүхний тэнгэрийн хаяанд түрлэгийн хүчийг даван туулах хоёр арга бий: өөрийгөө жижиг болгох эсвэл хар нүхийг томруулах. Нарны масстай хар нүхний давхрагад түрлэгийн хүчийг нян анзаардаггүй, харин сая нарны масстай хар нүхний давхрагад түрлэгийн хүчийг та мэдрэхгүй. Илүү том хар нүхний таталцал илүү хүчтэй байдаг тул энэ нь хачирхалтай санагдаж магадгүй юм. Гэхдээ энэ дүгнэлт нь нэг чухал баримтыг үл тоомсорлодог: том хар нүхний давхрага маш том тул бараг хавтгай мэт харагдах болно. Тэнгэрийн хаяанд ойрхон таталцлын орон маш хүчтэй, гэхдээ бараг жигд байх болно.
Хэрэв та Ньютоны таталцлын онолын талаар бага зэрэг мэддэг бол харанхуй одны тэнгэрийн хаяанд түрлэгийн хүчийг тооцоолж болно. Дараа нь энэ нь том, том байх тусмаа тэнгэрийн хаяанд түрлэгийн хүч бага байх болно. Тиймээс маш том хар нүхний тэнгэрийн хаяаг гатлах нь онцгүй үйл явдал болно. Гэвч эцсийн дүндээ хамгийн том хар нүх ч түрлэгийн хүчнээс зугтаж чадахгүй. Түүний хэмжээ нь зөвхөн зайлшгүй хойшлуулах болно. Эцсийн эцэст, онцгой байдлын хувьд зайлшгүй унах нь Дантегийн зохион бүтээсэн эсвэл Испанийн инквизицийн шүүх хуралдаанд Торкемадагийн ашигласан аливаа эрүү шүүлттэй адил аймшигтай байх болно. (Өлгүүр нь санаанд орж ирнэ.) Хамгийн жижиг нян ч гэсэн босоо тэнхлэгийн дагуу урагдаж, хэвтээ тэнхлэгийн дагуу хавтгай болно. Жижиг молекулууд нянгаас урт наслах ба атомууд арай урт наслах болно. Гэхдээ эрт орой хэзээ нэгэн цагт өвөрмөц байдал нь бие даасан протоныг давах болно. Ямар ч нүгэлтэн тамын зовлонгоос мултарч чадахгүй гэж Дантегийн зөв эсэхийг би мэдэхгүй ч хар нүхний онцгой байдлын ойролцоох аймшигт түрлэгийг юу ч тэсвэрлэж чадахгүй гэдэгт би бүрэн итгэлтэй байна.
Гэсэн хэдий ч онцгой байдлын шинж чанаруудын бүх харь, харгис хэрцгий байдлыг үл харгалзан энэ нь хар нүхний хамгийн гүн нууцыг агуулдаггүй. Хар нүхэнд унасан аливаа объектод юу тохиолдохыг бид мэднэ - түүний хувь заяа атаархмааргүй юм. Гэсэн хэдий ч өвөрмөц байдал нь бидэнд таалагдсан ч, дургүй ч ялгаагүй парадокс талаасаа тэнгэрийн хаяанд ойртдоггүй. Орчин үеийн физикт бодис тэнгэрийн хаяанд ирэхэд юу болох вэ гэсэн асуултаас илүү төөрөгдөл үүсгэсэн зүйл бараг байхгүй гэж үү? Таны өгсөн ямар ч хариулт буруу байх болно.
Митчелл, Лаплас нар Эйнштейнийг төрөхөөс нэлээд өмнө амьдарч байсан бөгөөд 1905 онд түүний хийсэн хоёр нээлтийн талаар мэдэхгүй байсан. Эдгээрийн эхнийх нь харьцангуйн тусгай онол байсан бөгөөд энэ нь дараахь зарчимд суурилдаг. юу ч биш -гэрэл ч, өөр юу ч гэрлийн хурдыг хэзээ ч давж чадахгүй. Митчелл, Лаплас нар харанхуй одноос гэрэл зугтаж чадахгүй гэдгийг ойлгосон ч энэ нь өөр юу ч боломжгүй гэдгийг огтхон ч төсөөлөөгүй.
Эйнштейний 1905 онд хийсэн хоёр дахь нээлт нь тэрхүү гэрэл байв үнэхээрхэсгүүдээс бүрдэнэ. Митчелл, Лаплас нар харанхуй оддын тухай санаагаа дэвшүүлсний дараахан Ньютон корпускуляр онолгэрэл ичгүүртэй байсан. Гэрэл нь дууны долгион эсвэл далайн гадаргын дагуу дамждаг долгион гэх мэт долгионоос бүрддэг гэсэн нотлох баримтууд хуримтлагдсан. 1865 он гэхэд Жеймс Клерк Максвелл гэрэл нь хэлбэлзлээс бүрддэг болохыг харуулсан цахилгаан ба соронзон орон, гэрлийн хурдаар сансар огторгуйд тархдаг бөгөөд корпускулярын онол нь амьдралын шинж тэмдгүүдийг бүрэн харуулахаа больсон. Хэн ч тэгж бодож байгаагүй бололтой цахилгаан соронзон долгионМөн таталцлын хүчинд татагдах боломжтой тул харанхуй одод мартагдсан.
1917 онд одон орон судлаач Карл Шварцшильд Эйнштейний харьцангуйн шинэ ерөнхий онолын тэгшитгэлийг шийдэж, харанхуй оддыг дахин нээх хүртэл мартагдсан.
Эквивалент зарчим
Эйнштейний ихэнх бүтээлийн нэгэн адил харьцангуйн ерөнхий онол нь нарийн төвөгтэй, боловсронгуй байсан боловч маш энгийн ажиглалт дээр үндэслэсэн байв. Үнэн хэрэгтээ тэдгээр нь маш энгийн тул хүн бүрт боломжтой байсан ч хэн ч үүнийг хийсэнгүй.
Хамгийн энгийн сэтгэхүйн туршилтуудаас алс холын дүгнэлт гаргах нь Эйнштейний хэв маяг байв. (Би хувьдаа энэ сэтгэлгээг бусдаас илүү биширдэг.) Харьцангуй ерөнхий онолын хувьд бодлын туршилтанд лифтэнд байгаа ажиглагч оролцсон. Сурах бичгүүдэд цахилгаан шатыг пуужингаар солих туршилтыг орчин үеийн болгох нь элбэг байдаг ч Эйнштейний үед лифт үнэхээр сэтгэл хөдөлгөм байсан. шинэ технологи. Тэрээр сансар огторгуйд ямар ч таталцагч биетээс хол чөлөөтэй хөвж буй цахилгаан шатыг анх төсөөлсөн хүн юм. Ийм лифтэнд суусан хэн бүхэн жингүйдэлтэй тулгарч, сумнууд нь төгс шулуун замаар өнгөрөх болно. тогтмол хурд. Үүнтэй ижил зүйл гэрлийн цацрагт тохиолдох болно, гэхдээ мэдээжийн хэрэг гэрлийн хурдаар.
Дараа нь Эйнштейн цахилгаан шатыг алс холын зангуунд холбосон кабель эсвэл ёроолд суурилуулсан пуужингийн тусламжтайгаар дээшээ хурдасгаж эхэлбэл юу болохыг төсөөлж байв. Зорчигчдыг шалан дээр дарж, пуужингийн чиглэлүүд доошоо бөхийж, параболик тойрог зам үүсгэнэ. Таталцлын нөлөөгөөр бүх зүйл яг адилхан байх болно. Галилеогийн үеэс энэ тухай хүн бүр мэддэг байсан ч энэхүү энгийн баримтыг хүчирхэг шинэ баримт болгон хувиргах нь Эйнштейнд оногджээ. физик зарчим. Эквивалент зарчим нь таталцлын нөлөө болон хурдатгалын нөлөөний хооронд туйлын ялгаа байхгүй гэж заасан байдаг. Лифт дотор хийсэн ямар ч туршилтаар лифт нь таталцлын талбарт амарч байна уу эсвэл сансар огторгуйд хурдасч байна уу гэдгийг ялгаж чадахгүй.
Энэ нь өөрөө гайхмаар зүйл биш байсан ч тийм байсан хамгийн чухал үр дагавар. Эйнштейн эквивалент зарчмыг томъёолох үед таталцал нь цахилгаан гүйдэл, соронзны үйлдэл, гэрлийн тархалт зэрэг бусад үзэгдэлд хэрхэн нөлөөлдөг талаар маш бага мэддэг байсан. Эйнштейний арга барилын дагуу бид эдгээр бүх үзэгдлүүд хурдатгалд хэрхэн нөлөөлж байгааг ойлгохоос эхлэх ёстой байсан. Энэ тохиолдолд ихэвчлэн байхгүй байсан шинэ физик. Эйнштейний хийсэн зүйл бол яаж гэдгийг төсөөлөх явдал байв мэдэгдэж байгаа үзэгдлүүдхурдасгах лифт шиг харагдах болно. Дараа нь эквивалент зарчим нь таталцлын нөлөө ямар байхыг түүнд хэлсэн.
Эхний жишээ нь таталцлын талбар дахь гэрлийн үйл ажиллагааг судалсан. Цахилгаан шат дээгүүр зүүнээс баруун тийш хэвтээ чиглэлд хөдөлж буй гэрлийн туяаг төсөөлөөд үз дээ. Хэрэв цахилгаан шат ямар ч таталцлын массаас хол чөлөөтэй хөдөлдөг байсан бол гэрэл төгс шулуун хэвтээ шугамаар тархах болно.
Харин одоо цахилгаан шат дээшээ хурдасна гэж бодъё. Гэрэл нь лифтний зүүн талаас хэвтээ чиглэлд хөдөлж эхэлдэг боловч цахилгаан шат хурдасч байгаа тул нөгөө талд ирэхэд гэрэл нь доош чиглэсэн хөдөлгөөний бүрэлдэхүүнтэй болно. Нэг өнцгөөс харахад цахилгаан шат дээшээ хурдалж байгаа ч нөгөө талаас зорчигчдод гэрэл доошоо хурдасч байгаа юм шиг санагддаг.
Үнэн хэрэгтээ гэрлийн туяа нь маш хурдан бөөмийн замналтай адил нугалж байна. Энэ үр дүн нь гэрэл долгион эсвэл бөөмсөөс бүрдэх эсэхээс ямар ч хамааралгүй; Энэ нь зүгээр л дээш чиглэсэн хурдатгалын нөлөө юм. Гэхдээ хэрэв хурдатгал нь гэрлийн цацрагийн замыг нугалахад хүргэдэг бол таталцал ч мөн адил байх ёстой гэж Эйнштейн тайлбарлав. Үнэн хэрэгтээ таталцал нь гэрлийг татаж, түүнийг унахад хүргэдэг гэж хэлж болно. Энэ нь Митчелл, Лаплас нарын таамаглалтай бүрэн нийцэж байна.
Гэхдээ зоосны өөр нэг тал бий: хэрэв хурдатгал нь таталцлын нөлөөг дуурайж чадвал түүнийг устгаж чадна. Нэг цахилгаан шат нь сансар огторгуйд хязгааргүй хол байхаа больсон, харин тэнгэр баганадсан байшингийн орой дээр байна гэж төсөөлөөд үз дээ. Хэрэв энэ нь хөдөлгөөнгүй бол зорчигчид таталцлын бүх нөлөөг мэдэрдэг, тэр дундаа цахилгаан шатаар дамжин өнгөрөх гэрлийн туяа гулзайлгадаг. Гэвч дараа нь кабель тасарч, цахилгаан шат газар руу хурдасч эхэлдэг. Чөлөөт уналтын богино хугацаанд лифт доторх таталцал бүрмөсөн алга болсон мэт харагдана. Зорчигчид бүхээгийг тойрон хөвж, дээш доошоо мэдрэхээ болино. Гэрлийн бөөмс ба цацрагууд төгс шулуун шугамаар хөдөлдөг. Энэ урвуу талтэнцүү байх зарчим.
Бохир ус, сохор, хар нүхнүүд
Дүрслэх гэж оролдсон хүн бүр орчин үеийн физикгүйгээр математикийн томьёо, аналоги нь хэр ашигтай болохыг мэддэг. Жишээлбэл, атомыг бяцхан гаригийн систем гэж үзэх нь маш тохиромжтой бөгөөд харанхуй оддыг дүрслэхийн тулд энгийн Ньютоны механикийг ашиглах нь усанд шумбахад бэлэн биш хүмүүст тусалдаг. дээд математикхарьцангуйн ерөнхий онол. Гэхдээ аналоги нь өөрийн гэсэн хязгаарлалттай бөгөөд хэрэв та хангалттай гүн рүү орвол хар нүхний аналог шиг харанхуй од ажиллахаа болино. Өөр нэг илүү сайн зүйрлэл бий. Би энэ тухай хар нүхний квант механикийн анхдагчдын нэг Билл Унругаас мэдсэн. Анхны мэргэжил маань сантехникч болохоор надад их таалагддаг болов уу.
Эцэс төгсгөлгүй гүехэн нуурыг төсөөлөөд үз дээ. Энэ нь хэдхэн фут гүн боловч тодорхойгүй хугацаагаар үргэлжилдэг. хэвтээ хавтгай. Сохор зулзаганууд бүхэл бүтэн амьдралаа энд өнгөрөөж, гэрлийг хардаггүй, гэхдээ тэд объектын байршлыг тогтоох, харилцахдаа дуу чимээг маш сайн ашигладаг. Нэг халдашгүй дүрэм байдаг: юу ч усанд дууны хурдаас илүү хурдан хөдөлж чадахгүй. Ихэнх даалгаврын хувьд энэ хурдны хязгаар нь тийм ч чухал биш, учир нь зулзаганууд илүү удаан хөдөлдөг.
Гэхдээ нууранд аюул бий. Олон тооны зулзаганууд зугтахад хэтэрхий оройтсон байдаг бөгөөд тэдэнд юу тохиолдсоныг хэн ч эргэж ирээгүй. Нуурын голд ус зайлуулах нүх бий. Түүгээр дамжин ус ордог газар доорх агуй, үхлийн аюултай хурц чулуун дээр унадаг.
Хэрэв та нуурыг дээрээс нь харвал ус зайлуулах суваг руу урсаж байгааг харж болно. Түүнээс хол байгаа усны хурд нь үл мэдэгдэх бага боловч ойртох тусам улам ихсэх болно. Ус зайлуулах хоолой нь усыг маш хурдан зайлуулдаг тул зарим зайд түүний хурд дууны хурдад хүрдэг гэж бодъё. Гаралтын хоолойд ойртох тусам урсгал нь дуунаас хурдан болдог. Энэ бол үнэхээр маш аюултай ус зайлуулах суваг юм.
Усан дотор сэлж буй зулзаганууд зөвхөн тэдний талаар мэддэг шингэн орчинамьдрах орчин, тэд хэр хурдан хөдөлж байгааг хэзээ ч мэдэхгүй; Тэдний эргэн тойрон дахь бүх зүйл ус ижил хурдтайгаар доош татагдана. Хамгийн том аюул бол тэд ус зайлуулах хоолойд шингэж, хурц чулуун дээр үхэх явдал юм. Бодит байдал дээр тэдгээрийн аль нэг нь одоогийн хурд нь дуунаас давсан радиусыг давмагц тэр нь сүйрдэг. Буцах аргагүй энэ цэгийг давсны дараа тэр гүйдлийг даван туулж чадахгүй, тэр ч байтугай одоо байгаа бусад хүмүүст анхааруулга илгээх болно. аюулгүй бүс(ямар ч акустик дохио усан дахь дуу чимээнээс хурдан тархаж чадахгүй). Unruh ийм ус зайлуулах суваг, түүний буцаж ирэхгүй цэгийг нэрлэжээ сохор нүх -чимээгүй гэдэг утгаараа дүлий, учир нь тэндээс ямар ч дуу гарахгүй.
Хамгийн сонирхолтой шинж чанаруудБуцах боломжгүй зүйл бол түүгээр өнгөрч буй болгоомжгүй ажиглагч эхлээд ер бусын зүйлийг анзаарахгүй байх явдал юм. Ямар ч анхааруулах тэмдэг, дуут дохио байхгүй, түүнийг зогсоох ямар ч саад, ойртож буй аюулаас сэрэмжлүүлэх зүйл алга. Хэзээ нэгэн цагт бүх зүйл гайхалтай юм шиг санагддаг, дараагийн мөчид ч гэсэн. Буцах боломжгүй цэгийг даван туулах нь үйл явдал биш юм.
Одоо Алис хэмээх чөлөөт жолоодлоготой нохой ус зайлуулах суваг руу сэлж, алсад үлдсэн найз Бобдоо зориулж дуу дуулж байна. Бүх хараагүй хамаатан садныхаа нэгэн адил Алис нэлээд ядуу репертуартай. Түүний дуулж чадах цорын ганц нот бол секундэд 262 чичиргээний давтамжтай дунд октава С юм. техникийн хэл, 262 герц (Гц). Алис ус зайлуулах хоолойноос хол байхад түүний хөдөлгөөн бараг мэдрэгддэггүй. Боб Алисын дууг сонсож, эхний октавын "C"-г сонсдог. Гэхдээ Алис хурдаа ахихад дуу чимээ багасна, ядаж Бобын ойлголтонд; “do” нь “si”, дараа нь “a” болж өөрчлөгдөнө. Энэ нь Доплерийн шилжилт гэж нэрлэгддэг өөрчлөлтөөс үүдэлтэй бөгөөд хурдан галт тэрэг шүгэлээ асаан өнгөрөхөд анзаарагддаг. Галт тэрэг ойртоход шүгэлийн чимээ нь бүхээг дэх жолоочоос илүү өндөр сонсогддог. Шүгэл таны хажуугаар өнгөрч, холдож эхлэхэд дуу багасна. Дараагийн чичиргээ бүр өмнөхөөсөө арай хол явахаас өөр аргагүй болж, бага зэрэг сааталтайгаар чихэнд хүрдэг. Дараалсан хоорондох хугацаа дууны чичиргээнэмэгдэж, бага давтамжийг сонсдог. Түүгээр ч зогсохгүй галт тэрэг чамаас холдох тусам хурдаа нэмэгдүүлбэл мэдрэгдэх давтамж улам бүр багасна.
Алис буцаж ирэх боломжгүй цэг рүү ойртож байхдаа хөгжмийн нотод ижил зүйл тохиолддог. Боб эхлээд 262 Гц давтамжийг сонсдог. Дараа нь 200 Гц хүртэл буурдаг, дараа нь 100 Гц, 50 Гц гэх мэт. Буцах боломжгүй цэгт маш ойрхон ялгарах дуу чимээ нь хол явахад маш удаан хугацаа шаардагдана; усны хөдөлгөөн нь дууны гаднах хурдыг бараг бүрэн бууруулж, бараг зогсох хүртэл удаашруулдаг. Удалгүй дуу чимээ маш бага болж, тусгай төхөөрөмжгүйгээр Боб үүнийг сонсохоо больсон.
Боб байж магадгүй тусгай тоног төхөөрөмж, дууны долгионд анхаарлаа төвлөрүүлэх боломжийг олгож, Алис буцаж ирэх боломжгүй цэг рүү ойртож буй дүрсийг харуулсан. Гэхдээ тууштай дууны долгионБоб руу очиход илүү урт хугацаа шаардагдах бөгөөд энэ нь Алистай холбоотой бүх зүйл удаан мэт санагддаг. Түүний хоолой багасна; түүний сарвууны хөдөлгөөн бараг бүрэн зогсох хүртэл удааширдаг. Бобын харсан хамгийн сүүлчийн савлуур нь хязгааргүй хүртэл үргэлжилдэг. Үнэн хэрэгтээ, Боб Алисыг эргэж ирэх боломжгүй цэгт хүрэхийн тулд үүрд мөнхөд хэрэгтэй гэж боддог.
Энэ хооронд Алис ер бусын зүйлийг анзаарсангүй. Тэр ямар ч удаашрал, хурдатгал мэдэрдэггүй, буцах боломжгүй цэгээс цааш тайван эргэдэг. Тэр аюулыг хожим нь ухаарч, үхлийн аюултай хадан дээр унажээ. Энд бид хар нүхний нэг гол шинж чанарыг олж харлаа: өөр өөр ажиглагчид ижил үйл явдлыг огт өөр байдлаар хүлээн авдаг. Бобын хувьд ирж буй дуу чимээнээс харахад Алис буцаж ирэх боломжгүй цэгт хүрэхэд үүрд хэрэгтэй юм шиг санагддаг, гэхдээ Алисын хувьд энэ нь нүд ирмэхийн зуур тохиолдож болно.
Буцах боломжгүй цэг нь хар нүхний тэнгэрийн хаяаны аналог гэдгийг та аль хэдийн таамагласан байх. Дууг гэрлээр солих (сануулагч, юу ч хөдөлж чадахгүй гэрлээс хурдан), мөн та Шварцшильдын хар нүхний шинж чанаруудын маш нарийн дүрслэлийг авах болно. Ус зайлуулах нүхний нэгэн адил тэнгэрийн хаяаг давсан бүх зүйл буцаж зугтаж чадахгүй, тэр ч байтугай тайван хэвээр үлдэнэ. Хар нүхний аюул нь хурц чулуунууд биш, харин төв хэсэгт байрлах онцгой байдал юм. Тэнгэрийн хаяанд байгаа бүх бодис хязгааргүй даралт, нягтаршилд шахагдах цорын ганц зүйл рүү татагддаг.
Сохор нүхний зүйрлэлээр зэвсэглэснээр та хар нүхний олон парадокс шинж чанарыг өөртөө тодруулж чадна. Жишээ нь, Боб хулгана биш, харин сансрын нисгэгч болцгооё сансрын станц, хаяглаж байна аюулгүй зайхар нүхний эргэн тойронд. Алис тэнгэрийн хаяанд унасан ч дуулахгүй - түүний дуу хоолойг дамжуулах агаар огторгуйд байхгүй, харин цэнхэр гар чийдэнгээр дохио өгдөг. Унах үед Боб гэрлийн давтамж цэнхэрээс улаан руу хэт улаан туяа руу шилжиж байгааг харав. богино долгионы цацрагэцэст нь бага давтамжийн радио долгион болдог. Алис өөрөө улам бүр уйтгартай харагдаж, бараг бүрэн зогсох хүртэл удааширч байна. Боб түүнийг тэнгэрийн хаяа хөндлөн гарахыг хэзээ ч харахгүй; Түүний бодлоор Алис буцаж ирэх боломжгүй цэгт хүрэхийн тулд хязгааргүй их цаг хугацаа шаардагдана. Гэвч Алис өөрийн үзэл баримтлалын хүрээнд тэнгэрийн хаяанд тайвнаар унаж, онцгой байдалд ойртох тусам хачин зүйлийг мэдэрч эхэлдэг.
Шварцшильдын хар нүхний давхрага нь Шварцшильдын радиус дээр байрладаг. Хэдийгээр Алис түүнийг гатлаад мөхөх магадлалтай ч түүнд яг л зулзагануудын адил онцгой байдлаар үхэхээсээ өмнө багахан хугацаа үлдсэн байна. Гэхдээ яг хэд вэ? Энэ нь хар нүхний хэмжээ, өөрөөр хэлбэл массаас хамаарна. Масс их байх тусам Шварцшильдын радиус их байх ба Алисад илүү их цаг хугацаа байна. Нарны масстай хар нүхэнд ердөө арван микросекунд байх болно. Галактикийн төвд байрладаг, нэг тэрбум дахин их масстай хар нүхэнд Алис тэрбум микросекунд буюу хагас цаг орчим байх болно. Үүнээс ч илүү том хар нүхийг төсөөлж болно, үүнд Алис бүх насаараа амьдрах боломжтой бөгөөд магадгүй түүний үр удамд хэдэн үе хөгширч, онцгой байдлын улмаас устахаасаа өмнө үхэх боломжтой болно.
Мэдээжийн хэрэг, Бобын ажигласнаар Алис тэнгэрийн хаяанд хэзээ ч хүрэхгүй. Тэгэхээр хэн нь зөв бэ? Энэ нь тэнгэрийн хаяанд хүрэх үү, үгүй юу? Үнэхээр юу болоод байна аа? БА үнэхээрэнэ мөн үү? Эцсийн эцэст, физик бол ажиглалт бөгөөд туршилтын шинжлэх ухаан, тиймээс Бобын найдвартай ажиглалт нь Алисын үйл явдлын дүрслэлтэй илт зөрчилдөж байсан ч илүүд үзэж болно. (Бид гайхалтай зүйлийн талаар ярилцсаны дараа Алис, Боб хоёрт буцаж ирнэ квант шинж чанаруудхар нүхнүүд, Жейкоб нээсэнБекенштейн, Стивен Хокинг нар.)
Ус зайлуулах аналоги нь олон зорилгоор сайн боловч бүх аналогийн нэгэн адил энэ нь өөрийн гэсэн хязгаарлалттай байдаг. Жишээлбэл, биет тэнгэрийн хаяанд унах үед түүний масс нь хар нүхний масс дээр нэмэгддэг. Масс нэмэгдэнэ гэдэг нь алсын хараагаа тэлэх гэсэн үг. Үүнийг урсгалыг хянахын тулд насос суурилуулах замаар хог хаягдлын гарцтай адилтган загварчилж болох нь гарцаагүй. Ус зайлуулах хоолой руу ямар нэгэн зүйл унах бүрт насос нь хүчийг бага зэрэг нэмэгдүүлж, урсгалыг хурдасгаж, буцах боломжгүй цэгийг бага зэрэг түлхэж байх ёстой. Гэхдээ ийм загвар нь энгийн байдлаа хурдан алддаг.
Хар нүхний өөр нэг шинж чанар нь тэд өөрсдөө хөдлөх чадвартай байдаг. Хэрэв та хар нүхийг өөр массын таталцлын талбарт байрлуулах юм бол энэ нь бусад том биетийн адил хурдасна. Бүр том хар нүхэнд ч унаж магадгүй. Хэрэв та жинхэнэ хар нүхний эдгээр бүх шинж чанарыг бохирын шугамын зүйрлэлээр авахыг оролдвол энэ нь зайлсхийдэг математикаас илүү төвөгтэй болно. Гэхдээ эдгээр хязгаарлалтыг үл харгалзан угаалтуур нь харьцангуйн ерөнхий тэгшитгэлийг эзэмшихгүйгээр хар нүхний үндсэн шинж чанарыг ойлгоход маш хэрэгтэй ойлголт юм.
Тэднийг хайрладаг хүмүүст зориулсан хэд хэдэн томъёо
Би энэ номыг математикийн бус уншигчдад зориулж бичсэн боловч бага зэрэг математикт дуртай хүмүүст зориулж хэдэн томьёо болон тэдгээр нь ямар утгатай болохыг энд оруулав. Хэрэв та сонирхохгүй бол дараагийн бүлэгт шилжинэ үү. Энэ бол шалгалт биш.
Ньютоны таталцлын хуулийн дагуу орчлон ертөнцийн бүх биет бусад бүх биетүүдийг татдаг ба таталцлын хүчийг татдаг. Тэдний массын үржвэртэй пропорциональ ба тэдгээрийн хоорондох зайны квадраттай урвуу пропорциональ байна.
Энэ бол физикийн хамгийн алдартай тэгшитгэлүүдийн нэг бөгөөд бараг бүгдээрээ алдартай Э= mc 2 (энэ алдартай тэгшитгэл нь энергитэй холбоотой Эмасстай мба гэрлийн хурд в).
Зүүн талд хүч чадал бий Ф, Сар ба Дэлхий эсвэл Дэлхий ба Нар зэрэг хоёр массын хооронд ажилладаг. ХАМТ баруун талтом масс Ммөн бага жинтэй м. Жишээлбэл, дэлхийн масс 6·10 24 кг, сарны масс 7·10 22 кг. Масс хоорондын зайг зааж өгсөн болно Д. Дэлхийгээс сар хүртэлх зай нь ойролцоогоор 4·10 8 м.
Тэгшитгэлийн сүүлчийн тэмдэглэгээ, Г, Ньютоны таталцлын тогтмол гэж нэрлэгддэг тоон тогтмол юм. Энэ утгыг зөвхөн математикийн аргаар гаргаж авах боломжгүй. Үүний утгыг олохын тулд хоёрын хоорондох таталцлын хүчийг хэмжих шаардлагатай мэдэгдэж байгаа масс, зарим газарт байрладаг мэдэгдэж байгаа зай. Үүнийг хийсний дараа дурын зайд ямар ч хоёр массын хооронд үйлчлэх хүчийг тооцоолж болно. Хачирхалтай нь Ньютон өөрийн тогтмолын үнэ цэнийг хэзээ ч мэддэггүй байв. Баримт нь таталцал маш сул, хэмжээ нь юм Г, үүний дагуу, маш бага тул үүнийг хэмжих боломжгүй байсан XIX сүүлолон зуун. Тэр үед Английн физикч Генри Кавендиш маш бага хүчийг хэмжих ухаалаг аргыг боловсруулжээ. Кавендиш нэг метрээр тусгаарлагдсан хос килограмм массын хооронд үйлчлэх хүч ойролцоогоор 6.7 10 -11 Ньютон болохыг олж мэдэв. (Ньютон бол хүчний нэгж юм метрийн системСи. Энэ нь ойролцоогоор нэг кг жингийн аравны нэг юм.) Тиймээс С систем дэх таталцлын тогтмолын утга нь:
Г= 6.7×10 –11.
Ньютон онолынхоо үр дагаврыг судалж байхдаа нэг зүйлийг хийсэн: чухал нээлтурвуу квадрат хуулийн тусгай шинж чанаруудын талаар. Өөрийнхөө жинг хэмжихдээ сал таталцлын хүч, Таныг дэлхий рүү татах нь яг хөл доорх массаас, нөгөө хэсэг нь дэлхийн гүн дэх массаас, нэг хэсэг нь дэлхийн эсрэг талд 12,5 мянган километрийн зайд байгаа массын хувь нэмэр юм. Гэхдээ математикийн гайхамшгийн ачаар бүх масс шууд нэг цэг дээр төвлөрч байна гэж үзэж болно. геометрийн төвгаригууд.
Энэхүү тохиромжтой баримт нь Ньютонд том биетийн уртассан массыг өчүүхэн том цэгээр солих замаар зугтах хурдыг тооцоолох боломжийг олгосон. Тэгээд үр дүн нь энд байна:
Анхаарна уу орчуулга ), дараах тэмдэглэлийг түүнд өгсөн болно: “The American Heritage Dictionary of the Англи хэл(4-р хэвлэл) сумыг "сум гэх мэт харвасан, шидэгдсэн эсвэл өөр аргаар хөдөлгөх чадваргүй биет" гэж тодорхойлсон. Суваг (харваа) байж болох уу тусдаа бөөмСвета? Митчелл, Лаплас нарын хэлснээр хариулт нь тийм.
Зугтах хурдыг мөн хоёр дахь сансрын хурд гэж нэрлэдэг. Эхний зугтах хурд нь дэлхийн гадаргуугийн ойролцоо тойрог тойрог замд ороход хангалттай хурд гэж тооцогддог. - Анхаарна уу орчуулга
Зугтах хурдны санаа нь тухайн объектыг илүү өндөр хурдтай болгоход хүргэдэг агаарын эсэргүүцэл гэх мэт нөлөөллийг үл тоомсорлодог идеализаци юм.
Нарны масс 21030 кг орчим. Энэ нь ойролцоогоор сая дахин юм илүү массДэлхий. Нарны радиус нь ойролцоогоор 70,000 км, өөрөөр хэлбэл дэлхий дээр зуу орчим байдаг.
Профессор Жорж Эллис надад хувьсах урсгалтай холбоотой нарийн мэдрэмжийг сануулсан. Энэ тохиолдолд буцах боломжгүй цэг нь усны хурд нь дууны хурдтай таарч байгаа цэгтэй яг таарахгүй. Хар нүхний хувьд ижил төстэй нарийн ялгаа байдаг харагдах тэнгэрийн хаяагадаад төрх ба үнэн.
