Откъс от "Седем кратки беседи по физика" на Карло Ровели

Издателство "Жанет 45"

Издателство "Жанет 45"



В рубриката "Четиво" "Дневник" публикува откъс от "Седем кратки беседи по физика", с автор Карло Ровели, предоставен от Издателство "Жанет 45"


"Тези беседи са предназначени за читатели, на които съвременната наука е слабо позната или съвсем чужда. Взети заедно, седемте глави представляват бърз преглед на някои от най-значимите и интригуващи аспекти от голямата революция, настъпила във физиката през XX век, и главно на въпросите и загадките, породени от нея. Защото науката ни дава представа как най-добре да разбираме света, но и ни показва необятността на всичко, което още не сме си изяснили.


Първата беседа е посветена на общата теория на относителността на Алберт Айнщайн, "най-красивата от съществуващите". Втората – на квантовата механика, в която се коренят някои от най-объркващите въпроси на днешната физика. Третата се занимава с космоса, със строежа на Вселената, която обитаваме. Четвъртата е за елементарните частици. Петата разглежда квантовата гравитация и полаганите в момента усилия да се съберат в едно великите теории от миналия век. Шестата е за вероятността и топлинното излъчване на черните дупки. Последният дял от тази книга, наместо заключение, се връща към нас самите и се пита как би трябвало да мислим себе си на фона на чудния свят, описан от физиката."
Из увода на Карло Ровели




Отзиви:


"Карло Ровели е надарен с рядката вещина да предава най-сложните научни теории в разбираем и увлекателен вид."
— The Guardian


"Тази книга допринася за припознаването на науката като неразривна част от културата ни. И именно понеже е такава, четем ненаситно за общата теория на относителността както ненаситно слушаме Моцарт или гледаме Леонардо."
— Il fatto quotidiano


"Тази очарователна книга от Карло Ровели, италиански теоретичен физик, се вглежда във физиката като в постоянно променящ своя облик поход към по-доброто разбиране на нашата Вселена, а не като сбор от неизменни природни закони. Тези седем беседи са радостна прослава на чудото на науката."
— Publishers Weekly


"Ровели е убеден, че науката очарова неспециалистите, стига да им се обясни както подобава. Успехът на книгата му подсказва, че може и да е прав. Поетичните и облекчени от специализирани понятия Седем кратки беседи по физика се превърнаха в най-бързо разпродадения научен дебют за всички времена на издателство Пенгуин."
— The Spectator


"Ако реалността е танц, то този човек е Нижински."
— The Times


"Карло Ровели притежава безценен талант: този на обаятелния разказвач. Именно защото сме си разказвали истории, сме се сдобили с огъня. И по същата причина сме преплавали Атлантическия океан в паянтова лодчица, надвили сме Хитлер и сме направили "големия скок за човечеството" на Луната."
— Linkiesta


Читателите на "Дневник могат" да се възползват от 10% отстъпка от цената в Ozone.bg при въвеждане на код Dnevnik10. Поръчай книгата с безплатна доставка тук


Първа беседа
Най-красивата теория


Като момче Алберт Айнщайн изкарва цяла година в лениво шляене. Ако човек не губи време, доникъде не стига – нещо, което родителите на тийнейджърите за съжаление често забравят. Това се случва в Павия. Той е там при своето семейство, след като е изоставил учението си в Германия, където гимназиалната дисциплина не му понася. Началото на века е и – в Италия – началото на промишлената революция. Баща му, инженер, участва в строежа на първите електроцентрали в Паданската равнина. Алберт чете Кант и в свободното си време ходи на лекции в Павийския университет – просто тъй, за разнообразие, без да е записан и без да полага изпити. Така се раждат истинските учени.


После се записва в Университета в Цюрих и се гмурва във физиката. Не след дълго, през 1905 г., изпраща няколко статии на най-важното научно списание по онова време, Анали на физиката (Annalen der Physik). Поне за три от тях заслужава Нобеловата награда. Първата доказва, че атомите действително съществуват. Втората отваря вратата към квантовата механика, за която ще говорим в следващата беседа.


Третата излага първата Айнщайнова теория на относителността (наричана днес "специална теория на относителността") – същата, която изяснява как времето не минава еднакво за всички: двама близнаци, от които единият е предприел високоскоростно пътешествие, ще се срещнат отново на различна възраст.


Айнщайн ненадейно се превръща в учен с престиж и получава предложения за работа от различни университети. Но нещо не му дава мира: теорията на относителността, нищо че е посрещната с мигновен ентусиазъм, не се връзва с онова, което е известно за гравитацията (тоест как падат нещата). Той забелязва това, докато пише обзорна статия за теорията си и се запитва дали вехтият, тържествен закон за "всемирното привличане" на патриарха Нютон не трябва също да бъде преразгледан, за да се напасне към новата относителност.


Посвещава се на този проблем. Решението му отнема десет години: десет години трескаво учене, проби, грешки, лутане, неточни публикации, внезапни прозрения, подвеждащи хрумвания. В крайна сметка през ноември 1915 г. предава за печат текст с вече готово разрешение на въпроса: нова теория на гравитацията, на която дава името "обща теория на относителността" – неговият шедьовър. "Най-красивата от съществуващите физически теории", както я нарича великият руски физик Лев Ландау.


Съществуват абсолютни шедьоври, които предизвикват у нас силни чувства – Реквиемът на Моцарт, Одисеята, Сикстинската капела, Крал Лир... За да ги възприемем в пълния им блясък, може да ни е нужен период на подготовка, но наградата за усилието е чистата красота. И не само: очите ни се отварят с нов поглед към света. Общата относителност , бижуто на Алберт Айнщайн, е точно такъв случай.


Спомням си емоцията, която изпитах, когато започнах да вниквам в нея. Беше лятото преди последната година от следването ми. Намирах се на един калабрийски плаж – в градчето Кондофури, – потънал в средиземноморското слънце и гръцкия език . Най-добре се учи през ваканциите – няма ходене на лекции, което да ни разсейва.


Прелиствах един учебник с нагризани от мишките ръбове – бях го използвал, за да запушвам нощем дупките на клетите животинки в разнебитената, леко хипарска къща на умбрийския хълм, където ходех да се спасявам от университетската скука в Болоня. От време на време вдигах очи от страниците, за да погледна искрящото море, и ми се струваше, че виждам изкривяването на пространството и времето, което си е представял Айнщайн.


Беше като магия: сякаш приятел нашепваше в ухото ми изумителна скрита истина и рязко издърпваше булото между мен и реалността, за да оголи един по-простичък и дълбок ред на нещата... Откакто знаем, че Земята е кръгла и се върти като луд пумпал, сме наясно също, че реалността не е каквато ни се струва.


Колко е вълнуващо, щом зърнем ново късче от нея! Поредното було, което пада... И все пак, сред множеството скокове, с които знанието ни се е придвижвало напред в течение на историята, този на Айнщайн сякаш няма равен. Защо ли? Главно защото в мига, в който схванем принципа на неговата теория, тя се оказва изненадващо семпла. Ще обобщя основната ѝ идея.


Нютон се опитва да обясни причината, поради която предметите падат, а планетите се въртят. Представя си "сила", която тегли всички тела едно към друго и я нарича "сила на привличане". Как по-точно тя придърпва отдалечени неща, без те някак да са свързани, не е ясно – великият учен предпазливо избягва формулирането на хипотези по въпроса. Освен това Нютон допуска, че телата се местят из пространство, което е нещо като голям празен съд – "контейнер" за Вселената. Огромна структура тип скеле, в която предметите се движат по права линия, докато някоя сила не я изкриви. От какво е направено това съдържащо света пространство, измислено от Нютон, също няма обяснение.


Броени години преди раждането на Айнщайн двама забележителни британски физици, Фарадей и Максуел, добавят още една съставка към студения свят на Нютон: електромагнитното поле. Полето е нещо реално, повсеместно, което предава радиовълните, изпълва пространството, може да вибрира и да се къдри като езерна повърхност и "разнася" електрическата сила.


Още от момче Айнщайн е очарован от магнитното поле, което върти роторите на строените от баща му електроцентрали, и след като проумява, че гравитацията, подобно на електричеството, по всяка вероятност също е носена от поле (трябва да съществува "гравитационно поле", аналогично на електрическото), се опитва да разбере как ли е устроено то и какви уравнения могат да го опишат.
И тук идва изключителната идея, чистият му гений: гравитационното поле не е в пространството, то е пространството. Това именно е идеята на общата теория на относителността.


"Пространството" на Нютон, в което се движат телата, и "гравитационното поле", което пренася силата на гравитацията, са едно и също.


Бляскаво прозрение. Впечатляващо опростяване на света: пространството вече не е нещо, различно от материята, а един от материалните компоненти на света. Нещо, което се къдри, огъва, извива, усуква. Тоест ние не сме разположени в твърдите рамки на някакво невидимо скеле, а сме потопени в гигантско пластично мекотело.


Слънцето огъва пространството около себе си и Земята се върти около него не защото я тегли загадъчна сила, а защото се носи по права линия през накланящо се пространство – като топче, търкулнато във фуния. Няма неведоми "влияния", породени в центъра на фунията – чисто и просто извитите ѝ стени принуждават топчето да описва кръгове. Планетите обикалят около Слънцето и нещата падат, понеже пространството се огъва.


Как може да се регистрира това изкривяване на пространството? Най-големият математик на ХIХ в., Карл Фридрих Гаус, "принцът на математиците", намира нужните формули, за да опише криволинейните двуизмерни повърхнини (повърхността на хълмовете, да речем), след което възлага на един свой способен студент да обобщи в това описание и пространствата с три или повече измерения. Въпросният студент, Бернхард Риман, се впуска в трудоемка докторска дисертация – от онези, които на пръв поглед изглеждат съвършено безполезни. В крайна сметка обаче свойствата на изкривеното пространство се оказват уловени от определен математически обект, който днес наричаме тензор на Риман и бележим с R.


Айнщайн формулира уравнение, което гласи, че R е пропорционалeн на енергията на материята. Тоест пространството се изкривява там, където има материя – ни повече, ни по-малко. Стига половин ред, за да се запише. Едно озарение (пространството се огъва) и едно уравнение. Ала в това уравнение се съдържа цяла сияйна вселена. Разкрива се вълшебното богатство на теорията. Фантастичен низ от предсказания, които приличат на бълнуването на безумец, но по-късно биват емпирично потвърдени до последното.


За начало – уравнението описва как се изкривява пространството около звезда. Заради изкривяването не само планетите кръжат в орбита около звездата, но и праволинейната траектория на светлината се нарушава. Айнщайн предрича, че Слънцето отклонява светлината. През 1919 г. се извършват съответните измервания и това се оказва вярно.


Да, но не само пространството се изкривява, прави го и времето. Айнщайн предрича, че времето минава по-бързо във високото и по-бавно в ниското, близо до Земята. Правят се измервания, оказва се вярно. Макар и едва доловимо, когато се срещнат след време, близнакът, живял край морето, ще е малко по-млад от близнака, живял в планината. И това е само началото.


Щом някоя голяма звезда изхаби всичкото си гориво (водорода), тя угасва. Онова, което остава, вече не се държи от топлината на горенето, срива се, смазано под собствената си тежест, и огъва пространството толкова силно, че се продънва в същинска яма. Става дума за прочутите черни дупки. Докато следвах, те бяха смятани за почти невероятните предсказания на една езотерична теория. Днес се наблюдават със стотици в небето и се изучават в подробности от астрономите.


Но има и още. Пространството може да се раздипля, разтяга – нещо повече, уравнението на Айнщайн показва, че то не е в състояние да стои мирно, а трябва постоянно да се разширява. И действително, през 1930 г. разширяването на Вселената бива установено чрез наблюдение.


Същото уравнение предполага, че споменатото разширяване произтича от избухването на някоя много мъничка и гореща млада вселена: ето ви го и Големия взрив. За пореден път никой не вярва, но доказателствата се трупат, докато в небето не се открива космическото реликтово излъчване – разсеяното сияние, останало от топлината на началния взрив. Така предвиденото по въпроса в уравнението на Айнщайн се сбъдва.


Теорията предрича също, че пространството се дипли като морската повърхност. Ефектът от тези "гравитационни вълни" се наблюдава в небето над двойните звезди и съвпада с прогнозите на Айнщайн със смайваща точност: до едно на сто милиарда. И така нататък.


Теорията на относителността описва един шарен и удивителен свят, в който избухват вселени, пространството пропада в безизходни дупки, времето се забавя при снижаването си над планетата, а безбрежната шир на междузвездното пространство се вълнува и къдри като повърхността на морето...


Всичко това лека-полека изплуваше от моя нагризан от мишките учебник и не беше измишльотина, разказана от фантазьор в пристъп на безумие, нито последица от калабрийския припек, мираж над водните отблясъци. Беше истина. Или по-скоро – един малко по-фокусиран поглед към реалността, отколкото сме свикнали в баналната неяснота на делника. Реалност, която също изглежда направена от сънища , и все пак е по-действителна от нашия мъгляв ежедневен сън.


Предсказанията на Айнщайн са плод на следното елементарно досещане: пространството и полето са едно и също. И на простичкото уравнение, което не мога да се сдържа и ще приведа тук. Дори да не сте в състояние да го дешифрирате, поне да видите колко е семпло:


Rab - ½ R gab = Tab


Ни повече, ни по-малко. Вярно, за да го прочетем, трябва да се потрудим известно време и да "смелим" Римановата математика, да се сдобием с необходимата техника. Трябва да вложим добра воля и усърдие. Но не повече от онези, които се искат, за да почувстваме ефирната прелест на някой от последните квартети на Бетовен. И в единия, и в другия случай сме възнаградени с красота и нови очи за съзерцаване на света.


Всичко, което трябва да знаете за:

Ключови думи към статията:

Коментари (3)
  1. Подредба: Сортирай
  1. 1 Профил на Иван  К
    Иван К
    Рейтинг: 2589 Неутрално

    Аз завърших математика през 1971 г и физиката беше застъпена много повече от това което преподаваха в инженерните специалности. Въпреки това теорията на относителността не беше в центъра на вниманието ни. А сега дори от публикации виждам колко невероятно много напредна физиката. Тогава дори не ставаше и дума за големият взрив, за черните дупки .... Много от последните неща май проверихме с телескопа Хабъл

    подпис
  2. 2 Профил на stein
    stein
    Рейтинг: 1023 Неутрално

    Малко схематично са представени нещата. Карло Ровели можеше да спомене Марсел Гросман, приятел на Айнщайн, който му помага с уравненията на ОТО. Можеше да каже и две думи за Давид Хилберт, който стига до същите уравнения. Добре беше да каже, че истоията на ОТО не е толкова гладка - например Айнщайн пише статия за невъзможността да съществуват гравитационни вълни. За пръв път се стига до рецензия и статията не е приета, а Айнщайн, обиден, че някой си позволява да го рецензира, отказва да публикува повече в това списание. Хубаво е да разкаже, че до ОТО Айнщайн се опира на експерименталните резултати, а след това решава, че е достатъчна математическа интуиция. Това му струва 40 години безсмислени упражнения по единна теория на полето в класически вариант, философски упражнетия срещу квантовата теория и като резултат изолация от съвременната физика. Стига се дотам, че когато приятелят му Бор е в Принсън, Айнщайн се крие по коридорите, за да не се срещнат. Причината е страхът му да си признае, че не е прав. Такива работи...

  3. 3 Профил на Bramasole
    Bramasole
    Рейтинг: 3729 Неутрално

    "Седем кратки беседи по физика" обещават да бъдат интересно четиво. Иска ми се беседите да са на нивото на "Черни дупки и бебета вселени и други есета" на Хокинг.

    "Човек не се дави, като падне във водата, а като остане там” - Едуин Луис Коул




За да коментирате, е нужно да влезете в профила си или да се регистрирате.
С използването на сайта вие приемате, че използваме „бисквитки" за подобряване на преживяването, персонализиране на съдържанието и рекламите, и анализиране на трафика. Вижте нашата политика за бисквитките и декларацията за поверителност. ОK