Книга Астрофизика начинающим: как понять Вселенную - Грегори Мон

На протяжении нашего краткого пребывания на планете Земля мы должны предоставить себе и нашим потомкам возможность заняться исследованием мира – отчасти просто потому, что очень интересно, что будет, если послать астронавтов на Марс или роботов на Европу. Но есть и гораздо более важная причина. В день, когда наши знания о космосе перестанут расширяться, мы рискуем начать двигаться назад, к детскому представлению о том, что Вселенная вращается вокруг нас. Что во всем мире есть только одна именинная свечка – в нашем торте. Это было бы концом вечных странствий человека в поисках знания и правды. Мне очень не хотелось бы, чтобы так случилось. А чтобы не дать этому произойти, мы должны упорно работать – ведь все будущее человечества может зависеть именно от того, сможем ли мы все не бояться космического взгляда на мир, а принять его.

Словарь

Антивещество. Вещество – это то, что заполняет космос: это протоны, электроны и другие основные частицы. Каждая из этих частиц имеет своего антипода-двойника, противоположного ей во всех отношениях. Однако антивеществу редко удается просуществовать сколько-нибудь продолжительное время. Когда протон встречается со своим антидвойником, антипротоном, они уничтожают друг друга, выделяя энергию.

Астероиды. Эти космические камни обращаются по орбитам вокруг Солнца. Размеры у них могут быть самыми разными: от мелких камушков вроде щебенки до планетоидов, или миниатюрных планет, таких как Церера, диаметр которой достигает почти 600 миль, или 1000 километров. В Главном поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера десятки тысяч таких космических камней. Когда-то один астероид, столкнувшись с Землей, уничтожил всех динозавров.

Атом. Все, что вы видите, осязаете, нюхаете, состоит из атомов, а сам атом – из центрального ядра, в котором есть хотя бы один положительно заряженный протон, и по меньшей мере одного электрона на орбите вокруг ядра. Если не считать атома водорода, самого простого и распространенного атома во Вселенной, все атомы еще имеют в своих ядрах нейтроны.

Большой взрыв. Рождение Вселенной, когда все вещество и энергия, из которых сейчас состоит наш мир, – галактики, звезды, планеты и формы жизни – быстро вырвались наружу из невообразимо малого объема пространства.

Вещество. Все, что заполняет пространство, мы называем веществом. Из него состоим и мы сами, и все, что нас окружает, – вплоть до крохотных кварков и лептонов, из которых все построено.

Галактика. Множество звезд, облаков газа, пыли и темной материи, удерживаемых вместе силами тяготения.

Кварк. Эта фундаментальная частица – другими словами, неделимая на меньшие фрагменты – бывает шести различных типов. Кварки – один из первых видов материи, появившихся в ранней Вселенной, наряду с лептонами. Без кварков не было бы ни протонов, ни нейтронов, ни атомов… да и вообще почти что ничего.

Комета. Эта странница Солнечной системы, любимица астрономов – и любителей, и профессионалов, – состоит из льда и смерзшейся пыли. Лед тает, когда комета приближается к Солнцу, и у нее появляется огромный разреженный хвост из газа и пыли.

Космические лучи. Эти очень концентрированные высокоэнергетические потоки частиц пронзают космос на огромной скорости. Космические лучи могли бы принести огромный вред людям, но наша атмосфера обеспечивает нам надежную защиту.

Космический микроволновой фон. Свет, излученный на самых ранних этапах существования Вселенной, заполняет ее и сегодня. Однако с момента Большого взрыва Вселенная непрерывно расширялась. Поэтому волны этого света растянулись, и он превратился в более длинноволновое невидимое излучение: микроволны. Хоть мы и не можем увидеть микроволны, наши телескопы их воспринимают, и его измерения рассказывают нам, что происходило в ранней Вселенной.

Космос. Другое название огромной, прекрасной и таинственной Вселенной. А еще так называется научно-популярная серия телевизионных передач.

Кротовая нора. Одним из странных следствий эйнштейновской теории тяготения и его открытия, что гравитация деформирует пространство и время, является идея о том, что благодаря таким деформациям во Вселенной могут образовываться пространственно-временные туннели, соединяющие одни места космоса с другими. Никто пока таких туннелей, называемых «кротовыми норами», не открыл, но многие выдающиеся ученые, в том числе и сам Эйнштейн, серьезно задумывались над этой концепцией. Путешествия через кротовые норы, кроме того, очень любят описывать писатели-фантасты.

Лептон. Один из первых двух типов частиц, появившихся во Вселенной. Лептоны – одиночки, они не любят собираться в группы. Самый известный лептон – электрон.

Межгалактическое пространство. Темные пространства между галактиками, которые на первый взгляд кажутся пустыми, содержат всякие экзотические объекты, такие как убегающие звезды и очень горячий газ, см. главу 4 «Между галактиками».

Нейтрон. Одна из частиц, образующих атомное ядро, центр атома, нейтрон состоит из кварков, но не имеет заряда. Одни из самых экзотических объектов во Вселенной, нейтронные звезды, целиком состоят из этих частиц.

Протон. Эта положительно заряженная частица, входящая в состав атомных ядер, состоит из кварков. Протоны появились примерно через секунду после рождения Вселенной. Ядро самого простого и самого распространенного элемента во Вселенной, водорода, состоит всего из одного протона, а ядро железа, одного из тяжелых элементов, имеет двадцать шесть протонов.

Пульсар. Нейтронная звезда (см. Нейтрон), которая, как космический маяк, быстро вращаясь, посылает во все стороны лучи света.

Световой год. Астрофизики имеют дело с очень, очень большими расстояниями, поэтому километры или мили для них не годятся – эти меры слишком малы. Мы измеряем расстояния в световых годах – количестве лет, которые потребовались бы свету, летящему со скоростью в триста миллионов метров в секунду, чтобы добраться до нас от удаленного объекта, который мы видим в наши телескопы.

Сильное взаимодействие. Еще одна из четырех фундаментальных сил, которая удерживает протоны и нейтроны вместе внутри атомного ядра. Хоть это и самое сильное из четырех основных взаимодействий, оно работает только на очень малых расстояниях.

Слабое взаимодействие. Фундаментальная сила, управляеющаят радиоактивным распадом – процессом, в ходе которого атом распадается на части и определенная доля его массы превращается в энергию. Остальные три основные силы удерживают большие и малые формы материи вместе, в то время как слабое взаимодействие медленно расталкивает вещество в разные стороны.

Темная материя. Изучая далекие галактики и группы галактик, астрофизики выяснили, что группы звезд удерживает вместе какая-то неизвестная и невидимая форма материи. Так как мы эту субстанцию не видим, ученые назвали ее «темной материей». Если вы узнаете, что она на деле собой представляет, пожалуйста, сообщите мне.