# Нил деГрасс Тайсон: «После законов физики всё остальное — лишь мнение»

Источник: https://www.youtube.com/watch?v=EkZuVHw8FXc
Канал: StarTalk
Опубликовано: 07.06.2019

---

Популяризатор науки Нил деГрасс Тайсон и его неизменный соведущий Чак Найс в рамках подкаста StarTalk разобрали самые интригующие вопросы слушателей о физике повседневной жизни. В центре дискуссии оказались фундаментальные законы природы, скрытые механизмы привычных явлений и то, как глубокое понимание устройства Вселенной помогает ориентироваться в мире. Авторы объяснили, почему физические теории не отменяются, а расширяются, и как базовые принципы определяют всё — от формы периодической таблицы до раскатов грома.

## 🔬 Иерархия наук: почему после физики всё остальное — лишь мнение
[[JUMP:0:00]]

Изучение физики — это не просто накопление сухих фактов для последующего воспроизведения, а глубокое понимание базовых механизмов работы самой природы. Как отмечает Нил деГрасс Тайсон, физика описывает даже те явления, которые выходят далеко за рамки повседневного человеческого опыта. По этой причине учебники по физике не бывают самыми толстыми на полках магазинов: книга по бухгалтерскому учёту или анатомии человека всегда будет объёмнее. Секрет кроется в том, что правила бухгалтерии можно менять как угодно, а законы природы неизменны.

Собеседники выстроили чёткую иерархическую структуру научного знания:

* **Биология** представляет собой экстремальное проявление химии, или, выражаясь метафорически, «ожившую химию». Все жизненные процессы в своей основе являются сложным комплексом химических реакций.
* **Химия**, в свою очередь, полностью базируется на законах физики, без которых её понимание невозможно. Например, действие обычной чашки кофе обусловлено точечной химической блокировкой рецепторов в мозге, сигнализирующих о необходимости сна.

Из этой логики рождается смелое и несколько ироничное утверждение, популярное среди физиков: после законов физики всё остальное является лишь мнением.

## 📐 Неидеальная Вселенная: загадка периодической таблицы и асимметрия природы
[[JUMP:5:31]]

Слушатели подкаста часто задаются вопросом, почему периодическая таблица химических элементов не имеет идеальной прямоугольной формы. По мнению Нила деГрасс Тайсона, это обусловлено стремлением человека видеть в природе симметрию, тогда как реальная Вселенная полна фундаментальных асимметрий. 

В качестве примеров нарушения идеального баланса ученый приводит следующие факты:

* **Ботаника:** кора гигантских калифорнийских секвой имеет рельефные волокна, которые при росте дерева закручиваются строго в одном направлении, что указывает на молекулярную асимметрию в их основании.
* **Органическая химия:** молекула, отвечающая за вкус курчавой мяты, при зеркальном отражении своей структуры превращается в молекулу с ароматом тмина. При этом их химические формулы идентичны по составу атомов углерода и водорода.
* **Хиральность жизни:** все аминокислоты, составляющие основу белков живых организмов на Земле, обладают одинаковой пространственной ориентацией («рукостью»). Если бы мы встретили инопланетную жизнь с противоположной хиральностью, мы бы точно знали, что она развивалась независимо.

Фундаментальная асимметрия проявляется и в физических полях. В то время как в электричестве можно легко изолировать отрицательный заряд электрона и получить направленные силовые линии, в магнетизме не существует аналога одиночного заряда — магнитного монополя. Сколько бы мы ни разрезали постоянный магнит пополам, мы всегда будем получать новые магниты с двумя полюсами: северным и южным. Данная асимметрия зафиксирована в знаменитых уравнениях Максвелла.

Структура периодической таблицы отражает физические свойства элементов: они выстраиваются в столбцы на основе одинаковых свойств связывания с другими атомами. На этом строится концепция кремниевой жизни в научной фантастике, поскольку кремний находится строго под углеродом и формирует схожие семейства молекул. По мере утяжеления элементов их структура усложняется, из-за чего лантаноиды и актиноиды выносятся в отдельные строки внизу таблицы. На сегодняшний день человечество превзошло природу в синтезе элементов, создав около 30 искусственных химических соединений.

## 🦴 Иллюзия симметрии: от анатомии человека до Витрувианского человека
[[JUMP:14:37]]

Даже великие мыслители прошлого поддавались культурному и религиозному стремлению искать идеальные пропорции там, где их нет. Исаак Ньютон, будучи верующим человеком, восхищался симметрией человеческого тела, однако в своих трудах был вынужден сделать оговорку, что эта симметрия является исключительно внешней. 

Внутренняя анатомия человека полностью асимметрична: у нас только одна печень, а сердце смещено и развито сильнее с одной стороны. Популяция людей также не делится поровну на левшей и правшей.

Знаменитый рисунок Леонардо да Винчи «Витрувианский человек», изображающий идеальные геометрические пропорции тела, вписанного в круг с центром в пупке, является скорее философским идеалом, чем отражением реальности. В действительности у реальных людей пупок расположен на разной высоте, а длина рук и ног существенно варьируется относительно роста. Тайсон подчёркивает, что философское навязывание природе идеальных форм всегда ведёт к ошибочным научным выводам, и физикам пришлось преодолеть это предубеждение ещё при анализе уравнений электродинамики.

## 👽 Взгляд из космоса: что бы восхитило и удивило продвинутых инопланетян
[[JUMP:18:06]]

Отвечая на гипотетический вопрос о визите высокоразвитой цивилизации, Нил деГрасс Тайсон выразил долю скепсиса. По мнению астрофизика, инопланетяне были бы удивлены не столько нашим умом, сколько тем, как далеко мы продвинулись, оставаясь при этом весьма неразумными существами. Нам потребовалось около 10 000 лет существования цивилизации, чтобы впервые долететь до Луны, хотя технологически это могло произойти гораздо раньше.

Причиной такого замедления спикеры называют колоссальные объёмы интеллектуального, политического и финансового капитала, которые человечество тратит на саморазвитие и взаимное уничтожение вместо прогресса. Для сравнения, вся лунная программа США обошлась примерно в $100 млрд, что эквивалентно стоимости создания американской системы межштатных автомагистралей или всего 1/6 части годового военного бюджета США.

Что касается науки, то инопланетяне вряд ли опровергли бы наши проверенные теории. В физике подтверждённые концепции не заменяются на противоположные, а расширяются и поглощаются более масштабными моделями, как физика Ньютона была поглощена теорией относительности Эйнштейна. Представители иного разума могли бы показать нам «большую картину»: существование множественных Больших взрывов или высших измерений, где наша Вселенная — лишь маленькая деталь. 

Прогресс человечества наглядно иллюстрирует масштаб: ещё в 1920–1921 годах учёные спорили, являются ли туманности объектами внутри Млечного Пути или отдельными звёздными системами. Сегодня мы точно знаем, что наша Галактика — лишь одна из 100 миллиардов во Вселенной. Из земных технологий пришельцев, вероятно, могла бы впечатлить инженерная глубина обычного смартфона.

В рамках обсуждения формы планет Чак Найс иронично поднял вопрос сторонников плоской Земли о том, куда стекает вода при таянии ледников. Физический ответ прост: если бы Земля была плоской как стол, вода бы давно вылилась за её пределы, если только планета не имеет формы формы для пирога с загнутыми краями.

## 🕳️ Монстры гравитации: как на самом деле работают чёрные дыры
[[JUMP:26:07]]

Существует популярное заблуждение, что чёрная дыра работает как гигантский космический пылесос, засасывающий в себя всё пространство. Физика это опровергает: чёрные дыры обладают обычной гравитацией, соразмерной их массе, аналогично Солнцу, Земле или Луне.

Поведение объектов рядом с чёрной дырой подчиняется строгим законам:

* Если чёрная дыра обладает массой планеты, она может спокойно вращаться в звёздной системе, выполняя роль обычной планеты.
* Если её масса равна звёздной, она способна удерживать вокруг себя стабильные планетные орбиты.
* В центре нашей Галактики находится сверхмассивная чёрная дыра, но звёзды падают в неё только в случае нарушения стабильности их орбит.

Если бы мы гипотетически сжали Землю до состояния чёрной дыры, её физический размер уменьшился бы до размеров сливы. При этом Луна никак бы не пострадала и продолжила бы вращаться по своей текущей орбите, реагируя исключительно на неизменную массу Земли. 

Эффект «спагеттификации» (разрывания объекта гравитационными силами) возможен только в том случае, если подойти к сингулярности экстремально близко, перешагнув радиус исходной поверхности планеты. Если столкнуть Землю с чёрной дырой массой с Венеру, та прошила бы нашу планету насквозь, поглощая вещество при каждом пролёте туда и обратно, пока оба объекта не слились бы в единую чёрную дыру размером с апельсин. Радиус горизонта событий чёрной дыры увеличивается строго линейно её массе: удвоение массы приводит к двукратному увеличению диаметра.

## 🎓 Физика против математики: выбор пути и уроки Майкла Блумберга
[[JUMP:31:35]]

Выбирая между академическими степенями по математике и физике, Нил деГрасс Тайсон отдаёт предпочтение физике, аргументируя это тем, что она имеет больше точек соприкосновения с практическими сферами жизни общества. Тем не менее, обе эти дисциплины делают из студентов первоклассных специалистов по решению сложных задач, которые высоко ценятся на рынке труда.

В отличие от искусства, которое часто требует институционального или меценатского финансирования для выживания крупных объектов вроде филармоний, точные науки поддерживаются прямыми финансовыми и коммерческими силами. 

Ярким примером служит бывший мэр Нью-Йорка и мультимиллиардер Майкл Блумберг. Получив образование в области физики и инженерии в Университете Джонса Хопкинса, при создании своей финансовой империи он предпочитал нанимать не выпускников бизнес-школ (MBA), а математиков, физиков и инженеров. Он обучал их бизнесу самостоятельно, но ему требовались люди, способные с нуля атаковать задачи, с которыми никто никогда не сталкивался. Одной из первых ста сотрудниц его компании стала жена Тайсона, обладающая докторской степенью (PhD) по математической физике.

## ☀️ Экономика энергии: почему солнечные панели ещё не повсюду
[[JUMP:36:01]]

Несмотря на то, что солнечный свет является бесплатным и практически безграничным ресурсом, повсеместный переход на солнечную энергетику сдерживается чистой экономикой. В течение последнего столетия государства массово субсидировали нефтегазовую отрасль за счёт налогов: строились дороги и инфраструктура для автомобилей на бензине. Чтобы солнечная энергетика стала массовой, обществу необходимо перенаправить субсидии, изменив экономический баланс сил.

Главным технологическим барьером остаётся транспортировка и сохранение энергии. Солнечные панели работают только днем, а технологии производства батарей, по оценке Тайсона, отстают от других отраслей примерно на вековой период. 

Мы ошибочно полагаем, что аккумуляторы совершили прорыв, однако на самом деле изменилось энергопотребление самих приборов. Современная техника и светодиоды (LED) стали расходовать значительно меньше электричества. Лампы накаливания, напротив, уходят в прошлое, так как с точки зрения физики они являются скорее источником тепла, чем света, излучая гораздо больше энергии в инфракрасном диапазоне, нежели в видимом. Как только стоимость генерации солнечной энергии упадет ниже ископаемого топлива, интеграция панелей во все горизонтальные поверхности произойдет мгновенно.

## ⚡ Природа расширения: от незыблемости теорий до механики грома
[[JUMP:40:09]]

В современном научном сообществе слово «закон» используется редко, уступив место термину «теория». Это связано с тем, что подтверждённые экспериментом теории (например, квантовая механика) не отменяются, а лишь расширяют свои границы. Тайсон призывает разделять понятия: теория в науке — это высшая ступень верификации данных, тогда как догадки обывателей являются в лучшем случае гипотезами или просто внутренними ощущениями.

В качестве примера работы классических физических законов в повседневной жизни учёный подробно разобрал механизм возникновения грома во время грозы:

1.  При падении капель дождя происходит разделение электрических зарядов: отрицательный заряд скапливается в нижней части облака и переносится к земле.
2.  Когда дисбаланс достигает критической точки, заряды стремятся к воссоединению (разрядке) и формируют мощную видимую дугу света — молнию.
3.  Температура этой электрической дуги колоссальна. Воздух вокруг неё мгновенно нагревается и катастрофически расширяется, создавая мощную взрывную ударную волну.
4.  Именно эту расширяющуюся ударную волну человеческое ухо воспринимает как грохот грома.

Поскольку свет движется быстрее звука, мы всегда сначала видим вспышку, а затем слышим раскаты. Режиссёры документального кино часто намеренно сдвигают звуковую дорожку, чтобы молния и гром происходили одновременно, поскольку естественная задержка кажется неискушённому зрителю рассинхронизацией. Аналогичный эффект тишины можно наблюдать при запуске космических шаттлов, когда ракета уже оторвалась от земли, а оглушительный грохот доходит до наблюдателей, находящихся на безопасном расстоянии в три мили, лишь спустя несколько секунд. Траектория молнии извилиста, так как электрический ток выбирает путь наименьшего сопротивления через влажные участки воздуха. Из-за этого звуковые волны от разных изгибов молнии доходят до нас под разными углами и с разной задержкой, создавая характерный треск и продолжительное эхо.