В новом выпуске программы StarTalk астрофизик Нил Деграсс Тайсон и комик Чак Найс разбирают «космические вопросы» слушателей, охватывая широкий спектр тем: от фундаментальных основ квантовой механики до практической физики повседневной жизни. В центре дискуссии — природа времени, механизмы квантовой запутанности и то, как современные открытия меняют наше представление о месте Земли во Вселенной.
🔗 Квантовая запутанность: рожденные вместе 3:45
Обсуждение началось с вопроса слушателя о том, как именно ученые «запутывают» частицы и можно ли их физически перевезти в другой город для измерений. Нил Деграсс Тайсон пояснил, что частицы не «нанимают» для запутанности — они должны быть «рождены вместе» .
По словам астрофизика, процесс выглядит следующим образом:
- Существует определенное состояние энергии или материи.
- При создании двух частиц из этого состояния они получают взаимодополняющие свойства.
- При разделении эти частицы сохраняют общие характеристики квантово-механического состояния .
Ключевая особенность заключается в том, что частицы «общаются» мгновенно, независимо от расстояния, что превышает скорость света . Однако Нил Деграсс Тайсон подчеркнул, что на данный момент наука не нашла способа использовать это явление для передачи осмысленной информации .
Ведущий также отметил геополитический аспект этой научной гонки. По мнению Нила Деграсса Тайсона, между США и Китаем существует «разрыв в квантовой запутанности» . Он утверждает, что Китай удерживает рекорд по дистанции запутывания (эксперименты между орбитой и поверхностью Земли), так как их ученые нашли способ эффективно изолировать частицы от внешних помех .
🏃♂️ Физика дождя: бежать или идти? 7:30
Один из классических вопросов — намокнет ли человек сильнее, если будет бежать под дождем, а не идти — Нил Деграсс Тайсон разобрал с точки зрения математического анализа. Он считает это типичной задачей на минимизацию в исчислении (calculus) .
Основные факторы, влияющие на результат:
- Вертикальный поток: когда вы идете, капли падают в основном на голову и плечи.
- Горизонтальное сечение: при беге вы «врезаетесь» всем телом в капли, находящиеся перед вами .
- Время: бег сокращает время пребывания под дождем, но увеличивает количество столкновений с каплями спереди.
Нил Деграсс Тайсон пояснил, что решение зависит от индивидуальных параметров: «насколько толстая у вас голова» и какова площадь фронтального сечения тела . Это уравнение, где две переменные действуют в противоположных направлениях, и целью является поиск точки равновесия, аналогично поиску максимальной прибыли в экономике .
🌌 Универсальность физических законов 10:47
Отвечая на вопрос слушателя о том, отличается ли физика на Земле от физики в остальной Вселенной, Нил Деграсс Тайсон категорически опроверг идею об исключительности земных условий. Он процитировал главу из своей книги Death by Black Hole, озаглавленную «На Земле, как на небесах» .
Исторический контекст и факты:
- До Исаака Ньютона считалось, что небеса работают по непостижимым «божественным» законам, отличным от земных.
- Универсальный закон тяготения Ньютона доказал, что одна и та же сила управляет падением яблока и движением планет .
- В XIX веке с помощью спектроскопии было доказано, что химические элементы на Солнце и в далеких звездах идентичны тем, что изучаются в земных лабораториях .
По словам ведущего, физика едина не только в пространстве, но и во времени . Различие лишь в масштабах: на макроуровне мы видим классическую физику Ньютона, но на уровне атомов те же законы проявляются через квантовую механику .
⏳ Узники измерений и «колодцы» времени 15:28
Размышляя о природе измерений, Нил Деграсс Тайсон высказал мнение, что люди не владеют измерениями, а являются их «узниками» . Особенно это касается времени: человек навсегда заперт в настоящем, перемещаясь между недоступным прошлым и непознаваемым будущим .
При колонизации космоса восприятие времени неизбежно изменится из-за эффектов теории относительности Эйнштейна:
- Гравитационное замедление времени: на планетах с разной массой время течет с разной скоростью.
- Реальный пример: спутники GPS находятся в более слабом гравитационном поле, чем люди на Земле, поэтому их часы тикают быстрее. Нам приходится корректировать данные GPS с учетом общей теории относительности .
- Проблема синхронизации: из-за разницы в гравитации и скоростях движения планет понятие «одновременности» событий для разных колоний в космосе исчезнет .
Нил Деграсс Тайсон также привел аналогию с биологическим пределом: если бы существо было размером с галактику, сигнал о том, что нужно почесаться, шел бы до мозга 100 000 лет .
🕳️ Черные дыры и информационный парадокс 20:01
Слушатели предложили использовать квантово-запутанные частицы для передачи данных из-за горизонта событий черной дыры. Нил Деграсс Тайсон скептически относится к этой идее .
Основные тезисы:
- Сингулярность: согласно ОТО, масса коллапсирует в точку с бесконечной плотностью и нулевым объемом. Ученые (например, теоретики струн) пытаются понять, является ли это физической реальностью или математической ошибкой .
- Излучение Хокинга: черные дыры испаряются, но частицы, выходящие наружу, несут информацию лишь о том, из чего они состоят (например, протоны), а не о структуре поглощенных объектов .
- Замедление времени: как показано в фильме Interstellar, при приближении к черной дыре время замедляется настолько, что для внешнего наблюдателя зонд может передавать 10 минут данных в течение года его (наблюдателя) жизни .
🔭 Главные открытия современности 24:19
Нил Деграсс Тайсон выделил ключевые научные прорывы, произошедшие за его профессиональную жизнь:
- Сверхмассивные черные дыры: теперь ученые уверены, что в центре каждой крупной галактики находится такой объект .
- Происхождение элементов: окончательное подтверждение того, что тяжелые элементы (углерод, азот и др.), из которых состоим мы, были «сварены» в ядрах звезд и разбросаны взрывами сверхновых .
- Возраст Вселенной: точность этого показателя выросла в разы. Если в 80-х неопределенность составляла фактор 2 (от 10 до 20 млрд лет), то сейчас установлена цифра в 13,8 млрд лет .
🎞️ Научная фантастика и реальность 39:33
В финале дискуссии Чак Найс и Нил Деграсс Тайсон обсудили концепции из поп-культуры. Ведущий признался, что ему близки темы фильма «Матрица» — вопросы о различии между реальностью мозга и объективной реальностью .
Сравнивая технологии перемещения, Нил Деграсс Тайсон предположил, что человечество скорее освоит червоточины (wormholes), чем телепортацию через «транспортеры» из Star Trek . По его мнению, червоточины сделают телепортацию частиц бессмысленной, так как можно будет просто «перешагнуть» в другое место, как это делают герои Рика и Морти или Доктор Стрэндж . При этом он подчеркнул разницу: Доктор Стрэндж использует магию, а Рик Санчес — науку .
