В новом выпуске программы StarTalk астрофизик Нил Деграсс Тайсон и его бессменный соведущий Чак Найс разбирают привычные явления, которые на поверку оказываются гораздо сложнее, чем кажется. Исследователи обсуждают физику радуги, драматическую историю появления числа ноль и то, как современные видеозвонки в Zoom воплощают концепции теории относительности Альберта Эйнштейна.
🌈 Секрет белого света: Исаак Ньютон и анатомия радуги 2:45
До начала XVIII века природа цвета оставалась загадкой для науки. В 1704 году Исаак Ньютон опубликовал свой фундаментальный труд «Оптика» (Optics) . Примечательно, что это была одна из немногих его работ, написанных на английском языке, а не на латыни. До Ньютона считалось, что цвета радуги генерируются внутри самой среды — например, внутри стекла люстры или дождевой капли . Считалось, что само чистое белое вещество света окрашивается при прохождении через объект.
Ньютон опроверг это убеждение с помощью элегантного эксперимента:
- Он пропустил белый свет через призму, получив спектр.
- Затем он поставил вторую призму в перевернутом виде на пути этих цветов .
- Цвета снова объединились, и на выходе получился чистый белый свет.
По словам Нила Деграсса Тайсона, этот эксперимент доказал, что белый свет — это не «отсутствие» цвета, а смесь всех цветов радуги .
Физика капли и «персональная» радуга 6:37
Механизм возникновения радуги в небе основан на преломлении и внутреннем отражении солнечного света в дождевых каплях. Тайсон отмечает, что свет входит в каплю, преломляется, отражается от её внутренней стенки и выходит под строго определённым углом .
Важнейший философский и физический вывод, который озвучивает ведущий: зрение — это пассивный процесс. Эту идею впервые обосновал арабский ученый Ибн аль-Хайсам (Ibn al-Haytham) в эпоху «Золотого века ислама», опровергнув античные мифы о том, что глаза сами излучают свет .
Из этого следует, что радуга — это «партисипаторное» явление:
- Вы видите только тот свет, который выходит из капель под углом, направленным точно в ваш зрачок .
- Следовательно, каждый человек видит свою собственную, уникальную радугу .
- Если вы сдвинетесь на шаг, вы будете видеть свет от других капель — это будет уже технически другая радуга.
Тайсон иронично замечает, что именно поэтому невозможно найти «конец радуги» или горшок с золотом: радуга не является физическим объектом в конкретной точке пространства, она существует только относительно наблюдателя .
Вторичные радуги и их свойства 11:44
Иногда в небе можно увидеть двойную радугу. Тайсон объясняет это явление как «радугу второго порядка». Свет внутри капли может отразиться более одного раза . У такой радуги есть две ключевые особенности:
- Она всегда гораздо тусклее основной, так как часть энергии теряется при каждом отражении .
- Порядок цветов в ней всегда инвертирован (перевернут) по сравнению с основной .
0️⃣ История «ничего»: как ноль изменил мир 15:52
Число ноль, которое сегодня кажется естественным, долгое время отсутствовало в человеческой культуре. Нил Деграсс Тайсон напоминает, что древние цивилизации использовали числа для счета предметов (кур, скота), а «считать ничего» казалось бессмысленным .
Римская империя, несмотря на свои инженерные достижения, не знала нуля . В римских цифрах нет символа для этого понятия, что создавало огромные трудности в расчетах. Одним из последствий этого стало отсутствие «нулевого года» в юлианском календаре . Календарь переходит сразу от 1 года до н.э. к 1 году н.э. Из-за этой ошибки в летоисчислении, как отмечает Тайсон, исторические исследования указывают на то, что Иисус, вероятно, родился в 3 или 4 году до н.э. .
Путь нуля из Индии в Багдад 19:38
Концепция нуля как полноценного числа начала формироваться в Индии (приблизительно в 600–700-х годах н.э.), где были разработаны прототипы современных цифр . Затем эти знания попали в Багдад, ставший в период «Золотого века ислама» центром мировой науки. Именно там математики усовершенствовали систему, которую мы сейчас называем «арабскими цифрами» (хотя их корни — индуистские) .
Появление нуля позволило создать:
- Алгебру (само слово происходит от арабского al-jabr) .
- Отрицательные числа, что стало революцией в коммерции и бухгалтерии .
- Современную систему учета (возможность отражать долги и активы на одном балансе) .
🌍 Мировые линии: от Эйнштейна до видеозвонков в Zoom 26:45
Связь между теорией относительности и повседневной жизнью гораздо теснее, чем принято считать. Тайсон объясняет, что в физике Эйнштейна пространство и время неразделимы — это единый континуум «пространство-время» . Любое событие в нашей жизни требует четырех координат: трех пространственных и одной временной.
Концепция «Мировых линий» 28:31
Ведущий приводит простую аналогию: приглашение на обед. Если вы договорились встретиться «завтра в полдень», этого недостаточно — нужно место . Если вы договорились встретиться «в Starbucks», этого тоже мало — нужно время . Чтобы два объекта взаимодействовали, их «мировые линии» (траектории в пространстве-времени) должны пересечься в одной точке .
Этот принцип используется для защиты Земли от астероидов:
- Чтобы избежать столкновения, необязательно «взрывать» астероид.
- Достаточно изменить его скорость (ускорить или замедлить) .
- Тогда астероид окажется в той же точке пространства, что и Земля, но в другое время — или наоборот. Мировые линии не пересекутся .
Как Zoom «сломал» пространство-время 34:29
Пандемия COVID-19 и переход на видеосвязь продемонстрировали интересную аномалию с точки зрения физики. По мнению Тайсона, видеозвонки в Zoom фактически «разорвали альянс пространства и времени» .
До появления технологий связи мировые линии людей должны были сходиться физически. Теперь же, по утверждению Тайсона, мировые линии могут разделяться: пространственная координата становится нерелевантной, пока сохраняется временная . Мы можем находиться в разных точках планеты, но эффективно взаимодействовать, координируясь только по времени.
Чак Найс добавил, что телефон исторически стал первым шагом в этом направлении, заменив «личных визитеров» (callers) на «телефонных абонентов» . Zoom лишь довел эту концепцию до абсолюта, добавив визуальный ряд и высокое качество звука, что окончательно отвязало профессиональное взаимодействие от географии .
