В новом выпуске программы StarTalk астрофизик Нил Деграсс Тайсон и его бессменный соведущий Чак Найс отвечают на вопросы слушателей в формате «космического ассорти». Дискуссия охватывает широкий спектр тем: от «варварской» природы адронных коллайдеров до того, почему центр Вселенной следует искать не в пространстве, а во времени.
💥 Коллайдеры: научное «варварство» или порталы в прошлое? 0:17
Разговор начался с вопроса слушателя о том, не покажутся ли ученым будущего современные ускорители частиц «варварскими» из-за их принципа работы — разбивания атомов на части . Нил Деграсс Тайсон, однако, не согласен с такой оценкой. По его словам, частицы не обладают чувствами, поэтому термин «насилие» здесь неприменим .
Ключевые механизмы работы коллайдеров:
- Накачка энергией: Смысл столкновения не в разрушении как таковом, а во вливании в систему колоссальной энергии. Это позволяет «материализовать» новые частицы, которые существуют только в подобных экстремальных условиях .
- Воссоздание Большого взрыва: Ускорители пытаются дублировать плотность, температуру и давление, характерные для ранних этапов развития Вселенной .
- Астрофизика элементарных частиц: Это направление науки изучает эпоху, когда Вселенная была настолько горячей, что материя в привычном нам виде не существовала, представляя собой «суп» из частиц и энергии .
Тайсон называет современные лаборатории своего рода «репликаторами» и порталами, позволяющими заглянуть к самому истоку времени .
☁️ Почему облака не падают: физика плавучести и «перевернутый» мир 4:14
Отвечая на вопрос о том, как облака «сопротивляются» гравитации, Тайсон объяснил концепцию плавучести. С физической точки зрения вопрос «почему облако не падает» идентичен вопросу «почему гелиевый шарик летит вверх» .
Основные тезисы о плотности и гравитации:
- Относительная плотность: Люди значительно плотнее воздуха, поэтому мы не замечаем выталкивающую силу атмосферы, хотя в воздухе мы весим чуть меньше, чем в вакууме .
- Вес в среде: Тайсон привел пример с водой — человек имеет почти такую же плотность, как вода, поэтому мы можем плавать. Если объект плавает в среде, его эффективный вес равен нулю .
- Миф о невесомости облаков: Если откачать воздух из атмосферы, облака и гелиевые шары упадут на землю, и их можно будет взвесить обычными весами .
Также ведущие затронули тему «геоцентрического предубеждения». Тайсон подчеркнул, что в космосе нет понятий «верх» и «низ» — они относительны и привязаны к ближайшему центру гравитации . Называть Южное полушарие «перевернутым» — это когнитивное искажение, вызванное доминированием культур Северного полушария .
⚛️ Загадка электрона: точка без размера в пространстве-времени 9:59
Обсуждая терминологию микромира, Нил Деграсс Тайсон сделал неожиданное заявление об электроне. Хотя слово «частица» часто является лишь заполнителем для обозначения чего-то очень маленького, в случае с электроном это приобретает особый смысл .
Факты об электроне:
- Ученые измерили заряд и массу электрона, но до сих пор не знают его физический размер .
- С точки зрения современной физики электрон представляется бесконечно малой точкой в пространстве-времени .
- В отличие от него, протоны и нейтроны имеют четко определенный размер и состоят из кварков .
Тайсон отметил, что в физике сознательно избегают термина «орбита» применительно к электронам (используя «орбиталь»), чтобы подчеркнуть их отличие от планет .
🔭 Сюрпризы телескопа Джеймса Уэбба: зрелые галактики в «Тёмные века» 12:52
Одной из самых горячих тем в астрофизике сегодня является обнаружение телескопом Джеймса Уэбба (JWST) полностью сформированных галактик в эпохи, когда их не должно было быть.
Суть проблемы, по мнению Тайсона:
- Эпоха Тёмных веков: После Большого взрыва Вселенная остывала и долгое время оставалась прозрачной, но лишенной звезд и галактик .
- Аномалия: JWST зафиксировал «красные зрелые галактики», которые как бы «плавают в Тёмных веках» .
- Гипотезы: По словам ведущего, либо наше понимание Большого взрыва и скорости охлаждения Вселенной ошибочно, либо это совершенно новый тип объектов, которые только выглядят как обычные галактики .
Тайсон считает, что пока рано «ставить против Большого взрыва». Скорее всего, ученые столкнулись с недостатком данных в «каталоге ранней Вселенной» .
🧶 Ткань реальности: является ли пространство-время эмерджентным? 18:37
Обсуждая фундаментальную природу реальности, Тайсон сослался на идеи физика Брайана Грина (Brian Greene). Современные теории предполагают, что пространство-время может не быть первичным (фундаментальным), а являться эмерджентным свойством более глубоких процессов .
Механизм возникновения «ткани» пространства:
- Вакуумная энергия: Квантовая физика утверждает, что пустого пространства не существует — везде постоянно возникают пары виртуальных частиц (материя и антиматерия) .
- Квантовая запутанность: Эти частицы создаются парами и остаются «запутанными». По мнению ряда физиков, эта связь мгновенна и напоминает микроскопические червоточины .
- Сеть червоточин: Существует гипотеза, что сама ткань пространства-времени — это сеть из миллиардов таких квантовых червоточин, создаваемых виртуальными частицами .
В качестве аналогии Тайсон привел биологическую эмерджентность: вы не сможете предсказать поведение птичьей стаи, изучая лишь одну птицу. Так и пространство-время может «проявляться» только на макроуровне .
⏳ Путешествие на Марс и относительность времени 25:01
Слушатели поинтересовались, как на астронавтов, летящих к Марсу, повлияет замедление времени из-за скорости и ускорение времени из-за удаления от гравитации Земли.
Нил Деграсс Тайсон объяснил этот баланс на примере спутников GPS:
- Спутники движутся быстро (время замедляется), но находятся далеко от Земли (время ускоряется) .
- В случае с GPS эффект удаления от гравитации в два раза сильнее, чем эффект скорости, поэтому время на спутниках в итоге идет быстрее .
- Для трехлетнего путешествия на Марс суммарная разница во времени составит ничтожные доли секунды .
🧵 Тупик теории струн: 40 лет в ожидании прорыва 29:11
Тайсон выразил скептическое отношение к нынешнему состоянию теории струн. Он в шутку (и отчасти всерьез) критикует физиков-струнников за то, что за 40 лет они так и не предложили экспериментально проверяемых доказательств .
Аргументы Тайсона против исключительной веры в теорию струн:
- Проблема сложности: Если десятки умнейших людей не могут решить задачу за десятилетия, возможно, они «лают не на то дерево» .
- Философская предвзятость: Ученые предполагают, что Вселенная обязана иметь единое элегантное описание, но это лишь человеческое ожидание .
- Пример Коперника: Коперник ошибочно считал, что орбиты должны быть идеальными кругами, потому что «Бог совершенен». На самом деле орбиты — это сплюснутые эллипсы, и Вселенной «все равно» на наши идеалы красоты .
Тем не менее, он признает, что теория струн помогла лучше понять некоторые математические аспекты уже известных явлений .
🔦 Почему свет никогда не останавливается, а нейтрино «тихоходны» 37:38
Один из вопросов коснулся природы фотонов: почему они обязаны всегда двигаться со скоростью света? Тайсон объяснил это через фундаментальное разделение:
- Объекты с массой никогда не достигнут скорости света .
- Безмассовые частицы (фотоны) существуют только на скорости света. Если фотон остановится, он перестанет существовать как фотон .
Интересный поворот дискуссия приняла при обсуждении нейтрино. Долгое время считалось, что они движутся со скоростью света. Однако открытие нейтринных осцилляций (способности нейтрино менять свой тип/вид на лету) доказало обратное .
Логика Тайсона проста: если нейтрино «знает», что ему пора сменить вид через определенное время, значит, у него есть внутренние часы. А на скорости света время останавливается. Следовательно, нейтрино движется чуть медленнее света и обладает массой .
🧭 Где находится центр Вселенной? 42:44
В финале выпуска Тайсон ответил на вопрос о расширении Вселенной, используя аналогию с четырехмерной сферой. В трехмерном пространстве параллельные линии на сфере (геодезические) всегда пересекаются .
Если представить Вселенную как поверхность раздувающегося шара, то на самой этой поверхности «центра» не существует . Центр такого шара находится в прошлом — в моменте 14 миллиардов лет назад, когда вся поверхность была сжата в одну точку . Таким образом, центр Вселенной — это не место в пространстве, а точка во времени.
