Брайан Кокс совмещает карьеру профессора Манчестерского университета и рок-звезды, собирая стадионы для обсуждения физики частиц. Он утверждает: современная наука достигла этапа, когда экспериментаторы не могут предсказать наличие новых частиц за следующим энергетическим порогом . В интервью Нилу Деграссу Тайсону физик раскрыл механизмы работы Большого адронного коллайдера и перспективы поиска жизни на спутниках Юпитера.
🔬 Инструментарий на границе познания 15:24
Большой адронный коллайдер (LHC) представляет собой кольцо протяжённостью 27 километров, расположенное на территории Франции и Швейцарии . Протоны внутри этого ускорителя совершают 11 000 оборотов в секунду, развивая скорость до 99,999999% от скорости света . Учёные используют столкновение частиц как гигантский микроскоп: чем выше энергия столкновения, тем более мелкие структуры материи можно исследовать .
Физики деконструируют природу, чтобы увидеть её фундаментальные блоки.
- В начале XX века Эрнест Резерфорд обнаружил атомное ядро, обстреливая золотую фольгу альфа-частицами .
- В 1950-х и 1960-х годах эксперименты показали, что ядро состоит из протонов и нейтронов .
- Позже учёные выяснили: протоны и нейтроны состоят из более мелких объектов — кварков .
Высокая энергия столкновений позволяет не только разбивать частицы, но и создавать новые, более массивные объекты согласно формуле E=mc² . Так был обнаружен бозон Хиггса, который крайне нестабилен и мгновенно распадается на более лёгкие частицы . Профессиональный вызов для сотрудников CERN заключается в том, чтобы отсеять один интересный сигнал из десяти миллиардов фоновых столкновений .
🧩 Математическая элегантность и Стандартная модель 22:31
Питер Хиггс предсказал существование одноимённого бозона ещё в 1960-х годах, основываясь на математических концепциях симметрии . Учёным потребовалось 50 лет, чтобы подтвердить эту теорию экспериментально на практике . Брайан Кокс называет это примером «непостижимой эффективности математики», когда абстрактные вычисления точно описывают реальность .
Текущий инвентарь фундаментальной материи включает 12 частиц, разделенных на три поколения . Первое поколение формирует привычный мир:
Два других поколения частиц идентичны первому по свойствам, но обладают гораздо большей массой . Физики до сих пор не знают, почему природа создала именно три дублирующих друг друга семейства и существуют ли другие . Взаимодействия между ними обеспечивают частицы-переносчики сил: фотоны (электромагнетизм), глюоны (сильное ядерное взаимодействие), W- и Z-бозоны (слабое взаимодействие) .
🌌 Тёмная гравитация и загадка чёрных дыр 30:58
Одной из главных проблем современной науки остаётся космологическая постоянная — энергия, заставляющая Вселенную расширяться с ускорением . Это число составляет примерно 10 в минус 122-й степени, что является самым маленьким ненулевым значением в физике . Если бы эта величина была хоть немного больше, материя не смогла бы сформировать звёзды и галактики .
Нил Деграсс Тайсон предлагает заменить термин «тёмная материя» на тёмную гравитацию . Астрофизики наблюдают гравитационные эффекты, которые невозможно объяснить видимым веществом, но природа этого явления остаётся скрытой . Гипотезы суперсимметрии предсказывали удвоение количества известных частиц, которые могли бы стать кандидатами на роль тёмной материи, но пока они не обнаружены на энергиях LHC .
Чёрные дыры служат лабораториями для объединения квантовой механики и общей теории относительности. Недавние открытия гигантских джетов (струй плазмы) из чёрных дыр позволяют учёным дистанционно изучать их магнитную структуру и вращение . Исследователи также используют гравитационные волны — пульсации ткани пространства-времени, возникающие при слиянии этих сверхмассивных объектов .
🧊 Океаны Европы и поиск жизни 52:00
Миссия Europa Clipper направлена к спутнику Юпитера — Европе, чтобы подтвердить наличие там условий для жизни . Под ледяной корой этого спутника находится солёный океан, объём воды в котором превышает объём всех океанов Земли вместе взятых . Жидкое состояние воды поддерживается приливным нагревом: Юпитер и соседние луны (Ио и Ганимед) постоянно растягивают Европу своей гравитацией .
Жизнь на Европе может зависеть от химического обмена с соседней луной Ио.
- Ио является самым вулканически активным телом в Солнечной системе .
- Вулканы выбрасывают вещество в космос со скоростью, превышающей вторую космическую .
- Эти частицы оседают на поверхности Европы, обеспечивая необходимую химическую базу (оксиданты) для потенциальных микроорганизмов .
Учёные считают, что жизнь на Земле возникла быстро — примерно за 100 миллионов лет после того, как поверхность планеты остыла . Однако переход от простых клеток к сложным многоклеточным организмам занял почти три миллиарда лет . Это заставляет исследователей ожидать встречи в космосе прежде всего с одноклеточными формами жизни .
🎸 Рок-н-ролльный подход к науке 47:08
Брайан Кокс продолжает традицию Ричарда Фейнмана, считая популяризацию знаний обязанностью учёного перед налогоплательщиками . Его мировое турне Horizons собрало аудиторию более 400 000 человек . Логистика шоу соответствует масштабам крупных рок-концертов: пять грузовиков с оборудованием и два туристических автобуса для команды .
Программа Horizon объединяет космологию с классической музыкой Сибелиуса и Малера . Брайан Кокс использует симфонический оркестр из 90 человек, чтобы исследовать философский вопрос о значении хрупкой человеческой жизни в бесконечной Вселенной . По словам физика, наука даёт лишь каркас реальности, в то время как музыка и искусство помогают осмыслить место человека в этом масштабе .
