В новом выпуске программы StarTalk «Cosmic Queries: Grab Bag Edition» астрофизик Нил Деграсс Тайсон и его бессменный соведущий Чак Найс отвечают на вопросы слушателей, охватывая широкий спектр тем — от «варварства» адронных коллайдеров до парадоксального отсутствия размера у электрона. В ходе дискуссии участники разбирают, почему облака не падают на землю, как квантовая запутанность может «сшивать» саму ткань пространства-времени и почему современные физики, возможно, зашли в тупик со струнной теорией.
💥 Адронные коллайдеры: варварство или порталы в прошлое? 1:00
Один из слушателей, Крис Хэмптон, задал вопрос о том, не покажутся ли ученым будущего наши методы изучения частиц (столкновение и разрушение) «варварскими» . Нил Деграсс Тайсон, отвечая на это, подчеркнул, что частицы не обладают чувствами, поэтому этические нормы здесь неприменимы, однако физический смысл процесса гораздо глубже, чем просто разрушение.
Ключевые тезисы Тайсона о работе ускорителей:
- Накачка энергией: Смысл столкновения не в уничтожении, а в насыщении системы энергией, которая позволяет «материализоваться» новым частицам, существующим только в экстремальных условиях .
- Воссоздание Большого взрыва: Ускорители пытаются дублировать плотность, температуру и давление ранней Вселенной.
- Астрофизика элементарных частиц: По мнению Тайсона, лаборатории вроде CERN — это фактически порталы к моменту возникновения времени, позволяющие изучать состояние «супа из частиц», когда материя и энергия постоянно переходили друг в друга .
🎈 Почему облака и киты ничего не весят? 4:14
Вопрос о том, как облака «сопротивляются» гравитации, привел к обсуждению фундаментальных понятий плотности и плавучести. Нил Деграсс Тайсон объяснил, что гравитация тянет вниз всё, но результат зависит от среды .
Физические механизмы плавучести:
- Аналогия с гелиевым шаром: Гелиевый шар не игнорирует гравитацию. Если откачать воздух из атмосферы, шар упадет на землю, и его вес можно будет измерить. Он поднимается только потому, что окружающий воздух плотнее и выталкивает его .
- Плотность человека: Люди значительно плотнее воздуха, поэтому мы не замечаем выталкивающую силу атмосферы. Однако в воде, плотность которой близка к плотности человеческого тела, наш вес становится почти нулевым (если мы не тонем быстро) .
- Вес кита: Тайсон привел пример с синим китом. На суше это самое тяжелое животное, но в своей естественной среде (воде) кит обладает нейтральной плавучестью. По словам Тайсона, с точки зрения физики среды, в океане кит весит ровно ноль .
Тайсон также затронул тему «когнитивных искажений» в географии, отметив, что мы называем жителей южного полушария «перевернутыми» только из-за устоявшейся традиции рисовать карты севером вверх, хотя в космосе понятий «верх» и «низ» не существует .
🌌 Загадка электрона: объект без размера 10:14
Обсуждая терминологию, Тайсон раскрыл поразительный факт: ученые до сих пор не знают, каков физический размер электрона .
- Точечная частица: В отличие от протонов и нейтронов, которые состоят из кварков и имеют измеримый размер, электрон в рамках текущих измерений кажется «бесконечно малым» .
- Измеряемые параметры: Мы можем измерить заряд и массу электрона, но не его физический объем. Тайсон называет его «точкой в пространстве-времени» .
- Терминология: Нил Деграсс Тайсон напомнил, что термин «орбиталь» был придуман специально, чтобы отличить движение электронов от орбит планет в астрономии .
🔭 Телескоп Джеймса Уэбба и «невозможные» галактики 12:52
Вопрос от слушательницы Michelle Star Girl коснулся недавних открытий телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST), который обнаружил зрелые галактики там, где их быть не должно — в эпоху «Темных веков» Вселенной .
Нил Деграсс Тайсон прокомментировал это так:
- Шок для науки: Ученые обнаружили «краснокожие» массивные галактики, которые «плавают кролем в Темных веках» . Это противоречит моделям остывания Вселенной после Большого взрыва.
- Два пути решения: Либо наше понимание расширения Вселенной в корне неверно, либо это совершенно новый тип галактик, чьи свойства (например, светимость) мы ошибочно интерпретируем как признаки зрелости .
- Позиция Тайсона: Астрофизик заявил, что он «не стал бы ставить против теории Большого взрыва» на данном этапе, полагая, что дело скорее в неполноте наших каталогов ранних объектов .
🧶 Ткань реальности: червоточины и эмерджентность 19:03
Одной из самых сложных тем стало обсуждение пространства-времени как «эмерджентного» (вторичного) свойства. Тайсон сослался на свои беседы с физиком Брайаном Грином (автором книги «Элегантная Вселенная») .
Согласно этой гипотезе:
- Вакуум не пуст: Квантовая физика утверждает, что пространство наполнено «виртуальными частицами», которые постоянно рождаются парами и аннигилируют .
- Квантовая запутанность как клей: Поскольку частицы рождаются парами, они «запутаны». Существует мнение, что между каждой парой запутанных частиц возникает микроскопическая червоточина (wormhole) .
- Сшитая Вселенная: По мнению Брайана Грина, сеть этих бесчисленных червоточин и может являться тем, что мы называем «тканью пространства-времени» . Это делает пространство-время производным от квантовых процессов, а не фундаментальной основой.
Тайсон провел аналогию с биологией: сознание может быть эмерджентным свойством мозга, которое невозможно предсказать, изучая отдельные атомы, так же как полет стаи птиц — это свойство группы, а не одной особи .
⏳ Парадоксы времени: GPS и путешествие на Марс 24:56
Слушатели спросили о том, как изменятся биологические часы астронавтов при полете на Марс из-за эффектов теории относительности .
Нил Деграсс Тайсон объяснил, что здесь борются два фактора:
- Гравитационное замедление: Чем дальше вы от источника гравитации (Земли), тем быстрее идет ваше время.
- Релятивистское замедление: Чем быстрее вы движетесь, тем медленнее течет ваше время.
На примере спутников GPS Тайсон показал, как это работает на практике: из-за высокой скорости время для спутника замедляется, но из-за удаленности от Земли оно ускоряется. В итоге эффект гравитации (ускорение) оказывается примерно в два раза сильнее эффекта скорости, и часы спутников приходится корректировать заранее . Для астронавтов, летящих на Марс, разница с земным временем будет составлять лишь «доли секунды» .
🎻 Критика теории струн: «Мы лаем не на то дерево?» 29:10
Вопрос о том, почему теорию струн так сложно доказать, вызвал у Тайсона эмоциональную реакцию. Он рассказал, как в шутку «дает подзатыльники» Брайану Грину, спрашивая, почему теоретики струн не могут решить проблему уже 40 лет .
Основные претензии Тайсона к современной теоретической физике:
- Коллективный тупик: Эйнштейн разработал общую теорию относительности за 10 лет в одиночку. Десятки струнных теоретиков работают 40 лет без экспериментально подтвержденных результатов .
- Ошибочные допущения: Тайсон предполагает, что сама идея «единой теории всего» может быть философским допущением, которое Вселенная не обязана подтверждать.
- Исторический пример: Коперник создал гелиоцентрическую систему, но она была неверной в деталях, так как он предполагал идеальные круговые орбиты (исходя из идеи, что Бог совершенен). На самом деле орбиты эллиптические и «сплющенные» . Возможно, теоретики струн также навязывают Вселенной свои ожидания.
💡 Нейтрино и «внутренние часы» материи 37:38
Обсуждая свет и частицы, Тайсон пришел к глубокому выводу о природе нейтрино. Фотоны (безмассовые частицы) обязаны двигаться только со скоростью света и для них время не существует . Однако с нейтрино ситуация иная.
Долгое время существовала «проблема солнечных нейтрино»: детекторы на Земле фиксировали лишь треть от предсказанного количества частиц. Позже выяснилось, что нейтрино бывают трех видов и «осциллируют» (меняют вид) на пути к Земле .
Логический вывод Тайсона: Чтобы нейтрино «знало», когда ему нужно сменить вид, у него должны быть «внутренние часы». Но время течет только для тех объектов, которые движутся медленнее скорости света. Следовательно, у нейтрино есть масса, и оно никогда не достигает скорости $c$ .
