Словарь. Абсолютный нуль. Минимальный предел температуры, который может иметь физическое тело

Абсолютный нуль. Минимальный предел температуры, который может иметь физическое тело. Когда тело охлаждается, его атомы движутся все более и более медленно. При абсолютном нуле, что соответствует -273, 15 С° по шкале Цельсия, их хаотическое движение прекращается. (На самом деле это не совсем так, поскольку принцип неопределенности Гейзенберга «заставляет» атомы дрожать даже при абсолютном нуле — это так называемые нулевые колебания.)

Аккреция (от лат. accrē tiō — «приращение, увеличение»). Ключевой процесс в астрофизике, при котором сила тяжести тела притягивает все больше и больше вещества из окружающего пространства. Когда материя вращается, стягиваясь к центру, подобно воде в ванне, устремляющейся к сливному отверстию, она может создать «аккреционный диск». Трение внутри диска разогревает его; считается, что это трение и служит источником чудовищно сильного излучения, испускаемого очень мощными ядрами далеких галактик — «квазарами». Явление аккреции подсказывает, что в мощных ядрах галактик должны находиться сверхмассивные черные дыры — масса такой дыры может в 10 миллиардов раз превышать массу Солнца.

Альфа-распад. Выплевывание высокоскоростной альфа-частицы большим нестабильным ядром, которому хочется стать полегче и постабильнее.

Альфа-частица. Положительно заряженная частица, состоящая из двух протонов и двух нейтронов, — в сущности, ядро атома гелия, — которая вылетает из нестабильного ядра при радиоактивном альфа-распаде.

Альфа-процесс. Процесс формирования тяжелых атомных ядер внутри звезд за счет добавления альфа-частиц к ядрам легких элементов. Требует температуры порядка миллиарда градусов.

Андромеда. Ближайшая к нашему Млечному Пути большая галактика, расположенная примерно в 2, 5 миллиона световых лет. Андромеда и Млечный Путь — крупнейшие галактики в кластере из более чем 50 галактик, известном как Местная группа.

Антропный принцип. Представление о том, что Вселенная такова, какова она есть, по той причине что если бы это было не так, то нас здесь не было бы и, следовательно, обратить внимание на Вселенную тоже было бы некому. Другими словами, факт нашего существования — важное научное наблюдение.

Антиматерия. Термин, обозначающий большое скопление античастиц. Антипротоны, антинейтроны и позитроны могут, по идее, собираться вместе и образовывать антиатомы. И ничто, в принципе, не исключает возможности существования антизвезд, антипланет и антижизни. Одна из величайших загадок физики — в том, почему мы живем во Вселенной, состоящей, судя по всему, исключительно из материи, в то время как по существующим физическим законам соотношение материи и антиматерии должно быть — ну хотя бы примерно — пятьдесят на пятьдесят.

Античастица. Каждая субатомная частица имеет своего двойника: античастицу с некоторыми характеристиками взаимодействия — такими, как электрический заряд, — обладающими противоположным знаком. Например, двойник отрицательно заряженного электрона — это античастица с положительным зарядом, именуемая позитроном. Когда частицы и античастицы сталкиваются, они самоуничтожаются, или «аннигилируют», при этом высвобождается огромное количество энергии.

Атом. Кирпичик обыкновенной материи. Атом состоит из ядра, окруженного облаком электронов. Положительный заряд ядра уравновешивается отрицательным зарядом электронов. Кирпичики материи чрезвычайно малы: «диаметр» атома составляет около одной десятимиллионной миллиметра.

Атомная энергия. См.: Ядерная энергия.

Атомное ядро. Плотная кучка протонов и нейтронов (в случае водорода — всего один протон) в центре атома. Масса ядра составляет более 99, 9 % массы атома.

Бета-распад. Выброс высокоскоростного электрона нестабильным атомным ядром. То, что остается после бета-распада, — это ядро элемента, в котором на один протон больше.

Бета-лучи. Поток частиц, испускаемых в результате бета-распада. На самом деле бета-частицы — то есть электрона, испускаемого при бета-распаде, — в ядре изначально нет, она «рождается» при превращении нейтрона в протон.

Бозон. Микроскопическая частица с целым значением спина — 0, 1, 2 и так далее. Из-за этой «целостности» своего спина такие частицы очень «общительны», им свойственно стадное поведение, в результате чего мы имеем лазеры, сверхтекучие жидкости и сверхпроводники.

Большой взрыв. Титанический взрыв, произошедший 13, 7 миллиарда лет назад, в результате чего, как считается, появилась наша Вселенная. В сущности, «взрыв» — неправильное название, поскольку этот самый Большой взрыв произошел везде одновременно и до него не существовало никакой пустоты, в которую могла бы извергнуться Вселенная. Пространство, время и энергия — все появилось в результате Большого взрыва.

Броуновское движение. Беспорядочное движение достаточно больших тел, находящихся под пулеметным обстрелом маленьких тел. Самый известный пример — это зигзагообразное движение зернышек пыльцы на поверхности воды: зернышки дергаются, потому что по ним постоянно ударяют молекулы воды. Феномен броуновского движения, открытый британским ботаником Робертом Броуном (1773–1858) в 1827 году и триумфально объясненный Альбертом Эйнштейном в 1905-м, стал мощным доказательством существования атомов.

Водород. Самый легкий элемент в природе. Атом водорода состоит из одного протона, вокруг которого обращается один электрон. Примерно 90 % всех атомов во Вселенной — атомы водорода.

Волновая функция. Математическая данность, описывающая состояние квантовой системы, например атома. Волновая функция изменяется во времени в соответствии с уравнением Шрёдингера.

Вселенная. Все, что есть на свете. Весьма растяжимый термин: когда-то им обозначали то, что мы теперь называем Солнечной системой; затем «Вселенной» стали именовать то, что мы называем Млечным Путем; сейчас этот термин используют для обозначения совокупности всех галактик в мире: судя по всему, в «наблюдаемой Вселенной» содержится более 100 миллиардов галактик.

Газ. Скопление атомов, которое летит сквозь пространство, подобно рою крошечных пчел.

Галактика. Один из кирпичиков строения Вселенной. Галактики — огромные звездные острова. Наш собственный остров, Млечный Путь, обладает спиральной формой и содержит не менее 200 миллиардов звезд.

Гамма-лучи (гамма-излучение). Электромагнитное излучение с чрезвычайно малой длиной волны. Испускается главным образом при переходах между возбужденными состояниями атомного ядра, то есть когда атомное ядро «перегруппировывается».

Гелий. Второй самый легкий элемент в природе. Единственный элемент, который был обнаружен на Солнце, прежде чем его открыли на Земле. Гелий — второй по распространенности элемент во Вселенной после водорода, на его долю приходится примерно 10 % всех атомов Вселенной.

Гипотеза сжатия. Представление о том, что Солнце остается горячим потому, что по мере его сжатия гравитационная энергия постоянно превращается в тепловую. Гипотеза неверна.

Горение водорода. Реакция синтеза гелия из водорода, сопровождаемая высвобождением большого количества ядерной энергии. Мощный источник энергии Солнца и большинства звезд.

Горение кремния. Цепочка быстрых, бурных ядерных реакций, берущих старт после того, как массивная звезда начинает производить кремний. Всего лишь за день эти реакции превращают кремний в железо и никель — конечные пункты обычных звездных ядерных реакций. После этого звезда находится уже на грани катастрофы и готова взорваться, став сверхновой.

Гравитация. См.: Гравитационное взаимодействие.

Гравитационная волна. Рябь, распространяющаяся по пространству-времени. Гравитационные волны порождаются бешеным движением масс материи, что происходит, например, при слиянии черных дыр. Поскольку гравитационные волны очень слабые, они до сих пор не обнаружены напрямую.

Гравитационная потенциальная энергия. Энергия, которой обладает масса благодаря своему положению в гравитационном поле. Например, незакрепленная на крыше черепица обладает большей потенциальной энергией, чем та, что лежит на земле. Если она упадет на землю, ее потенциальная энергия преобразуется в другие формы — первым делом в энергию движения.

Гравитационное взаимодействие (притяжение, тяготение). Самое слабое из четырех фундаментальных взаимодействий, существующих в природе. Гравитационное взаимодействие в приближенном виде описывается теорией тяготения Ньютона; более точно его описывает теория гравитации Эйнштейна — общая теория относительности. Общая теория относительности «не работает» в случае сингулярности в сердце черной дыры и в случае сингулярности при рождении Вселенной. В наше время физики ищут более точное описание гравитации. Теория, уже получившая название «квантовой гравитации», пытается объяснить гравитацию через обмен частиц, именуемых «гравитонами».

Дейтерий. Редкий изотоп водорода. В ядре дейтерия кроме одного протона содержится еще один нейтрон.

Декогерентность. Механизм, который разрушает странную, «потустороннюю» квантовую природу объекта, и, таким образом, этот объект начинает казаться локализованным, а не находящимся во многих местах одновременно. Декогеренция происходит, если внешний мир получает «знание» об объекте. Это знание может быть принесено отдельным фотоном видимого света или молекулой воздуха, отскочившей от объекта. Поскольку большие объекты, например обеденный стол, постоянно подвергаются бомбардировке фотонами или молекулами воздуха и не могут оставаться полностью изолированными от окружающей среды хоть сколько-нибудь долго, они теряют свою способность быть во многих местах одновременно за фантастически короткий период времени — слишком короткий, чтобы мы это каким-либо образом заметили.

Длина волны. Расстояние, которое проходит волна за полный период колебания (то есть расстояние между двумя соседними гребнями волны).

Закон Бойля-Мариотта. Формулируется он так: «При постоянной температуре и массе идеального газа произведение его давления и объема постоянно». На практике все несколько проще: если уполовинить объем газа, его давление удвоится.

Закон всеобщего тяготения Ньютона. Представление о том, что все тела действуют друг на друга с силой, которая зависит от произведения их индивидуальных масс и обратного квадрата расстояний между ними. Другими словами, если расстояние между телами увеличивается вдвое, сила становится в четыре раза слабее; если расстояние утраивается, сила ослабевает в девять раз; и так далее. Закон всеобщего тяготения Ньютона прекрасно подходит для повседневной жизни, но все же он приблизителен. Эйнштейн «улучшил» этот закон, предложив общую теорию относительности.

Законы сохранения. Фундаментальные физические законы, согласно которым при определенных условиях некоторые измеримые физические величины не изменяются с течением времени. Например, закон сохранения энергии указывает на то, что энергия не может быть создана или уничтожена, а может только преобразовываться из одной формы в другую. Так, химическая энергия бензина может преобразоваться в энергию движения автомобиля.

Закон сохранения импульса. Принцип, согласно которому импульс замкнутой системы не может быть создан или уничтожен.

Запутанность. Квантовая взаимозависимость двух или более микроскопических частиц, отчего они теряют свою индивидуальность и во многих отношениях ведут себя как единая сущность.

Звезда. Гигантский газовый шар, который пополняет свою тепловую энергию, отдаваемую окружающему пространству, за счет ядерной энергии, вырабатываемой в его сердцевине.

Изотоп. Разновидность атома химического элемента. Изотопы одного элемента отличаются друг от друга только массами, а именно количеством нейтронов в ядре. Например, хлор имеет два стабильных изотопа с массами 35 и 37. Различие в массах отражает разные числа нейтронов в ядрах: хлор-35 содержит 18 нейтронов, а хлор-37–20. (Однако оба изотопа содержат одно и то же количество протонов — 17, поскольку именно количество протонов определяет «индивидуальность» элемента.)

Импульс. Импульс тела — это показатель того, какое усилие надо приложить к движущемуся телу, чтобы остановить его. Например, нефтяной танкер, даже если он движется со скоростью всего несколько узлов, гораздо труднее остановить, чем гоночную машину на чемпионате «Формула-1», несущуюся со скоростью 200 километров в час. А все из-за того, что у нефтяного танкера импульс больше.

Интерференция. Способность двух волн, проходящих друг через друга, усиливаться там, где совпадают их максимумы, и сходить на нет там, где максимум одной волны совпадает с минимумом другой.

Интерференционный рисунок. Рисунок из светлых и темных полос, который появляется на экране, освещенном светом из двух источников. Этот рисунок возникает по той причине, что световые волны из двух источников в одних местах экрана усиливают друг друга, а в других — сходят на нет.

Ион. Атом или молекула, которая лишилась одного или более из своих электронов и таким образом обрела положительный результирующий электрический заряд.

Квант. Мельчайшая порция, до которой что-либо можно разделить. К примеру, фотоны — это кванты электромагнитного поля.

Квантовая вероятность. Вероятность события в микромире. Хотя природа препятствует тому, чтобы мы с большой точностью знали какие-то вещи, она тем не менее позволяет нам с большой точностью знать вероятность этих вещей.

Квантовая непредсказуемость. Непредсказуемость микроскопических частиц. Их поведение непредсказуемо даже в принципе. Сравним это с непредсказуемостью при подбрасывании монеты. Результат непредсказуем только на практике. Но теоретически, если нам известны форма монеты, силы, на нее действующие, окружающие воздушные потоки и прочее, мы вполне можем предсказать результат.

Квантовая неразличимость. Невозможность различить два квантовых события. Они могут быть неразличимы, например, потому, что в них участвуют две одинаковые частицы, или потому, что события не поддаются наблюдению. Однако важно то, что вероятностные волны, ассоциированные с неразличимыми событиями, интерферируют. Это влечет за собой всякого рода квантовые феномены.

Квантовое число. Число, характеризующее те свойства микроскопического объекта, которые «делятся на порции» (или квантуются), — к ним относятся, например, спин и орбитальная энергия электрона.

Квантовая суперпозиция. Ситуация, при которой квантовый объект, такой, как атом, в конкретный момент пребывает более чем в одном состоянии. Он может быть, к примеру, в нескольких местах одновременно. Между отдельными состояниями в суперпозиции существует взаимодействие, или «интерференция», — в сущности, на ней и строится вся диковинность, «потусторонность» квантового мира. Декогерентность препятствует этому взаимодействию и, таким образом, мешает проявлению квантового поведения частиц.

Квантовая теория. В сущности, это теория о микроскопическом мире атомов и их составляющих. Те, кому нравится «многомировая интерпретация», верят, что квантовая теория также описывает и большой мир.

Квантовая электродинамика. Теория о взаимодействии света с материей. Она объясняет практически все в окружающем мире: почему земля под нашими ногами твердая, принцип работы лазера, химия обмена веществ, работа компьютеров — все это квантовая электродинамика.

Квантовое туннелирование. Явно волшебная способность микроскопических частиц выбираться из своего заключения. Например, альфа-частица может туннелировать сквозь барьер, удерживающий ее в атомном ядре, — это все равно, как если бы прыгун в высоту перемахнул через четырехметровую стену. Туннелирование — это еще одно следствие волнового характера микроскопических частиц.

Классическая физика. Неквантовая физика. В сущности, вся физика до 1900 года, когда немецкий физик Макс Планк первым предположил, что энергия может передаваться отдельными порциями — «квантами». А Эйнштейн первым понял, что эта идея абсолютно не совместима со всей той физикой, что была раньше.

Корпускулярно-волновой дуализм. Способность субатомной частицы вести себя и как локализованная в пространстве частица, подобная биллиардному шару, и как распределенная в пространстве волна.

Космологический горизонт. Вселенная имеет горизонт, очень похожий на тот, что окружает корабль в море. Причина существования горизонта Вселенной в том, что свет имеет предельную скорость, а Вселенная существует ограниченный период времени. Это значит, что мы видим только те объекты, свету которых хватило времени, чтобы долететь до нас с момента Большого взрыва. Наблюдаемая вселенная похожа на пузырь с Землей в центре: поверхность пузыря и есть тот самый космологический горизонт. С каждым днем Вселенная становится старше (на один день), поэтому каждый день горизонт расширяется, и становятся видимы новые объекты — точь-в-точь как корабли, появляющиеся на горизонте в море.

Красный гигант. Звезда, которая исчерпала водородное топливо в своем ядре. Парадоксально, но сжатие звездного ядра — которому не хватает тепла, чтобы противостоять гравитации, — нагревает внутреннюю область звезды. Яростное горение водорода в огненной оболочке непосредственно вокруг звездного ядра приводит к тому, что внешняя оболочка сначала раздувается, а затем остывает и обретает тускло-красный цвет. Красный гигант (между прочим, это далекое будущее Солнца) может выделять в 10 000 раз больше тепла, чем Солнце, — главным образом про причине своей огромной поверхности.

Лазер. Источник света, в котором на передний план выступает стадная природа фотонов, то бишь бозонов. А именно: чем больше фотонов пройдет сквозь некий материал, тем больше вероятность, что другие атомы этого материала будут излучать фотоны с теми же свойствами. В результате образуется толпа фотонов, марширующих в ногу (ну хорошо, скажем иначе: лавина стройно летящих фотонов).

Магнитное поле. Силовое поле, окружающее магнит.

Масса. Мера количества материи в объекте. Масса — самая концентрированная форма энергии. Одни грамм массы (любого вещества) содержит то же количество энергии, что и 100 000 тонн динамита.

Масс-спектрограф. Устройство для сравнения масс атомов — или, если быть более точным, ионов. Это делается путем измерения того, насколько магнитное поле изгибает траекторию атома, летящего в пространстве. Чем массивнее частица, тем меньше изгибается траектория.

Метеоритная гипотеза. Представление о том, что Солнце получает тепло от постоянно сыплющегося на его поверхность метеоритного дождя. К сожалению, это не так.

Млечный Путь. Наша Галактика.

Мгновенное воздействие. См.: Нелокальность.

Модель Резерфорда. Ранняя модель атома, в которой отрицательно заряженные электроны представлялись рассыпанными по обширному облаку положительного заряда, подобно изюму на сливовом пудинге.

Молекула. Компания атомов, склеенных вместе электромагнитными силами. Один атом — а именно углерод — обладает способностью устанавливать стабильные химические связи разного типа с другими атомами, образуя таким манером огромное количество молекул. По этой причине химики делят молекулы на «органические»: основанные на углероде — и «неорганические»: все остальные.

Многомировая интерпретация. Представление о том, что квантовая теория описывает все на свете, а не только микроскопический мир атомов и их составляющих. Поскольку квантовая теория разрешает атому быть в двух местах одновременно, значит, и обеденный стол может быть в двух местах одновременно. Однако при этом, согласно «многомировой интерпретации», разум того, кто наблюдает за столом, разделяется на две части: одна воспринимает стол в одном месте, а вторая — в другом. Таким образом, в двух отдельных реальностях, или вселенных, существуют уже два разума.

Мультивселенная. Гипотетическое укрупнение космоса, в котором наша Вселенная оказывается всего лишь одной из бесчисленного множества отдельных индивидуальных вселенных. Большинство вселенных мертвы и неинтересны. Только в крохотном подмножестве вселенных законы физики способствуют появлению звезд, планет, а затем и жизни.

Наблюдаемая вселенная. Все, что мы можем видеть вплоть до горизонта Вселенной. Ну хорошо, все вплоть до космологического горизонта.

Нейтрино. Нейтральная субатомная частица с очень малой массой, которая передвигается со скоростью, очень близкой к скорости света. Нейтрино почти никогда не взаимодействуют с материей. Однако когда их образуется большое количество, они могут разорвать звезду на части, как при взрыве сверхновой.

Нейтрон. Один из двух базисных кирпичиков атомного ядра. Нейтроны, по сути, обладают той же массой, что и протоны, но не несут электрический заряд. Вне атомного ядра они нестабильны и распадаются примерно через десять минут.

Нелокальность. «Сверхъестественная» способность объектов, подчиняющихся квантовой теории, продолжать «узнавать» состояние друг друга, даже если разделены большим расстоянием.

Нуклеосинтез. Процесс образования ядер химических элементов тяжелее водорода в ходе реакции ядерного синтеза (слияния, «склеивания»). В астрофизике различают первичный нуклеосинтез, происходивший в процессе Большого взрыва, и звездный нуклеосинтез, происходящий внутри звезд.

Нуклон. Обобщающий термин, используемый для обозначения как протона, так и нейтрона — двух базисных кирпичиков атомного ядра.

Общая теория относительности. Теория гравитации Эйнштейна, которая показывает, что гравитация не что иное, как искривление пространства-времени. Теория включает несколько идей, которых не было в теории гравитации Ньютона. Одна из них заключается в том, что ничто, даже гравитация, не может двигаться быстрее света. Другая гласит, что все формы энергии обладают массой и, таким образом, служат источником гравитации. Помимо всего прочего общая теория относительности предсказала черные дыры, расширение Вселенной и то, что гравитация может изгибать путь света.

Период полураспада. Время, за которое распадается половина ядер в образце радиоактивного вещества. После одного периода полураспада остается половина атомов; после двух — четверть; после трех — восемь, и так далее. У разных радиоактивных элементов и изотопов период полураспада может длиться от ничтожных долей секунды до многих миллиардов лет.

Принцип относительности. Представление о том, что для наблюдателей, перемещающихся с постоянной скоростью относительно друг друга, все физические законы одинаковы.

Плазма. Частично или полностью ионизированный газ, образованный из нейтральных атомов (или молекул) и заряженных частиц (ионов и электронов).

Планковская длина. Фантастически крошечное расстояние, на котором сила гравитационного взаимодействия становится сравнима с силами других фундаментальных взаимодействий. Планковская длина в триллион триллионов раз меньше атома. Она соответствует планковской энергии. Маленькие расстояния соответствуют большим энергиям из-за волновой природы вещества.

Плотность. Масса объекта, разделенная на его объем. Воздух имеет низкую плотность, а железо — высокую.

Позитрон. Античастица электрона.

Полное солнечное затмение. Покрытие Солнца диском Луны, когда она проходит между Землей и Солнцем.

Принцип запрета (принцип Паули). Запрет двум микроскопическим частицам (фермионам) разделять одно и то же квантовое состояние. Принцип Паули не позволяет электронам, то бишь фермионам, сидеть друг на друге и, следовательно, объясняет существование различных атомов и многообразие мира вокруг нас.

Принцип неопределенности Гейзенберга. Принцип квантовой теории, гласящий, что существуют пары величин, таких, как положение частицы и скорость, которые не могут быть известны одновременно с абсолютной точностью. Принцип неопределенности устанавливает предел тому, насколько точно может быть вычислено произведение этой пары величин. На практике сие означает: если точно известен импульс частицы, то невозможно понять, где же находится эта частица. И наоборот: если точно известно местоположение частицы, то совершенно непонятно, что там с ее импульсом. Устанавливая пределы нашим знаниям, принцип неопределенности Гейзенберга придает природе «расплывчатость». Если мы всмотримся как следует, то все расплывется бессмысленным пятном с неясными очертаниями, подобно фотографии в газете, если рассматривать ее слишком близко.

Принцип сохранения энергии. Принцип, согласно которому энергия не появляется ниоткуда и не исчезает бесследно, она лишь преобразуется из одной формы в другую.

Причинность. Идея, заключающаяся в том, что причина всегда предшествует следствию. Причинность — самый заветный принцип в физике. Однако квантовые события, такие, как распад атома, судя по всему, представляют собой следствия, которым не предшествовали никакие причины.

Пространство-время. В общей теории относительности пространство и время, по существу, одно и то же. Они рассматриваются как одна сущность — пространство-время. А искривление пространства-времени есть не что иное, как тяготение.

Протон. Один из двух базисных кирпичиков ядра. Протон несет положительный электрический заряд, равный и противоположный заряду электрона.

Протон-протонный цикл. Цепочка ядерных реакций, посредством которых звезды с массой до полутора солнечных масс превращают водород в гелий.

Радий. Очень нестабильный, то есть радиоактивный, элемент, открытый Марией Кюри в 1898 году.

Радиоактивное датирование. Использование радиоактивного распада элементов — например, урана — для определения возраста пород. Рано или поздно нестабильный уран распадается до стабильного свинца, с ходом времени соотношение свинец/уран изменяется в пользу свинца, и это может быть использовано для датирования материала.

Радиоактивный распад. Распад нестабильных тяжелых атомов на легкие и стабильные. Процесс сопровождается испусканием либо альфа-частиц, либо бета-частиц, либо гамма-лучей.

Расширение вселенной. Разбегание галактик в результате Большого взрыва.

Сверхновая. Катастрофический взрыв звезды. На короткое время сверхновая может превзойти по яркости целую галактику из 100 миллиардов обычных звезд. Считается, что после взрыва сверхновой на ее месте остается сильно сжатая нейтронная звезда.

Световой год. Удобная единица для характеристики расстояний во Вселенной. Это просто-напросто расстояние, которое свет проходит за один год, а именно — 9, 46 триллиона километров.

Сильное взаимодействие. Одно из четырех фундаментальных взаимодействий в физике. Мощное взаимодействие, действующее в масштабах порядка размера атомного ядра и менее. Удерживает протоны и нейтроны в атомном ядре.

Сканирующий туннельный микроскоп (СТМ). Устройство, которое медленно ведет сверхтонкой иглой по поверхности материала и, считывая вертикальные движения иглы, выдает изображение атомного пейзажа поверхности материала.

Скорость света. Абсолютная величина скорости распространения электромагнитных волн в вакууме, составляющая 299 792, 458 километра в секунду.

Слабое взаимодействие. Одно из четырех фундаментальных взаимодействий в физике. Проявляется на расстояниях, значительно меньших размера атомного ядра. Хотя это взаимодействие называется «слабым» и действительно много слабее сильного взаимодействия, оно может превратить нейтрон в протон и, таким образом, ответственно за бета-распад.

Спин. Параметр, которому нет аналога в повседневном мире. Очень упрощенно говоря, субатомные частицы со спином ведут себя так, будто они маленькие вращающиеся волчки (только на самом деле они вовсе не вращаются).

Субатомная частица. Частица размером меньше атома, такая, как электрон или нейтрон.

Теория большого взрыва. Представление о том, что Вселенная возникла из некоего сверхплотного, сверхгорячего состояния 13, 7 миллиарда лет назад и с тех пор расширяется и охлаждается.

Тройной альфа-процесс. «Неправдоподобный» процесс, при котором в недрах звезды три ядра атома гелия спекаются в ядро атома углерода, открывая дорогу к формированию всех тяжелых элементов.

Уравнения Максвелла. Горстка изящных уравнений, составленных Джеймсом Клерком Максвеллом в 1868 году, в которых аккуратно резюмируются все электрические и магнитные явления. Уравнения показывают, что свет — это электромагнитная волна.

Уравнение Шрёдингера. Уравнение, которое показывает, как вероятностная волна, или волновая функция, описывающая, например, какую-либо частицу, изменяется во времени.

Фермион. Микроскопическая частица с полуцелым спином — 1/2, 3/2, 5/2 и так далее. Благодаря такому спину эти частицы избегают друг друга. Их «антиобщественное» поведение — причина того, что земля под нашими ногами твердая.

Физические законы. Фундаментальные законы, управляющие поведением Вселенной.

Фотон. Частица (квант) света.

Фотоэффект. Испускание электронов веществом под действием света.

Фундаментальные взаимодействия. Четыре главные силы, которые, как считается, стоят за всеми явлениями природы. Эти четыре силы — гравитационное взаимодействие, электромагнитное взаимодействие, сильное взаимодействие и слабое взаимодействие. Физики сильно подозревают, что все эти силы — на самом деле разные аспекты одной сверхсилы. Во всяком случае, эксперименты уже продемонстрировали, что электромагнитное и слабое взаимодействия — две стороны одной медали.

Фундаментальная частица. Один из базисных кирпичиков материи. В настоящее время физики полагают, что существует шесть различных кварков и шесть различных лептонов, таким образом, в сумме получается 12 фундаментальных частиц. Есть надежда, что кварки окажутся всего лишь другой стороной лептонов.

Химическая связь. «Клей», который сцепляет атомы, создавая из них молекулы. Химическая связь предполагает, что атомы могут делиться своими внешними электронными оболочками, жертвовать ими или заимствовать у других атомов.

Химическое топливо. Топливо, подобное углю, нефти или динамиту. Перераспределение электронов в атомах вещества связано с высвобождением тепловой энергии.

Черная дыра. Мощное искривление пространства-времени, остающееся после того, как гравитация сжимает массивное тело до точки. Ничто, даже свет, не может выбраться из этой области, отсюда и эпитет «черная». Во Вселенной существуют по меньшей мере два типа черных дыр: черные дыры размером со звезду, которые образуются, когда массивные звезды больше не могут вырабатывать внутреннее тепло, противоборствующее сжимающей звезду гравитации, и «сверхмассивные» черные дыры. В сердце большинства галактик — судя по всему, именно сверхмассивные черные дыры. Например, масса черной дыры в сердце нашей галактики, Млечного Пути, в миллионы раз превосходит массу Солнца, а в могучих квазарах сидят черные дыры, масса которых превышает массу Солнца в миллиарды раз.

Электрический заряд. Свойство микроскопических частиц. Электрический заряд бывает отрицательным и положительным. Электроны, к примеру, несут отрицательный заряд, а протоны — положительный. Частицы с одинаковыми зарядами отталкивают друг друга, а с противоположными — притягиваются друг к другу.

Электрическое поле. Силовое поле, окружающее электрический заряд.

Электромагнитная волна. Волна, состоящая из чередующихся электрических и магнитных полей. Электромагнитные волны — это поперечные волны, в которых вектора напряженностей электрического и магнитного полей колеблются перпендикулярно направлению распространения волны. Электромагнитные волны распространяются в пространстве со скоростью света.

Электромагнитное взаимодействие. Одно из четырех фундаментальных взаимодействий в природе. Отвечает за склеивание вещества в атомы — будь то атомы в наших телах или атомы в земле под нашими ногами.

Электрон. Отрицательно заряженная субатомная частица, обычно обнаруживаемая на орбите вокруг атомного ядра. Насколько известно ныне, это действительно элементарная частица: она не поддается делению на какие-либо части.

Элемент. Вещество, которое не может быть поделено на составляющие химическими способами. У всех атомов одного элемента в ядре одно и то же количество протонов. Например, у всех атомов водорода в ядре один протон, у всех атомов хлора —17 и так далее.

Энергия. Величина, которую почти невозможно определить. Энергия не может быть создана или уничтожена, она может быть только преобразована из одной формы в другую. Среди множества известных форм энергии — тепловая, электрическая, звуковая, энергия движения и так далее.

Энергия планка. Сверхвысокая энергия, при которой гравитация становится сравнима по силе с остальными фундаментальными силами природы.

Ядерная реакция. Любой процесс, в ходе которого атомные ядра одного типа превращаются в атомные ядра другого типа.

Ядерная энергия. Избыточная энергия, которая высвобождается, когда одно атомное ядро превращается в другое атомное ядро.

Ядерный синтез. Спекание (склеивание) двух легких ядер, в результате чего образуется более тяжелое ядро и высвобождается энергия связи ядра. Самая важная для человека реакция ядерного синтеза — склеивание ядер водорода в недрах Солнца и формирование, таким образом, гелия: ведь «побочный продукт» такой реакции — солнечный свет.

CNO-цикл. Серия ядерных реакций, посредством которых звезды гораздо массивнее Солнца превращают водород в гелий. Процесс называется циклом, потому что он возвращается к начальной точке и в итоге воссоздает углерод, израсходованный в этих ядерных реакциях.

[1]Вольфганг Эрнст Паули (1900–1958) — швейцарский физик-теоретик, лауреат Нобелевской премии по физике за 1945 г.

[2]Поль Валери (1871–1945) — французский поэт, эссеист, философ. Цитата взята из сборника «Дурные мысли и прочее» (1941). Перевод В. Козового.

[3]Джон Арчибальд Уилер (1911–2008) — американский физик-теоретик, член Национальной академии наук США. Научные работы Джона Уилера относятся к ядерной физике, проблеме термоядерного синтеза, специальной и общей теории относительности, единой теории поля, теории гравитации, астрофизике.

[4]На самом деле Комптон использовал не видимый свет, а рентгеновские лучи. Это высокоэнергетическое излучение настолько обаятельно, что запросто выманивает электроны из атомов. Фактически они реагируют на рентгеновские лучи так, как если бы были свободно плавающими электронами, а не частицами, связанными прочными узами с атомным ядром. (Прим. автора).

[5]Как ни удивительно, но понятие «относительность» могло стать естественным и даже не слишком выдающимся продуктом физики шестнадцатого века. Уже после открытия Эйнштейна многие поняли, что относительность, по сути своей, — неизбежное следствие двух вещей. Первая заключается в том, что законы физики выглядят одинаково независимо от того, каким манером вы движетесь, лишь бы скорость движения оставалась постоянной. Например, если два человека перебрасываются мячом, то форма траектории мяча будет одной и той же как в том случае, когда люди развлекаются в поле, так и в том случае, когда они резвятся в поезде, мчащемся со скоростью 100 километров в час. Вторая — это то, что законы физики выглядят одинаково независимо от вашего размещения в трехмерном пространстве. И вовсе не обязательно что-то там предполагать насчет скорости света, как это сделал Эйнштейн. Относительность вполне могла быть открыта Галилеем. См. статью Митчелла Фейгенбаума «Теория относительности — дитя Галилея» (https://xxx.lanl.gov/abs/0806.1234). (Прим. автора).

[6]В действительности она выдержала даже больше, чем проверку временем, с тех пор как выяснилось, что не только вещества, но и все остальное в природе — зернистое. «Зернышко» — таково значение слова «квант» в квантовой теории [Разумеется, только в квантовой теории — и, конечно же, это мнение автора. Потому что на самом деле значение слова «квант» совсем иное. Quantum на латинском языке означает «сколько», от латинского же quantus — «сколько; как много». Прим. перев. ]. Квант — невидимая крупинка чего-либо. Вещество состоит из квантов. А также энергия, электрический заряд, время и так далее. Мы живем в фундаментально зернистом мире. (Прим. автора).

[7]Томас Юнг (принято Юнг, но правильнее Янг, 1773–1829) — английский физик, врач, астроном и востоковед, один из создателей волновой теории света.

[8]Цит. по: В. Гейзенберг. Физика и философия. Перевод с немецкого И. А. Акчурина и Э. П. Андреева. — М.: Наука, 1989.

[9]Всегда остается возможность, что «под» квантовой теорией существует еще более глубинный уровень реальности и что разнообразные вероятности определяются факторами, действующими на этом уровне, так же как вращение костей при броске определяется факторами пространства, окружающего кости. Эту возможность продолжают исследовать некоторые ученые, например английский физик Энтони Валентини и голландский физик Герард ‘т Хоофт, лауреат Нобелевской премии по физике за 1999 год. Однако они остаются в меньшинстве. Судя по всему, квантовая теория прекрасно работает при том условии, что непредсказуемость — действительно фундаментальная основа природы, ее нижний этаж, так что большинство физиков не видят веских причин заглянуть куда-нибудь поглубже. (Прим. автора).

[10]Другая горькая ирония заключается в том, что, в 1900 году, когда Планк предположил существование кванта, лорд Кельвин, один из величайших физиков своего времени, изучив достижения своих коллег, изрек: «В настоящее время в физике ничего нового открыть невозможно. Все, что нам остается, — это дальнейшее уточнение результатов измерений». Как же он ошибался! (Прим. автора).

[11]Эксперимент Юнга с двумя прорезями — один из поворотных в истории науки. Однако сегодня вы можете доказать, что свет — это волна, при помощи лазерной указки и металлической линейки. Просто посветите лазером под очень маленьким углом вдоль линейки, так чтобы узенький луч высветил деления, наиболее близкие к источнику света. Каждое деление будет работать как вторичный источник концентрических световых волн, которые, распространяясь в пространстве, проходят друг сквозь друга. Там, где они усиливают друг друга, возникнут яркие пятна, и эти пятна обязательно проявятся, особенно если на пути света попадется белая стена. Строго говоря, эти пятна — результат «дифракции», явления, тесно связанного с интерференцией, но в любом случае несомненно характерного для волн. (Прим. автора).

[12]Ричард Филлипс Фейнман (1918–1988) — выдающийся американский ученый. Один из создателей квантовой электродинамики. Предложил партонную модель нуклона (1969), теорию квантованных вихрей. Реформатор методов преподавания физики в вузе. Лауреат Нобелевской премии по физике 1965 г. Приведенная цитата взята из знаменитых «Фейнмановских лекций по физике»: Р. Фейнман, Р. Лейтон, М. Сэндс. Фейнмановские лекции по физике. Перевод с английского А. В. Ефремова, Г. И. Копылова, О. А. Хрусталева. — М.: Мир, 1965.— Вып. III. Гл. 38.

[13]Адриан Митчелл (1932–2008) — английский поэт, романист и драматург. Один из критиков назвал его «британским Маяковским».

[14]См. главу 1. (Прим. автора).

[15]Двойное название объясняется тем, что закон был независимо переоткрыт французским физиком Эдмом Мариоттом (1620–1684) в 1679 г.

[16]Замечание, сделанное Эйнштейном в апреле 1921 г., во время его первого визита в Принстонский университет. Цит. по: Ronald W. Clark, Einstein: The Life and Times, New York: Avon Books, 1971.

[17]Проблема заключалась в том, что есть исключения — элементы, атомные веса которых не кратны атомному весу водорода. Например, атомный вес хлора — 35, 5. Праут не знал, что хлор бывает нескольких видов (речь идет об изотопах), атомный вес каждого вида в точности кратен атомному весу водорода, но в среднем получается именно 35, 5. (Прим. автора).

[18]По сути, альфа-лучи, испускаемые радием, — не что иное, как ядра атомов гелия, но тут мы немного забегаем вперед. Просто к тому моменту, когда Резерфорд обнаружил их, они уже соединились с электронами, и получились именно атомы гелия. (Прим. автора).

[19]На самом деле есть еще третий тип лучей, которые может испускать радиоактивное вещество. Это «гамма-излучение» — высокоэнергетическое электромагнитное излучение с чрезвычайно малой длиной волны. (Прим. автора).

[20]Термин «ядро» не использовался до 1912 года. (Прим. автора).

[21]Из эссе Чарлза Перси Сноу «Резерфорд». Перевод Г. Льва. Цит. по: Ч. П. Сноу. Портреты и размышления. — М.: Прогресс, 1985.

[22]См. главу 1. (Прим. автора).

[23]Темная энергия невидима и заполняет все пространство, а его гравитационная сила отталкивания ускоряет расширение Вселенной. Плотность этой энергии ошеломительна: она выражается числом, где за единицей следуют 120 нулей. И все же это меньше, чем величина, предсказываемая квантовой теорией — лучшим объяснением реальности на сегодняшний день. (Прим. автора).

[24]Де Бройль думал, что волны материи — и впрямь волны материи. Но вспомним, что волна, ассоциированная с частицей подобной электрону, гораздо более абстрактна. Это вероятностная волна, которая распространяется в соответствии с уравнением Шрёдингера, и высота этой волны в любом месте — строго говоря, квадрат высоты — определяется шансом, или вероятностью нахождения здесь частицы. (Прим. автора).

[25]Другое популярное объяснение заключается в том, что существует бесконечное количество параллельных реальностей, «сброшюрованных» как страницы бесконечной книги. Эта «многомировая интерпретация» предполагает следующее: когда частица находится в суперпозиции, соответствующей пребыванию в двух местах одновременно, на самом деле она пребывает в двух местах не одной и той же реальности; то есть одно «место» — в одной реальности, а второе — в «соседней». С этой точки зрения частица проходит только через одну прорезь в светонепроницаемом экране, но интерферирует она с частицей, которая прошла сквозь другую прорезь в соседней реальности.(Прим. автора).

[26]Здесь мы по-прежнему говорим об «акте наблюдения», или взаимодействии пули со стенкой, отчего пуля начинает некоторым образом рыскать из стороны в сторону. Другими словами, мы говорим, что неопределенность не свойственна частице «от рождения», она порождается актом наблюдения. На самом же деле неопределенность именно свойственна частице. Лучшая иллюстрация этого — декогерентность, распад суперпозиционных состояний. (Прим. автора).

[27]Цит. по: Р. Фейнман, Р. Лейтон, М. Сэндс. Фейнмановские лекции по физике. Перевод с английского А. В. Ефремова, Г. И. Копылова, О. А. Хрусталева. — М.: Мир, 1965. — Вып. III. Гл. 38.

[28]Здесь имеется в виду «масса покоя». Некоторые частицы, такие, как фотоны, не имеют массы покоя. Они рождены, чтобы двигаться со скоростью света, и не могут существовать в покое по отношению к чему-либо или кому-либо. (Прим. автора).

[29]См. главу 2. (Прим. автора).

[30]Конечно, ширина и долгота используются, чтобы точно определить местоположение на поверхности земного шара. Но это возможно только потому, что все точки на поверхности находятся на одном и том же расстоянии от центра Земли.

[31]Этим подчеркивается лишь то, что квантовая теория — просто-напросто еще одна теория о том, что мы может узнать или измерить, — а это, собственно, и есть смысл любой научной теории. Если мы знаем только результат события — например, результат взаимодействия между двумя идентичными частицами, — мы не вправе спрашивать, откуда этот результат взялся. В сущности, такой вопрос «незаконен» с точки зрения науки. Он лишен смысла. Как сказал Нильс Бор: «Квантового мира не существует. Есть только абстрактное физическое описание. Ошибочно думать, что задача физики — выяснить, что там такое природа. Физику заботит, что мы можем сказать о природе». [Это высказывание Нильса Бора было впервые приведено его сотрудником Оге Петерсеном в статье «Философия Нильса Бора» («Бюллетень ученых-атомщиков». Т. 19. № 7. Сентябрь, 1963) Прим. перев. ]. (Прим. автора).

[32]«Стрела» и «стрелка» в русском языке — по сути, одно и то же слово, в отличие от английского языка, где стрела — это arrow, а стрелка часов — hand. Тем не менее образ удобный и внятный, искать ему замену было бы неправильно, просто нужно помнить, что, когда речь идет о вероятностях, употребляется слово «стрела», а в реальных часах фигурируют, конечно же, «стрелки».

[33]На самом деле все частицы с полуцелым спином —1/2, 3/2, 5/2 и так далее — фермионы, а частицы с целым спином — 0, 1, 2 и так далее — бозоны. (Прим. автора).

[34]Доказать, что частицы со спином 1/2 (или, в общем случае, частицы с полуцелым спином) подчиняются принципу запрета, было очень непросто. Только в 1940 году — спустя 16 лет после того, как он сформулировал принцип запрета, — Паули доказал так называемую теорему о связи спина со статистикой. (Прим. автора).

[35]Первый намек на существование спина дало то наблюдение, что «вращение» электрона направлено по магнитному полю. Когда электрон в атоме перепрыгивает из одного состояния в другое — совершает так называемый квантовый скачок, — он испускает или поглощает свет с энергией, равной разнице между энергиями в этих состояниях. Однако в магнитном поле свет может иметь два немного различных значения энергии — чуть больше и чуть меньше положенного. Объясняется это тем, что спин электрона может быть направлен по полю или против поля и каждому из этих направлений соответствует свое значение энергии, немножко отличное от второго. Интересно, что Паули сформулировал свой принцип запрета до того, как американские физики голландского происхождения Сэмюэл Гаудсмит (1902–1978) и Джордж Уленбек (1900–1988) открыли собственно спин электрона в 1925–1926 годах. Хотя Паули ничего не ведал про спин, он тем не менее знал о двузначности (zweideutigkeit) энергетических состояний электрона в магнитном поле. (Прим. автора).

[36]См. главу 2. (Прим. автора).

[37]Отто Штерн (1888–1969) — немецкий физик, выдающийся экспериментатор. В числе его заслуг — открытие спина, измерение атомных магнитных моментов, демонстрация волновой природы атомов и молекул, открытие магнитного момента протона. Лауреат Нобелевской премии по физике в 1943 г.

[38]Восторженная реплика Джеймса Франка по данному поводу заслуживает того, чтобы ее здесь привести: «Сам радиус действия этого эффекта заставляет признать Паули величайшим теоретиком всех времен!»

[39]Джон Фредерик Вильям Гершель (1792–1871) — английский астроном и физик, сын Уильяма Гершеля. Был известен также как замечательный оратор и популяризатор науки. Его «Очерки по астрономии», выдержавшие с 1849 по 1893 г. двенадцать изданий, долгое время служили образцом популярной книги по астрономии.

[40]Если кому-то хочется знать точнее — пожалуйста: масса Солнца составляет 1, 99 •1030кг.

[41]Единственное, в чем проявляется состав сгораемого тела, так это в том, насколько быстро оно теряет тепло, а последнее зависит от количества свободных электронов, поскольку именно свободные электроны, как выяснилось, прекрасно умеют «рассеивать», или перенаправлять, излучаемое тепло, тормозя его выход из центра тела во внешнее пространство. Объект, состоящий преимущественно из водорода, располагает всего одним свободным электроном на каждое атомное ядро, чтобы удерживать внутреннее тепло, тогда как у объектов, состоящих из более тяжелых атомов, свободных электронов больше. (Прим. автора).

[42]Анаксагор из Клазомен (ок. 500 до н. э. — 428 до н. э.) — древнегреческий философ, математик и астроном, основоположник Афинской философской школы.

[43]Анаксагор мог позволить себе быть точным — ведь он первым понял, что Луна непрозрачна, а потому, проходя перед Солнцем, отбрасывает на Землю тень. Он смог оценить размер тени со слов очевидцев — главным образом моряков — во время кольцеобразного солнечного затмения 478 года до нашей эры. Тень накрыла Пелопоннесский полуостров, из чего Анаксагор сделал вывод: Луна «столь же велика, сколь и Пелопоннес», а Солнце, следовательно, «во много раз больше Пелопоннеса». (Прим. автора).

[44]См. главу 3. (Прим. автора).

[45]Первоначально Гершель окрестил Уран «Звездой Георга» (Georgium Sidus) в честь короля Великобритании Георга III. Не так уж много людей знают это. (Прим. автора).

[46]Эта оценка была сделана в 1658 году ирландским архиепископом Джеймсом Ашшером. (Прим. автора).

[47]Надо сказать, что в 1862 г. Уильям Томсон еще не был лордом Кельвином. Королева Виктория пожаловала ученому пэрство с титулом «барон Кельвин» в 1892 г. Однако в литературе чаще встречается именно лорд Кельвин, а не Уильям Томсон — вне зависимости от того, о каком периоде жизни ученого идет речь. Автор данной книги повсюду именует Уильяма Томсона просто Кельвином. Это, разумеется, неточность (если не сказать фамильярность). «Кельвин» — не имя и не фамилия, а титул, который полностью звучит так: «1-й барон Кельвин из Ларгса» (при этом Ларгс — город, а Кельвин — река, близ которой располагалась лаборатория Уильяма Томсона, работавшего и преподававшего в Университете Глазго). Тем не менее авторское «Кельвин» повсюду сохранено.

[48]Более сложное объяснение этого явления требует использования закона сохранения энергии. В процессе откачивания энергия движения поршня превращается в тепловую энергию воздуха позади поршня — другими словами, вызывает хаотичное, бешеное движение молекул воздуха. (Прим. автора).

[49]См. главу 2. (Прим. автора).

[50]Если распад атома непредсказуем, это предполагает следующее: допустим, вы наблюдаете за ним, скажем, десять минут, затем следующие десять минут, еще десять минут, и так далее, — сколько бы вы ни наблюдали, у атома одни и те же шансы на то, что он распадется в любой из этих десятиминутных интервалов. Если же шансы не равны и, положим, более вероятен распад между 30-й и 40-й минутами, а не в любой другой интервал, тогда очевидно, что его поведение уже не непредсказуемо — вы знаете, что он, скорее всего, распадется между 30-й и 40-й минутами. Теперь предположим, что у нас есть образец, содержащий большое количество радиоактивных атомов. И вероятность того, что они распадутся в первые десять минут, — допустим, 1/2. Следовательно, по прошествии десяти минут половина атомов не распадется, а половина — распадется. Спустя двадцать минут распадется половина из тех, что остались, то есть четверть, и так далее. Этот простенький пример показывает, как равные шансы распада в каждый десятиминутный интервал приводят к закону радиоактивного распада с периодом полураспада в 10 минут. А вот что не столь уж просто для понимания, так это следующее: даже если вероятность распада атома в любой конкретный период времени будет составлять 1/10, 1/63 или 0, 000 023, из этого в любом случае воспоследует все тот же закон радиоактивного распада, характеризующийся специфическим периодом полураспада для каждого радиоактивного элемента. (Прим. автора).

[51]Следует заметить, что автор несколько упростил и даже исказил высказывание Резерфорда. В полном виде оно звучит так: «В этих процессах мы могли бы получить гораздо больше энергии, чем ее дает протон, однако на круг мы не стали бы ожидать, что можно извлекать энергию таким образом. Это очень скудный и неэффективный способ производства энергии, и все, кто искали источник энергии в трансформации атомов, несли вздор. Тем не менее сам предмет был интересен с научной точки зрения, потому что он позволил заглянуть внутрь атома…» Под «процессами» имеются в виду эксперименты по расщеплению лития, проведенные учениками Резерфорда Джоном Кокрофтом (1897–1967) и Эрнестом Уолтоном (1903–1995) в 1932 г. (в будущем Кокрофт и Уолтон поделят Нобелевскую премию по физике за 1951 г. «за исследовательскую работу по превращению атомных ядер с помощью искусственно ускоряемых атомных частиц»). А свое знаменитое высказывание Резерфорд сделал, произнося речь на съезде Британской ассоциации развития науки 11 сентября 1933 г. На следующий день речь Резерфорда была опубликована в газете «Таймс». Эти слова ученого постоянно цитируют, и очень часто они приводятся как пример недальновидности великого физика. В защиту Резерфорда надо сказать, что он не так уж и ошибался. Ведь речь шла о расщеплении лития, легкого элемента, а такие процессы действительно требуют больших энергетических затрат, плохо соизмеримых с выходом энергии, и практической пользы от такого ядерного деления мало. Расщепление атомов легких элементов, осуществляемое на современных ускорителях, и в наши дни остается очень неэффективным способом получения энергии.

[52]При всем уважении к автору данной книги приходится поправить его и в этом случае. Видимо, между автором и Резерфордом сложились какие-то непростые вневременные отношения (великий физик умер за 22 года до рождения Маркуса Чоуна). Дело в том, что приведенная здесь цитата взята из классической работы Эрнеста Резерфорда и его соратника Фредерика Содди (лауреата Нобелевской премии по химии 1921 г.) «Радиоактивное превращение», опубликованной в шестом номере «Лондонского, Эдинбургского и Дублинского философского научного журнала» за 1903 г., то есть за тридцать лет до того, как Резерфорд произнес свои знаменитые слова о «вздоре». Совершенно явно, что этой работой он никак не мог «взять свои слова назад». Более того, именно в статье «Радиоактивное превращение» Резерфорд и Содди пришли к выводу, что «энергия радиоактивных превращений по крайней мере в 20 000 раз, а может, и в миллион раз превышает энергию любого молекулярного превращения», и в любом случае «энергия, скрытая в атоме, во много раз больше энергии, освобождающейся при обычном химическом превращении». Чрезвычайно прозорливые слова! Можно повторить дату: 1903 г.

[53]Цит. по: Дэвид Боданис. Е=mc2. Биография самого знаменитого уравнения в мире. Перевод с английского С. Ильина. — М.: КоЛибри, 2009.

[54]На самом деле все, что сделали Аткинсон и Хоутерманс, — это поставили с ног на голову идею, высказанную их коллегой Георгием Гамовым. Он первым применил квантовую теорию к атомным ядрам, пытаясь объяснить радиоактивный альфа-распад, при котором ядро гелия на сверхвысокой скорости вылетает из нестабильного ядра тяжелого элемента, например радия. Проблема в том, что альфа-частицы не обладают достаточной энергией, чтобы выбраться из своей ядерной тюрьмы, — они замурованы в самом низу шахты, — и тем не менее они находят способ выбраться, спонтанно появляясь на нижних склонах ядерного холма. Гамов понял, что ключом к этому их поведению в стиле Гарри Гудини служит квантовая природа альфа-частиц. Хотя у них недостаточно энергии, чтобы добраться до верха шахтного ствола, их распределенная в пространстве «волнистость» позволяет частицам «туннелировать» сквозь склон холма на свободу. (Прим. автора).

[55]Цит. по: Роберт Юнг. Ярче тысячи солнц. Перевод В. Н. Дурнева. — М.: Государственное издательство литературы в области атомной науки и техники, 1961.

[56]Георгий Антонович Гамов (также известен как Джордж Гамов, 1904–1968) — советский и американский физик-теоретик, астрофизик и популяризатор науки. В 1933 г. покинул СССР, став «невозвращенцем». В 1940 г. получил гражданство США. Член-корреспондент АН СССР (с 1932 по 1938 г., восстановлен посмертно в 1990 г.). Член Национальной академии наук США (1953). Известен своими работами по квантовой механике, атомной и ядерной физике, астрофизике, космологии, биологии.

[57]Джон Дайсон Фримен (р. 1923) — американский физик-теоретик английского происхождения. Один из создателей квантовой электродинамики. Высказывание Дайсона процитировано в книге Джона Барроу и Фрэнка Типлера «Антропный космологический принцип» (1986).

[58]Перевод К. Чуковского.

[59]Цит. по: Огюст Конт. Курс позитивной философии: в 6 томах. Полный перевод с последнего 5-го французского издания под редакцией, с примечаниями и статьями профессоров С. Е. Савича, С. П. Глазанала, О. Д. Хвольсона, Д. И. Менделеева, К. И. Тимирязева, А. С. Лаппо-Данилоевского, И. М. Гревса и Н. О. Лосского, с приложением статьи профессора Н. И. Кареева. — СПб, 1901, — Книга II. Глава I.

[60]Это не совсем так. Густав Роберт Кирхгоф проводил свои опыты в 1854 г., а Огюст Конт умер в 1857-м. Конечно, французский философ знал о новейших достижениях естественных наук, просто он до последних дней продолжал стоять на своем.

[61]Р. Фейнман, Р. Лейтон, М. Сэндс. Фейнмановские лекции по физике. Перевод с английского А. В. Ефремова, Г. И. Копылова, О. А. Хрусталева. — М.: Мир, 1965. — Вып. I. Гл. 3.

[62]Цит. по: Алекс Виленкин. Мир многих миров. Физики в поисках параллельных вселенных. Перевод с английского А. Сергеева. — М.: ACT: Астрель: CORPUS, 2010.

[63]Впоследствии выяснилось, что легчайшие ядра, такие, как дейтерий — тяжелый водород — и гелий, все-таки были сделаны в огненном шаре Большого взрыва. По сути, в итоге десятиминутной бури ядерных реакций примерно 10 % ядер стали ядрами гелия; эту пропорцию мы видим сегодня по всей Вселенной, и то, что реальность совпала с картиной, предсказанной физиками, преподносится как один из главных триумфов модели Большого взрыва. (Прим. автора).

[64]Хойл был одним из тех ученых, которые часто оказываются правы даже в тех случаях, когда они ошибаются. Хотя разработанный им механизм образования красных гигантов был неверен, холодные, плотные, темные облака газообразного водорода, обоснованные Хойлом, действительно существуют. Это и есть те места, где рождаются новые звезды. Астроном оказался прав и в другом. Предложенная им «аккреция» — процесс, в ходе которого звезды собирают вокруг себя газообразный водород, — один из самых важных и наиболее распространенных процессов во Вселенной. Помимо всего прочего аккреция питает чудовищные «сверхмассивные» черные дыры, которые таятся в сердце практически любой галактики, включая наш с вами Млечный Путь. (Прим. автора).

[65]На самом деле звезда должна иметь массу, по меньшей мере троекратно превышающую массу Солнца, чтобы ее температура достигла 100 миллионов градусов. (Прим. автора).