Большая часть новогодних каникул позади, поэтому пора понемногу возвращать бодрость нашему мозгу:-) Подготовили подборку интересных идей из научно-популярных книг.
Электрон Уилера и Золотое правило Вселенной
В своей книге «Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман!» Фейнман рассказывает, что однажды ему позвонил возбужденный наставник Джон Уилер, который сказал: «Я знаю, почему все электроны имеют одинаковый заряд и одну и ту же массу!» Фейнман спросил почему. Уилер ответил: «Потому что все они — это один и тот же электрон!» Ученый мгновенно понял идею Уилера. На фейнмановской диаграмме при рассеянии электрон отскакивает обратно в прошлое.
Но предположим, что когда-то, в отдаленном прошлом, движущийся назад во времени электрон вновь рассеется на чем-то, отразится и снова двинется вперед во времени. Тогда у нас будут уже два электрона, существующие одновременно, но на самом деле они окажутся одной и той же частицей. Может быть, все электроны связаны таким образом и существует лишь один, который мечется назад и вперед во времени.
Сейчас. Физика времени
Возможно, когда-нибудь кто-нибудь организует на основе идеи Уилера новую религию. Человеческая душа после смерти движется назад во времени, рассеивается (отражается) и становится душой, движущейся вперед, — другой личностью. Это происходит многократно. Может быть, во Вселенной существует всего одна душа. Приятным аспектом такой религии стало бы то, что в ней не требуется постулировать Золотое правило. Мало того, Золотое правило неизбежно возникает само по себе: то, что ты делаешь с другими, на самом деле делаешь с самим собой.
Эйнштейн: планеты следуют по прямым линиям
Старое гравитационное поле Ньютона ушло в прошлое, замененное неевклидовой геометрией, которая зависела от плотности существующей поблизости энергии (включая энергию массы). Эйнштейн позволил пространству-времени иметь произвольную геометрию, включая искривления и растяжения.
Точно так же, как на поверхности Земли имеются горы и долины, четыре измерения пространства-времени могут изгибаться и поворачиваться, сжиматься и расширяться, оставаясь при этом протяженными и целостными.
Планеты и их спутники, согласно этим взглядам, просто двигались по орбите вокруг массивных тел, подчиняясь действующим на них силам и следуя тем курсом, который представлялся им «прямой линией» (они еще называются геодезическими). Планеты, обращающиеся по своим орбитам вокруг звезд, следуют по прямой линии не сквозь космическое пространство, а сквозь пространство-время.
Из книги «Сейчас. Физика времени»
Как правильно размешивать чай (спойлер: турбулентно!)
Когда вы мешаете жидкость — чай, кофе, краску или соус, — то обычно помещаете в сосуд с ними какой-то предмет и вращаете его. Таким образом вы просто разгоняете жидкость, которая движется в ламинарных потоках (пласты, которые не перемешиваются).
Этот способ помешивания вполне привычен, но с точки зрения физики гораздо быстрее и эффективнее мешать турбулентным способом. Например, мешая содержимое сосуда в одном направлении, потом резко останавливаясь и мешая в противоположную сторону.
Атомы у нас дома
Из книги «Атомы у нас дома»
Восточная философия и физика
Религиозные и философские трактаты индусов, буддистов и даосов описывают мир в категориях движения, текучести и изменчивости. Динамический характер восточной философии — одна из важнейших ее особенностей. Восточные мистики воспринимают Вселенную как сплошную паутину, переплетения которой динамичны. Эта паутина наделена жизнью; она непрестанно движется, растет и изменяется.
Современная физика тоже пришла к пониманию мира в виде своеобразной паутины взаимоотношений и, подобно восточному мистицизму, постулирует ее внутреннюю динамичность. С динамическим аспектом материи мы сталкиваемся в квантовой теории, описывающей двойственную природу субатомных частиц, одновременно обладающих свойствами частиц и волн, и еще больше — в теории относительности, где единство пространства и времени предполагает, что материя не может существовать вне движения.
Танец энергии
Открытие, что масса — разновидность энергии, заставило нас кардинально пересмотреть наши взгляды на понятие частицы. Масса уже не рассматривается как величина, определяющая наличие в том или ином объекте определенного количества некой материальной субстанции, а частицы рассматриваются не как базовый «материал» природы, а как сгустки энергии.
Частицы нужно представлять не как неподвижные трехмерные объекты, подобные бильярдным шарам или крупинкам песка, а как четырехмерные структуры в пространстве-времени.
Субатомные частицы — динамические модели, каждая из которых имеет пространственный и временной аспекты. Пространственный придает им характеристики объектов, обладающих массой, а временной — характеристики процессов, в которые включено количество энергии, равное их массе. Эти динамические модели, или «пучки энергии», формируют устойчивые ядерные, атомарные и молекулярные структуры, которые и образуют материю, придавая ей вид твердого тела. Это и заставляет нас думать, что окружающие предметы состоят из некой материальной субстанции.
Дао физики
На макроскопическом уровне это понятие может существовать в качестве упрощения, но на атомарном уровне оно лишено смысла. Атомы состоят из частиц, в которых нет признаков материального (наблюдения только подтверждают это). Всё говорит о том, что мы имеем дело с динамическими структурами, постоянно преобразующимися одна в другую, т. е. с непрекращающимся танцем энергии.
Из книги «Дао физики»
Путь света
Откуда брошенный мяч знает, что должен описать именно эту дугу, максимально сократив действие? Откуда лучу света известно, что он должен выбрать траекторию, сводящую к минимуму время распространения? В ответ на эти вопросы Фейнман представил теорию, которая служила для осмысления не только новых тайн квантовой механики, но и обманчиво невинных задачек, с которыми сталкивается любой начинающий студент-физик. Проходя через воду, свет преломляется под точным углом. От поверхности зеркала он отскакивает, как бильярдный шар. Кажется, что свет движется по прямой. Этот путь — путь наименьшего времени — особенно примечателен, потому что отражает ситуацию, когда вклады соседних траекторий почти совпадают по фазе и потому усиливают друг друга. Но на краю зеркала — вдали от пути наименьшего времени — траектории обнуляются.
Фейнман показал это; он доказал, что траектории, которые на первый взгляд кажутся несущественными, всегда присутствуют в общей картине, затаившись где-то на заднем плане; их вклады не проходят незамеченными, они готовы заявить о себе в любой момент такими явлениями, как миражи и дифракционная решетка. «Электрон делает все, что ему вздумается, движется в любом направлении с любой скоростью, вперед или назад во времени — как ему захочется. А потом ты просто складываешь амплитуды и получаешь волновую функцию».
Гений
Из книги «Гений»
Акустика неолита
Ученые установили, что большинству особо почитаемых религиозных мест в мире присущи уникальные акустические свойства. Изучая пещеры Арси-сюр-Кюр во Франции, музыкальный этнограф из Парижского университета Егор Резников обнаружил крупнейшую коллекцию наскальных рисунков эпохи неолита на глубине около километра, которые намеренно размещались в наиболее акустически привлекательных точках пещеры — с самым сильным резонансом.
Теория Резникова сводилась к тому, что неандертальцы собирались возле нарисованных изображений и молились или пели, исполняя некий религиозный обряд и используя отражение звука от стен пещеры для магического усиления звучания собственных голосов.
Проследив эту тенденцию в истории, музыковеды обнаружили, что то, что зародилось в доисторических пещерах, впоследствии проявилось в средневековых соборах. В Греции строили церкви с тонкими стенами, чтобы производить «звонкое эхо» — тройной звук, символизирующий взмах крыльев ангелов. Во Франции готические арки собора Нотр-Дам и Шартрского собора действуют как гигантские сабвуферы для органных труб. Тысячи лет мы использовали звуковую инженерию для изменения сознания.
«Во всех обществах,— писал невролог Оливер Сакс в журнале Brain,— основная функция музыки состоит в пробуждении коллективных и общинных чувств, объединении и сплочении людей… Одно из наиболее драматических свойств музыки — ее способность вводить в состояние транса»
Инженерия пробуждения
Робототехник Майки Сигель, окончивший МТИ и получивший опыт работы в НАСА, решил создать прогрессивные инструменты, став основоположником науки, которая со временем получила название инженерии пробуждения. Один из его ранних прототипов преобразовывал сердечный ритм в звуковой сигнал. Идею Сигель позаимствовал из более раннего исследования, показавшего, что медитация, йога и молитва приводят к явным изменениям сердечного ритма. «Я носил это устройство три дня подряд,— вспоминает Сигель,— даже когда спал. Это немного раздражало. Би-ип, би-ип, бу-у, би-ип — и так постоянно.
С сорока ударов в минуту я научился повышать его до восьмидесяти и наоборот. Это была не более чем модная технологическая игрушка, но она показала мне потенциал».
Похищая огонь
Вскоре начался настоящий исследовательский бум. «Ученые всего мира изучают созерцательные практики,— говорит Сигель.— Они картографируют территорию. И все исследователи, включая меня, пользуются этой картой для создания так называемых технических инструментов самопознания, или устройств, помогающих нам настраивать внутренний мир». В ходе работы по вариабельности сердечного ритма Сигель обнаружил, что, добавив к оборудованию ЭЭГ (чтобы получать информацию о нейроактивности) и выводя все данные на монитор, он может синхронизировать сердечный ритм и мозговые волны целых групп людей и вводить их в состояние группового потока.
Из книги «Похищая огонь» (18+)
