Глазами физика. От края радуги к границе времениТекст

12
Отзывы
Читать фрагмент
Как читать книгу после покупки
Шрифт:Меньше АаБольше Аа

Walter Lewin,

with Warren Goldstein

FOR THE LOVE OF PHYSICS:

From the End of the Rainbow to the Edge of Time – a Journey Through the Wonders of Physics

Научный редактор Игорь Красиков

Издано с разрешения FREE PRESS, a division of SIMON & SCHUSTER Inc., и литературного агентства Andrew Nurnberg

© Walter Lewin and Warren Goldstein, 2011

© Перевод на русский язык, издание на русском языке, оформление. ООО «Манн, Иванов и Фербер», 2017

* * *

Эту книгу хорошо дополняют:

13,8. В поисках истинного возраста Вселенной и теории всего

Джон Гриббин

Квантовая вселенная

Брайан Кокс, Джефф Форшоу

Почему E=mc²?

Брайан Кокс, Джефф Форшоу

Простые вопросы

Владимир Антонец

Удовольствие от x

Стивен Строгац

Посвящается всем, кто вдохновил меня на любовь к физике и искусству.

Уолтер Левин


Посвящается моему внуку Калебу Бенджамину Лурии.

Уоррен Гольдштейн

Введение

Высокий и худой, одетый в голубую рабочую блузу с закатанными до локтей рукавами, брюки цвета хаки, сандалии и белые носки, профессор шагает туда-сюда в передней части лекционного зала, декламируя, жестикулируя и иногда ради усиления эффекта останавливаясь между длинными рядами классных досок и длинноногих лабораторных столов. Перед ним ряд за рядом возвышаются четыре сотни парт со студентами, которые время от времени ерзают на своих местах, однако глаза их словно прикованы к профессору; кажется, будто этот человек с огромным трудом сдерживает мощную энергию, пронизывающую все его тело. Высоким лбом, копной непослушных седых волос, очками и едва заметным европейским акцентом он довольно сильно напоминает дока Кристофера Ллойда Брауна из фильма «Назад в будущее» – такой же неугомонный, не от мира сего, слегка сумасшедший ученый-изобретатель.

Но это не гараж дока Брауна, а Массачусетский технологический институт (МТИ), самый известный технический университет США, возможно, даже мира, а лекцию сегодня читает профессор Уолтер Левин. Вот он останавливается и поворачивается к аудитории. «Итак, самое важное в любых измерениях – о чем, однако, не упоминается ни в одном учебнике физики для высшей школы, – профессор в негодовании широко разбрасывает руки с растопыренными пальцами, – это их неточность». Он делает паузу и пару шагов, давая студентам время, чтобы обдумать услышанное, затем останавливается и продолжает: «Любые измерения, которые вы делаете, без учета неточности попросту бессмысленны». Руки опять резко разлетаются в стороны, рассекая воздух для пущей выразительности. Очередная многозначительная пауза.

«Я буду повторять это вновь и вновь. Я хочу, чтобы вы услышали мои слова сегодня, проснувшись в три часа ночи». Он приставляет указательные пальцы к вискам и крутит ими, будто желая просверлить отверстия в своем мозге. «Любое измерение, которое вы сделаете, не помня о его неточности, абсолютно бессмысленно». Студенты смотрят на него в полном восторге.

Идет одиннадцатая минута первой лекции «Физика 8.01», видимо, самого знаменитого университетского вводного курса в физику во всем мире.

В декабре 2007 года New York Times поместила на первой полосе статью об Уолтере Левине, в которой назвала профессора «веб-звездой» МТИ, потому что его лекции по физике были доступны не только на сайте MITOpenCourseWare, но и на YouTube, iTunes U и Academic Earth. Лекции Левина МТИ разместил в интернете одними из первых, и, как показало время, это было очень мудрое решение. Девяносто четыре лекции – три полных курса плюс семь отдельных лекций – ежедневно прослушивают около трех тысяч человек, что значит миллионы просмотров в год. В числе их активных слушателей сам Билл Гейтс, который, по его собственному признанию – кстати, отправленному Уолтеру обычной почтой! – просмотрел весь курс 8.01, «Классическая механика», 8.02, «Электричество и магнетизм», и с нетерпением ждет 8.03, «Колебания и волны».

Слова «вы изменили мою жизнь» довольно часто встречаются в электронных письмах, которые профессор Левин получает каждый день от людей всех возрастов со всех уголков планеты. Стив, флорист из Сан-Диего, например, пишет: «В моей походке появилась новая пружина, и теперь я смотрю на жизнь глазами цвета физики». Мохаммед, студент из Туниса, сетует: «К сожалению, здесь, в моей стране, профессора, в отличие от вас, не видят в физике никакой красоты, и я от этого сильно страдаю. Они просто хотят научить нас решать типичные задачи, чтобы мы успешно сдали экзамен, и никогда не заглядывают дальше этого узкого горизонта». Иранец Сейед, уже получивший диплом магистра в двух американских университетах, признается: «Я никогда по-настоящему не радовался жизни, пока не узнал, как вы преподаете физику. Профессор Левин, вы действительно изменили мою жизнь. Ваше изложение предмета стоит в десятки раз больше, чем мы платим за обучение, и превращает НЕКОТОРЫХ, но не всех, преподавателей просто в кучку преступников. Потому что учить плохо – это преступление, за которое надо наказывать». Сиддхарт из Индии пишет: «Благодаря вам за всеми этими уравнениями я почувствовал физику. Ваши ученики, как и я, всегда будут помнить вас как очень-очень чуткого педагога, который сделал жизнь и учебу гораздо интереснее, чем они были в наших самых смелых мечтах».

Вышеупомянутый Мохаммед с энтузиазмом цитирует заключительную лекцию Левина по физике 8.01: «Надеюсь, вы всегда будете помнить из моих лекций то, что физика может быть невероятно интересной и красивой и что она повсюду, надо только научиться видеть и ценить ее красоту». Марджори, еще один фанат профессора, написала: «Я смотрю ваши лекции при любой возможности, иногда по пять раз в неделю. Я очарована вами, вашим чувством юмора, а больше всего – вашей способностью все доходчиво объяснять. В школе я ненавидела физику, но вы заставили меня полюбить ее».

Левин получает по несколько десятков таких писем каждую неделю, и на все он отвечает.

Знакомя слушателей с чудесами физики, Уолтер Левин творит волшебство. В чем же секрет профессора? «Я ввожу людей в их собственный мир, – говорит он, – мир, в котором они живут и который неплохо знают, хоть и не смотрят на него глазами физика… по крайней мере пока. Рассказывая, например, о волнах на воде, я прошу слушателей провести несколько экспериментов дома в ванной, чтобы они сами убедились, насколько тесно взаимодействуют с этим явлением. А еще с радугой. Именно за это я так сильно люблю физику: с ее помощью можно объяснить все что угодно. И это прекрасный, потрясающий опыт – и для моих слушателей, и для меня самого. Я прививаю своим студентам любовь к физике! Иногда, когда удается по-настоящему заинтересовать аудиторию, просто физически ее чувствуешь».

Во время лекции Левин может вскарабкаться на верхушку высоченной лестницы и потягивать клюквенный сок из стоящей на полу мензурки через длинную соломинку, составленную из лабораторных трубок. Порой он рискует получить серьезную травму, когда подставляет голову под довольно мощный удар небольшого, но весьма опасного груза, раскачивающегося в миллиметре от его подбородка. Он палит из винтовки по наполненным водой банкам из-под краски, пропускает через собственное тело электрический заряд в 300 тысяч вольт с помощью устройства под названием генератор Ван де Граафа, очень напоминающего прибор из лаборатории безумного ученого, героя научно-фантастического фильма, в результате его и без того растрепанные волосы просто встают дыбом. Профессор использует собственное тело как элемент экспериментального оборудования, при этом он любит повторять: «В конце концов, наука требует жертв!» В ходе одной из таких демонстраций профессор забирается на крайне неудобный металлический шар, который привязан к концу веревки, подвешенной к потолку лекционного зала (он называет эту конструкцию матерью всех маятников), и качается взад-вперед, пока студенты хором ведут подсчет колебаний. И все это он делает ради того, чтобы наглядно показать им, что число колебаний любого маятника в любой заданный период времени не зависит от веса, привязанного к его концу.

Сын Уолтера Эммануил (Чак) Левин, посещавший лекции отца, вспоминает: «Однажды я видел, как он вдыхал гелий, чтобы изменить свой голос. Чтобы достичь нужного эффекта – ведь дьявол, как известно, кроется в деталях, – он чуть не довел себя до обморока». Опытный художник, истинный мастер мела и учебной доски, Левин с завидной легкостью рисует на ней геометрические фигуры, векторы, графики, астрономические явления и – животных. Его метод рисования пунктирных линий так сильно очаровал нескольких студентов, что они выложили на YouTube забавное видео под названием «Некоторые из лучших линий Уолтера Левина», состоящее из отрывков его лекций. В ролике профессор в разные моменты лекций курса 8.01 рисует на доске свои знаменитые пунктиры. (Вы можете посмотреть это видео по адресу www.youtube.com/watch?v=raurl4s0pjU.)

Впрочем, Уолтер Левин не только на удивление харизматичен и обладает даром всецело завладевать вниманием слушателей – он настоящий эксцентрик, буквально одержимый физикой. Например, профессор постоянно носит в бумажнике два поляризатора – устройства, позволяющие в любой момент увидеть, поляризован ли некий источник света, например голубое небо, радуга или отражение от окна, – и показать это любому человеку.

 

А как насчет синих рабочих блуз, в которых профессор приходит на лекции? Оказывается, они не такие уж простые. Один раз в несколько лет Левин заказывает десяток таких рубах у гонконгского портного, которые тот шьет из высококачественного хлопка по спецификации профессора. Нестандартного размера карман с левой стороны предназначен для календаря. И никаких карманных протекторов[1]: этот физик-актер-учитель явно имеет собственные постоянные предпочтения в моде. В связи с этим у многих, кто смотрит на Левина, возникает вполне резонный вопрос: интересно, а почему он носит брошь в виде пластиковой яичницы? Это странно для университетского профессора! Левин объясняет это очень просто: «Пусть уж лучше яичница будет у меня на рубашке, чем на лице»[2].

А что делает на левой руке профессора огромное кольцо с розовым плексигласом? А что это за серебристая штуковина прицеплена к его рубашке в районе пупка, на которую профессор украдкой поглядывает во время лекций?

Каждое утро, одеваясь, Левин выбирает что-нибудь из сорока колец, тридцати пяти брошей и десятков браслетов и ожерелий. Тут его вкусовые предпочтения колеблются от эклектики (кенийские браслеты из бисера, ожерелье из крупных кусков янтаря, пластиковые броши в виде разных фруктов) до античности (тяжелый серебряный туркменский браслет-манжета), от дорогих дизайнерских ювелирных изделий до простых и откровенно уморительных вещичек (например, ожерелье из лакричных конфет). «Я заметил, что студенты обращают на это внимание, – говорит он, – вот и решил надевать на каждую лекцию разные аксессуары. И конечно, я всегда делаю это, выступая перед детьми. Им очень нравится».

А что это за штуковина, похожая на зажим для галстука необычно большого размера, прикреплена к его рубашке? Оказывается, это специальные часы – подарок друга-художника – с перевернутым вверх тормашками циферблатом. Такое расположение позволяет профессору, глядя вниз, незаметно следить за временем.

Может показаться, что Левин – этакий классический рассеянный профессор. На самом деле он просто постоянно поглощен обдумыванием какого-то физического явления. Его жена Сьюзан Кауфман вспоминает: «Когда мы едем в Нью-Йорк, машину всегда веду я. Недавно вытаскиваю из бардачка карту – не помню уже, зачем, – и вижу на ее полях какие-то уравнения. Это Уолтер сделал во время нашей последней поездки – ему было скучно. Он думает о физике, о своих учениках и лекциях двадцать четыре часа в сутки».

По словам давнего друга Левина, историка архитектуры Нэнси Штибер, самая яркая черта его характера, пожалуй, «лазерно-точная направленность интереса. Он всегда так сильно поглощен тем, чем занимается в данный момент, что 90 процентов окружающего мира для него просто перестают существовать. Этот лазерный фокус исключает все малозначимые для Уолтера вещи. Он погружается в процесс так глубоко, что просто не видит ничего вокруг».

А еще профессор Левин – настоящий перфекционист: он фанатично одержим деталями. Он не только лучший в мире преподаватель физики, но и пионер в области рентгеновской астрономии. На протяжении двух десятилетий он создавал, тестировал и наблюдал за субатомными и астрономическими явлениями с помощью сверхчувствительного оборудования, предназначенного для сверхточных измерений рентгеновского излучения. Запуская в небо огромные сверхчувствительные аэростаты, плавно скользящие в верхних слоях атмосферы Земли, Левин одним из первых начал изучать экзотический зверинец астрономических явлений, например рентгеновские вспышки. Открытия, сделанные им и его коллегами в этой области, помогли снять завесу тайны с природы смерти звезд в результате взрывов массивных сверхновых и подтвердили, что черные дыры действительно существуют.

Опыт научил Уолтера Левина проверять и тестировать все по несколько раз, чем в значительной мере объясняется не только его впечатляющий успех в астрофизике, но и потрясающая четкость и ясность, с которыми он раскрывает величие законов Ньютона, а также объясняет, почему струны скрипки издают столь мелодичные звуки и почему человек, едущий в лифте, теряет и набирает вес, пусть и на очень короткое время.

Каждую новую лекцию Левин обязательно репетирует в пустой аудитории по меньшей мере трижды; последняя репетиция проходит в пять утра в день лекции. «Думаю, его лекции настолько результативны потому, что он тратит на их подготовку довольно много времени», – говорит астрофизик Дэвид Пули, бывший студент профессора и некогда его ассистент в аудитории.

Когда в 2002 году физический факультет МТИ номинировал Левина на престижную педагогическую премию, многие из его коллег отмечали именно эти качества профессора. Ярче всех опыт изучения физики у Левина описал Стивен Либ, в настоящем профессор электротехники и компьютерных наук лаборатории электромагнитных и электронных систем МТИ, который в 1984 году прослушал курс лекций профессора «Электричество и магнетизм». «Он ворвался на сцену, – вспоминает Либ, – схватил нас за мозги и прокатил на американских горках электромагнетизма. Я до сих пор помню те невероятные ощущения в затылке! В учебной аудитории он гений и непревзойденный изобретатель простых объяснений сложных идей».

Однажды Роберт Халсизер, коллега Левина по физфаку, попытался смонтировать отрывки из видеодемонстраций профессора в нечто вроде рекламного ролика для других университетов, но быстро понял невозможность этой затеи. «Его демонстрации настолько тесно вплетены в ткань повествования, включая кульминацию и развязку, что точно определить время их начала и конца просто нереально. Уолтер излагает учебный материал настолько богато и насыщенно, что его просто не удается разделить на составные части».

Больше всего в подходе Уолтера Левина к знакомству слушателей с чудесами физики потрясает тот безграничный восторг, с каким он рассказывает о магии окружающего мира. Его сын Чак с нежностью вспоминает, как отец всегда старался донести это ощущение душевного подъема до него и его братьев и сестер: «Он умел заставить нас восхищаться совершенно простыми вещами, постоянно помешивая эту смесь радости, удивления и ликования. Я имею в виду рассказы о невероятных событиях, центром которых он был, а мы чувствовали себя абсолютно счастливыми только оттого, что жили и находились рядом с ним сейчас. Однажды мы ездили на каникулы в штат Мэн. Погода, помнится, была не очень хорошая, и мы просто слонялись без дела, как поступают все дети, когда им скучно. И вдруг отец где-то нашел маленький мячик и совершенно спонтанно придумал любопытную игру. Через минуту к нам присоединились дети из соседних пляжных домиков. И вот нас было уже четверо, пятеро, шестеро… Мы бросали и ловили мяч и хохотали. Помню, я испытывал тогда абсолютный восторг и счастье. Если подумать, в жизни меня мотивировали именно такие моменты всеобъемлющей радости, четкое видение того, какой должна быть счастливая жизнь и что она может дать. И все это я знаю благодаря отцу».

Зимой Уолтер Левин придумывал для своих детей игры, основанные на проверке аэродинамических свойств бумажных самолетиков, запуская их в большой гостиной с открытым камином. «К ужасу мамы, – вспоминает Чак, – мы выхватывали их из огня, полные решимости в следующий раз выиграть соревнование».

Когда у Левиных бывали гости, Уолтер председательствовал в игре под названием «Путешествие на Луну». Чак рассказывает: «Мы приглушали в комнате свет и барабанили кулаками по столу, имитируя шум запуска ракетного двигателя. Некоторые дети даже залезали для этого под стол. Достигнув открытого космоса, мы переставали стучать, а как только прилунялись, начинали двигаться по гостиной огромными замедленными шагами, притворяясь, что на нас не действует сила земного притяжения. Кое-кто из гостей, должно быть, думал, что мы рехнулись. Но для нас, детей, это была настоящая фантастика! Путешествие на Луну!»

Вот уже более полувека Уолтер Левин отправляет своих студентов на Луну, начиная с того самого дня, как впервые вошел в учебную аудиторию. Навсегда очарованный тайной и красотой мироздания – от радуги и нейтронных звезд до бедренной кости мыши и волшебных звуков музыки, – вдохновленный стараниями ученых и художников, которые пытались и все еще пытаются объяснить и в самом выгодном свете представить людям окружающий мир, Уолтер Левин – один из самых страстных, преданных и искусных из ныне живущих научных гидов по этому миру. В следующих главах вы сами почувствуете, с какой страстью, преданностью и мастерством профессор делится с читателем любовью всей своей жизни – любовью к физике. В добрый путь!

Уоррен Гольдштейн

1. От ядра атома к открытому космосу

На самом деле это удивительно: отец моей матери был неграмотным сторожем, а я, всего два поколения спустя, стал штатным профессором Массачусетского технологического института. Я очень многим обязан голландской системе образования. Поступив в свое время в аспирантуру Технологического университета Делфта в Нидерландах, я одним выстрелом убил трех зайцев.

Для того чтобы заплатить за учебу, мне пришлось взять кредит у правительства Нидерландов на условиях ежегодного списания его пятой части в случае, если я буду преподавать полный рабочий день, то есть не менее двадцати часов в неделю. И я сразу же начал преподавать физику! Кроме того, преподавание освобождало меня от армии – еще одно преимущество! Военная служба, безусловно, стала бы для меня абсолютной катастрофой. Дело в том, что у меня «аллергия» на любые формы власти – таков уж я от природы! Я был уверен, что в этом случае все закончилось бы вечными пререканиями с командирами и, соответственно, постоянным мытьем полов. Я стал преподавать математику и физику полный рабочий день, по двадцать два часа в неделю, шестнадцати-семнадцатилетним ребятам в лицее Либанон в Роттердаме. И так я убивал своих трех зайцев: избегал армии, погашал кредит и получал ученую степень.

А еще я осваивал искусство преподавания. Возможность учить школьников казалась мне на редкость ценной: я всегда старался положительно влиять на их сознание, делать свои занятия интересными, даже забавными, хотя порядки в лицее, признаться, были довольно строгими. В верхней части двери каждого класса было сделано окошко, и время от времени кто-нибудь из школьного начальства подставлял стул и следил через него за учителями. Можете себе такое представить?

К счастью, мне удалось не погрязнуть в унылой школьной культуре. Энтузиазм бил из меня ключом, и я старался передать его ученикам, чтобы помочь им по-новому взглянуть на красоту окружающего мира. Иными словами, я хотел повлиять на их сознание таким образом, чтобы они оценили прекрасный мир физики и поняли, что физика повсюду, что она пронизывает всю нашу жизнь. И самое главное – я сам очень быстро понял, что важен не материал, который ты даешь, а тайны, которые им открываешь. Излагать перед классом учебную тему обычно довольно скучно, и ученики, конечно же, тоже чувствуют эту скуку. А вот если учитель при объяснении законов физики помогает им увидеть эти законы через формулы и уравнения, он демонстрирует им процесс научных открытий во всей его новизне и воодушевлении, и ребятам очень нравится быть частью этого.

Следует сказать, что я подходил к делу совершенно не так, как большинство учителей и как было принято в нашей школе. Каждый год школа спонсировала недельную поездку учителя с детьми в лагерь, расположенный на природе, далеко от города. Однажды мы с женой возили туда моих учеников, и нам там очень понравилось. Мы все вместе готовили еду и спали в палатках. А поскольку находились очень далеко от городских огней, то однажды мы разбудили детей посреди ночи, напоили горячим шоколадом и пошли смотреть на звезды. Мы показывали им планеты и созвездия, и ребята увидели Млечный Путь во всей его красе.

 

Я не изучал астрофизику в университете и не преподавал ее. Вообще-то я занимался разработкой научных экспериментов по выявлению некоторых самых мелких частиц во Вселенной, но астрономия всегда притягивала и очаровывала меня. По правде говоря, почти каждый физик хранит в душе любовь к астрономии. Многие мои нынешние коллеги во время учебы в школе создавали собственные телескопы. Например, мой давний друг и коллега по МТИ Джордж Кларкот, еще будучи школьником, отполировал с этой целью пятнадцатисантиметровое зеркало. Почему физики так любят астрономию, спросите вы. Во-первых, прогресс в физике – взять хоть теорию орбитального движения – часто достигается при изучении вопросов астрономии, в ходе наблюдений и разработки теорий. Кроме того, астрономия – это и есть физика, только в контексте увеличенного ночного неба. Все эти затмения, кометы, падающие звезды, шаровые скопления, нейтронные звезды, гамма-вспышки, струи, планетарные туманности, сверхновые звезды, скопления галактик, черные дыры.

Взгляните на небо и задайте себе самые простые вопросы: почему небо голубое, закаты красные, а облака белые? Физика ответит на них на все! Солнечный свет состоит из всех цветов радуги. Проделывая свой путь через земную атмосферу, он рассеивается во всех направлениях на молекулах воздуха и мельчайших частицах пыли, намного меньших по размеру, чем микрон, – длина, равная тысячной доле миллиметра. Это явление называется рассеянием Рэлея. Синяя часть спектра рассеивается сильнее других цветов, примерно в пять раз сильнее красной. Следовательно, когда вы смотрите на небо днем в любом направлении[3], преобладает голубой рассеянный цвет. Поэтому и небо голубое! А при взгляде на небо с Луны (возможно, вы видели фотографии) оно кажется не голубым, а черным, каким мы, земляне, видим его в ночное время. Почему? Да потому что на Луне нет атмосферы.

Почему закаты красного цвета? По той же причине, по которой небо голубое. Когда Солнце находится на уровне горизонта, его лучи проходят через более толстый слой атмосферы, в котором сильнее рассеиваются и отфильтровываются зеленая, синяя и фиолетовая части спектра. К тому времени, когда свет достигает наших глаз – и облаков над нашей головой, – он состоит в основном из желтого, оранжевого и особенно красного цветов. Вот почему иногда кажется, что небо на закате и восходе буквально пылает.

А почему облака белые? Дело в том, что капли воды в облаках намного крупнее крошечных частиц, делающих небо голубым, а когда свет рассеивается на этих гораздо более крупных частицах, все цвета в нем рассеиваются в равной степени и свет остается белым. Если же облако содержит большое количество влаги или находится в тени другого облака, то свет проходит плохо и облако кажется темным.

Одна из моих любимых демонстраций – создание в классе фрагмента голубого неба. Чтобы показать это, я выключаю свет в аудитории и направляю очень яркий прожектор белого света на потолок комнаты у доски. Прожектор тщательно отгорожен экранами. Затем я зажигаю несколько сигарет и держу их в световом пучке. Частицы дыма достаточно малы для получения эффекта рассеяния Рэлея, и, поскольку синяя часть спектра рассеивается сильнее, студенты видят синий дым. Далее начинается следующий этап демонстрации. Вдохнув дым сигареты, я удерживаю его в легких примерно минуту. Сделать это не всегда легко, но наука требует жертв. Затем я выдыхаю дым в световой луч, и студенты видят белый дым – я создал белое облако! Мельчайшие частицы дыма выросли в моих легких, потому что там много водяного пара. Теперь все цвета спектра рассеиваются одинаково, и рассеянный свет получается белым. Цвет дыма меняется, и это поистине удивительно!

С помощью этого примера я отвечаю сразу на два вопроса: почему небо голубое и почему облака белые? В сущности, есть еще и третий, весьма интересный вопрос о поляризации света, но к нему вернемся в главе 5.

В том лагере на природе я мог показать ученикам туманность Андромеды – единственную галактику, видную невооруженным глазом, потому что она находится на расстоянии всего 2,5 миллиона световых лет (около 24 миллионов триллионов километров) от Земли. По астрономическим меркам это сущие пустяки. Эта галактика состоит из почти 200 миллиардов звезд. Только представьте: 200 миллиардов звезд! А мы видим на небе нечто малюсенькое и нечеткое.

Тогда с ребятами мы наблюдали множество метеоритов, которые обычно называют падающими звездами. Если проявить терпение, то каждые четыре-пять минут можно увидеть один из них. В годы поездок в лагерь спутников у Земли еще не было, а теперь их множество. В настоящее время на орбите нашей планеты вращается более двух тысяч спутников. И если не отрывать взгляд от неба в течение хотя бы пяти минут, почти наверняка увидишь хоть один – особенно сразу после захода Солнца или перед восходом, когда светило еще не село или уже взошло для спутника и солнечный свет еще отражается от него и попадает в поле зрения. Чем более удален спутник и, соответственно, чем больше разница во времени между заходом Солнца на Земле и на спутнике, тем в более позднее ночное время его можно увидеть. Понять, что это спутник, можно по скорости его движения: он движется быстрее остальных небесных тел, за исключением метеоритов. Однако если он мигает, то, уж поверьте мне, это самолет.

Мне всегда очень нравилось показывать Меркурий: эта планета расположена ближе всех к Солнцу, и ее крайне трудно увидеть невооруженным глазом. Лучше всего планета видна лишь пару десятков вечеров и утр в году. Меркурий оборачивается вокруг Солнца за 88 дней, поэтому и назван в честь быстроногого римского бога-гонца. Увидеть эту планету трудно, потому что ее орбита проходит очень близко к Солнцу. С точки зрения земного наблюдателя, она никогда не отклоняется от Солнца более чем на 25 градусов, этот угол меньше, чем расстояние между часовыми стрелками в одиннадцать часов. Вы можете увидеть Меркурий только вскоре после захода Солнца или прямо перед его восходом, когда планета больше всего удалена от Солнца, если смотреть с Земли. При наблюдении с поверхности Земли Меркурий всегда находится близко к горизонту, поэтому увидеть его, скорее всего, можно в сельской местности, где нет высоких домов. Но как же прекрасен Меркурий, когда все же удается его обнаружить на небе!

Наблюдение за звездами соединяет человека с бесконечностью Вселенной. Если долго вглядываться в ночное небо, до тех пор, пока не привыкнут глаза, можно неплохо рассмотреть структуру дальних уголков нашей Галактики Млечный Путь – 100–200 миллиардов звезд, объединенных в единый кластер, словно вплетенных в восхитительно нежную прозрачную ткань. Размер Вселенной непостижим для человеческого разума, но мы можем хоть немного осознать ее величие, попытавшись понять грандиозность Млечного Пути.

Сегодня в науке принято считать, что во Вселенной может быть столько галактик, сколько звезд в нашей Галактике. В сущности, всякий раз, направляя телескоп в открытый космос, человек видит в основном галактики – с таких огромных расстояний звезды попросту неразличимы, – и каждая из них действительно состоит из миллиардов звезд. Вспомните о недавнем открытии на небосводе огромной структуры, названной Великой стеной Слоуна; ее нанесли на карту благодаря реализации крупного проекта Sloan Digital Sky Survey («Слоуновский цифровой обзор неба»), ради которого объединили усилия более трехсот астрономов и инженеров и двадцать пять университетов и научно-исследовательских институтов. Гигантский телескоп этого проекта, пущенный в работу в 2000 году, наблюдает за небом каждую ночь. Длина Великой стены Слоуна равна более миллиарда световых лет. Ну что, голова закружилась? Если нет, учтите, что наблюдаемая Вселенная, то есть та ее часть, которую мы можем видеть, составляет около 90 миллиардов световых лет.

Вот она, мощь физики! Только эта наука способна открыть нам, что наблюдаемая Вселенная состоит примерно из 100 миллиардов галактик или что из всей материи в видимой Вселенной лишь около четырех процентов – это обычная материя, из которой состоят звезды и галактики, а также вы и я. Еще около 23 процентов составляет темная материя, невидимая для человека. Нам известно, что она существует, но что это такое – мы не знаем. Оставшиеся 73 процента, или основная часть энергии в нашей Вселенной, – это темная энергия, тоже невидимая. Никто в мире не имеет ни малейшего представления о том, что она такое. Получается, что мы практически ничего не знаем о почти 96 процентах массы/энергии во Вселенной. Физика объяснила человечеству многие вещи, но в мире осталось еще так много неразгаданных тайн. Лично меня это очень вдохновляет!

Физика исследует невообразимо необъятный мир Вселенной, причем она способна проникнуть в суть мельчайших частиц материи вроде нейтрино, составляющих ничтожно малую часть протона. Как раз этой теме я как физик посвящал большую часть своего времени: я изучал сверхмалые частицы, измеряя и регистрируя выбросы частиц и излучение радиоактивных ядер. Этот вопрос изучает ядерная физика, вернее, тот ее отдел, который не имеет никакого отношения к атомной бомбе. Попросту говоря, предмет моего научного интереса составляло изучение на самом фундаментальном уровне того, что заставляет материю функционировать и развиваться.

1Карманный протектор – небольшой чехол с несколькими отделениями, которые смогут вместить все, что может понадобиться преподавателю, – от ручки и лазерной указки до флеш-накопителей и смартфонов. Прим. ред.
2To have egg on one’s face (англ.) – в буквальном переводе «иметь яйцо на лице», что в переносном смысле означает «сесть в лужу», «опростоволоситься». Прим. пер.
3Осторожно: никогда не смотрите прямо на Солнце!
Купите 3 книги одновременно и выберите четвёртую в подарок!

Чтобы воспользоваться акцией, добавьте нужные книги в корзину. Сделать это можно на странице каждой книги, либо в общем списке:

  1. Нажмите на многоточие
    рядом с книгой
  2. Выберите пункт
    «Добавить в корзину»