Symphony of Science

Symphony of Science — музыкальный проект во главе с Джоном Босуэлл, предназначеный для научного познания и философии в музыкальной форме.
В этой статье вы можете познакомиться с некоторыми из них. Это действительно потрясающе!
Показать текст песни

(Carl Sagan's lyrics written by Carl Sagan, Ann Druyan and Steven Soter)


[Hawking]
We observe that distant galaxies are moving away from us
They must have been closer together in the past

It was the beginning of the universe
And of time itself
Anything that happened before the big bang
Could not affect what happened after

[Dawkins]
The poetry of the expanding universe
The poetry of the complexity of life
We're not normally equipped to understand
And science gives it to us

Science is opening your eyes
To the wonderfulness of what's there
Science is opening your eyes
To the poetry of the expanding universe

[Sagan]
The early cosmos was everywhere white hot
But then as time passed
The radiation expanded and cooled

Then little pockets of gas began to grow
Steadily brightening, we call them the galaxies

[Shears]
In the big bang we had equal amounts of matter and anti-matter
And as soon as they met each other,
They annihilated together

And this battle played out
Whilst the universe expanded
In its first minute of existence

[DeGrasse Tyson]
It's not all that hard to detect the big bang
All you need to do is change the channel
Until you come between two stations

About one percent of the snow and noise
Comes from the big bang itself
We're all eavesdropping
On the birth pains of the cosmos

От Большого взрыва до наших дней

Сегодня вы познакомились с теорией Большого взрыва. Но с того взрыва прошло около 14млрд. лет, что же происходило в этот период со Вселенной? С этим мы и попытаемся разобраться.

Темная эпоха

Более 13 миллиардов лет назад случилось событие, после которого образовалась наблюдаемая Вселенная. Произошел Большой взрыв. До Большого взрыва плотность во Вселенной могла быть гигантской, но не бесконечной, а сингулярность не могла быть меньше кванта объема (в кубических сантиметрах - 98 нулей после запятой). События не могли быть короче кванта времени. Стараясь объединить принципы общей теории относительности и квантовой механики, физики разработали теорию струн и теорию петлевой квантовой гравитации, конкурирующие в объяснении устройства мира. Темная эпоха Как ни удивительно, вскоре после Большого взрыва, через полмиллиона лет, началась эпоха, когда во Вселенной было совершенно темно, пусто и холодно. Темная эпоха продолжалась примерно 250 миллионов лет. Во Вселенной не было ни одной звезды, ни одной галактики. Если в начале Темной эпохи глаз человека еще мог бы заметить тускло-красное равномерное свечение неба, то теперь темнота стала вездесущей. Пространство было заполнено главным образом темной материей и реликтовым излучением, которое тогда было более коротковолновым (инфракрасным), соответствовало примерно 150 К (-120оС) и продолжало остывать по мере расширения пространства. Барионная материя составляла 1/10 темной и состояла из атомов водорода и гелия в пропорции 4:1 по массе. Темная энергия практически никакой роли не играла. События Темной эпохи установлены с помощью расчетных моделей, потому что ничего, кроме реликтового излучения, оттуда до нас не дошло. Но модели достаточно надежны; именно модели дают представление о природе Темной эпохи. Когда связь реликтового излучения с веществом разорвалась и излучение стало самостоятельным явлением, красное смещение z составляло огромную величину, z = 1200.

Теория Большого взрыва

Согласно теории Большого Взрыва, Вселенная в момент образования была в тысячи раз более плотном и горячем состоянии, чем сейчас. Этот период рождения мира в науке называют космологической сингулярностью. Момент начала расширения Вселенной, то есть окончания сингулярного состояния, и получил название Big Bang.

Астрономы употребляют термин «Большой взрыв» в двух взаимосвязанных значениях. С одной стороны этим термином называют само событие, ознаменовавшее зарождение Вселенной около 15 миллиардов лет назад; с другой — весь сценарий ее развития с последующим расширением и остыванием.

Концепция Большого взрыва появилась с открытием в 1920-е годы закона Хаббла. Этот закон описывает простой формулой результаты наблюдений, согласно которым видимая Вселенная расширяется и галактики удаляются друг от друга. Нетрудно, следовательно, мысленно «прокрутить пленку назад» и представить, что в исходный момент, миллиарды лет назад, Вселенная пребывала в сверхплотном состоянии. Такая картина динамики развития Вселенной подтверждается двумя важными фактами.

Космический микроволновой фон

 

В 1964 году американские физики Арно Пензиас и Роберт Уилсон обнаружили, что Вселенная наполнена электромагнитным излучением в микроволновом диапазоне частот. Последовавшие измерения показали, что это характерное классическое излучение черного тела, свойственное объектам с температурой около –270°С (3 К), т. е. всего на три градуса выше абсолютного нуля.

Теория струн — объективно о главном

Внимание, пристегните покрепче ремни — и я попробую описать вам одну из самых странных теорий из числа серьезно обсуждаемых сегодня научных кругах, которая способна дать наконец окончательную разгадку устройства Вселенной. Теория эта выглядит настолько дико, что, вполне возможно, она правильна!

— Я хотя бы не выдумываю 26 измерений, чтобы свести задачу к математике.
— Я их не выдумывал, они существуют!
— В какой это такой Вселенной?
— Во всех, в этом вся суть!

Различные версии теории струн сегодня рассматриваются в качестве главных претендентов на звание всеобъемлющей универсальной теории, объясняющей природу всего сущего. А это — своего рода Священный Грааль физиков-теоретиков, занимающихся теорией элементарных частиц и космологии. Универсальная теория (она же теория всего сущего) содержит всего несколько уравнений, которые объединяют в себе всю совокупность человеческих знаний о характере взаимодействий и свойствах фундаментальных элементов материи, из которых построена Вселенная. Сегодня теорию струн удалось объединить с концепцией суперсимметрии, в результате чего родилась теория суперструн, и на сегодняшний день это максимум того, что удалось добиться в плане объединения теории всех четырех основных взаимодействий (действующих в природе сил). Сама по себе теория суперсимметрии уже построена на основе априорной современной концепции, согласно которой любое дистанционное (полевое) взаимодействие обусловлено обменом частицами-носителями взаимодействия соответствующего рода между взаимодействующими частицами (см. Стандартная модель). Для наглядности взаимодействующие частицы можно считать «кирпичиками» мироздания, а частицы-носители — цементом.

Научно-популярные программы

Пожалуй любовь к науке вырастает из мелочей — первая собранная электрическая цепь, в виде батарейки, проводка и лампочки; первое насекомое изученное с помощью лупы; первая телепрограмма по телевизору, которая отложила заметный отпечаток на твоем сознании. О таких программах я и хочу сейчас поговорить. Наверно те кто не в первый раз читает этот блог — догадываются, что я технарь. Делить людей на технарей и гуманитариев — не разумно, поэтому не важно кто я. Хотя некая склонность к одним из этих «общин» все же отразилась на моем вкусе, но я уверен, что всякий человек найдет в этой статье много знакомого, полезного и интересного.

Начнем, пожалуй, с самой известной, из подобных. С ней мне довелось познакомиться во временна ТК «рамблер», тогда еще только заканчивались съемки 1го сезона

Разрушители легенд

Суть: «Разрушители легенд» (англ. MythBusters) — американская научно-популярная телепередача на канале Discovery Channel. Передачу ведут специалисты по спецэффектам Джейми Хайнеман и Адам Севидж, использующие свои навыки и опыт для экспериментальной проверки различных баек, слухов, городских легенд и других порождений популярной культуры. Съёмки передачи обычно проходят в области залива Сан-Франциско.

Здесь есть все чтобы шоу стало популярным — харизматический Адам, сексуальная Кэри Байрон, сноб — Джейми, ну и конечно же блекждек и шлюхи взрывы и спецэффекты.

Теория относительности «для чайников»

Недавно, вы поверхностно познакомились с одним из «китов» физики — квантовой механики. Сейчас пришло время поведать о другой, не менее важной, и масштабной частью физики — теории относительности. Приготовитесь к «стене» текста (хотя что в этом плохого?), или можете сразу проматывать вниз, там есть видео для ленивых :3

Был этот мир туманной мглой окутан.
"Да будет свет" и вот явился Ньютон.
Но Сатана недолго ждал реванша.
Пришел Эйнштейн,- и стало все как раньше.

Говорят, что прозрение пришло к Альберту Эйнштейну в одно мгновение. Ученый якобы ехал на трамвае по Берну (Швейцария), взглянул на уличные часы и внезапно осознал, что если бы трамвай сейчас разогнался до скорости света, то в его восприятии эти часы остановились бы — и времени бы вокруг не стало. Это и привело его к формулировке одного из центральных постулатов относительности — что различные наблюдатели по-разному воспринимают действительность, включая столь фундаментальные величины, как расстояние и время.

Говоря научным языком, в тот день Эйнштейн осознал, что описание любого физического события или явления зависит от системы отсчета, в которой находится наблюдатель (см. Эффект Кориолиса). Если пассажирка трамвая, например, уронит очки, то для нее они упадут вертикально вниз, а для пешехода, стоящего на улице, очки будут падать по параболе, поскольку трамвай движется, в то время как очки падают. У каждого своя система отсчета.

Но хотя описания событий при переходе из одной системы отсчета в другую меняются, есть и универсальные вещи, остающиеся неизменными. Если вместо описания падения очков задаться вопросом о законе природы, вызывающем их падение, то ответ на него будет один и тот же и для наблюдателя в неподвижной системе координат, и для наблюдателя в движущейся системе координат. Закон распределенного движения в равной мере действует и на улице, и в трамвае. Иными словами, в то время как описание событий зависит от наблюдателя, законы природы от него не зависят, то есть, как принято говорить на научном языке, являются инвариантными. В этом и заключается принцип относительности.

Большой адронный коллайдер. Принципы, тайны и их разгадки.

     Наверное каждый человек имеющий интернет или телевизор слышал о таком «чуде» как Большой адронный коллайдер. Возможно большинство из вас знают, что это ускоритель частиц, но для чего нужно ускорять частицы? Попробуем в этом разобраться, заодно узнаем принцип его работы.

     Большой адронный коллайдер — ускоритель заряженных частиц на встречных пучках, предназначенный для разгона протонов и тяжёлых ионов (ионов свинца) и изучения продуктов их соударений.
     Большим назван из-за своих размеров: длина основного кольца ускорителя составляет 26 659 м; адронным — из-за того, что он ускоряет адроны, то есть частицы, состоящие из кварков; коллайдером (англ. collide — сталкиваться) — из-за того, что пучки частиц ускоряются в противоположных направлениях и сталкиваются в специальных точках столкновения.

Поставленные перед БАКом задачи

     В начале XX века в физике появились две основополагающие теории — общая теория относительности (ОТО) Альберта Эйнштейна, которая описывает Вселенную на макроуровне, и квантовая теория поля, которая описывает Вселенную на микроуровне. Проблема в том, что эти теории несовместимы друг с другом. Например, для адекватного описания происходящего в чёрных дырах нужны обе теории, а они вступают в противоречие.
     Эйнштейн многие годы пытался разработать единую теорию поля, но безуспешно, поскольку игнорировал квантовую механику. В конце 1960-х физикам удалось разработать Стандартную модель (СМ), которая объединяет три из четырёх фундаментальных взаимодействий — сильное, слабое и электромагнитное. Гравитационное взаимодействие по-прежнему описывают в терминах ОТО. Таким образом, в настоящее время фундаментальные взаимодействия описываются двумя общепринятыми теориями: ОТО и СМ. Их объединения пока достичь не удалось из-за трудностей создания теории квантовой гравитации.
     Для дальнейшего объединения фундаментальных взаимодействий в одной теории используются различные подходы: теория струн, получившая своё развитие в М-теории (теории бран), теория супергравитации, петлевая квантовая гравитация и др. Некоторые из них имеют внутренние проблемы, и ни у одной из них нет экспериментального подтверждения. Проблема в том, что для проведения соответствующих экспериментов нужны энергии, недостижимые на современных ускорителях заряженных частиц.
     БАК позволит провести эксперименты, которые ранее было невозможно провести и, вероятно, подтвердит или опровергнет часть этих теорий. Так, существует целый спектр физических теорий с размерностями больше четырёх, которые предполагают существование «суперсимметрии» — например, теория струн, которую иногда называют теорией суперструн именно из-за того, что без суперсимметрии она утрачивает физический смысл. Подтверждение существования суперсимметрии, таким образом, будет косвенным подтверждением истинности этих теорий.
Видео ниже: