Текст книги "Ткань космоса. Пространство, время и текстура реальности"

Автор книги: Брайан Грин

сообщить о нарушении

Текущая страница: 51 (всего у книги 52 страниц)

Словарь научных терминов

Абсолютизм.Система взглядов, в которой пространство считается абсолютным.

Абсолютное пространство.Ньютоновская концепция пространства; пространство считается неизменным, универсальным и не зависящим от того, что в нём содержится.

Абсолютное пространство-время.Взгляд на пространство и время с точки зрения специальной теории относительности; пространство-время в своей целостности (но не по отдельности) считается неизменным, универсальным и не зависящим от того, что в нём содержится.

Большое сжатие.Возможный конец Вселенной, напоминающий Большой взрыв, протекающий в обратном направлении, когда пространство коллапсирует в себя.

Вакуум.Настолько пустая область пространства, насколько это возможно; состояние с самой низкой энергией.

Вектор скорости.Величина скорости и направление движения объекта.

Великое объединение.Теория, объединяющая сильное, слабое и электромагнитное взаимодействия в рамках единого формализма.

Волна вероятности.Волна в квантовой механике, которая может кодировать вероятность обнаружения частицы в заданной точке пространства.

Волновая функция.См. Волна вероятности.

Вращательная инвариантность, вращательная симметрия.Независимость от вращения характеристик физической системы или теоретического закона.

Временной слой, срез по времени.Всё пространство в заданный момент времени; отдельное сечение блока пространства-времени.

Второе начало термодинамики.Закон, гласящий, что в среднем энтропия физической системы имеет тенденцию возрастать, начиная с любого заданного момента времени.

Глюоны.Частицы, передающие сильное взаимодействие.

Горизонт событий.Воображаемая сфера, окружающая чёрную дыру; после пересечения этой сферы обратного пути нет; всё, что пересекло горизонт событий, не может вырваться из гравитационного поля чёрной дыры.

Гравитоны.Гипотетические частицы, передающие гравитационное взаимодействие.

Замкнутые струны.Нити энергии (струны) теории струн в виде петель.

Запутанность, квантовая запутанность.Квантовое явление, при котором коррелируют свойства разнесённых в пространстве частиц.

Инерция.Свойство объектов сопротивляться своему разгону или замедлению.

Интерференция.Явление наложения волн, при котором происходит их взаимное усиление в одних точках пространства и ослабление – в других. В квантовой механике позволяет комбинироваться альтернативам, которые выглядят исключающими друг друга.

Инфлатон, поле инфлатона.Поле, энергия и отрицательное давление которого вызывают инфляционное расширение.

Инфляционная космология.Космологическая теория, включающая в себя краткий период раннего этапа развития Вселенной, когда та испытала колоссальное расширение с огромной скоростью.

Информация о выборе пути.Квантово-механическая информация, определяющая путь, выбранный частицей при движении от источника к детектору.

Квантовая механика.Теория, разработанная в 20–30-х гг. XX в. для описания области атомных и субатомных частиц.

Квантовая хромодинамика.Релятивистская квантовая теория поля, описывающая сильное взаимодействие.

Квантовые флуктуации.Неизбежные быстрые изменения силового поля на микроскопических масштабах, возникающие благодаря принципу неопределённости в квантовой физике.

Кварки.Частицы материи, участвующие в сильных взаимодействиях. Существует шесть разновидностей кварков ( u, d, c, s, t, b).

Классическая физика.В данной книге под классической физикой понимаются физические законы, введённые Ньютоном и Максвеллом. Термин «классическая физика» может пониматься и в более широком смысле и охватывать все неквантовые законы физики, включая уравнения специальной и общей теории относительности.

Критическая плотность.Величина средней плотности массы или энергии во Вселенной, которая требуется для того, чтобы пространство было плоским; равна приблизительно 10 ⁻²³г/см ³.

Коллапс волны вероятности, коллапс волновой функции.Гипотетический процесс, в ходе которого волна вероятности (волновая функция) мгновенно «схлопывается», переходя от формы, распределённой в пространстве, к острому пику.

Копенгагенская интерпретация.Толкование квантовой механики, в котором макроскопические объекты считаются подчиняющимися законам классической физики, а микроскопические объекты – законам квантовой физики.

Космическое микроволновое фоновое излучение, реликтовое излучение.Остаточное электромагнитное излучение (фотоны), сохранившееся с начальных этапов существования Вселенной и заполняющее всё пространство.

Космический горизонт, горизонт.Предельная удалённость точек в пространстве, откуда свет мог бы успеть дойти до нас с момента рождения Вселенной. Информация о более удалённых точках пространства нам недоступна.

Космологическая постоянная.Гипотетическая энергия и давление, однородно распределённые в пространстве. Происхождение и состав неизвестны.

Космология.Учение о рождении и эволюции Вселенной.

Микроволновое фоновое излучение.См. Космическое микроволновое фоновое излучение.

Многомировая интерпретация.Интерпретация квантовой механики, согласно которой все возможности, отражаемые волной вероятности, реализуются в «параллельных Вселенных».

Наблюдаемая Вселенная.Часть Вселенной в пределах нашего космического горизонта; часть Вселенной, находящаяся достаточно близко к нам, так что испущенный ею свет уже мог достичь нас; часть Вселенной, которую мы можем видеть.

Независимость от фона.Свойство физической теории, в которой пространство и время возникают из более фундаментальной концепции, а не вводятся аксиоматически.

Общая теория относительности.Эйнштейновская формулировка теории гравитации, в которой пространство-время передаёт гравитационное взаимодействие за счёт своей кривизны.

Объединённая теория.Теория, описывающая все взаимодействия и всю материю в рамках единого формализма.

Океан Хиггса.В данной книге под океаном Хиггса понимается средняя величина поля Хиггса в вакууме.

Открытые струны.Нити энергии (струны) в теории струн в виде отрезков с незамкнутыми концами.

Отрицательная кривизна.Вселенная, средняя плотность которой ниже критической, имеет отрицательную кривизну пространства; имеет седловидную форму.

Планковская длина.Составляет около 10 ⁻³³см. Порог длины, ниже которого возникает конфликт квантовой механики и общей теории относительности; размер, ниже которого рушатся обычные представления о пространстве.

Планковская масса.Приблизительно 10 ⁻⁵г (примерно масса небольшой пылинки), что в десять миллиардов миллиардов раз больше массы протона. Характерная масса колеблющейся струны в теории струн.

Планковское время.Время (порядка 10 ⁻⁴³с), за которое свет проходит расстояние, равное планковской длине. Интервал времени, ниже которого рушится обычное представление о времени.

Плоское пространство.Возможная форма пространства Вселенной, имеющей нулевую кривизну.

Поле.«Нечто», пронизывающее пространство и служащее для передачи силы или описания присутствия/движения частиц. С математической точки зрения каждой точке пространства приписывается число или набор чисел, определяющих значение поля.

Поле Хиггса.См. Электрослабое поле Хиггса.

Потенциальная энергия.Энергия, запасённая в поле или объекте.

Принцип Маха.Утверждение, согласно которому всякое движение относительно, а состояние покоя определяется всеми остальными объектами во Вселенной.

Принцип неопределённости.Закон квантовой механики, устанавливающий фундаментальное ограничение на точность одновременного определения или измерения ряда взаимно дополнительных физических величин.

Проблема горизонта.Космологический парадокс, связанный с тем, что области пространства Вселенной, разделённые собственным горизонтом событий, имеют почти одинаковые свойства.

Проблема квантового измерения.Проблема, заключающаяся в том, чтобы объяснить, как из мириад возможностей, закодированных в волне вероятности, в процессе измерения получается единственный результат.

Проблема плоского пространства.Чем объяснить, что наблюдаемое пространство является плоским?

Пространство-время.Объединение пространства и времени, впервые сформулированное в специальной теории относительности.

Реляционизм.Система взглядов, в которой всякое движение относительно и пространство не абсолютно.

Светоносный эфир.См. Эфир.

Сила Казимира.Сила, имеющая квантово-механическую природу и возникающая из-за дисбаланса квантовых флуктуаций в вакууме.

Сильное взаимодействие.Самое сильное из четырёх видов взаимодействия, удерживает кварки внутри протонов и нейтронов (и протоны и нейтроны внутри атомных ядер).

Симметрия.Преобразование, при котором физическая система не меняется (например, сфера не меняется при вращении относительно своего центра); преобразование физической системы, не влияющее на законы, описывающие эту систему.

Симметрия относительно обращения времени.Неизменность принятых законов относительно направления течения времени. С любого заданного момента времени такие законы трактуют прошлое и будущее совершенно одинаковым образом.

Слабое взаимодействие.Сила, действующая на субатомных масштабах и ответственная за явления, подобные радиоактивному распаду.

Специальная теория относительности.Теория Эйнштейна, в которой пространство и время не являются по отдельности абсолютными, а зависят от относительного движения наблюдателей.

Спин.Квантово-механическое свойство элементарных частиц, приписывающее им, подобно волчку, вращательное движение (собственный момент вращения).

Спонтанное нарушение симметрии.Технический термин, обозначающий образование океана Хиггса; процесс, в ходе которого была скрыта или нарушена начальная симметрия.

Средняя величина поля Хиггса в вакууме.Ситуация, в которой средняя величина поля Хиггса в вакууме отлична от нуля; океан Хиггса.

Стандартные свечи.Космические объекты с известной светимостью, использующиеся для вычисления астрономических расстояний.

Стандартная модель.Квантово-механическая теория, включающая квантовую хромодинамику и теорию электрослабых взаимодействий; описывает всю материю и силы, за исключением гравитации. Основывается на концепции точечных частиц.

Стрела времени.Направление течения времени из прошлого в будущее.

Суперсимметрия.Симметрия, в которой законы физики не меняются при замене частиц с целым спином (частиц, передающих взаимодействие) на частицы с полуцелым спином (частицы материи).

Сценарий мира на бране.Возможность, допускаемая теорией струн / M-теорией и состоящая в том, что три привычных нам пространственных измерения являются 3-браной.

Тёмная энергия.Гипотетические энергии и давление, равномерно заполняющие всё пространство. Является более общей концепцией, чем космологическая постоянная, поскольку энергия/давление этой субстанции может меняться со временем.

Тёмная материя.Материя, заполняющая пространство, которая подвержена гравитационному взаимодействию, но не излучает свет (и поэтому не видима для нас).

Теория большого взрыва, стандартная теория большого взрыва.Теория, описывающая горячую расширяющуюся Вселенную сразу после своего рождения.

Теория Калуцы-Клейна.Теория Вселенной с более чем тремя пространственными измерениями.

Теория струн.Теория, основывающаяся на колеблющихся нитях энергии (см. Теория суперструн), но необязательно включающая суперсимметрию. Иногда так для краткости называют теорию суперструн.

Теория суперструн.Теория, в которой фундаментальными объектами считаются одномерные петли (замкнутые струны) или отрезки (открытые струны) вибрирующей энергии. В этой теории исчезает конфликт квантовой механики и общей теории относительности на масштабах планковской длины. Теория суперструн включает суперсимметрию.

Теория электрослабых взаимодействий.Теория, описывающая электромагнитные взаимодействияи слабые взаимодействияв рамках единого формализма.

Трансляционная инвариантность, трансляционная симметрия.Неизменность принятых законов относительно места пространства, в котором они применяются.

Ускорение.Изменение величины скорости и/или направления движения.

Ускоритель, ускоритель частиц.Установка для изучения элементарных частиц, в которой эти частицы разгоняются до высоких скоростей и сталкиваются друг с другом.

Фазовый переход.Качественное изменение состояния физической системы, когда её температура меняется достаточно сильно.

Флуктуации вакуумного поля.См. Квантовые флуктуации.

Фотон.Частица – переносчик электромагнитного взаимодействия; «сгусток» света.

Частица – переносчик взаимодействия.Наименьший «сгусток» или «пакет» силового поля, переносящий взаимодействие, квант поля взаимодействия.

Частицы Хиггса.Мельчайшие квантовые составляющие поля Хиггса.

Чаша потенциальной энергии.Форма, описывающая зависимость энергии поля от его величины; технически называется также потенциальной энергией поля.

Чёрная дыра.Объект, гравитационное поле которого настолько сильно, что способно захватывать всё, что подходит достаточно близко к нему (ближе горизонта событийчёрной дыры), даже свет.

Шкала Кельвина.Шкала температур, в которой отсчёт начинается с абсолютного нуля (минимально возможной температуры, составляющей −273° по шкале Цельсия).

Электромагнитная сила.Один из четырёх видов взаимодействия; действует на частицы, имеющие электрический заряд.

Электромагнитное поле.Поле электромагнитной силы.

Электронное поле.Поле, по отношению к которому электрон является наименьшей порцией или составной частью.

Электрослабое поле Хиггса.Поле, средняя величина которого отлична от нуля в холодном пустом пространстве; придаёт массу всем фундаментальным частицам (в электрослабой теории).

Энергетическая чаша.См. Чаша потенциальной энергии.

Энтропия.Мера беспорядка в физической системе; число перегруппировок компонентов системы, не приводящих к изменению её общего вида.

Эфир, светоносный эфир.Гипотетическая субстанция, заполняющая эфир и служащая средой для распространения света; эта концепция отвергнута в настоящее время.

D-браны, p-браны Дирихле. p-браны, которые являются «клейкими»: к ним прикрепляются концы открытых струн.

M-теория.Незавершённая в настоящее время теория, объединяющая все пять теорий струн в рамках одного формализма; полностью квантово-механическая теория всех сил и всех видов материи.

p-брана.Объект теории струн / M-теории, имеющий pпространственных измерений. См. также D-браны, p-браны Дирихле.

W– и Z-частицы.Частицы – переносчики слабого взаимодействия.

Литература для дальнейшего чтения

Популярная и специальная литература по проблеме пространства и времени огромна. Большинство приводимых ниже ссылок представляют популярную литературу, но некоторые требуют более глубокой подготовки. Эти книги оказались полезными лично для меня и являются хорошим началом для читателей, которые захотят лучше разобраться в вопросах, которые рассматриваются в этой книге.

Albert D. Quantum Mechanics and Experience.Cambridge, Mass.: Harvard University Press, 1994.

Albert D. Time and Chance.Cambridge, Mass.: Harvard University Press, 2000.

Alexander H. G. The Leibniz-Clarke Correspondence.Manchester, Eng.: Manchester University Press, 1956.

Barbour J. The End of Time.Oxford: Oxford University Press, 2000.

Barbour J., and Pfister H. Mach’s Principle.Boston: Birkhauser, 1995.

Barrow J. The Book of Nothing.New York: Pantheon, 2000.

Bartusiak M. Einstein’s Unfinished Symphony.Washington, D. C.: Joseph Henry Press, 2000.

Bell J. Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics.Cambridge, Eng.: Cambridge University Press, 1993.

Blanchard Ph., Giulini D., Joos E., Kiefer C., Stamatescu I.-O. Decoherence: Theoretical, Experimental and Conceptual Problems.Berlin: Springer, 2000.

Callender C., and Hugget N. Physics Meets Philosophy at the Planck Scale.Cambridge, Eng.: Cambridge University Press, 2001.

Cole K. C. The Hole in the Universe.New York: Harcourt, 2001.

Crease R., and Mann C. The Second Creation.New Brunswick, N. J.: Rutgers University Press, 1996.

Davies P. About Time.New York: Simon & Schuster, 1995.

Davies P. How to Build a Time Machine.New York: Allen Lane, 2001.

Davies P. Space and Time in the Modern Universe.Cambridge, Eng.: Cambridge University-Press, 1977.

D’Espagnat B. Veiled Reality.Reading, Mass.: Addison-Wesley, 1995.

Deutsch D. The Fabric of Reality.New York: Allen Lane, 1997.

Ferris Т. Coming of Age in the Milky Way.New York: Anchor, 1989.

Ferris T. The Whole Shebang.New York: Simon & Schuster, 1997.

Feynman R. QED.Princeton: Princeton University Press, 1985.

Folsing A. Albert Einstein.New York: Viking, 1997.

Gell-Mann M. The Quark and the Jaguar.New York: W. H. Freeman, 1994.

Gleick J. Isaac Newton.New York: Pantheon, 2003.

Gott J. R. Time Travel in Einstein’s Universe.Boston: Houghton Mifflin, 2001.

Guth A. The Inflationary Universe.Reading, Mass.: Perseus, 1997.

Greene B. The Elegant Universe.New York: Vintage, 2000.

Gribbin J. Schrödinger’s Kittens and the Search for Reality.Boston: Little, Brown, 1995.

Hall A. R. Isaac Newton.Cambridge, Eng.: Cambridge University Press, 1992.

Halliwell J. J., Perez-Mercader J., and Zurek W. H. Physical Origins of Time Asymmetry.Cambridge, Eng.: Cambridge University Press, 1994.

Hawking S. The Universe in a Nutshell.New York: Bantam, 2001.

Hawking S., and Penrose R. The Nature of Space and Time.Princeton: Princeton University Press, 1996.

Hawking S., Thorne K., Novikov I., Ferris Т., and Lightman A. The Future of Spacetime.New York: Norton, 2002.

Jammer M. Concepts of Space.New York: Dover, 1993.

Johnson G. A Shortcut Through Time.New York: Knopf, 2003.

Kaku M. Hyperspace.New York: Oxford University Press, 1994.

Kirschner R. The Extravagant Universe.Princeton: Princeton University Press, 2002.

Krauss L. Quintessence.New York: Perseus, 2000.

Lindley D. Boltzmann’s Atom.New York: Free Press, 2001.

Lindley D. Where Does the Weirdness Go?New York: Basic Books, 1996.

Mach E. The Science of Mechanics.La Salle, 111.: Open Court, 1989.

Maudlin T. Quantum Non-locality and Relativity.Maiden, Mass.: Blackwell, 2002.

Mermin N. D. Boojums All the Way Through.New York: Cambridge University Press, 1990.

Overbye D. Lonely Hearts of the Cosmos.New York: HarperCollins, 1991.

Pais A. Subtle Is the Lord.Oxford: Oxford University Press, 1982.

Penrose R. The Emperor’s New Mind.New York: Oxford University Press, 1989.

Price H. Time’s Arrow and Archimedes’ Point.New York: Oxford University Press, 1996.

Rees M. Before the Beginning.Reading, Mass.: Addison-Wesley, 1997.

Rees M. Just Six Numbers.New York: Basic Books, 2001.

Reichenbach H. The Direction of Time.Mineola, N. Y.: Dover, 1956.

Reichenbach H. The Philosophy of Space and Time.New York: Dover, 1958.

Savitt S. Time’s Arrows Today.Cambridge, Eng.: Cambridge University Press, 2000.

Schrödinger E. What Is Life?Cambridge, Eng.: Canto, 2000.

Siegfried T. The Bit and the Pendulum.New York: John Wiley, 2000.

Sklar L. Space, Time, and Spacetime.Berkeley: University of California Press, 1977.

Smolin L. Three Roads to Quantum Gravity.New York: Basic Books, 2001.

Stenger V. Timeless Reality.Amherst, N. Y.: Prometheus Books, 2000.

Thorne K. Black Holes and Time Warps.New York: W. W. Norton, 1994.

Weinberg S. Dreams of a Final Theory.New York: Pantheon, 1992.

Weinberg S. The First Three Minutes.New York: Basic Books, 1993.

Weizsacker C. F. von. The Unity of Nature.New York: Farrar, Straus, and Giroux, 1980.

Wilczek F., and Devine B. Longing for the Harmonies.New York: Norton, 1988.

Zeh H. D. The Physical Basis of the Direction of Time.Berlin: Springer, 2001.

Литература для дальнейшего чтения – русские переводы

Вайнберг С.Мечты об окончательной теории: Физика в поисках самых фундаментальных законов природы. М.: URSS, 2008.

Вайнберг С.Первые три минуты: Современный взгляд на происхождение Вселенной. М.: Энергоиздат, 1981.

Грин Б.Элегантная Вселенная. Суперструны, скрытые размерности и поиски окончательной теории / Пер. с англ.; Общ. ред. В. О. Малышенко. М.: URSS, 2008.

Девис П.Пространство и время в современной картине Вселенной. М.: Мир, 1979.

Дойч Д.Структура реальности. М.; Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001.

Мах Э.Механика. Историко-критический очерк её развития. Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2000.

Пайс А.Научная деятельность и жизнь Альберта Эйнштейна. М.: Наука, 1989.

Пенроуз Р.Новый ум короля. М.: URSS, 2008.

Рейхенбах Г.Направление времени. М.: URSS, 2003.

Рейхенбах Г.Философия пространства и времени. М.: URSS, 2009.

Тейлор Э. Ф., Уилер Дж. А.Физика пространства-времени / Пер. с англ. Н. В. Мицкевича. Изд. 2-е, дополненное. М.: Мир, 1971.

Торн К. С.Чёрные дыры и складки времени. Дерзкое наследие Эйнштейна. М.: Изд-во физико-математической литературы, 2007.

Хокинг С.Мир в ореховой скорлупке. СПб.: Амфора, 2007.

Хокинг С., Пенроуз Р.Природа пространства и времени. Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2000.

Фейнман Р.КЭД – странная теория света и вещества. М.: Наука, 1988.

Шрёдингер Э.Что такое жизнь? С точки зрения физика. М.: Атомиздат, 1972.

Литература для дальнейшего чтения, добавленная при переводе

В следующих статье и книге можно найти очень интересное и полезное сопоставление программ теории суперструн и петлевой квантовой гравитации:

Smolin L. How far are we from the quantum theory of gravity?// arXiv:hep-th/0303185

Пенроуз P.Путь к реальности или законы, управляющие Вселенной. Полный путеводитель. Ижевск: Институт компьютерных исследований, НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2007.

Фундаментальные вопросы квантовой механики и квантовой теории измерений (включая роль наблюдателя, неравенства Белла, телепортацию и др.) достаточно популярно, но технически точно и на высоком педагогическом уровне рассмотрены в книге:

Менский М. Б.Человек и квантовый мир. Странности квантового мира и тайна сознания. Фрязино: Век-2, 2007.