Вселенная в зеркале заднего вида. Был ли Бог правшой? Или скрытая симметрия, антивещество и бозон Хиггса Голдберг Дэйв
SUSY. Прозвище суперсимметрии, согласно которой у каждого фермиона есть партнер-бозон, а у каждого бозона — свой фермион. Результаты первых экспериментов особых успехов не сулят.
Дополнительная литература
Научно-популярные сочинения о физике и симметрии, которые должен прочитать каждый ботаник
Abbott, Edwin. Flatland: A Romance of Many Dimensions. New York: Dover, 1992. Приключения «Квадрата» в строго иерархической геометрической вселенной.
Bryson, Bill. A Short History of Nearly Everything. New York: Broadway Books, 2003. Чудесная экскурсия в историю науки с интереснейшими историческими зарисовками.
«Desperately Seeking Symmetry». Radiolab. WNYC Radio, 18 апреля 2011 года.
Du Sautoy, Marcus. Symmetry: A Journey into the Patterns of Nature. New York: Harper, 2008. Сочинение скорее автобиографическое, однако оно закладывает солидную основу для понимания симметрии в природе и математике.
Gardner, Martin. The New Ambidextrous Universe: Symmetry and Asymmetry from Mirror Reflections to Superstrings. 3rd rev. ed. Mineola, NY: Dover, 2005. Классическая (полупрофессиональная) книга о симметрии в математике, природе и законах физики.
Goldberg, Dave, and Jeff Blomquist. A User’s Guide to the Universe: Surviving the Perils of Black Holes, Time Paradoxes, and Quantum Uncertainty. Hoboken, NJ: Wiley, 2009. Забавное путешествие по времени и пространству, к описанию которого приложил руку ваш покорный слуга.
Lederman, Leon M., and Christopher T. Hill. Symmetry and the Beautiful Universe. Amherst, NY: Prometheus Books, 2004. Великолепный рассказ о роли симметрии в фундаментальной физике.
Stewart, Ian. Why Beauty Is Truth: the History of Symmetry. New York: Basic Books, 2007.
Weyl, Hermann. Symmetry. Princeton, NJ: Princeton University Press, 1952. Вейль сделал самый большой вклад в понимание роли симметрии в физике. Это классическая работа, где говорится не только о физике, но и о мозаиках, истории и философии.
Литература
Введение
Anderson, P. W. «More Is Different». Science 177, no. 4047 (1972): 393–396. Цитата из введения.
Feynman, Richard Phillips, Robert B. Leighton, and Matthew L. Sands. «Basic Physics». В кн.: the Feynman Lectures on Physics. Redwood City, CA: Addison-Wesley, 1989, p. 2–2. Фейнман прибегает к шахматной аналогии несколько раз, однако есть и более удачные способы проиллюстрировать, что пытается показать нам физика.
Feynman, Richard P., Robert B. Leighton, and Matthew L. Sands. «Symmetry in Physical Laws». In the Feynman Lectures on Physics. Reading, MA: Addison-Wesley, 1963, 1965, pp. 52–1–12. Одно из лучших попадавшихся мне введений в симметрию в физике (на тот момент). Настоятельно рекомендую раздобыть и послушать аудиокнигу.
Galilei, Galileo. Two New Sciences. Dover, 1914. Помимо всего прочего, Галилей пишет о великанах и показывает, что кости великанов должны были быть чудовищно толстыми, чтобы обеспечить необходимую опору.
Haldane, J. B. S. «On Being the Right Size». Harper’s Magazine, March 1926. Холдейн пишет, в частности, о том, почему гравитация на насекомых почти не действует, зато поверхностное натяжение влияет очень сильно.
Horgan, John. The End of Science: Facing the Limits of Knowledge in the Twilight of the Scientific Age. Reading, MA: Addison— Wesley, 1996.
Scoular, Spencer. First Philosophy: the theory of Everything. Boca Raton, FL: Universal, 2007. В этой работе вы найдете множество превосходно подобранных цитат о природе симметрии.
Stannard, Russell. The End of Discovery. Oxford: Oxford University Press, 2010.
Глава 1
Birks, J. B. Rutherford at Manchester. New York: Benjamin, 1962. Источник цитаты о коллекционировании марок.
Brown, Dan. Angels & Demons. New York: Atria Books, 2000.
Carroll, Lewis. Through the Looking-Glass, and What Alice Found there. London: Macmillan, 1871. Классический труд о симметрии, математическом юморе и умении дурачиться с умом. А также источник вдохновения при написании книги, которую вы держите в руках.
ChemSpider: the Free Chemical Database. http://www.chemspider.com. Веб-сайт Королевского химического общества, где перечисляются все известные химические соединения (сейчас, когда я пишу эти строки, их около 26 миллионов).
Chown, Marcus. The Magic Furnace: the Search for the Origins of Atoms. Oxford: Oxford University Press, 2001. Среди всего прочего, здесь содержится интереснейшее описание свинцового ящика с бумагами Мари Кюри и радиоактивных отпечатков ее пальцев.
Close, F. E. Neutrino. Oxford: Oxford University Press, 2010. Очень хорошее описание истории нейтрино и открытия нейтринных осцилляций и массы нейтрино.
Fukuda, Y., T. Hayakawa, E. Ichihara, et al. «Measurements of the Solar Neutrino Flux from Super— Kamiokande’s First 300 Days». Physical Review Letters 81, no. 6 (1998): 1158–1162. Научная статья, в которой описаны первые экспериментальные доказательства наличия у нейтрино массы.
Hofstadter, Douglas R. Gdel, Escher, Bach: An Eternal Golden Braid. New York: Basic Books, 1979. Классический труд Хофштадтера повествует о самых разных симметриях. В частности, Хофштадтер упоминает «Крабий канон» Баха — музыкальный палиндром.
James, Laylin K. Nobel Laureates in Chemistry, 1901–1992. Washington, DC: American Chemical Society, 1993.
Rutherford, E. «The Scattering of a and b Particles by Matter and the Structure of the Atom». Philosophical Magazine 21 (1911): 669–688. Одна из эпохальных статей по физике. Резерфорд открыл структуру атома — не больше и не меньше.
Tuniz, Claudio. Radioactivity: A Very Short Introduction. Oxford: Oxford University Press, 2012.
Wald, G. «the Origin of Optical Activity». Annals of the New York Academy of Science 69, no. 2 (1957): 352–368. Отсюда взята цитата из Эйнштейна о веществе и антивеществе и как отрицательный заряд «победил».
Xue, L., and the STAR Collaboration. «Observation of the Antimatter Helium4 Nucleus at the RHIC». Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics 38, no. 12 (2011): 124072.
Глава 2
Albert, David Z. Time and Chance. Cambridge: Harvard University Press, 2000. Интересное рассуждение о философии термодинамики и происхождении «Гипотезы прошлого».
Callender, Craig. «Thermodynamic Asymmetry in Time». В кн.: The Stanford Encyclopedia of Philosophy. Ed. Edward N. Zalta. Fall 2011. http://plato.stanford.edu/archives/fall2011/entries/time-thermo.
Callender, Craig. «There Is No Puzzle about the Low Entropy Past». В кн.: Contemporary Debates in the Philosophy of Science. Ed. C. Hitchcock. Oxford: Blackwell, 2004, chap. 12. Каллендер описывает сценарий, в рамках которого дается (и исполняется) пророчество о самых разных невероятных событиях. Вселенная, запущенная задом наперед, проходит, судя по всему, через череду таких же маловероятных событий, чтобы достичь состояния очень низкой энтропии, в котором она пребывала сразу после зарождения.
Carroll, Sean M. From Eternity to Here: the Quest for the Ultimate theory of Time. New York: Dutton, 2010. Интересные спекулятивные рассуждения о вероятности того, что это энтропия порождает стрелу времени, а не наоборот.
Clausius, Rudolf. Second Law of thermodynamics. Описан в Poggendorff, Annalen der Physik 93 (December 1854): 481. Перевод на английский см. в Journal de Mathematiques 20 (1855) и Philosophical Magazine 12, s. 4 (August 1856): 81. Одна из первых формулировок Второго закона термодинамики. Собственно, ею мы теперь и пользуемся.
Feynman, Richard P. «Nobel Lecture». Nobelprize. org. December 11, 1965. http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1965/feynman-lecture.html.
Hoyle, F. «A New Model for the Expanding Universe». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 108 (1948): 372. Хойл был в числе самых ревностных сторонников стационарной модели вселенной, согласно которой вселенная постоянно создает материю, чтобы «заполнить пустоты».
Isaacson, Walter. Einstein: His Life and Universe. New York: Simon & Schuster, 2007, pp. 254–255. Айзексон мастерски описывает и положение дел в науке в то время, когда Эйнштейн разработал теорию относительности, и (в главе 15) то, как Эйнштейн отказался от космологической постоянной, когда было открыто расширение вселенной.
Landauer, Rolf. «Irreversibility and Heat Generation in the Computing Process». IBM Journal of Research and Development 5 (1961): 183–191.
Lovelock, James. The Ages of Gaia: A Biography of Our Living Earth. New York: Norton, 1988. Превосходный рассказ о физике и физиологии реактора в Окло. Как ни странно, об этом природном эксперименте, сыгравшем столь важную роль в развитии науки, написано очень мало.
Steinhardt, Paul J., and Neil Turok. «Cosmic Evolution in a Cyclic Universe». Physical Review D 65, no. 12 (May 24, 2002): 126003. Экпиротический сценарий — одна из нескольких циклических моделей вселенной.
Verlinde, E. «On the Origin of Gravity and the Laws of Newton». Journal of High Energy Physics 4, no. 29 (2011): 1–27. Верлинде утверждает, что гравитация прямо следует из Второго закона термодинамики.
White, T. H. The Once and Future King. New York: Putnam, 1958. По версии Уайта, Мерлин — старик, который живет во времени, движущемся в обратном направлении.
Глава 3
Adams, Douglas. The Hitchhiker’s Guide to the Galaxy. New York: Ballantine Books, 1980.
Aristotle. «Metaphysics». In A New Aristotle Reader. Ed. J. L. Ackrill. Princeton, NJ: Princeton University Press, 1987, pp. 255–360.
Aristotle. «Physica». In the Works of Aristotle. Eds. W. D. Ross, Robert P. Hardie, and R. K. Gaye. Oxford, UK: At the Clarendon, 1930. Аристотель был одним из величайших гениев в истории человечества, однако же заблуждался во всем, что касается физического мира.
Barrow, John D. «Cosmology, Life, and the Anthropic Principle». Annals of the New York Academy of Sciences 950, no. 1 (2001): 139–153.
Bruno, Giordano. «5th Dialogue». In Cause, Principle and Unity. Eds. Richard J. Blackwell and Robert de Lucca. Cambridge: Cambridge University Press, 1998.
Bryson, Bill. A Short History of Nearly Everything. New York: Broadway Books, 2003. Брайсон очень славно описывает спор между Галлеем, Гуком и Реном, который в конечном итоге привел к тому, что Ньютон опубликовал свои «Начала».
Copernicus, Nicolaus. On the Revolutions of the Heavenly Spheres. Ed. A. M. Duncan. Newton Abbot, UK: David & Charles, 1976.
Dyson, F. J. «Search for Artificial Stellar Sources of Infrared Radiation». Science 131, no. 3414 (1960): 1667–1668. Дайсон — один из величайших физиков-футуристов, а его гипотетический проект, получивший название «сфера Дайсона» (и впервые описанный в этой статье), остается и в наши дни в центре внимания как научной фантастики, так и людей, занятых поисками внеземного разума.
The Extrasolar Planets Encyclopaedia Catalog. http://exoplanet.eu/catalog.php. На сегодняшний день в этой энциклопедии описано 716 планет-кандидатов.
Feynman, Richard P. QED: the Strange theory of Light and Matter. Princeton, NJ: Princeton University Press, 1985, p. 10. Источник цитаты о постоянной тонкой структуры.
Galilei, Galileo. Discoveries and Opinions of Galileo: Including the Starry Messenger (1610), Letter to the Grand Duchess Christina (1615), and Excerpts from Letters on Sunspots (1613), the Assayer (1623). Ed. Stillman Drake. New York: Anchor, 1990.
Gamow, George. The Great Physicists from Galileo to Einstein. New York: Dover, 1961. Прекрасный рассказ о великих ученых, сыгравших судьбоносную роль в физике. В частности, Гамов указывает на то, что слово «физика» ввел в обращение именно Аристотель (с. 5).
Gould, Stephen Jay. «The Late Birth of a Flat Earth». В кн.: Dinosaur in a Haystack: Reflections in Natural History. New York: Harmony, 1995.
Harrison, E. Darkness at Night: A Riddle of the Universe. Cambridge: Harvard University Press, 1987.
Heath, Thomas. Aristarchus of Samos: the Ancient Copernicus. New York: Dover, 1981.
Kepler, Johannes. New Astronomy. Ed. William Halsted Donahue. Cambridge: Cambridge University Press, 1992.
«Kepler: A Search for Habitable Planets». NASA. www.nasa.gov/mission_pages/kepler/main/index.tml.
Kepler, Johannes. Mysterium Cosmographicum = The Secret of the Universe. Ed. E. J. Aiton. New York: Abaris, 1981.
Koestler, Arthur. The Sleepwalkers: A History of Man’s Changing Vision of the Universe. London: Hutchinson, 1959. Кестлер описывает целый ряд интересных случаев с участием Тихо Браге и Кеплера, в том числе и тот, о котором я не упомянул — о том, как ручной лось Тихо Браге напился пьяным, упал с лестницы и погиб. Кроме того, Кестлер дает контекст для всевозможных высказываний Кеплера.
Land, Kate, and Joo Magueijo. «Examination of Evidence for a Preferred Axis in the Cosmic Radiation Anisotropy». Physical Review Letters 95, no. 7 (2005): 71301. Происхождение «Оси зла» в фоновом микроволновом излучении.
Ptolemy. Almagest. Trans. G. J. Toomer. New York: SpringerVerlag, 1984.
Shapley, H. «Globular Clusters and the Structure of the Galactic System». Publications of the Astronomical Society of the Pacific 30 (1918): 42.
Tegmark, Max. «The Multiverse Hierarchy». In Universe or Multiverse? Ed. Bernard Carr. Cambridge: Cambridge University Press, 2007. Вся эта книга насыщена интереснейшими обсуждениями природы множественной вселенной. Тегмарк приводит свою иерархию множественных вселенных в доказательство, что у выражения «множественная вселенная» много различных значений.
Tegmark, Max. «On the dimensionality of spacetime». Classical and Quantum Gravity 14, no. 4 (1997): L69– L75.
Webb, J. K., J. A. King, M. T. Murphy, et al. «Indications of a Spatial Variation of the Fine Structure Constant». Physical Review Letters 107, no. 19 (2011): id. 191101.
Глава 4
Angier, Natalie. «The Mighty Mathematician You’ve Never Heard of». The New York Times, March 27, 2012. Отличная биография Нётер, составленная по случаю 130 годовщины со дня ее рождения.
Brewer, James W., and Martha K. Smith. Emmy Noether: A Tribute to Her Life and Work. New York: Dekker, 1981.
Dick, August. Emmy Noether, 1882–1935. Trans. H. I. Blocher. Birkhauser: Boston, 1981. Помимо всего прочего, в этой книге полностью приведен некролог Вейля.
Goldberg, David M., and J. Richard Gott. «Flexion and Skewness in Map Projections of the Earth». Cartographica: the International Journal for Geographic Information and Geovisualization 42, no. 4 (2007): 297–318. К вопросу об отношении между картографическими проекциями и маршрутами, проходящими по дуге большого круга. Мы с Ричем Готтом предлагаем систематический подход к описанию искажений на крупных масштабах, то есть насколько нужно отклониться от прямой линии на карте, чтобы двигаться по большому кругу (центр которого совпадает с центром Земли).
Hamilton, W. R. «On a General Method in Dynamics». Philosophical Transactions of the Royal Society Part II (1834): 247–308; Part I (1835): 95–144. В кн.: Sir William Rowan Hamilton (1805–1865): Mathematical Papers. Ed. David R. Wilkins. Dublin: School of Mathematics, Trinity College, 2000.
Huygens, Christiaan. Treatise on Light, in Which Are Explained the Causes of that Which Occurs in Reflexion, and in Refraction and Particularly in the Strange Refraction of Iceland Crystal. Reprint ed. New York: Dover, 1962.
Maupertuis, PierreLouise Moreau. «Derivation of the Laws of Motion and Equilibrium from a Metaphysical Principle». 1746. Wikisource.en. http://en.wikisource.org/wiki/Translation: Derivation_of_the_laws_of_motion_and_equilibrium_from_a_metaphysical_principle.
Neuenschwander, Dwight E. Emmy Noether’s Wonderful theorem. Baltimore, MD: Johns Hopkins University Press, 2010. Великолепное полупопулярное описание теоремы Нётер и вариационных принципов механики, которые привели к ее формулировке.
Newton, Isaac. The Principia. Trans. I. B. Cohen and A. Whitman. Berkeley: University of California Press, 1999. Источник моих переводов формулировок законов Ньютона.
Noether, Emmy. «Invariante Variationsprobleme». Nachrichten von der Gesellshaft der Wissenshaften zu Gttingen, Math-phys. Klasse (1918): 235–257. Trans. M. A. Tavel. http://arxiv.org/abs/physics/0503066v1.
Pickover, Clifford A. Archimedes to Hawking: Laws of Science and the Great Minds Behind Them. Oxford: Oxford University Press, 2008. Пиковер приводит необычайно хвастливую цитату из Бернулли, в которой тот предлагает другим математикам решить задачу о брахистохроне.
Singh, Simon. Fermat’s Enigma: the Epic Quest to Solve the World’s Greatest Mathematical Problem. New York: Walker, 1997. Прекрасное описание как Великой теоремы Ферма, так и ее доказательства, которое предложил Эндрю Уайлс.
Smolin, Lee. «On „Special Relativity: Why Can’t You Go Faster than Light?“ by W. Daniel Hillis». Edge 52 (March 28, 1999). http://edge.org/documents/archive/edge52.html.
Глава 5
Adam, T., N. Agafonova, A. Aleksandrov, et al. «Measurement of the Neutrino Velocity with the OPERA Detector in the CNGS Beam». http://arxiv.org/abs/1109.4897v2. Эта статья разожгла колоссальный интерес к возможности существования нейтрино, которое развивает скорость выше скорости света. Однако в конце концов было доказано, что результат недостоверен и объясняется неполадками в кабеле.
Card, Orson Scott. Ender’s Game. New York: Tor, 1991. Один из главных сюжетных ходов — применение ансибля для управления космической армадой.
Cartlidge, Edwin. «Leaders of Faster-than-Light Experiment Step Down». Science, March 30, 2012. http://news.sciencemag.org/scienceinsider/2012/03/leaders-of-faster-than-light-exp.html. Вскоре после того, как данные о нейтрино, которые якобы двигались быстрее света, получили техническое объяснение, Антонио Эредитато, выступавший от имени проекта OPERA, и научный координатор проекта Дарио Аутьеро покинули посты в руководстве этого эксперимента.
Einstein, Albert. «Does the Inertia of a Body Depend on Its Energy Content?» В кн.: The Principle of Relativity. Trans. George Barker Jeffery and Wilfrid Perrett. London: Methuen, 1923.
Einstein, Albert. «On the Electrodynamics of Moving Bodies». В кн.: The Principle of Relativity. Trans. George Barker Jeffery and Wilfrid Perrett. London: Methuen, 1923.
Einstein, Albert. «ber die vom Relativittsprinzip geforderte Trgheit der Energie». Annalen der Physik 328, no. 7 (1907): 371–384. Эйнштейн пришел к выводу, что передача сигнала быстрее скорости света привела бы к нарушению причинно-следственных связей.
Frisch, D. H., and J. H. Smith. «Measurement of the Relativistic Time Dilation Using aMesons». American Journal of Physics 31, no. 5 (1963): 342–355.
Galilei, Galileo. Dialogue Concerning the Two Chief World Systems, Ptolemaic & Copernican. Trans. Stillman Drake. Berkeley: University of California, 1953.
Isaacson, Walter. Einstein: His Life and Universe. New York: Simon & Schuster, 2007, pp. 107–139. Айзексон приводит всевозможные противоречивые утверждения, которые делал Эйнштейн относительно того, знал он или нет об эксперименте Майкельсона — Морли и, соответственно, рассуждает о том, повлиял ли этот эксперимент на развитие специальной теории относительности.
Le Guin, Ursula K. Three Hainish Novels. Garden City, NY: Nelson Doubleday, 1966. В этой книге, в особенности в романе «Планета Роканнона», употребляется слово «ансибль», обозначающее гипотетическое устройство, способное передавать сигнал быстрее скорости света.
inkowski, H. «Space and Time». В кн.: the Principle of Relativity: A Collection of Original Memoirs on the Special and General theory of Relativity. A. Einstein, H. A. Lorentz, H. Weyl, and H. Minkowski. New York: Dover, 1952, pp.109–164. Репринт издания 1923 года.
Roddenberry, Gene. Letter. Sky and Telescope, June 1991. В этим письме Родденберри, создатель «Звездного пути», подтверждает, что планета Вулкан вращается по орбите вокруг 40 Эридана A.
Rossi, B., and D. B. Hall. «Variation of the Rate of Decay of Mesotrons with Momentum». Physical Review 59, no. 3 (1941): 223–228. Описание первого эксперимента по измерению количества мюонов, когда оказалось, что у подножия горы их лишь немногим меньше, чем у вершины. Если бы не было релятивистского замедления времени, практически все мюоны (в названии статьи они названы мезотронами, поскольку в то время еще не было окончательно понятно, что это такое) не успевали бы добраться до подножия горы, распадаясь по дороге.
Tolman, R. C. «Velocities Greater than that of Light». В кн.: The theory of the Relativity of Motion. Berkeley, CA: University of California Press, 1917, p. 54. Эта статья, написанная вскоре после того, как Эйнштейн разработал теорию относительности, легла в основу идеи тахионного антителефона.
Viereck, George. «What Life Means to Einstein: An Interview by George Sylvester Viereck». The Saturday Evening Post, October 26, 1929, p. 17. Источник цитаты о том, как трудно представить себе четырехмерное пространство-время.
Глава 6
Casimir, H. B. G. «On the Attraction between Two Perfectly Conducting Plates». Proceedings of the Koninklijke Akademie van Wetenschappen te Nederland (1948): 793. Это одно из первых описаний эффекта Казимира, который служит веским экспериментальным доказательством существования энергии вакуума.
Einstein, Albert. «Die Relativitts-Theorie». Naturforschende Gesellschaft, Zrich, Vierteljahresschrift 56 (1911): 1–14. Кроме всего прочего, именно в этой статье впервые упоминается знаменитый парадокс близнецов.
Einstein, Albert. «the Fundamentals of Theoretical Physics». В кн.: Ideas and Opinions. New York: Bonanza, 1954, pp. 323–335. Источник высказывания Эйнштейна о Лоренц-инвариантности.
Einstein, Albert. «the General theory of Relativity». В кн.: the Meaning of Relativity. Princeton, NJ: Princeton University Press, 1955. Чтобы объяснить, почему время в ускоряющихся системах отсчета течет медленнее, Эйнштейн описывает наблюдателя на вращающемся диске. Эта статья была впервые опубликована в 1921 году, спустя пять лет после главной статьи об общей теории относительности. Когда я «выводил» замедление времени согласно общей теории относительности, то несколько расширил эту аналогию.
Einstein, Albert. Relativity: the Special and the General Theory. Ed. Robert W. Lawson. New York: Three Rivers Press, 1961.
Einstein, A. «ber das Relativittsprinzip und die aus demselben gezogenen Folgerungen». Jahrbuch der Radioaktivitt und Elektronik 4 (1907): 411–462. Перевод на английский: «On the Relativity Principle and the Conclusions Drawn from It». В кн.: The Collected Papers. Vol. 2. Trans. Anna Beck. Eds. John Stachel and Varadaraja V. Raman. Princeton: Princeton University Press, 1989, pp. 433–484. Некоторые важнейшие выводы, например, о гравитационном замедлении времени, Эйнштейн сделал вскоре после открытия специальной теории относительности, хотя общую теорию относительности завершил лишь почти десять лет спустя.
Einstein, A., H. A. Lorentz, H. Weyl, and H. Minkowski. «The Foundation of the General theory of Relativity». The Principle of Relativity: A Collection of Original Memoirs on the Special and General theory of Relativity. New York: Dover, 1952, pp. 109–164. Это репринт и перевод фундаментальной работы Эйнштейна «Die Grundlage der allgemeinen Relativittstheorie» (1916).
Gott, J. Richard III, and Deborah Freedman. «A Black Hole Life Preserver». 2003. http://arxiv.org/abs/astro-ph/0308325. Готт и Фридман показывают, что промежуток времени между тем, чтобы почувствовать легкое неудобство, и тем, чтобы черная дыра разодрала тебя в клочки, составляет около 0,2 секунды. Это более или менее не зависит от массы черной дыры и справедливо для масс вплоть до 10 000 солнечных. Мне кажется, это славная задачка для студентов-старшекурсников, изучающих общую теорию относительности.
Haugen, Mark P., and Claus Lmmerzahl. Principles of Equivalence: Their Role in Gravitation Physics and Experiments that Test Them. New York: Springer, 2001.
Hawking, S. W. «Black Hole Explosions?» Nature 248, no. 5443 (1974): 30. Первая статья об излучении Хокинга.
Hawking, S. W. «Information Loss in Black Holes». Physical Review D 72, no. 8 (2005): 084013.
Isaacson, Walter. Einstein: His Life and Universe. New York: Simon & Schuster, 2007, p. 191. Источник высказывания (по крайней мере, для меня), в котором Эйнштейн предлагал астрономам искать искажение света гравитационной линзой, предсказанное общей теорией относительности, во время полного солнечного затмения.
Norton, John D. «General Covariance and the Foundations of General Relativity: Eight Decades of Dispute». Reports on Progress in Physics 56 (1993): 791–858. В статье Нортона вы найдете всестороннее обсуждение истории идей о корнях общей теории относительности начиная с принципа эквивалентности.
Unruh, W. G. «Notes on Black — Hole Evaporation». Physical Review D 14, no. 4 (1976): 870. Одно из нескольких ответвлений нескольких основных статей, где обсуждалось явление, получившее название «излучение Унру».
Wheeler, John Archibald, and Kenneth William Ford. Geons, Black Holes, and Quantum Foam: A Life in Physics. New York: Norton, 1998, p. 235. Свое замечание о пространстве-времени и искривлении Уилер повторял неоднократно, однако эта книга остается самым авторитетным его источником.
Глава 7
Bell, John. «On the Einstein Podolsky Rosen Paradox». Physics 1, no. 3 (1964): 195–200. Неравенство Белла (впервые описанное в этой статье) — это метод, позволяющий отличить стандартную (Копенгагенскую) интерпретацию квантовой механики от скрытых переменных Эйнштейна. Когда метод наконец применили на практике — а это было уже в восьмидесятые годы — стандартная версия квантовой механики одержала верх. Никаких скрытых переменных не оказалось, а случайность и непонятное взаимодействие на расстоянии, судя по всему, совершенно реальны.
Bennett, C. H., G. Brassard, C. Crepeau, et al. «Teleporting an Unknown Quantum State via Dual Classical and Einstein-Podolsky-Rosen Channels». Physical Review Letters 70 (1993): 1895–1899. Это оригинальная статья, где описана суть применения квантовой запутанности для квантовой телепортации.
Bernstein, Jeremy. Quantum Proff les. Princeton: Princeton University Press, 1991, p. 84. Источник цитаты про то, что «Эйнштейн должен был быть прав».
Boschi, D., S. Branca, F. De Martini, et al. «Experimental Realization of Teleporting an Unknown Pure Quantum State via Dual Classical and Einstein-Podolsky-Rosen Channels». Physical Review Letters 80, no. 6 (1998): 1121–1125. Первая успешная квантовая телепортация. В этом случае был телепортирован один отдельный фотон.
Dirac, P. A. M. «The Development of Quantum Mechanics». In Conferenza Tenuta il 14 Aprile 1972. Rome: Accademia Nazionale dei Lincei, 1974. Источник высказывания Дирака о неопределенности.
Einstein, A., B. Podolsky, and N. Rosen. «Can QuantumMechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete?» Physical Review 47, no. 10 (1935): 777–780.
Gilder, Louisa. The Age of Entanglement When Quantum Physics Was Reborn. New York: Knopf, 2008. Очень хорошее описание парадокса Эйнштейна-Подолского-Розена, неравенства Белла и проверок квантовой механики.
Heisenberg, Werner. «Critique of the Physical Concepts of the Corpuscular Theory». In the Physical Principles of the Quantum Theory. Trans. Carl Eckhart and Frank C. Hoyt. Chicago: University of Chicago Press, 1930, p. 20. Источник цитаты о том, что «Любой эксперимент разрушает часть знаний о системе».
Heisenberg, Werner. «ber den Bau der Atomkerne. I». Z. Phys. 77, no. 1 (1932). Перевод на английский: D. M. Brink. Nuclear Forces. Elmsford, NY: Pergamon, 1965.
Jin, Xian— Min, Ji-Gang Ren, Bin Yang, et al. «Experimental Free-space Quantum Teleportation». Nature Photonics 4, no. 6 (2010): 376–381.
Krauss, Lawrence Maxwell. The Physics of Star Trek. New York: Basic Books, 1995. Прекрасное обсуждение самых разных вопросов современной физики, однако в рамках нашей беседы самый актуальный — это вопрос о квантовой телепортации.
Krulwich, Robert. «Commemorate Caesar: Take a Deep Breath!» Morning Edition, National Public Radio, March 15, 2006. www.npr.org/templates/story/story.php?storyId=5280420.
Parfit, Derek. «What We Believe Ourselves to Be». In Reasons and Persons. Oxford, UK: Clarendon Press, 1984, chap. 10.
Wootters, W. K., and W. H. Zurek. «A Single Quantum Cannot Be Cloned». Nature 299, no. 5886 (1982): 802–803. По поводу теоремы о запрете клонирования.
Yin, Juan, He Lu, Ji-Gang Ren, Yuan Cao, et al. «Teleporting Independent Qubits through a 97 km Free— Space Channel». http://arxiv.org/abs/1205.2024 (2012).
Глава 8
Dirac, P. A. M. «A theory of Electrons and Protons». Proceedings of the Royal Society of London A126 (1930): 360–365. Рассуждая об антивеществе, Дирак сделал ошибочный, однако вполне обоснованный вывод, что протон — это античастица электрона.
Feynman, Richard P. «Identical Particles». The Feynman Lectures on Physics. Vol. 3. Eds. Robert B. Leighton and Matthew L. Sands. Reading, MA: Addison-Wesley, 1963, p. 4–3. Отсюда взято часто цитируемое замечание Фейнмана о том, как трудно объяснить теорему Паули.
Heisenberg, Werner. Physics and Philosophy: the Revolution in Modern Science. St. Leonard’s: New South Wales, 1959. Лекции, прочитанные в Сент-Эндрюсском университете в Шотландии зимой 1955–1956 годов. Именно здесь Гейзенберг отмечает: «Следует помнить, что то, что мы наблюдаем — это не природа как таковая».
Pauli, Wolfgang. «The Connection between Spin and Statistics». Physical Review 58 (1940): 716–722.
Pauli, Wolfgang. «ber den Einfluss der Geschwindigkeitsabhngigkeit der Electronenmasse auf den Zeemaneffekt». Перевод на английский: «Zeeman-Effect and the Dependence of Electron-Mass on the Velocity». Zeitschrift fur Physik 31 (1925): 373. В 1945 году Вольфгангу Паули присудили Нобелевскую премию по физике за работы, в которых он впервые выдвинул принцип запрета, получивший его имя.
Глава 9
Englert, F., and R. Brout. «Broken Symmetry and the Mass of Gauge Vector Mesons». Physical Review Letters 13, no. 9 (1964): 321–323.
Feynman, Richard P. QED: The Strange theory of Light and Matter. Princeton, NJ: Princeton University Press, 1985.
Griffiths, David. Introduction to Elementary Particles. Weinheim, Germany: WileyVCH, 2008. Превосходный учебник по основам физики частиц для старших курсов.
Griggs, Jessica. «Peter Higgs: Boson Discovery Like Being Hit by a Wave». New Scientist, July 10, 2012.
Guralnik, G. S., C. R. Hagen, and T. W. B. Kibble. «Global Conservation Laws and Massless Particles». Physical Review Letters 13, no. 20 (1964): 585–587.
Higgs, Peter W. «Broken Symmetries and the Masses of Gauge Bosons». Physical Review Letters 13, no. 16 (1964): 508–509.
«The Hunt for the Higgs Boson». Science Scotland. http://www.sciencescotland.org/feature.php?id=14. Интервью с Питером Хиггсом, в том числе и по поводу его замечания «Этим летом я сделал совершенно бесполезное открытие».
«Latest Results from ATLAS Higgs Search». ATLAS Experiment, July 4, 2012. http://www.atlas.ch/news/2012/latest-results-from-higgs-search.html.
Lederman, Leon M., and Dick Teresi. The God Particle: If the Universe Is the Answer, What Is the Question? Boston: Houghton Mifflin, 1993. Отличная книга с на редкость кошмарным названием.
«Observation of a New Particle with a Mass of 125 GeV CMS Experiment». CMS Public CMS Experiment, July 4, 2012.
Oerter, Robert. The theory of Almost Everything: the Standard Model, the Unsung Triumph of Modern Physics. New York: Pi, 2006. Прекрасный рассказ о стандартной модели для непосвященных.
Overbye, Dennis. «Physicists Find Elusive Particle Seen as Key to Universe». The New York Times, July 4, 2012. www.nytimes.com/2012/07/05/science/cern-physicists-may-have-discovered-higgs-boson-particle.html. Одна из множества статей, где поле Хиггса уподобляется вселенской патоке.
Peskin, Michael Edward, and Daniel V. Schroeder. An Introduction to Quantum Field Theory. Reading, MA: Addison— Wesley, 1995.
Thomson, J. J. James Clerk Maxwell: A Commemoration Volume, 1831–1931. Cambridge: Cambridge University Press, 1931. В заметке Эйнштейна рассказывается о том, какой вклад сделал Максвелл в развитие физики, когда ввел понятие поля.
Weyl, H. «Eine neue Erwiterung der Relativitatstheorie». Annalen der Physik 59 (1919): 101. Помимо прочих открытий, связанных с симметрией, Вейль первым обнаружил, что можно вывести электромагнетизм, опираясь на предположение о существовании локальных калибровочных симметрий.
Yang, C. N., and Mills, R. «Conservation of Isotopic Spin and Isotopic Gauge Invariance». Physical Review 96, no. 1 (1954): 191–195.
Глава 10
Bacon, Francis. Philosophical Studies: c. 1611–c. 1619. Eds. Michael Edwards and Graham Rees. Oxford, UK: Clarendon, 1996. Изложение философии Фалеса взято из «De Principiis Atque Originibus» Бэкона.
Diamond, Jared M. Guns, Germs, and Steel: The Fates of Human Societies. New York: Norton, 1998.
Dimopoulos, S., and H. Georgi. «Softly Broken Supersymmetry and SU (5)». Journal of Nuclear Physics B 193 (1981): 150–162. Эта статья — адаптация идеи суперсимметрии к популярной модели Великого объединения.
Feynman, Richard P. QED: The Strange theory of Light and Matter. New York: Penguin, 1990, p. 128. Отсюда взята цитата из Фейнмана, где осуждается практика перенормировки.
Georgi, H., and S. L. Glashow. «Unity of All Elementary Particle Forces». Physical Review Letters 32 (1974): 438–441. Это статья, в которой впервые описана теория великого объединения SU (5).
Goenner, Hubert F. M. «On the History of Unified Field Theories». Living Reviews in Relativity 7 (2004): 2. www.livingreviews.org/lrr-2004–2.
Lisi, A. G. «An Exceptionally Simple theory of Everything». 2007. http://arxiv.org/abs/0711.0770.
Lisi, Garrett. «Garrett Lisi: A theory of Everything». TED Conference presented February 2008. www.Ted.com/talks/garrett_lisi_on_his_theory_of_everything.html.
Lisi, G., and J. O. Weatherall. «A Geometric theory of Everything». Scientific American 303, no. 6 (2010: 54–61.
Newton, Isaac. The Principia. Trans. I. B. Cohen and A. Whitman. Berkeley: University of California Press, 1999. Translation of Newton’s Third Law of Motion.
Peacock, John A. «The Standard Model and Beyond». In Cosmological Physics. Cambridge: Cambridge University Press, 1999, pp. 216–270.
Susskind, Leonard. «New Revolutions in Particle Physics: Supersymmetry, Grand Unification, and String Theory». Lecture for Stanford Continuing Studies Program. 2009. http://itunes.apple.com/us/itunes-u/supersymmetrygrand-unification/id384233338.
«WMAP Recommended Parameters Constraints». LAMBDA — Legacy Archive for Microwave Background Data, June 21, 2011. http://lambda.gsfc.nasa.gov/product/map/current. Значения космологических параметров постоянно уточняются и непрерывно находятся в центре внимания ученых, поэтому в разных источниках вы увидите несколько разные цифры. Разумеется, при каждом измерении оценивается и его погрешность, однако исследователи, работающие с данными Зонда микроволновой анизотропии им. Уилкинсона (WMAP) приводят, пожалуй, наиболее точные оценки этих параметров и их сочетаний.
Благодарности
Писать книги очень весело и интересно, однако — представьте себе! — это еще и тяжкий труд, и он был бы мне не по плечу, если бы не любовь, поддержка и обратная связь со стороны множества друзей и знакомых. Прежде всего это моя жена Эмили-Джой: она прочитала все до последней строчки и все это время окружала меня любовью и заботой, в которых я так нуждался. Спасибо моим родным, а также дочкам Уилле и Лили (хотя они не сделали никаких критических замечаний).
Спасибо всем моим друзьям и коллегам, которые критиковали черновики и с которыми было так полезно беседовать. Это Шон Кэрролл, Рич Готт, Ричард Хенретта, Энди Хикс, Линн Хоффман, Джон Каменски, Адриенна Леонар, Шон Линч, Кейт Мэйсон, Кевин Оуэнс, Джон Пикок, Дон Петерсон, Тина Петерс, Сом Тиаджи, Лиз Фекете Траби и Энрико Весперини.
Кроме того, я хочу поблагодарить Аннали Ньюиц, Чарли-Джейн Андерс и всех сотрудников io9.com. Аннали и Чарли-Джейн поддерживали меня с начала и до конца, и многие из тем этой книги удалось опробовать на io9. А еще я хотел бы поблагодарить всех читателей, чьи советы и замечания помогли выявить все, что мешает правильно понять излагаемый материал (и им, и мне).
Далеко не все ученые взирают на научно-популярные книги с благосклонной улыбкой. Большое спасибо заведующему моей кафедрой Мишелю Вальересу и декану Донне Мараско за то, что у них такое широкое представление об ученых занятиях.
Спасибо также моему агенту Эндрю Стюарту. Эндрю не просто продал эту книгу — он стал ее горячим и красноречивым сторонником и очень помог мне обрести собственный голос. Мой редактор Стивен Морроу и его выдающаяся помощница Стефани Хичкок сурово, но справедливо правили меня виртуальной красной ручкой и искоренили мое природное многословие (а также выпололи самые кошмарные шутки), в результате чего книга стала несравнимо лучше. А еще я очень благодарен моему чудесному иллюстратору Хербу Торнби, который так ловко и изящно передал идеи, которые были заложены в моих словах и без него могли остаться в тени.
Также выражаю признательность Майклу Блэнтону и компании «Sloan Digital Survey» за разрешение пользоваться их данными.
Рисунки на с. 19, 20, 22, 35, 54, 64, 66, 87, 95, 98, 117, 158, 166, 171, 176, 187, 190, 192, 206, 215, 225, 233, 239, 242, 244, 256, 262, 271, 278, 282, 303, 315, 320, 327, 354, 358, 359, 375 любезно предоставлены Хербом Торнби.
Фото на с. 48 печатается с разрешения NASA, ESA и группы Hubble Heritage (STScI/AURA) (совместный проект ESA и Hubble, особая благодарность Б. Уитмору (Институт исследований космоса с помощью космического телескопа, STScI)
Рисунок на с. 105 печатается с разрешения Майкла Р. Блэнтона и SDSS, http://www.sdss.org
Фото на с. 138 печатается с разрешения исследовательской группы NASA/WMAP
Фото на с. 167 печатается с разрешения NASA, Эндрю Фрахтера и группы ERO (Сильвия Бэггетт из STScI, Ричард Хук из ST-ECF и Жолтан Левай из STScI) при STScI
Фото на с. 274 печатается с разрешения NASA, ESA и группы Hubble Heritage (STScI/AURA) (совместный проект ESA и Hubble)
Рисунок на с. 367 печатается с разрешения Питера Макмуллена.
Об авторе
Дэйв Голдберг, преподаватель и руководитель учебной части физического факультета Университета Дрексела, ведет колонку «Спросите физика» («Ask a Physicist») на научно-популярном сайте http://io9.com и блог на http://usersguidetotheuniverse.com.
Живет в Филадельфии.