Холодильник Эйнштейна. Как перепад температур объясняет Вселенную - Пол Сен

Дело в том, что в 1998 году открыли, что скорость расширения Вселенной растет. Далекие галактики отдаляются от нас все быстрее. Физики пока не знают, что стоит за этим расширением — выдвигались предположения о загадочной “темной энергии”, — но пространство удаляется от нас во всех направлениях со все более высокими скоростями по мере увеличения расстояния от Земли. На расстоянии около 16 млн световых лет от Земли пространство удаляется от нас со скоростью, которая превышает скорость света. Это значит, что при пересечении этой границы галактики оказываются потерянными для нас, поскольку их свет уже не может к нам вернуться. Если расширение Вселенной будет ускоряться и дальше, то движущееся быстрее скорости света пространство продолжит уносить с собой галактики, которые будут исчезать из виду. Со временем видимыми останутся лишь наша галактика и несколько ее ближайших соседей.

Представим это следующим образом: пусть все галактики во Вселенной станут точками на поверхности сферического воздушного шарика. Под действием таинственной энергии шарик все быстрее расширяется, и расстояние между точками растет.

Допустим, что одна точка обозначает галактику Млечный Путь, которая находится в центре окружности, куда входят также соседние галактики. Внутри окружности скорость расширения шарика ниже скорости света, а снаружи — выше нее. Нам видны лишь объекты, находящиеся внутри окружности, а все, что находится за ее пределами, мы не видим. Однако, поскольку скорость расширения шарика растет, все больше объектов исчезает, оказываясь за границей окружности.

Этот процесс кажется знакомым. Такое впечатление, что наша Вселенная — это “вывернутая наизнанку черная дыра”. Вместо того чтобы пересекать одностороннюю границу, направляясь внутрь, и исчезать навечно, объекты пересекают одностороннюю границу, направляясь наружу, и исчезают навсегда. Это значит, что, подобно горизонту событий, окружающему черную дыру, существует горизонт событий, окружающий Вселенную. Что из этого следует? Вполне

возможно, что, подобно тому как вся информация, необходимая для описания всего, что упало в черную дыру, закодирована на поверхности ее горизонта событий, вся информация, необходимая для описания всего, что существует в нашей Вселенной, закодирована на двумерной поверхности окружающего ее горизонта. Это позволяет предположить, что воспринимаемая нами трехмерная Вселенная иллюзорна. Для нас это лишь способ восприятия истинной двумерной Вселенной. Видимая нами Вселенная подобна голограмме, трехмерной тени двумерной реальности.

Почему же эта идея увлекает физиков? Она намекает, что иллюзорно не только третье измерение, но и гравитация. Эта сила, которая всем нам кажется настоящей, может быть лишь артефактом, помогающим нам интерпретировать двумерные данные, хранящиеся на границе Вселенной. Если гравитация не “реальна”, то нет необходимости согласовывать ее с другими силами природы. Следовательно, может быть, что “теория всего”, которую так отчаянно ищут физики, уже у нас в руках!

История термодинамики началась двести лет назад с молодого француза Сади Карно, который просто хотел повысить эффективность паровых машин. Умирая от холеры в психиатрической больнице, он понятия не имел, что своей работой оставил след в истории науки. Даже в самых смелых и бредовых мечтах он не мог предвидеть, что заложенные им идеи однажды помогут нам изучить далекий край нашего космоса.

Как сказал Стивен Хокинг, “мы просто продвинутый вид обезьян, живущих на маленькой планете у ничем не примечательной звезды. Но мы можем понять Вселенную. И это делает нас особенными”.

Эта книга, по сути, прославляет термодинамику и ее важность для фундаментальной науки. Однако изучение энергии, энтропии, температуры и законов, которым они подчиняются, сыграло огромную роль в величайшем в истории нашего вида улучшении условий жизни людей.

До 1850 года люди в большинстве своем проживали короткие, тяжелые, обремененные болезнями жизни. Они пытались выжить на одной мышечной силе — своей и своих одомашненных животных. Элиты на жизнь не жаловались, но только потому, что существовали за счет мускулов других людей.

Затем кое-что изменилось. Благодаря научным прорывам, описанным в этой книге, мышечная сила со временем оказалась заменена другими источниками энергии, такими как уголь, нефть, газ, вода и радиоактивный распад. В результате мы теперь по большей части проживаем более долгие, счастливые, здоровые и насыщенные жизни, чем наши предки в любой момент истории. Часто об этой “хорошей новости” забывают, но если вы хотите увидеть подкрепляющие ее данные, то рекомендую вам заглянуть на сайт Our World in Data, созданный оксфордским экономистом Максом Розером. Там приведенное выше утверждение подкрепляется исчерпывающими доказательствами со всего света.

Иными словами, я полагаю, что открытие начал термодинамики стало одним из самых значимых и полезных прорывов в науке. Однако некоторые читатели справедливо заметят, что, восхищаясь научным и техническим прогрессом, я забыл об ущербе, который индустриализация причиняет окружающей среде. С этим не поспорить.

При этом, во-первых, ни один здравомыслящий защитник окружающей среды, как бы его ни беспокоила судьба планеты, не хочет, чтобы человечество вернулось в мир начала XIX века. Это уж слишком, ведь никто не хочет возвращаться к нищете, болезням и огромному уровню детской смертности, которые определяли существование людей на протяжении большей части истории человечества. Во-вторых, большинство согласится, что условия жизни людей улучшились благодаря науке и технологиям. Но возникает вопрос: нивелирует ли изменение климата, которое также стало продуктом науки и технологий, весь прогресс, которого добился наш вид?

Здесь я хочу рассказать вам историю о еще одном великом ученом викторианской эпохи — Джоне Тиндале.

Талантливый ученый-экспериментатор, любивший привлекать людей к науке, Тиндаль родился в 1820 году в графстве Карлоу в Ирландии в англо-ирландской семье. Его отец служил констеблем в местной полиции. В двадцать с небольшим Тиндаль уехал в Англию, где стал работать геодезистом в стремительно расширяющейся железнодорожной сети. Хотя формальное научное образование Тиндаля оставляло желать лучшего, у него проснулся огромный интерес к физике. Тиндаль решил, что лучше всего ему поехать учиться в Германию. Он считал, что знаменитая одержимость английских университетов классическими дисциплинами и чистой математикой говорит не в пользу их стандартов лабораторной и экспериментальной науки. Именно на эти аспекты, однако, делался упор в новых университетах Германии.

В 1848–1851 годах Тиндаль жил, работал и учился в Марбурге, где завел тесную дружбу с рядом ведущих немецких экспериментаторов. Он не только учился у великого химика Роберта Бунзена, именем которого названа газовая горелка, но и первым перевел сочинения Рудольфа Клаузиуса по термодинамике на английский язык. Кроме того, Тиндаль влюбился в Альпы. Он стал пионером альпинизма на этом горном хребте и одним из первых поднялся на вершину Маттерхорна.

В 1851 году, вернувшись в Великобританию, Тиндаль вошел в число самых искусных физиков-экспериментаторов в стране. Своими умениями он привлек к себе внимание Майкла Фарадея, руководившего исследованиями магнетизма в лондонском Королевском институте, и по его рекомендации Тиндаль занял в институте пост профессора натурфилософии. Благодаря этому Тиндаль получил доступ к самой хорошо оснащенной физической лаборатории на Британских островах и подходил к использованию этого ресурса с огромной изобретательностью и упорством.