Чердак. Только физика, только хардкор! - Дмитрий Побединский

Это скопление ледяных глыб, карликовых планет, зародышей комет (чем-то похоже на пояс астероидов). Миллиарды лет они вращаются вокруг Солнца, и в них словно законсервированы секреты возникновения Солнечной системы. И изучив строение Плутона и его спутников, следы древних метеоритных бомбардировок, состав льдов, мы лучше сможем понять, как образовывалась Солнечная система. Так что Плутон интересен тем, что это крупнейший и ближайший представитель древнего пояса Койпера. Именно поэтому он так важен для астрономии.

Конечно же, на космическом аппарате установлены фотокамеры, одна обзорная Ralph, одна узконаправленная LORRI. На максимальном сближении разрешение будет 50 м на пиксель.

На нем также установлены различные приборы для исследования атмосферы (представьте, она там есть), тепловых свойств Плутона и даже частиц, которые как бы сдуваются солнечным ветром и словно образуют хвост кометы.

Есть даже прибор, измеряющий концентрацию пыли от столкновений астероидов, комет и прочих тел. Самое интересное, что этот детектор разрабатывался, создавался и управляется студентами. Беспрецедентный случай! Да уж, у кого-то будет очень интересный диплом.

На таком огромном расстоянии от Солнца солнечные батареи, конечно, неэффективны. Поэтому используется другой источник энергии – радиоизотопный термоэлектрический генератор. Он использует радиоактивный плутоний, но это не ядерный реактор! В нем не протекает цепная реакция, просто происходит естественный радиоактивный распад, из-за чего вещество нагревается. Далее это тепло преобразуется в электроэнергию. КПД, конечно, невысок, зато требуемая мощность в сотни ватт поддерживается десятки лет.

При пролете около Юпитера аппарат совершил некий гравитационный маневр. Оказывается, можно сделать так: при подлете к планете спутник как бы увлекается гравитационным полем и получает приращение скорости, не расходуя ни капли топлива. Как так? Просто происходит обмен энергиями с планетой. На сколько возрастает энергия спутника, на столько же уменьшается и у планеты. Но у нее такая огромная масса, что ее скорость изменяется ничтожнейше мало. Проще сказать – никак.

У Плутона, у этого крошки, целых 5 спутников. 4 из них очень крохотные, до 60 километров в диаметре. А вот один из них, Харон, большой, всего в два раза меньше самого Плутона в диаметре. Поэтому центр масс этой системы находится между ними, и они вращаются вокруг него. Тут уж нельзя утверждать, что Харон вращается вокруг Плутона, корректней сказать, что это двойная система. Можете сами это почувствовать. Возьмите легкий предмет и покрутитесь с ним. А теперь тяжелый. Чтобы его крутить, вы вынуждены будете сами вращаться.

Вовсе нет. На данный момент самым удаленным рукотворным объектом является «Вояджер-1» – один из пяти космических аппаратов, покидающих Солнечную систему. Он был запущен еще в 1977 году, пролетел мимо Сатурна и Юпитера, а сейчас находится на расстоянии около 19 млрд км от Солнца. Свет туда идет больше 18 минут.

Сейчас сложно оценить значимость этой миссии, но пока такие есть, мы уверены – в нас еще есть дух первооткрывателей, исследователей, мечтателей, странников и путешественников. Тех, кто открывает новые горизонты!

6. Только физика, только хардкор

6.1. Что такое время?

Мне больше нравится следующее определение: это то, что заставляет все события происходить не одновременно. Некоторые считают, что время – это фундаментальное понятие нашего мира, наряду с пространством. Другие полагают, что это субъективное ощущение, продукт мышления и восприятия нами окружающего мира. Так что единого подхода к глубинному пониманию времени пока что нет. Но есть вещи, в которых уверены практически все, ведь они проверены очень точными экспериментами.

Например, согласно общей теории относительности время – это всего лишь одна из координат четырехмерного пространства-времени, в котором мы все с вами живем. И для того понять связь с привычным нам 3-мерным, рассмотрим следующий пример. Давайте вообразим себе 2-мерное пространство, в котором живут какие-то 2-мерные существа. Они конечно же плоские, двигаются только вдоль осей X и Y, не умеют подпрыгивать и заглядывать сверху. Если человек окажется в таком пространстве, то он не будет для них виден полностью. Он же 3-мерный! Будет видно только лишь его сечение, проекция человека на это пространство. А теперь давайте представим себе, что третья координата – это время. Соответственно, наша плоскость будет плавно перемещаться вдоль этой оси. И наши 2-мерные создания мы можем представить в виде длиннющих-длиннющих червяков, которые проецируются в определенные моменты времени на плоскость в 2-мерные создания. Абсолютно такие же рассуждения можно привести и для 4-мерного пространства. Мы в нем являемся длиннющими-длиннющими червяками, которые начинаются при рождении и заканчиваются при смерти. Но в 3-мерном пространстве мы всегда видим только лишь проекцию, сечение этого объекта. Так что время можно запросто представлять в виде одной из координат 4-мерного пространства.

Но почему вдоль осей X, Y и Z мы можем двигаться как угодно, а вдоль оси времени – нет? Мы же не можем его остановить, ускорить или замедлить. Или можем? Оказывается, согласно теории относительности, время может протекать везде по-разному. Например, если вы движетесь с огромной скоростью мимо неподвижного наблюдателя, то, с его точки зрения, стрелки ваших часов будут двигаться медленней.

Есть и еще один фактор, влияющий на течение времени. Это гравитация. Чем она сильнее, тем время протекает медленней. И, кстати, чем ближе к Земле, тем гравитация же больше. Поэтому у всех у нас ноги моложе, чем голова! Конечно же эти эффекты несущественны при небольших скоростях и в слабых гравитационных полях. Однако они все равно учитываются при работе ускорителей, атомных часов, систем навигации. Время можно даже замедлить до полной остановки. Для этого надо, всего лишь навсего, оказаться на горизонте событий черной дыры, там, где колоссальная гравитация. Ну или двигаться со скоростью света. Хм… Только представьте, если у каждого фотона на руке были бы часы, они бы стояли. Так что при определенных условиях мы, в принципе, можем менять течение времени.

Но вот повернуть его вспять вряд ли получится. Время протекает только в одном направлении, и с этим связаны фундаментальные законы, как ни странно, термодинамики.

Давайте рассмотрим такой пример: представьте себе фермера, у которого есть три разных овечки и три стойла, в которые он их загнал. Но по каким-то причинам он забыл закрыть стойла, и овечки, предоставленные самим себе, естественно, разбрелись по всей ферме. В таком состоянии вариантов расположения овечек намного больше! Величина, показывающая количество способов реализации того или иного состояния, называется энтропией. В нашем примере она увеличилась.

Короче, условно можно считать энтропию связанной с упорядоченностью системы. Чем меньше порядка, тем больше энтропия. И можно представить вместо овечек молекулы и их хаотичное движение. В замкнутой системе с течением времени порядка будет становиться все меньше и меньше, и энтропия будет возрастать. Кофе растворяется в молоке, воздушные шарики сдуваются. Можно более глобально: египетские пирамиды рано или поздно развалятся, звезды взорвутся и рассеются, каждый из нас когда-нибудь умрет и распадется на отдельные молекулы. Все во Вселенной стремится из более упорядоченного состояния перейти в более хаотичное, с увеличением энтропии. Именно в эту сторону направлено течение времени. Это можно использовать и в корыстных целях. Если у вас комнате беспорядок, вы можете просто оправдаться тем, что: «Это не я, это энтропия увеличивается!»

6.2. Теория струн для «чайников»

Теория струн в наше время у всех на слуху, это модный тренд в современной науке. Но что же это такое и почему к ней так много внимания? Давайте попытаемся разобраться.

Для начала надо сказать, что истинного знания в науке нет. Любая теория – это всего лишь математическая модель, описывающая реальность с какой-то определенной точностью. Взять, например, электрон. Есть море теорий, благодаря которым можно рассчитать его координаты, размеры, массу, заряд: классическая, релятивистская, квантовая, струнная. В каждой из теорий учитываются определенные свойства электрона, но вряд ли абсолютно все. Поэтому они выдают результат определенной точности все по-разному.