Очарование физики - Глэшоу Ш.Л.
ISBN 5-93972-151-6
Скачать (прямая ссылка):
Более поздняя эпоха жизни Вселенной — история звезд и галактик, квазаров, пульсаров и черных дыр, а также возможность существования внеземных цивилизаций — сама переживает возрождение, время великих открытий. Это следствие развития новых технологий астрономического наблюдения. Наземный телескоп, который по-прежнему остается важным для астронома, уже не является его единственным инструмен-
'Новая Англия (New England) — название исторически сложившегося района в северовосточной части США, предложенное в 1614 году английским капитаном Дж. Смитом. В Новую Англию входят штаты: Мэн, Нью-Хэмпшир, Вермонт, Массачусетс, Коннектикут, Род-Айленд. Главный экономический центр — г. Бостон. — Прим. пер.
2Неонатальный — относящийся к новорожденному. — Прим. пер. 62
Жизнь в логарифмическом масштабе времени 62
о
БОЛЬШОЙ
ВЗРЫВ ¦
ЭПОХА КВАРКОВ
ЭПОХА НУКЛОНОВ И АНТИНУКЛОНОВ
ЭПОХА ЛЕПТОНОВ
-10 »
10 6
-10 *
10 * -1
-10г
ЯДЕРНЫЙ СИНТЕЗ "-10"
ЭПОХА ИОНОВ
АТОМЫ
ЗВЕЗДЫ И
ГАЛАКТИКИ
10е -10» -Ю1» 10"
-1014
101в
ч ж !>> M
cd
и
-500 000 лет
-1018
-Рождение Земли: 5 миллиардов лет
¦ Настоящий момент: 15 миллиардов лет
Рис. 3. Вселенная в логарифмическом масштабе времени.
том. К оптической астрономии добавились радиоастрономия, рентгеновская астрономия, гамма-лучевая астрономия, инфракрасная астрономия, ультрафиолетовая астрономия и микроволновая астрономия. В каждом случае электромагнитный сигнал, приходящий из отдаленной части Вселенной, обнаруживается и анализируется. Перечисленные семь типов излучения отличаются друг от друга только длиной волны, как красный свет отличается от фиолетового, только в большей степени: радиоволны имеют многометровую длину, а некоторые гамма-лучи достигают длины, равной лишь IO-16 сантиметра. На рисунке 4 приводится еще 64 Жизнь в логарифмическом масштабе времени
63
одно применение логарифмического представления: электромагнитный спектр. Обратите внимание, сколь малую часть спектра занимает видимый свет: волны длиной 5 х 10~5 сантиметров соответствуют фиолетовому свету, а 8 x 10~5 сантиметров — длина волны красного света. Между этими значениями находятся волны голубого, зеленого, желтого и оранжевого света. Неудивительно, что новая астрономия настолько мощнее старой. Чуть позже мы рассмотрим несколько великих астрономических открытий, которые стали возможны благодаря нашему технологически развитому, любопытному и щедрому обществу.
Чтобы греться Чтобы видеть Чтобы загорать
РАДИО ВОЛНЫ
МИКРО ВОЛНЫ
ИНФРА КРАСНЫЕ ЛУЧИ
ВИДИМЫИ CBET
ультра фиолетовые лучи
РЕНТГЕНОВСКИЕ ЛУЧИ
ГАММА ЛУЧИ
- 103 - 102 10
1 cm . 10 1 10 г . 10 J 10 4 10 5 10 8 10 7 10 " 10 10 10 11
Зх1010 Hz Зхю11 Hz
ч Зх IO15Hz ЗхЮ1в Hz 3x10" Hz Зх Ю18 Hz Зх IO20Hz
Рис. 4. Электромагнитный спектр. 64
Жизнь в логарифмическом масштабе времени 64
Давайте остановимся на одно мгновение, чтобы исследовать очень большие и очень малые числа, с которыми мы непременно сталкиваемся при рассмотрении космоса и атома. Мы начинаем с безразмерных чисел. Примером такого числа является тт — отношение окружности круга к его диаметру. Другие примеры — число планет в Солнечной системе (девять), число смертных грехов (семь), число различных вариантов раздачи карт в покере (2 598 960) или население Соединенных Штатов 2 X IO8). Обратите внимание на использование знака Он означает «примерно» или «приблизительно». Он используется, когда мы не знаем какое-то число точно, когда точность этого числа нас не заботит или когда мы не можем его уточнить. Число населения Америки, в нескольких последних разрядах, меняется очень быстро, поскольку достаточно часто люди рождаются или умирают. Следует ли включать в это число иностранцев-резидентов? Иностранных студентов? Туристов? Американцев, которые живут и работают за границей? Людей, имеющих двойное гражданство? Нелегальных иммигрантов? Для обсуждения общего характера вполне достаточно грубой оценки количества населения.
В науке, как и в подобных социальных вопросах, нам зачастую неизвестно точное значение какого-то числа, а порой нам и не нужно его знать. «Примерная оценка» — вот все, что нам необходимо. Так, мы говорим, что Солнце содержит ~ IO57 протонов. С другой стороны, иногда нам важно знать точное значение какой-либо величины: например, атом урана содержит ровно 92 электрона.
Безразмерное число называется безразмерным, потому что его описание не требует выбора специальных единиц измерения. Числа, содержащиеся в выражениях «55 миль в час», «трехминутное яйцо» или «стоваттная лампочка», имеют размерность. В системе единиц, отличных от мили, минуты или ватта, числа изменятся. Мой вес, к примеру, не является числом безразмерным. В фунтах он составляет 198 единиц, в килограммах 90, в стоунах — 14,1, а в аптекарских унциях — 2893,5668. Мой вес — это мой вес, но его численное описание зависит от выбора норм измерения: мой вес является размерным числом.
Рисунок 5 является логарифмическим представлением десяти безразмерных чисел, охватывающих практически восемьдесят степеней десяти. Несмотря на то, что в мире очень много людей, их число тускнеет по сравнению с количеством звезд во Вселенной, которое, в свою очередь, пренебрежимо мало по сравнению с количеством возможных позиций в шахматах. Самое большое вводимое нами число — это количество протонов во Вселенной, которое равно произведению числа протонов в средней звезде (1057) на число звезд в известной Вселенной (1022), т.е. IO79. Жизнь в логарифмическом масштабе времени
