Мнение сотрудников издательства LAP об этой книге из серии научно-познавательных книг для продвинутой читательской аудитории - "Микро- и макромир"
Dear Larisa Mironova!!
I hope this email finds you well and in good health. As you remember, we have had the pleasure of working with you on your previous book - At eternity in captivity - , which was brilliant and inspiring. You are definitely a distinguished and appreciated member of our author community, and we are glad to have you as our friend.
I am writing to you today to invite you to publish your next book with us, with my full support and guidance as your editor. I believe that you have more great ideas and insights to share with the world, and I would love to help you bring them to life.
If you are interested in publishing your next book with us, please reply to this email and let me know. I would be delighted to hear from you and discuss the details of your project.
Thank you for your time and attention.
I look forward to hearing from you soon
Уважаемая Лариса Миронова!!
Я надеюсь, что это письмо застанет вас в добром здравии. Как вы помните, мы имели удовольствие работать с вами на вашей предыдущей книгой - У Вечности в плену , этот опыт был замечательным и вдохновляющим. Вы, безусловно, выдающийся и ценный член нашего авторского сообщества, и мы рады, что вы наш друг.
Я пишу вам сегодня, чтобы пригласить вас опубликовать вашу следующую книгу вместе с нами, при нашей полной поддержке и моём руководстве в качестве вашего редактора. Я верю, что у вас есть еще много замечательных идей, которыми вы могли бы поделиться с миром, и я хотела бы помочь вам воплотить их в жизнь.
Если вы заинтересованы в публикации вашей следующей книги у нас, пожалуйста, ответьте на это электронное письмо и дайте мне знать. Я была бы рада получить от вас весточку и обсудить детали вашего проекта.
Спасибо за ваше время и внимание.
Я с нетерпением жду вашего звонка в ближайшее время
*****************
Это фрагмент из книги Лариса /Мироновой «У вечности в плену» (2023) Заказ книги через интернет-магазин «morebooks). Лучше заказывать не с территории РФ и не по карте резидента РФ. Платёжная валюта – доллар и евро.
Далее авторский перевод на русский
СОNТЕNT
Предисловие
Шамаев В. Г. Природа Времени и внутренние механизмы Природы. Тёмная материя - хит космологии 21 века
Часть I. Вселенская вечность
Часть II. Вселенная Шона М. Кэрролла и Сознание
Часть III. Гравитация и Время
Гипотезы:
Начальные условия
Темная материя – это (никак не) гравитация
Заключение
Литература
Предисловие.
Природа Времени и внутренние механизмы Природы. Тёмная материя - хит космологии 21 века
Физики потратили десятилетия на безуспешные поиски хотя бы намеков на взаимодействие между частицами темной материи и обычной материей. Если темная материя действительно является частицей, то похоже, что ей очень не нравится общаться с нормальной материей. Это необнаружение темной материи весьма раздражает историю инфляции, потому что если темная материя принципиально не разговаривает с нормальной материей, то нет причин, по которым инфлатон должен создавать темную материю наряду с нормальной материей в ранней Вселенной. Не так давно пара продвинутых специалистов из Хельсинкского института физики предложила новый механизм для создания большого количества темной материи в ранней Вселенной, даже если инфлатон очень не любит это дело - создавать темную материю. Новый механизм опирается исключительно на гравитацию. Космологи называют подобный этап фазой предварительного (нагрева) распада инфлатона, и он может породить некоторые сумасшедшие физические явления. На столь коротком этапе важную роль может сыграть сама гравитация, позволяющая инфлатону соединиться с частицей темной материи. Тогда гравитация принимает форму своего предполагаемого носителя квантово-механической силы - гравитона. Обычно гравитон не участвует в реакциях частиц, но физики нашли способ его появления в фазе предварительного нагрева в конце инфляции. Обнаружено, что, когда гравитон появляется во взаимодействии частиц в эту эпоху, он может обеспечить каналы для распада инфлатона на частицы темной материи. Эти частицы темной материи уже присутствовали бы во Вселенной до того, как остальная нормальная материя последовала бы их примеру, когда инфлатон исчезнет. Физики настроили свою модель так, чтобы создать нужное количество темной материи, которое требуется для наблюдений за космосом, но исследователи не уверены в том, как гравитация взаимодействует с частицами. Это режим квантовой гравитации, теории сильной гравитации на малых масштабах, которая в настоящее время является священным граалем современной физики. Идея эта дает возможность ранней Вселенной произвести столько темной материи, чтобы она никогда больше не испытывала нужды общаться с нормальной материей. Весной 2018 астрономам впервые удалось найти галактику с минимальным количеством темной материи — или с ее полным отсутствием. Спустя год ученые нашли вторую подобную галактику, и это открытие стало одним из самых важных в астрономии XXI века — наряду с обнаружением гравитационных волн. «Хайтек» рассказывает, насколько существование таких объектов вообще возможно и как оно парадоксальным образом доказывает наличие самой темной материи во Вселенной. Темная материя — субстанция, которая не взаимодействует с другими материями с помощью электромагнитных или сильных ядерных сил. Отсутствие электромагнитных взаимодействий означает, что она не может испускать, поглощать, отражать, преломлять или рассеивать свет, что делает ее сложным предметом для наблюдений. Тем не менее, около 85% всего вещества во Вселенной представляет собой темную материю. Пока у ученых есть только теоретические предпосылки. К примеру, галактические кривые вращения. Когда один объект вращается вокруг другого, объект на орбите должен постоянно ускоряться к центру. Без этого ускорения орбитальное тело просто улетит. Красное смещение — сдвиг спектральных линий химических элементов в красную сторону, что может быть выражением слабого диффузного рассеяния, эффекта Доплера или гравитационного красного смещения, или их комбинацией. Впервые сдвиг спектральных линий в спектрах небесных тел описал французский физик Ипполит Физо в 1848 году и предложил для объяснения сдвига эффект Доплера, вызванный лучевой скоростью звезды. Гравитационное линзирование. Согласно общей теории относительности, всякий раз, когда свет проходит через гравитационное поле, он слегка искажается. Это действует как гравитационная линза и может производить, т.н. «кольца Эйнштейна». Открытие астрономов бросает вызов существующей теории о формировании галактик. Речь идет о том, что более крупная NGC 1052 могла «украсть» темную материю у DF2 и DF4. Если это возможно при условии сохранения упорядоченности, то придется полностью пересмотреть механизм формирования и существования их. Есть надежда выяснить, существуют ли они в других областях Вселенной, что позволит сделать еще один шаг в понимании суперзагадки вселенной — природы тёмных сил. Шамаев В.Г.
Head of the Department of Scientific Information on Physics and Astronomy (VINITI RAS) Vladimir G. Shamaev
ЧАСТЬ 1. Вселенская вечность
Что такое время в современном понимании и почему оно обладает именно такими свойствами? Почему время у нас всегда движется в одном направлении? Почему существуют необратимые процессы? Двадцать лет назад Стивен Хокинг пытался объяснить время через теорию Большого Взрыва. Потом Шон М. Кэрролл, один из ведущих физиков-теоретиков современности и великолепный писатель со своим, ни с кем не сравнимым живописным стилем, познакомит нас с темой, которая охватывает предметы из теории энтропии (квантовая механика) и приуготовляет нас к удивительному путешествию во времени (в терминах теории информации, разумеется) - в поисках смысла жизни.
Книга Шона М. Кэрролла «Вечность. В поисках окончательной теории времени», а также книга «Вселенная» - это не просто очередной и следующий шаг на пути к пониманию: почему и как существует Вселенная — это безусловно прекрасное чтения для широкого круга читателей, которые интересуются физикой и космогоническим устройством нашего мира. Затем мы, оттолкнувшись от столпов прошлого и настоящего, устремимся в неизбежное будущее, прихватив с собой все новейшие гипотезы, которые только придут нам в голову. Однако на претенциозный титул – «окончательная теория» мы не замахиваемся ни разу, это я гарантирую. Короче, постараемся быть в своих утверждениях в меру скромны, как и надлежит быть всем учёным – неанглосаксам)))
И в самом деле, странно было бы это делать нам, простым крестьянам, ведь все человеческие теории, придуманные гениями человечества, всего лишь схемы, возникшие в результате наблюдения за процессами в природе. И эти схемы верны лишь при определенных допущениях. Проходит время, меняется мир, мы вдруг снова убеждаемся в их не совсем полной универсальности, ищем уточнения и дополнения… Во всём же остальном не станем ограничивать полёт нашей безудержной фантазии в представлениях о микро- и макромире. Это как раз никому не запрещалось, даже во времена СССР.
Начнём так:
Кто-нибудь на самом деле знает, сколько времени?
Does Anybody Really Know What Time It Is?
Эта глава, так же, как и труд Шона М. Кэрролла, - о природе времени, о зарождении Вселенной и о фундаментальной структуре физической реальности, да, мы здесь не мыслим мелкими категориями и сразу ставим вопрос на ребро: откуда взялись время и пространство? И действительно ли все ограничивается той Вселенной, которую мы видим, или же существуют ещё и другие «Вселенные» за пределами доступного нашему взору? Чем таким особенным будущее отличается от прошлого? Согласно авторам Оксфордского словаря: «время» —это самое частотное существительное в языке. На протяжении своей жизни мы движемся сквозь время, с одержимостью следим за ним и ежедневно пытаемся обогнать его, — и все же, мало найдется людей, которые смогут просто объяснить, что же такое время. Также логично будет обратиться за помощью к свободной энциклопедии Wikipedia. Там есть статья «Time»: «Время — это компонент измерительной системы, используемый для определения порядка следования событий, для сравнения продолжительности событий и интервалов между ними, а также для количественного описания движения объектов. Время — одна из главных тем религиозных, философских и научных изысканий, но даже величайшим ученым не удается дать определение времени в непротиворечивой форме, применимой ко всем областям исследований. А что скажем мы? Возможно, к концу книги, даже если мы и сможем-таки дать очень точное и исчерпывающее определение времени, которое будет применимо ко всем областям, не станем утверждать, что это истина на все времена, ведь намного менее очевидно, почему всё-таки время обладает теми свойствами, которыми обладает, — хотя несколько интригующих идей мы все же рассмотрим. Космология, учение обо всей Вселенной, за 20-й век и начало 21-го, здорово продвинулась вперед. Четырнадцать миллиардов лет назад наша Вселенная, хотя бы та ее часть, которую мы в состоянии наблюдать, находилась в невообразимо горячем, плотном состоянии, которое мы называем Большим взрывом. Принято считать, что с той поры Вселенная расширяется и охлаждается, и, судя по всему, она продолжит делать это в обозримом будущем, а может, и на протяжении всей вечности. Век назад этого не было известно — не было ни малейшего представления о структуре Вселенной за пределами нашей галактики Млечный Путь. Сегодня, когда уже сумели сделать замеры с наблюдаемой Вселенной, и можно детально описать не только ее размер и форму, но и её составные части, а также угадать примерный ход истории, хотя на многие вопросы, связанные с первыми моментами Большого взрыва, ответа нет. Тем не менее, именно эти вопросы играют критическую роль в понимании времени — не только на просторах космоса, но и в лабораториях на Земле и даже в нашей повседневной жизни.
Что произошло со Временем сразу после Большого взрыва?
Трудно не согласиться, что с течением времени Вселенная эволюционирует: если ранняя Вселенная была горячей и плотной, то современная Вселенная - холодная и разреженная. Так в жизни и бывает – почти без исключений. Всякие тесные общения начинаются в безумной горячке, но со временем (существенно меньшим, чем вышеозначенные 14 млрд лет), наступает неизбежное охлаждение и даже появляется раздражительность и отстранённость… Причина простая – наступает выгорание, в прямом и переносном смысле. Но если смотреть не поверхностно, а вглядеться в самую глубь отношений, тут же обнаружится весьма загадочная характеристика времени: наличие неизбежной направленности - вектора и градиента. ведь прошлое радикально отличается от будущего. Это то, что назвали стрелой времени. В отличие от направлений в пространстве, которые между собой абсолютно равноправны, у Вселенной, несомненно, есть своя временная уникальность - предпочтительная ориентация во времени. Основная идея книги Шона М. Кэрролла: стрела времени существует, потому что Вселенная эволюционирует определенным образом. А как же иначе? Ведь Вселенная полна необратимых процессов — событий, которые происходят всегда в одном направлении времени, но никогда в другом. Можно превратить яйцо в омлет, но невозможно сделать из омлета целое яйцо. Молоко смешивается с кофе; топливо сгорает и превращается в выхлопные газы; люди рождаются, взрослеют и умирают, и никто не может войти в одну и ту же реку дважды (если точно, то и единожды он этого не успеет сделать – пока некто будет входить в реку, воды по направлению течения реки утечет множество кубометров… Так мы повсеместно обнаруживаем устойчивые последовательности событий, в которых один тип событий всегда предшествует другому, а другой — всегда следует после событий первого типа. В паре эти две группы последовательностей и определяют стрелу времени. В основе подобного понимания необратимых процессов лежит одно-единственное понятие — его называют энтропией. Энтропия измеряет «неупорядоченность» объекта или скопления объектов. С течением времени энтропия возрастает, или, хотя бы остается константой — это второе начало термодинамики. А причина этого дела обманчиво проста: есть намного больше способов устроить хаос, чем организовать порядок; значит при прочих равных, упорядоченные конфигурации будут естественным образом переформатироваться во все более беспорядочные, то есть, хаос наступает как бы естественным путём. Совсем несложно перемешать молекулы яйца, для того чтобы получить омлет, но аккуратно собрать их обратно, сформировав прежнее целое яйцо, разве что волшебнику под силу. Однако существует еще один ингредиент, обладающий невероятной важностью, который пока что не привлёк должного внимания: если все во Вселенной эволюционирует в направлении увеличения беспорядка, то оно, это всё, должно было стартовать с невероятно упорядоченной конфигурации. Логическая цепочка, объясняющая, почему невозможно превратить падшего ангела в бывшую когда-то невинность, базируется на фундаментальном предположении, касающемся ранней Вселенной: она неизбежно пребывала в состоянии чрезвычайно низкой энтропии и максимально высокой упорядоченности. Стрела времени соединяет раннюю Вселенную с тем, что мы в буквальном смысле испытываем в каждый момент нашей жизни. Это не только разбивание яиц и другие необратимые процессы, такие как добавление молока в кофе или неизбежное захламление жилой комнаты, в которой никто долгое время не убирается. Стрела времени — это причина, почему нам кажется, что время течет мимо нас или (если угодно) почему мы плывем сквозь время. Это причина, почему мы помним прошлое, но не очень верим в будущее. Почему мы растем и изменяемся, почему у нас происходит процесс обмена веществ и почем, в конце концов, жизни приходит конец. Почему мы верим в причинно-следственную связь: ведь это принципиальный компонент нашего представления о свободе воли. И все это благодаря Большому взрыву?! Однако мы видим далеко не всё. Загадка стрелы времени:
- почему условия в ранней Вселенной были именно такими, какими они были;
- почему существовала конфигурация с низкой энтропией, позволившая произойти всем этим необратимым процессам?
Но правильного ответа никто пока не знает, так что пора всерьез задуматься о разгадке. Ещё древние мыслители очень хотели понять природу времени. Философы-досократики, Гераклит и Парменид, занимали разные позиции по вопросу природы времени: первый подчеркивал первичность изменения, в то время как второй отрицал реальность изменения вообще. Девятнадцатый век был всецело героической эпохой статистической механики: люди изучили поведение макроскопических объектов исходя из их микроскопических составляющих, — когда такие фигуры, как Людвиг Больцман, Джеймс Клерк Максвелл и Джозайя Уиллард Гиббс, сумели дать определение энтропии и описать ее роль в необратимых процессах. Однако им ничего не было известно об общей теории относительности Эйнштейна или о квантовой механике ни о современной космологии. Впервые в истории науки у нас есть шанс собрать обоснованную теорию времени и эволюции Вселенной. Для этого всё необходимое имеется. Шон М. Кэрролл предложил вполне разумную версию: Большой взрыв не был началом Вселенной. Я – только «за», вообще эта негативная тенденция – всё, что было в далёком (а теперь уже и в текущем) времени, легко подрезать ради упрощения рассмотрения вопроса. Учёные иногда говорят, что Большой взрыв представляет истинную границу пространства и времени, до которой ничего не существовало, — хорошо, пусть так, тогда также и само время не существовало, поэтому понятие «до», строго говоря, в этом случае не применимо. Беда в том, что мы не всё знаем об окончательных законах физики, чтобы с полной уверенностью делать подобные заявления. Ученые начинают весьма резонно апеллировать к гипотезе о том, что Большой взрыв в действительности не был началом начал, — это была всего лишь фаза, через которую проходит Вселенная или как минимум наша часть Вселенной. Если это так (а причин, почему это не может быть, просто не существует), то вопрос о нашем изоэнтропийном начале принимает совсем другую форму:
- не «Почему Вселенная зародилась в таком низкоэнтропийном состоянии?»,
- а «Почему наша часть Вселенной прошла через период такой низкой энтропии?»
И это — уже совсем другой вопрос, что открывает новый диапазон возможных ответов. Не исключено, что Вселенная, которую мы видим, — всего лишь часть намного более крупной Мультиленной, которая не зарождается в низкоэнтропийной конфигурации. Вот доводы, что самая разумная модель Мультиленной — такая, где энтропия увеличивается просто потому, что энтропия способна это делать всегда (увеличивается хаос, и это может происходить само собой, причём всегда). Потому что не существует состояния максимальной (избыточной) энтропии. В качестве дополнительного бонуса Мультиленная может быть абсолютно симметричной во времени: начиная с какого-то момента в середине, когда энтропия имеет высокое значение, она эволюционирует по направлению к прошлому и будущему в состояние, где энтропия еще выше. Вселенная, доступная нашему взору, — это всего лишь крошечный участок невероятно массивного ансамбля, и наше конкретное путешествие из плотного Большого взрыва к извечной пустоте — это лишь часть более глобального стремления всей Мультиленной к увеличению ее собственной энтропии. И это всего лишь одна из возможностей! Так что независимо от того, ведет ли нас данная конкретная идея в правильном направлении, сами по себе эти проблемы невероятно увлекательны и вполне реальны. Пока уверенности, как должен звучать финальный ответ, у нас еще нет, вопрос можно и нужно задавать всеми доступными способами. Конечно, далеко не все согласны с тем, что космология должна играть значительную роль в таком понимании стрелы времени. Врагов у Шона М. Кэрролла было немало, ученые не желали признавать тот факт, что именно стрела времени так уж важна для фундаментальных законом физики, некоторые даже называли саму эту идею «полной бессмыслицей», а утверждение Кэрролла о том, что второе начало термодинамики обязано своим существованием конкретно космологии, —вообще «одно из глупейших» заявлений, что доводилось слышать на физических семинарах, за исключением заявления о наличии «сознания в квантовой механике». И все присутствовавшие слушали подобный вздор. Шон лояльно проявил осмотрительность, подразделив различные спорные выступления в физике на три типа:
1) примечательные результаты современной физики, звучащие удивительно, но тем не менее являющиеся общепризнанными фактами;
2) масштабные заявления, с которыми согласны не все работающие физики, но которые тем не менее должны быть приняты, так как их истинность не вызывает никаких вопросов;
3) умозрительные идеи за пределами зоны комфорта современного положения дел в науке. Определенно, мы не станем чураться отвлеченных и спекулятивных рассуждений, но они всегда будут ясно обозначены как таковые. Короче, всё будет названо своими именами. И пусть каждый самостоятельно приходит к окончательным выводам.
Тема времени включает огромное количество идей — от бытовых до шокирующих: в ходе нашего разбирательства мы заглянем в термодинамику, квантовую механику, в обе теории относительности, теорию информации, космологию, физику элементарных частиц и квантовую гравитацию. Пока же напомним читателю то, с чего и начали это разбирательство: если наша Вселенная зародилась в Большом взрыве, то ее существование отягощается тонко подстроенным граничным условием, для которого мы не можем найти достойного объяснения. Однако если наблюдаемая Вселенная является частью более крупного ансамбля — Мультиленной, то у нас есть, по крайней мере, шанс объяснить, почему в крохотной части этого ансамбля энтропия на одном конце времени так разительно отличается от энтропии на другом. К этим измышлениям стоит отнестись серьезно. Ставки слишком велики — время, пространство, Вселенная, так что ошибки, которые мы можем сделать по пути, также будут отличаться большой масштабностью. Но иногда полезно отпустить свое воображение в свободное плавание, даже если наша конечная цель: вернуться на Землю и объяснить, что происходит и происходило на кухне Вселенной – то есть в голове у самого Творца.
Время, опыт и Вселенная: прошлое — как воспоминания настоящего:
Что же такое время?
Если меня об этом не спрашивает, знаю;
если бы я захотел объяснить тому,
кто спрашивает, — не знаю.
Св. Августин. Исповедь
Так и что такое «время?