Справочен и правен софтуер Издателство Е-Книжарница Проекти и обучения

Книги

Поредици

Автори

E-Книги

Кратка история на почти всичко

Кратка история на почти всичко

Автор: Бил Брайсън

ДИЗАЙН НА КОРИЦА: Дамян Дамянов

Преводач: Маргарита Хаджиниколова

Превод от:английски език

Дата на издаване:Януари 2017

ISBN:978-954-28-2231-8

Страници:504

Корична цена:23 лв.


Носител на европейската награда „Декарт“ за популяризиране на науката!

Една от най-значимите книги в съвременната научнопопулярна литература се завръща на пазара. „Кратка история на почти всичко” на Бил Брайсън събира на едно място най-важното и най-интересното, което трябва да знаете за съвременната физика, астрономия, биология, генетика, геология и изобщо за развитието на природните науки през последното столетие. По достъпен и разбираем за всеки начин авторът обяснява сложни концепции като Големия взрив, еволюцията, тектониката, размера на ядрото на атома и дори квантовата физика. Бил Брайсън ще ви помогне да си представите и да разберете всъщност колко малък е един протон, колко далеч от нас е Юпитер и защо котката на Шрьодингер е едновременно жива и мъртва. От тази книга ще научите и какво ще се случи при евентуален сблъсък на Земята с астероид и каква е опасността от избухването на супервулкан като този, който се крие под националния парк „Йелоустоун“. Ще разберете и какви други бедствия заплашват живота на планетата, както и какви са били причините за масовите измирания на видове, които на няколко пъти са застрашили бъдещето на живота на Земята.

КАК ДА ИЗГРАДИМ ВСЕЛЕНА

Колкото и усилено да се опитваме, никога няма да можем да раз­берем колко мъничък е, колко скромно място заема в пространството един протон. Просто е твърде малък.

Протонът е безкрайно малка част от атома. Протоните са тол­кова мънички, че в точката на буквата „i“ може да се съдържат около 500 000 000 000 от тях. Това е доста повече от броя секунди, съдържащи се в половин милион години. Така че, може да се каже, че протоните са изключително микроскопични.

Сега да си представим, ако можем (а вие сигурно не можете), как този протон се свива до милиардна част от нормалния си раз­мер в толкова малък обем спрямо него, че един нормален протон ще изглежда огромен. Да поставим в този мъничък, мъничък обем около пет грама материя. Отлично. Готови сме да сложим началото на вселена.

Предполагам, разбира се, че желаем да изградим инфлационна (раздуваща се) вселена. Ако вместо това предпочитаме да изградим една по-старомодна, стандартна вселена от типа на тази след Големия взрив, ще са ни нужни допълнителни материали. Всъщност, ще е нуж- но да съберем всичко, което е в наличност - до последната прашинка и частица материя, които се намират между тук и крайната част на сътворението - и да го вмъкнем в място, което е толкова безкрайно малко и компактно, че въобще няма размери. Това е познато като сингуларност.

И в двата случая трябва да сме готови за наистина голям взрив. Естествено, ще искаме да се оттеглим на безопасно място, за да


наблюдаваме зрелището. За съжаление, няма къде да се оттеглим, защото извън сингуларността няма нищо и никъде. Когато вселената започне да се разширява, тя ще се разпростира, за да запълни една по-голяма пустота. Единственото пространство, което съществува, е това, което тя създава, докато се развива.

Естествено е, но е погрешно да си представяме сингуларността като един вид бременна точка, висяща в тъмна, безкрайна пустота. Обаче няма пространство, няма тъмнина. Сингуларността няма „око­ло“ около нея. Няма пространство, което да заеме, няма място, където да бъде. Дори не можем да попитаме откога е там - дали скоро се е появила, като една добра идея, или е била там винаги, тихо чакаща подходящия момент. Времето не съществува. Няма минало, от което да се появи.

И така, от нищото започва нашата вселена.

В един-единствен ослепяващ импулс, в един момент на величие, твърде бърз и експанзивен, каквито и думи да използваме, сингулар- ността приема божествени измерения, пространство извън всякаква представа. През първата, изпълнена с жизненост секунда (секунда, на която много космолози ще посветят кариерата си, разделяйки я все по-фино и по-фино), е създадена гравитацията и други сили, които управляват физиката. За по-малко от минута вселената се разпростира на милиони милиарди километри и бързо нараства. Сега има много топлина - десет милиарда градуса - достатъчно, за да започнат ядре­ните реакции, които създават по-леките елементи - главно водород и хелий, с примес (около един атом на сто милиона) на литий. За три минути 98% от цялата материя, която съществува или някога ще съ­ществува, е била произведена. Вече имаме вселена. Тя е удивително място, предлагащо най-чудесни и приятни възможности, а също и красиво. И всичко това е станало приблизително за време, колкото да се направи един сандвич.

Кога се е случил този момент е въпрос на дебат. Космолозите отдавна спорят дали моментът на Сътворението е бил преди 10 ми­лиарда години или преди двойно повече време, или е бил някъде по средата. Консенсусът изглежда, че се е насочил към числото около 13,7 милиарда години, но се знае, че тези неща трудно се определят, както ще видим по-нататък. Всичко, което наистина може да се каже, е, че в някакъв неопределен период в много далечното минало поради незнайни причини е дошъл моментът, известен на науката като t=0. Оттогава ние сме на път.

Разбира се, има много неща, които не знаем, и много от нещата, които мислим, че знаем, не сме знаели, или пък сме мислели, че знаем отдавна. Идеята съществува от 20-те години на XX век, когато Жорж Льометр, белгийски свещеник и учен, за първи път опитва да я пред­ложи, но всъщност тя не става преобладаващо схващане в космоло- гията до средата на 60-те години, когато двама млади радиоастрономи случайно правят едно изключително откритие.

Имената им са Арно Пензиас и Робърт Уилсън. През 1965 г. те опитвали да използват една голяма съобщителна антена, притежание на лабораториите Бел в Холмдел, Ню Джърси, но имали проблем с наличието на неспиращ фонов шум - едно постоянно свистене, което правело невъзможно да се извършва експериментална работа. Шумът бил неотслабващ и нефокусиран. Идвал от всяка точка на небето, ден и нощ, през всички сезони. Цяла година младите астрономи правели всичко, което било по силите им, за да открият и елиминират шума. Тествали всяка електрическа система. Направили наново прибори, проверили електрически вериги, размествали жици, почиствали щеп­сели. Качили се в чинията, като поставили и облепили с лепенка всяка спойка и нит. Отново се качили в чинията с метли и твърди четки, и внимателно я почистили от това, което по-късно в един труд посочили като „бял диелектричен материал“ или птичи тор, както е по-известно. Нищо от това, което опитали, не довело до резултат.

Без те да знаят, само на 50 километра от тях - в Принстънския университет, екип от учени начело с Робърт Дике работел върху от­криването именно на това, което те толкова усилено се опитвали да премахнат. Изследователите от Принстън следвали идеята, която била лансирана през 40-те години от родения в Русия астрофизик Джордж Гамов, че ако се търси достатъчно навътре в пространството, ще се на­мери някакво космическо фоново лъчение, остатък от Големия взрив. Гамов изчислил, че преминавайки през огромната шир на космоса, лъчението ще достигне Земята във формата на микровълни. В един по-скорошен труд той дори посочва инструмент, който би могъл да се използва за целта: антената на Бел в Холмдел. За съжаление, нито Пензиас, нито Уилсън, нито пък някой от екипа на Принстън не бил прочел труда на Гамов.

Шумът, който Пензиас и Уилсън чували, бил, разбира се, шумът, който Гамов постулирал. Били открили края на вселената или поне на видимата и част, на разстояние 150 милиарда трилиона километра. Те „виждали“ първите фотони - най-древната светлина във вселената, въпреки че времето и разстоянието са ги превърнали в микровълни, точно както Гамов предсказал. В книгата си Инфлационната вселена Алън Гът предлага аналогия, която спомага да се види това откритие в перспектива. Ако възнамерявате да надникнете в дълбините на вселената, като че ли гледате надолу от стотния етаж на Емпайър Стейт Билдинг (като стотният етаж представлява сегашният момент, а нивото на улицата е моментът на Големия взрив), по времето на откритието на Уилсън и Пензиас най-далечните галактики, които някой някога е засякъл, са били на около шейсетия етаж, а най-да- лечните неща - квазарите - на двайсетия. Откритието на Пензиас и Уилсън избутали нашето познание на видимата вселена докъм 1 см от тротоара.

Все още неосъзнаващи какво причинява шума, Уилсън и Пен- зиас телефонирали на Дике в Принстън и му описали проблема си с надеждата, че може да предложи разрешението му. Дике веднага схванал какво били открили двамата млади хора. „Е, момчета, кон­куренцията току-що ни е изпреварила“, казал той на колегите си, затваряйки телефона.

Скоро след това Астрофизикъл Джърнъл публикува две статии: една от Пензиас и Уилсън, описваща свистенето, другата от екипа на Дике, обясняваща същността му. Въпреки че Пензиас и Уилсън не са търсели космическо фоново лъчение, не са знаели какво представлява то, когато са го открили, и не са го описали или обяснили в никаква студия, те спечелват Нобеловата награда по физика за 1978 г. Изсле­дователите от Принстън получават само съчувствие. Според Денис Овърбай в Самотни души в космоса нито Пензиас, нито Уилсън са разбирали като цяло значението на това, което са открили, докато не прочитат за него в Ню Йорк Таймс.

Между другото, смущение от космическо фоново лъчение е нещо, което всички сме изпитвали. Нагласете телевизора си на канал, който той не приема, и около 1% от трепкащата картина, която се вижда, се обяснява с тази древна останка от Големия взрив. Следващия път, когато се оплаквате, че не дават нищо по телевизията, помнете, че вие винаги можете да гледате раждането на вселената.

* * *

Въпреки че всеки го нарича Големия взрив, много книги ни предупреждават да не го схващаме като експлозия в традиционния смисъл. Това по-скоро е било огромно внезапно разширяване. Така че, какво го е причинило?

Една от теориите е, че вероятно това особено явление (наричано научно сингуларност) е останка от по-ранна загинала вселена - така че ние сме само една от вечния цикъл на разширяващи се и загиващи вселени - като мех на кислороден болничен апарат. Други отдават Големия взрив на това, което наричат „фалшив вакуум“ или „ска- ларно поле“, или „вакуумна енергия“ - във всеки случай някакво качество или нещо, което е породило нестабилност в нищото, което е съществувало. Изглежда невъзможно, че може да се получи нещо от нищо, но фактът, че някога не е имало нищо, а сега имаме вселена, е явно доказателство, че може. Вероятно нашата вселена е просто част от много по-големи вселени, някои в различни измерения, а големи взривове стават непрекъснато и навсякъде. Или пък може би пространството и времето са имали съвсем други форми преди Големия взрив - форми, твърде чужди за нас, за да си ги предста­вим - и Големият взрив представлява някакъв вид преходна фаза, при която вселената е преминала от форма, която не разбираме, във форма, която почти разбираме. „Това много се доближава до религиозните въпроси“, казва пред Ню Йорк Таймс през 2001 г. д-р Андрей Линде, космолог в Станфорд.

Теорията за Големия взрив не е за самия взрив, а за това, какво е станало след него. Има се предвид не много дълго време след това. Като правят много изчисления и наблюдават внимателно какво става в ускорителите за елементарни частици, учените смятат, че могат да видят назад до 10-43 секунди след момента на сътворението, когато вселената е била все още толкова малка, че е щял да ви бъде нужен микроскоп, за да я видите. Не трябва да ни става лошо всеки път, когато срещнем необикновено число, но може би си струва от време на време да си поразмърдаме мозъка върху някое от тези числа, за да си спомним колко те са умонепостижими и смайващи. Така 10-43 е 0,0000000000000000000000000000000000000000001 или една 10 милиона милиарда милиарда трилионна част от секундата.[1]

Повечето от това, което знаем, или смятаме, че знаем за ранните моменти на вселената, е благодарение на една идея, наречена инфла- ционна теория, изложена за първи път през 1979 г. от младия учен, занимаващ се с физика на елементарните частици тогава в Станфорд, а сега - в Масачузетския технологичен институт, на име Алън Гът. Бил на трийсет и две години, и, както той казва, нищо особено не е правил преди това. Може би никога нямало да предложи теорията, ако не присъствал на лекция за Големия взрив, изнесена от самия Робърт Дике. Лекцията накарала Гът да започне да се интересува от космология и по-специално от раждането на вселената.

Крайният резултат бил инфлационната теория, която твърди, че за част от момент след началото на сътворението вселената претърпява внезапно драматично разширяване. Тя се издува - всъщност се състеза­ва сама със себе си, като удвоява размера си всеки 10-34секунди. Целият този епизод може би е продължил не повече от 10-30секунди - това е една милион милиона милиона милиона милионна от секундата - но променя вселената от нещо, което може да се държи в ръка, в нещо, което е най-малко 10 000 000 000 000 000 000 000 000 пъти по-голямо.



[1] Малко за изписването на числата в науката. Тъй като много големите числа са неудобни за изписване и почти е невъзможно да се прочетат, учените използват съкратен запис, съдържащ степени (или кратни числа) на десет, при който например 10 000 000 000 се изписва 1010, а 6 500 000 става 6,5 х 106 . Принципът се основава много просто на кратните числа на 10 - 10 х 10 (или 100) става 102; 10 х 10 х 10 (или 1000) е 103 и т.н., очевидно и до безкрайност. Повдигнатото дребно изписано число показва броя на нулите след нормално изписаното основно число. Записите с минус пред дребно изписаното повдигнато число дават огледално изображение, т. е. повдигнатото число показва броя на нулите отдясно на десетичната запетая (така че 10-4 означава 0,0001). Въпреки че поздравявам този принцип, на мен ми е чудно как някой като види „1,4 х 109 km3“, веднага ще разбере, че това означава 1,4 милиарда кубични километра, и е естествено да се избере дългият начин пред краткия в печатни издания (особено в книга, предназначена за обикновения читател, където примерът бе видян). С презумпцията, че много от обикновените читатели са зле с математиката като мен, ще използвам „научния начин“ пестеливо, въпреки че понякога той не може да се избегне особено в глава, занимаваща се с нещата в космически мащаб.



ВСЕЛЕНАТА НА АЙНЩАЙН

Когато деветнайсети век бил към края си, учените със задоволство можели да отбележат, че са установили повечето от загадките в света на физиката: електричеството, магнетизма, газовете, оптиката, акус- тиката, кинетиката и статистическата механика, които са само част от многото, които могат да бъдат изредени. Открили рентгеновите лъчи, катодните лъчи, електрона и радиоактивността, измислили мерните единици - ом, ват, келвин, джаул, ампер и малкия ерг.

Ако нещо е можело да бъде осцилирано, ускорено, пертурбирано, дестилирано, комбинирано, премерено или превърнато в газ, учените го били направили, като в процеса на работа измислили съвкупност от универсални закони, които са толкова важни и величествени, че някои още ги изписват с главни букви: Теория за електромагнитната същност на светлината, Закон на Рихтер за обратната пропорционал­ност, Закон на Чарлз за газовете, Закон за съединяващите се обеми, Нулев закон на термодинамиката, Теория за валентността и Закон за действие на масите, както и безброй други. Изобретателността им довела до дрънченето и пуфкането на машини и инструменти в целия свят. Мнозина мъдри хора вярвали, че нямало какво още да бъде открито от науката.

През 1875 г., когато един млад германец от Кил на име Макс Планк взимал решение дали да посвети живота си на математиката или на физиката, най-чистосърдечно бил приканван да не избира фи­зиката, тъй като всичките открития били направени. Уверяван бил, че настъпващият век ще бъде век на затвърдяване и усъвършенстване на направеното, а не на революционни промени. Планк не ги послу-


шал. Изучавал теоретична физика и отдал цялата си душа и енергия в изследване на ентропията - процес, който е централен за термоди- намиката и многообещаващ за амбициите на един млад човек.[1] През 1891 г. постигнал резултати и с ужас научил, че важни изследвания в областта на ентропията вече били направени, в случая от един саможив учен от Йейлския университет на име Д. Уилард Гибс.

Навярно Гибс е най-гениалната личност, за която почти никой не бил чувал. Толкова бил скромен, сякаш бил невидим, прекарал фактически целия си живот, освен три години следване в Европа, в рамките на квартал между две пресечки, граничещи с къщата му и района на Йейлския университет в Ню Хейвън, Кънектикът. През първите десет години в Йейл дори не си направил труда да си полу­чи заплатата. (Притежавал други финансови средства.) От 1871 г., когато станал професор в университета, до смъртта му през 1903 г. на курсовете му присъствали средно малко повече от един студент на семестър. Публикациите му били трудни за четене и използвали негова собствена система от означения, неразбираема за мнозина. Но дълбоко сред мистериозните му формулировки се криели изключи­телно гениални прозрения.

През 1875-78 г. Гибс написал серия от работи под общото за­главие За равновесието на хетерогенните вещества, където бляс­каво разяснява принципите на термодинамиката на, да кажем, почти всичко - „газове, смеси, повърхности, твърди тела, фазови промени ... химични реакции, електрохимични клетки, утаяване и осмоза“, ако цитираме Уилям Х. Кропър. Фактически Гибс показва, че тер- модинамиката не се отнася просто за топлината и енергията на ниво голям и шумен парников двигател, а че също присъства и действа на атомно ниво в химичните реакции. Трудът За равновесието на Гибс бил наречен Принципите на термодинамиката, но по необясними причини той избрал да публикува тези епохални наблюдения в Трудове на Кънектикътската академия на изкуствата и науката- перио­дично издание, което не било особено известно дори в Кънектикът, ето защо Планк чул за него, когато вече било късно.

Без да е обезсърчен - навярно все пак бил малко обезсърчен - Планк се насочил към други неща.[2] Самите ние ще насочим внима­нието си към тях, но първо трябва да направим незначително (но важно!) отклонение и да отидем в Кливланд, Охайо, и в Школата по приложни науки „Кейз“. Там през 1880 г. физик на средна възраст на име Албърт Микелсън, с помощта на своя приятел химика Еду­ард Морли, се бил заел със серия от експерименти, които довели до странни и заинтригуващи резултати, и които щели да окажат голямо влияние върху всичко, което последвало.

Това, което Микелсън и Морли направили, всъщност без да искат, е да подкопаят едно отдавна поддържано схващане относно нещо, наречено светлоносен етер - стабилна, невидима, безтегловна, без триене и за жалост абсолютно въображаема среда, за която се смятало, че се разпростира из вселената. Измислен от Декарт, възприет от Ню- тон и почитан от всички дотогава, етерът имал абсолютно централна позиция във физиката от деветнайсети век като начин да се обясни как се движи светлината през пустотата на пространството. Особено нужен бил етерът през XIX век, тъй като светлината и електромагне- тизмът се възприемали като вълни, което означава видове трептения. Тези трептения трябвало да бъдат в нещо; и оттук нуждата от етер, а и така дълго продължилата привързаност към него. Дори и през 1909 г.

великият британски физик Дж. Дж. Томсън твърдял настойчиво: „Етерът не е фантастично творение, хипотеза на философ; етерът е толкова важен за нас, колкото и въздухът, който дишаме“ - и това повече от четири години, след като по доста необорим начин било установено, че той не съществува. Накратко, хората били наистина привързани към етера.

Ако трябва да се илюстрира идеята, че през деветнайсети век Америка е място на неограничените възможности, по-добър пример от този за Албърт Микелсън не може да се намери. Роден през 1852 г. на немско-полската граница в семейство на бедни евреи търговци, той пристига в Америка като дете и израства в миньорски лагер в обхванатата от треска за злато Калифорния, където баща му въртял бизнес със сушени плодове. Тъй като бил твърде беден, за да постъпи в колеж, отишъл във Вашингтон и взел да се мотае пред предния вход на Белия дом, за да може да среща „случайно“ президента Юлисис С. Грант, когато той се появи за ежедневната си разходка. (Очевидно е, че онези времена са били по-сигурни за президентите.) По време на тези разходки Микелсън толкова се сближил с президента, че Грант обещал да му осигури вакантно място в Американската военноморска академия. Именно там Микелсън изучил физиката.

Десет години по-късно, вече професор в школата „Кейз“ в Кли- вланд, Микелсън се опитал да направи измерване на нещо, наречено етерно течение - вид вятър, образуван от движещи се обекти, докато се носят из пространството. Едно от предвижданията на нютоновата физика било, че скоростта на светлината, докато прекосява етера, ще варира в зависимост от наблюдателя - дали той се движи към източника на светлината или се отдалечава от нея, но никой не бил измислил начин как това да се измери. На Микелсън му хрумнало, че през половината година Земята се движи към Слънцето, а през другата половина се отдалечава от него, като разсъждавал, че ако се направят внимателно изчисления в противоположни сезони и се сравни времето на движение на светлината в тях, ще получим отговора.

 



[1] По-конкретно ентропията е мярка за степента на случайността или без­порядъка в една система. Дарел Ебинг в учебника Обща химия предлага един ефективен начин да мислим за явленията като за тесте карти за игра. Може да се каже, че едно ново тесте, току-що извадено от кутията, подредено по бои и стойности на картите от асо до поп, е в състояние на порядък. Ако се разбър­кат картите, те вече са в състояние на безпорядък. Ентропията е величина за измерване на съществуващия безпорядък и за определяне на вероятността от постигане на определени резултати с още размествания. Разбира се, ако човек иска да публикува наблюденията си в респектиращо списание, трябва да позна­ва още понятия като нерегулярност, решетъчно разстояние и стехиометрични връзки, но това е в общи линии идеята.

[2] Планк често нямал късмет през живота си. Обичаната му съпруга починала рано, през 1909 г., а по-малкият от двамата му синове бил убит през Първата световна война. Имал и две дъщери близначки, които боготворял. Едната от тях умира при раждане. Другата близначка започнала да се грижи за бебето и се влюбила в съпруга на сестра си. Оженили се, но две години по-късно и тя умира при раждане. През 1944 г., когато Планк бил на осемдесет и пет, бомба на Съюзниците паднала върху къщата му и той изгубил всичко - трудове, дневни­ци, всичко, което бил събрал през живота си. На следващата година оцелелият му син бил хванат в конспирация, целяща да убие Хитлер, и бил екзекутиран.

„Кратка история на почти всичко“ на Бил Брайсън събира на едно място най-важното и най-интересното, което трябва да знаете за съвременната физика, астрономия, биология, генетика, геология и изобщо за развитието на природните науки. По достъпен, разбираем и изключително забавен начин авторът обяснява сложни концепции като Големия взрив, еволюцията, тектониката, размера на ядрото на атома и дори квантовата физика.

Бил Брайсън ще ви помогне да си представите и да разберете всъщност колко малък е протонът, колко далеч от нас е Юпитер и защо котката на Шрьодингер е едновременно жива и мъртва.

От тази книга ще научите и какво ще се случи при евентуален сблъсък на Земята с астероид и каква е опасността от избухването на супервулкан, като този, който се крие под националния парк „Йелоустоун“.

 

„Кратка история на почти всичко“ е разказ и за самите учени, които се справят с огромни предизвикателства и попадат и в не една или две абсурдни и смешни ситуации, докато търсят отговори на най-значимите въпроси в науката.

 

 

„Най-развлекателното четиво. Един пътепис за науката – духовит, любопитен и пребогат на информация. “

 

Таймс

 

„Съмнявам се някой някога да е писал по-добра книга за откритията на модерната наука.“

 

Сънди Телеграф

 

Още от автора


Събития

пвсчпсн
1234567
891011121314
15161718192021
222324252627
28
293031    

» Най-продавани