Физика – фундаментальная наука, которая ищет ответ на вопрос – как появился наш мир, как он развивается и что его ждет в будущем. Из чего состоит материя, звездное вещество и мы сами? Что есть энергия и что – материя? Что такое антиматерия и почему ее так мало? Где пределы Вселенной и что лежит за ними? Как появилась Вселенная, что было до нее, и что будет после?
Эти вопросы интересуют каждого из нас. Но физики отличаются от обычных людей тем, что их интерес по-настоящему огромен. Они не оставляют свои вопросы без ответов, строят гипотезы, доказывают и опровергают их. Каждый из них на протяжении столетий вносит свой вклад в понимание картины мира.
Древние греки создали теорию атомизма, которая утверждала, что вещество состоит из неделимых элементов – атомов. Сегодня мы знаем очень много об «анатомии» атома и даже о том, из чего состоят его элементы – электроны, протоны, нейтроны. Ученые погружаются все глубже в строение материи, преодолевая барьеры, которые еще недавно казались непреодолимыми.
Согласно стандартной модели вещество состоит из 12 фундаментальных элементарных частиц-фермионов. В 2013 году открыт бозон Хиггса, который отвечает за наличие у вещества массы.
Открыты 4 фундаментальных взаимодействия: гравитационное, сильное, слабое и электромагнитное.
В 2015 году открыты гравитационные волны, зарегистрированные от двух сверхтяжёлых квазаров, столкнувшихся на расстоянии 1,3 млрд световых лет от нас. Представьте себе силу этого столкновения!
Новые открытия находят применение в привычном мире. Уже сегодня есть коммерческие модели квантовых компьютеров, а лазерами, оптическим волокном, солнечными батареями вообще никого не удивишь. Мобильник в вашем кармане сегодня имеет бо́льшую вычислительную мощь, чем компьютер, управляющий запусками космических ракет 40 лет назад. Кто знает, возможно, скоро мы сможем совершить полет на корабле с антигравитационным двигателем?
Физика полна парадоксов. Главный из них кроется в противоречии двух главных физических теорий – квантовой механики и теории относительности. Первая описывает природу сверхмалых объектов (элементарных частиц), а вторая – сверхбольших (звезд, кварков, квазаров и черных дыр). Задача физиков – поиск «общей теории всего», которая устранила бы имеющиеся противоречия. Другой пример парадокса – дуализм, который проявляют элементарные частицы, например, фотоны и электроны. Они ведут себя и как частицы, и как волны (см. опыт Юнга). Или принцип неопределенности Гейзенберга: чем точнее вы хотите провести измерение частицы, тем менее точным оно становится.
Другой парадокс заключается в том, что инструменты познания, которые используют физики в своей работе, могут отличаться так же, как мельчайший атом от огромной звезды. Физику-теоретику не нужно ничего, кроме своей головы и карандаша. Но вот для того, чтобы подтвердить созданные им теории, нужны тысячи людей, десятилетия труда, миллиардные инвестиции и приборы, размером с кольцевую линию Московского метрополитена. Это ускорители элементарных частиц, а проекты по их созданию называют MegaScience и участвуют в них зачастую не отдельные коллективы или компании, а множество государств.
Самый известный сегодня в мире ускоритель – это БАК (Большой адронный коллайдер) в Швейцарии. В мире много похожих, но меньшего размера: в Гринобле (Франция). В России ускорители есть в наукоградах в Дубне, Обнинске, Троицке и Протвино.
Сегодня благодаря популяризации сложная фантастическая физика становится близка и понятна всем, кто любопытен и кто задает себе иногда вопрос: где же находится граница Вселенной? Для тех, кто хочет узнать больше, мы советуем погуглить или поискать в YouTube следующие сюжеты:
- Стивен Хокинг
- Ускорители элементарных частиц
- Теория струн
- Нейтрино
- Квазары
- Пульсары
- Черные дыры и сингулярность
- Пространство и время
- Квантовая физика
- Теория относительности
Будьте любопытны: физик есть в каждом из вас!
