Время от 10-44 секунды до бесконечности. Явления природы...

ВРЕМЯ ОТ 10-44 СЕКУНДЫ 
ДО БЕСКОНЕЧНОСТИ
ЯВЛЕНИЯ ПРИРОДЫ 
НА ШКАЛЕ ВРЕМЕНИ

Г. Хоофт, С. Вандорен

Перевод с английского
под редакцией А.Д. Калашникова

2016

Ã. Õîîôò, Ñ. Âàíäîðåí
Âðåìÿ îò 10-44 ñåêóíäû äî áåñêîíå÷íîñòè. ßâëåíèÿ ïðèðîäû
íà øêàëå âðåìåíè. Ïåð. ñ àíãë.: Íàó÷íî-ïðîñâåòèòåëüñêîå èçäàíèå / Ã. Õîîôò, Ñ. Âàíäîðåí – Äîëãîïðóäíûé: Èçäàòåëüñêèé
Äîì «Èíòåëëåêò», 2016. – 256 ñ., öâ. âêë.

ISBN 978-5-91559-209-3

Àâòîðû ýòîé íåîáû÷íîé êíèãè îïèñûâàþò ïðèðîäíûå ÿâëåíèÿ è
ñîáûòèÿ îò ñàìûõ áûñòðûõ, äëÿùèõñÿ âñåãî 10–44 ñåêóíäû, äî òåõ,
êîòîðûì íå õâàòèëî âðåìåíè îò Áîëüøîãî Âçðûâà è îæèäàåìûõ â
êðàéíå îòäàë¸ííîì áóäóùåì, íàìíîãî ïîçæå íûíåøíåãî âîçðàñòà
Âñåëåííîé.
Ëþáîçíàòåëüíûé ÷èòàòåëü (îò øêîëüíèêîâ äî ïðåïîäàâàòåëåé åñòåñòâåííûõ íàóê) óçíàåò î ìíîãîì - î ìåõàíèêå íåáåñíûõ òåë è óïðàâëÿþùèõ èõ äâèæåíèåì çàêîíàõ, î áèîëîãè÷åñêèõ ðèòìàõ,  î ðàçâèòèè æèçíè íà Çåìëå, îá ýâîëþöèè çâ¸çä è ÷¸ðíûõ äûðàõ, î
ãåîëîãè÷åñêèõ ýïîõàõ, î çàðîæäåíèè Âñåëåííîé, î ñòðóêòóðå ìàòåðèè: ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèöàõ è èç ÷åãî îíè ñîñòîÿò, îá ýëåêòðîìàãíèòíîì ñïåêòðå îò ãàììà-èçëó÷åíèÿ äî ñâåðõäëèííûõ âîëí, î
çâóêå è íåìíîãî î ìóçûêå, îá îäíîì èç âåëè÷àéøèõ ýêñïåðèìåíòîâ ÷åëîâå÷åñòâà: Áîëüøîì àäðîííîì êîëëàéäåðå, è ìíîãî î ÷¸ì
åù¸, ÷òî ïðîèñõîäèò âîêðóã íàñ, íî ÷òî ìû ëèáî íå çàìå÷àåì,
ëèáî âîñïðèíèìàåì êàê îáûäåííîñòü. Â êíèãå åñòü ðàññêàçû î
âåëèêèõ èçîáðåòåíèÿõ, ãåîãðàôè÷åñêèõ îòêðûòèÿõ, êîñìè÷åñêèõ
èññëåäîâàíèÿõ, î òîì, êàê øëî ðàññåëåíèå ëþäåé ïî Çåìëå.

© 2015, World Scientific
© 2016, ÎÎÎ «Èçäàòåëüñêèé Äîì
«Èíòåëëåêò», ïåðåâîä,
îðèãèíàë-ìàêåò, îôîðìëåíèå

ISBN 978-5-91559-209-3
ISBN 978-981-4489-81-2 (àíãë.)

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие редактора перевода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Предисловие Стивена Вайнберга . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Природные явления и масштабы их времён . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Глава 1.  1 секунда . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19

Глава 2.  10 секунд . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25

Глава 3.  100 секунд = 1 минута 40 секунд . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30

Глава 4.  1 000 секунд = 16 минут 40 секунд . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35

Глава 5.  10 000 секунд = 2,78 часов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39

Глава 6.  100 000 секунд = 1,16 дня = 27,78 часов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45

Глава 7.  106 секунд = 11,57 дня = 1,65 недели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50

Глава 8.  106,41 = 30 дней ≈ 1 месяц . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55

Глава 9.  107 секунд =115,74 дня = 3,86 месяца  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .61

Глава 10. 108 секунд = 3,17 года . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .66

Глава 11. 109 секунд = 31,7 года  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71

Глава 12. 1010 секунд = 317 лет . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .77

Глава 13. 1011 секунд = 3171 год . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .83

Глава 14. 1012 секунд = 31 710 лет . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .88

Глава 15. 1013 секунд = 317 098 лет . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .92

Глава 16. 1014 секунд = 3,17 миллиона лет . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .96

Глава 17. 1015 секунд = 31,7 миллиона лет . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100

Глава 18. 1016 секунд = 317 миллионов лет . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .105

Глава 19. 1017 секунд = 3,17 миллиарда лет . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .109

Глава 20. 1018 секунд = 31,7 миллиарда лет . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .116

Глава 21. Масштабы больших времён . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .119

Оглавление

Глава 22. Масштабы малых времён. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136

Глава 23. 10–25 секунды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .148

Глава 24. 10–24 секунды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .152

Глава 25. 10–23 секунды = 10 йоктосекунд  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .156

Глава 26. 10–22 секунды = 100 йоктосекунд . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .158

Глава 27. 10–21 секунды = 1 зептосекунда . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .160

Глава 28. 10–20 секунды = 10 зептосекунд . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .162

Глава 29. 10–19 секунды = 100 зептосекунд . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .165

Глава 30. 10–18 секунды = 1 аттосекунда . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .170

Глава 31. 10–17 секунды = 10 аттосекунд . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .173

Глава 32. 10–16 секунды = 100 аттосекунд . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .174

Глава 33. 10–15 секунды = 1 фемтосекунда . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .176

Глава 34. 10–14 секунды = 10 фемтосекунд . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .178

Глава 35. 10–13 секунды = 100 фемтосекунд  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .181

Глава 36. 10–12 секунды = 1 пикосекунда . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .185

Глава 37. 10–11 секунды = 10 пикосекунд  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .188

Глава 38. 10–10 секунды = 100 пикосекунд . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .192

Глава 39. 10–9 секунды = 1 наносекунда . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .196

Глава 40. 10–8 секунды = 10 наносекунд . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .199

Глава 41. 10–7 секунды = 100 наносекунд . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .202

Глава 42. 10–6 секунды = 1 микросекунда . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .205

Глава 43. 10–5 секунды = 10 микросекунд . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .209

Глава 44. 10–4 секунды = 100 микросекунд = 0,0001 секунды . . . . . . . . . . . . .213

Глава 45. 10–3 секунды = 1 миллисекунда = 0,001 секунды . . . . . . . . . . . . . . . .216

Глава 46. 10–2 секунды = 10 миллисекунд = 0,01 секунды . . . . . . . . . . . . . . . . .221

Глава 47. 10–1 секунды = 100 миллисекунд = 0,1 секунды . . . . . . . . . . . . . . . . .224

Глава 48. 100 секунд = 1 секунда . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .229

Эпилог . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .234

Некоторые определения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .237

Дополнение. История часов. Начало  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .241

ПРЕДИСЛОВИЕ 
РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА

Предлагаемая вашему вниманию книга, написанная физиками-теоретиками Герардом Хоофтом и Стефаном Вандореном, посвящена описанию наиболее интересных явлений природы с точки зрения 
времени. Герард Хоофт является лауреатом Нобелевской премии по физике 1999 года за прояснение квантовой структуры электрослабых взаимодействий. Используя время как ключевой параметр, авторы описывают природные явления и события от самых быстрых, длящихся всего 
10–44 секунды, до тех, которым не хватило времени от Большого Взрыва, 
с которого началась Вселенная, и которые наступят в крайне отдалённом 
будущем через время, на много порядков величины превышающее нынешний возраст Вселенной.
В этой книге очень интересно изложено всё многообразие природных явлений на всех возможных масштабах времён. Авторы разделили 
книгу на практически независимые главы, в каждой из которых рассказывается о своём масштабе времени. Времена поделены по порядку их 
величины, а в каждой следующей главе масштаб увеличивается в десять 
раз. Независимость глав позволяет читателю не только читать книгу от 
начала и до конца последовательно, но и открывать её в минуту досуга 
на любой странице и читать в произвольном порядке. Рассказы о времени начинаются с привычного для всех нас масштаба в одну секунду, 
затем, увеличивая масштаб, авторы доходят до возраста Вселенной, 
но не останавливаются на этом и описывают явления, требующие ещё 
большего времени, даже, возможно, бесконечного. После этого книгу 
продолжают рассказы об очень маленьких временах, начиная с длительности Большого Взрыва. Последовательно увеличивая масштабы времён в десять раз, авторы снова возвращаются к одной секунде. Такова 
структура книги.
Прочитав её, читатель увидит, что время является ключевым параметров во всём, что происходило, происходит и ещё только произойдёт во 
Вселенной. Из книги можно узнать о том, как устроены часы: какими они 

Предисловие
6

бывают и как были изобретены, о механике небесных тел и управляющих их движением законах, о биологических ритмах и о биологических 
процессах, об эволюции жизни на Земле, об эволюции звёзд и чёрных 
дырах, о геологических эпохах, о зарождении Вселенной, о структуре 
материи: элементарных частицах и из чего они состоят, об электромагнитном спектре от гамма-излучения до сверхдлинных волн, о звуке и немного о музыке, об одном из величайших экспериментов человечества: 
Большом адронном коллайдере, и много о чём ещё, что происходит вокруг нас, но что мы либо не замечаем, либо воспринимаем как обыденность. В книге есть рассказы о великих изобретениях, географических 
открытиях, исследовании космического пространства, о том, как происходило расселение людей по Земле.

Издание на русском языке дополнено небольшим рассказом об 

истории часов, как бытового прибора для измерения времени, начиная 
от самых древних солнечных часов, дававших лишь приблизительное 
представление о времени суток, до астрономических часов Федченко, 
обладающих точностью хода, сравнимой с кварцевыми часами. Эволюция механических часов представляет собой великолепную иллюстрацию инженерному гению людей. Предлагая эту книгу на русском языке, 
мы рассчитываем на то, что она будет интересна и познавательна для 
широкого круга читателей. Однако в первую очередь мы хотели заинтересовать молодых любознательных людей, мотивировав их к получению образования в области естественных наук и познанию окружающего нас мира.

редактора перевода

ПРЕДИСЛОВИЕ 
СТИВЕНА ВАЙНБЕРГА

Житейский опыт связан с диапазоном времён от секунд до 
десятилетий. Самые длинные временные интервалы всего лишь примерно в миллиард раз длиннее самых коротких. Однако современное 
развитие науки позволило учёным рассматривать времена, которые 
и гораздо меньше секунд, и те, которые гораздо продолжительнее десятилетий.
Около 150 года до н. э. греческий астроном Гиппарх обнаружил, что 
положение Солнца в момент осеннего равноденствия постепенно смещается. При этом он вычислил, что скорость этого смещения такова, 
что Солнце полностью пройдёт зодиакальный круг примерно за 27 тысяч лет. Много позже Ньютон объяснил смещение положения равноденствия эффектом медленной прецессии оси вращения Земли, вызванного гравитационным притяжением в системе астрономических 
тел Солнце—Земля—Луна. Ныне установлено, что полный оборот процессии земной оси завершается за 25 727 лет. Таким образом, Гиппарх 
провёл первый научный расчёт времени, которое намного превышает 
время жизни человека. Точность его расчёта составила около 5%, что 
совсем неплохо для того времени.
В XX веке учёные стали свободно обращаться с гораздо более продолжительными промежутками времени. Так, исходя из относительной распространённости изотопов урана, было установлено, что вещество в солнечной системе было образовано после взрыва некой звезды примерно 
6,6 миллиардов лет назад. Наблюдая за тем, как разбегаются галактики, 
вернувшись по их траектории назад во времени, удалось установить, 
что 13,8 миллиардов лет назад вещество во вселенной было настолько 
плотно сжато, что не существовало никаких галактик, звёзд и даже атомов, а был только горячий плотный газ из элементарных частиц. Кстати, когда учёные отслеживают тот или иной процесс вперед или назад 
во времени, они называют это экстраполяцией. С помощью экстраполяции как бы заглядывают в будущее или, наоборот, узнают об истории.

Предисловие Стивена Вайнберга
8

Научные эксперименты шагнули и в область самых маленьких промежутков времени. Наблюдая явления вроде дифракции света, было 
установлено, что длина волны видимого излучения составляет десятые 
микрометра. Скорость света составляет почти что 300 000 километров 
в секунду, поэтому, беря для ровного счёта длину волны видимого излучения 0,3 микрометра, получим время, требующееся свету, чтобы пройти одну длину волны, оно составляет около 10–15 с. (одна квадриллионная секунды). Если бы электрон вращался вокруг ядра, то один оборот 
он совершал бы почти за то же самое время.
Современная физика элементарных частиц имеет дело и с гораздо 
более короткими промежутками времени. Существует элементарная частица W-бозон, это тяжёлая заряженная элементарная частица, переносящая так называемое слабое взаимодействие, которое позволяет нейтронам в радиоактивных ядрах превращаться в протоны. Время жизни 
W-бозона всего-навсего 3,1610–25 секунды. За это время W-бозон, даже 
двигаясь со скоростью близкой к скорости света (или, как говорят, с субсветовой скоростью) не успевает преодолеть расстояние, равное диаметру атомного ядра. Иными словами, шансов покинуть ядро у W-бозона 
нет, поэтому для наблюдения за ним приходится создавать очень сложные специальные экспериментальные установки.
Удивительно, с какой лёгкостью учёные оперируют как очень продолжительными промежутками времени, так и чрезвычайно короткими. 
Однако для меня ещё более удивительным является то, что современные 
эксперименты и теории настолько обоснованы, что позволяют нам говорить о таких величинах, как 13,8 миллиарда лет и 3,1610–25 секунды, 
и при этом быть уверенными в их точности.

ПРИРОДНЫЕ ЯВЛЕНИЯ 
И МАСШТАБЫ ИХ ВРЕМЁН

Введение

Время в основе всего. Время является важнейшим параметром законов природы.
Слово «время» означает не только «момент», когда произошло какоето событие, но и «промежуток», в течение которого происходит тот или 
иной процесс. В этой книге мы будем интересоваться временем различных природных явлений именно в смысле их длительности. Явления 
природы настолько разнообразны, а их времена (промежутки времени, 
за которые они происходят) отличаются друг от друга так сильно, что 
порой даже выходят за рамки нашего воображения. С одной стороны 
современные вычислительные машины способны легко выполнять миллиарды операций в секунду, а с другой — на нашей планете существуют 
природные явления, требующие миллионов лет. Например, эволюция 
живых организмов протекает настолько медленно, что на масштабах 
своей жизни мы не в состоянии её даже заметить.
Тем не менее, современная наука продемонстрировала нам явления, 
которые выходят и за эти пределы. Самые мелкие частицы материи, которые были исследованы человечеством, движутся гораздо быстрее, чем 
считают самые производительные компьютеры. С другой стороны, люди 
смогли наблюдать планеты, звёзды и целые галактики, чей возраст превосходит миллиарды лет. Учёные считают, что им известен возраст вселенной, 
однако и её, казалось бы, бесконечное время жизни не является пределом.

О структуре книги

Цель нашей книги состоит в том, чтобы проиллюстрировать 
разные масштабы времен наблюдаемыми во вселенной явлениями, для 
которых эти времена характерны. Мы начнём, разумеется, с масштаба 

Природные явления и масштабы их времён
10

времён, который, наверное, более всего знаком каждому человеку, и который задаёт одну из наиболее часто применяемых в современной науке 
единиц. Конечно же, речь идёт об одной секунде. Начиная с одной секунды, переходя от одной главы к другой, мы почти всегда будем перепрыгивать во времена с фактором 10. В первой части книги мы рассмотрим явления с постепенно возрастающими характерными временами. 
Мы познакомимся с явлениями, которые длятся 10 секунд, затем 100 
секунд, 1000 секунд и так далее. Постепенно, двигаясь страница за страницей, мы дойдём до возраста Вселенной, и здесь, казалось бы, нам придётся завершить повествование. Но нет, оказывается, что есть процессы, 
требующие времени больше, чем вся эволюция Вселенной!
Пройдя по возрастанию времён, в середине нашей книги мы перескочим на маленькие времена и станем тем же порядком рассматривать 
быстрые явления. Только теперь мы начнём своё повествование с самых 
коротких промежутков времени и, увеличивая времена от главы к главе 
в 10 раз, вернёмся к одной секунде.
Такой порядок изложения может показаться несколько странным, 
но мы находим его вполне естественным. Мы рассматриваем свою 
книгу, как чтение для удовольствия в часы досуга, за чашкой чая или 
кофе. Можно начать читать с любой страницы, а потом переходить от 
одной главы к другой в любом порядке. Нам бы хотелось показать вам 
мир вокруг нас таким, каким его видим мы сами: поразительным и обворожительным на любом масштабе времён. Каждый масштаб времён 
уникален. На каждом из них встречаются увлекательные явления. Иначе 
говоря, наша книга состоит из независимых друг от друга иллюстрированных рассказов о физических явлениях, каждое из которых характеризуется своей продолжительностью во времени от «не успеешь и глазом 
моргнуть» до «раз в сто лет».

Переходящие темы

Когда мы только задумывали написать эту книгу, нам было 
неясно, с какими именно явлениями придётся столкнуться, поэтому 
нам потребовались обширные исследования, чтобы собрать весь материал. В процессе сбора мы столкнулись с множеством удивительных 
явлений, про которые мы не очень много знали сами, а также обнаружили массу интереснейших подробностей о тех явлениях, с которыми 
мы были хорошо знакомы. Нам бы очень хотелось поделиться всем 
этим с вами.