Математика космоса: Как современная наука расшифровывает Вселенную
Покупка
Тематика:
Космогония. Космология
Издательство:
Альпина нон-фикшн
Автор:
Иэн Стюарт
Год издания: 2018
Кол-во страниц: 542
Возрастное ограничение: 0+
Дополнительно
Вид издания:
Научно-популярная литература
Уровень образования:
Дополнительное образование
ISBN: 978-5-91671-814-0
Артикул: 693642.04.99
Как математические модели объясняют космос? Иэн Стюарт, лауреат нескольких премий за популяризацию науки, представляет захватывающее руководство по механике космоса в пределах от нашей Солнечной системы и до всей Вселенной. Он описывает архитектуру пространства и времени, темную материю и темную энергию, рассказывает, как сформировались галактики и почему взрываются звезды, как все началось и чем все это может закончиться. Он обсуждает параллельные вселенные, проблему тонкой настройки космоса, которая позволяет жить в нем, какие формы может
принимать внеземная жизнь и с какой вероятностью наша земная может быть сметена ударом астероида. «Математика космоса» — это волнующий и захватывающий математический квест на деталях внутреннего мира астрономии и космологии.
Тематика:
ББК:
УДК:
- 52: Астрономия. Астрофизика. Исследование космического пространства. Геодезия
- 520: Астрономия. Астрофизика. Исследование космичечского пространства
ОКСО:
- ВО - Специалитет
- 03.05.01: Астрономия
- 03.05.02: Фундаментальная и прикладная физика
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
МАТЕМАТИКА КОСМОСА КАК СОВРЕМЕННАЯ НАУКА РАСШИФРОВЫВАЕТ ВСЕЛЕННУЮ
CALCULATING THE COSMOS HOW MATHEMATICS UNVEILS THE UNIVERSE Ian Stewart
МАТЕМАТИКА КОСМОСА КАК СОВРЕМЕННАЯ НАУКА РАСШИФРОВЫВАЕТ ВСЕЛЕННУЮ Иэн Стюарт Москва 2018
ISBN 978-5-91671-814-0 (рус.) ISBN 978-1-78125-431-8 (англ.) © Joat Enterprises, 2016 © Издание на русском языке, перевод, оформление. ООО «Альпина нон-фикшн», 2018 УДК 521.1 ББК 22.62 С88 Переводчик Наталья Лисова Научный редактор Анатолий Засов Редактор Игорь Лисов Иэн С. С88 Математика космоса: Как современная наука расшифровывает Вселенную / Иэн Стюарт ; Пер. с англ. — М. : Альпина нон-фикшн, 2018. — 542 с. ISBN 978-5-91671-814-0 Как математические модели объясняют космос? Иэн Стюарт, лауреат нескольких премий за популяризацию науки, представляет захватывающее руководство по механике космоса в пределах от нашей Солнечной системы и до всей Вселенной. Он описывает архитектуру пространства и времени, темную материю и темную энергию, рассказывает, как сформировались галактики и почему взрываются звезды, как все началось и чем все это может закончиться. Он обсуждает параллельные вселенные, проблему тонкой настройки космоса, которая позволяет жить в нем, какие формы может принимать внеземная жизнь и с какой вероятностью наша земная может быть сметена ударом астероида. «Математика космоса» — это волнующий и захватывающий математический квест на деталях внутреннего мира астрономии и космологии. УДК 521.1 ББК 22.62 Издание подготовлено в партнерстве с Фондом некоммерческих инициатив «Траектория» (при финансовой поддержке Н.В. Каторжнова). Фонд поддержки научных, образовательных и культурных инициатив «Траектория» (www.traektoriafdn.ru) создан в 2015 году. Программы фонда направлены на стимулирование интереса к науке и научным исследованиям, реализацию образовательных программ, повышение интеллектуального уровня и творческого потенциала молодежи, повышение конкурентоспособности отечественных науки и образования, популяризацию науки и культуры, продвижение идей сохранения культурного наследия. Фонд организует образовательные и научно-популярные мероприятия по всей России, способствует созданию успешных практик взаимодействия внутри образовательного и научного сообщества. В рамках издательского проекта Фонд «Траектория» поддерживает издание лучших образцов российской и зарубежной научно-популярной литературы. Все права защищены. Никакая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами, включая размещение в сети интернет и в корпоративных сетях, а также запись в память ЭВМ для частного или публичного использования, без письменного разрешения владельца авторских прав. По вопросу организации доступа к электронной библиотеке издательства обращайтесь по адресу mylib@alpina.ru
Оглавление Пролог ................................................................................................... 7 01 Притяжение на расстоянии .........................................25 02 Коллапс Солнечной туманности ................................53 03 Непостоянная Луна ..........................................................77 04 Космос как часовой механизм ................................. 101 05 Небесная полиция ..........................................................129 06 Планета, поглотившая своих детей .......................153 07 Звезды Козимо Медичи ...............................................173 08 Верхом на комете ...........................................................189 09 Хаос в космосе ..................................................................209 10 Межпланетная автострада .........................................239 11 Громадные огненные шары .......................................261 12 Великая небесная река ................................................297
Математика космоса 13 Чужие миры .......................................................................319 14 Темные звезды..................................................................353 15 Клубки и войды ................................................................385 16 Космическое яйцо ..........................................................411 17 Большое раздувание .....................................................429 18 Темная сторона ................................................................449 19 За пределами Вселенной .............................................475 Эпилог ...............................................................................................505 Единицы измерения и термины ..........................................513 Библиография ...............................................................................519 Источники иллюстраций ..........................................................531 Алфавитный указатель .............................................................533
Пролог «Проще простого, я сам это вычислил». Ответ, данный Исааком Ньютоном Эдмунду Галлею на вопрос о том, как из закона обратной квадратичной зависимости для силы притяжения следует, что орбита планеты представляет собой эллипс . Процитировано в книге «Великие математики» Герберта Уэстрена Тернбулла 12 ноября 2014 года разумный инопланетянин, наблюдающий откуда-нибудь издалека Солнечную систему, стал бы свидетелем загадочного события. В течение нескольких месяцев до этого крохотный аппарат следовал за одной кометой на ее пути вокруг Солнца и был при этом пассивен и тих. Внезапно аппарат проснулся и выплюнул из себя еще более крохотный аппаратик. Тот опустился на угольно-черную поверхность ядра кометы , ударился об нее… и отскочил. Когда малыш наконец успокоился, оказалось, что он лежит на боку у самого подножия скалы. Инопланетянин, поняв из происходящего, что посадка прошла не по запланированному сценарию, наверное,
Математика космоса не слишком бы впечатлился, но на самом деле инженеры, стоявшие за двумя аппаратами, добились беспрецедентного успеха — посадили космический зонд на ядро кометы . Аппарат покрупнее назывался Rosetta, поменьше — Philae, а комета называлась 67P или кометой Чурюмова — Герасименко, по именам первооткрывателей. Эта программа была реализована Европейским космическим агентством, причем только сам полет продолжался более 10 лет. Несмотря на «отскок» при посадке, Philae достиг большей части научных целей и отправил на Землю важнейшие данные. Rosetta продолжала действовать по программе. Зачем садиться на комету? Кометы очень интересны сами по себе, и все, что нам удастся о них выяснить, станет полезным прибавлением в копилку фундаментальной науки. На более практическом уровне можно отметить, что иногда в своем движении кометы приближаются к Земле, а любое столкновение вызвало бы громадные разрушения, так что было бы благоразумно выяснить заранее, из чего они сделаны. Орбиту твердого тела можно изменить при помощи ракеты или ядерного заряда, но мягкое губчатое тело при этом может рассыпаться, только усугубив проблему. Однако существует и третья причина. Материал комет восходит ко временам формирования Солнечной системы , так что эти тела могут снабдить нас полезными сведениями о том, как возник окружающий нас мир. Астрономы считают, что кометные ядра представляют собой «грязные снежки» — лед, покрытый тонким слоем пыли. Philae сумел подтвердить эту гипотезу для кометы 67P, прежде чем его батареи разрядились и аппарат замолчал. Если Земля сформировалась на своем нынешнем месте, на том же расстоянии от Солнца, то воды на ней больше, чем должно было бы быть. Откуда взялась лишняя вода ?
Пролог Одна из привлекательных гипотез связана с бомбардировкой миллионами комет в период формирования Солнечной системы . Принесенный ими лед растаял, и родились океаны . Поразительно, но существует способ проверить эту теорию. Вода состоит из водорода и кислорода . Водород встречается в трех различных атомных формах, известных как изотопы ; все они содержат одинаковое число протонов и электронов (по одному того и другого), но различаются по числу нейтронов. В обычном водороде нейтронов нет, в дейтерии он один, в тритии их два. Если океаны Земли обязаны своим возникновением кометам, то соотношение этих изотопов в океанах и в земной коре, породы которой тоже содержат в своем химическом составе большое количество воды, должно соответствовать их соотношению в кометах. Анализ данных Philae показывает, что 67P имеет в своем составе (по сравнению с Землей) много большую Ядро кометы 67P напоминает резинового утенка. Фотография КА Rosetta (ЕКА)
Математика космоса долю дейтерия. Конечно, для уверенности потребуются дополнительные данные с других комет, но уже сейчас кометная теория происхождения океанов начинает выглядеть шатко. Астероиды более подходящие кандидаты на эту роль. Проект Rosetta лишь один пример того, как растут возможности человечества по отправке в космос автоматических аппаратов, предназначенных как для научных исследований, так и для повседневного использования. Эти новые технологии подстегивают наши научные амбиции. На сегодняшний день земные космические зонды посетили — и прислали нам оттуда фотографии — все планеты Солнечной системы и некоторые из менее крупных ее тел. Процесс в этой области развивался стремительно. Американские астронавты высадились на Луне в 1969 году. Межпланетная станция Pioneer 10, запущенная в 1972-м, посетила Юпитер и продолжила свой путь за пределы Солнечной системы . Pioneer 11 был запущен следом за ним, в 1973 году, и прошел также вблизи Сатурна. В 1977 году Voyager 1 и Voyager 2 отправились исследовать эти миры и еще более отдаленные планеты Уран и Нептун . Другие межпланетные станции, запущенные разными странами или группами стран, посетили Меркурий , Венеру и Марс . Некоторые аппараты даже приземлялись на Венере и Марсе и отправляли домой ценную информацию. В 2015 году, когда я пишу эту книгу, пять орбитальных зондов*и два * Mars Odyssey, MRO и MAVEN (США), Mars Express (ЕКА), Mars Orbiter Mission (Индия).