Митио Каку «Космос Эйнштейна. Как открытия Альберта Эйнштейна изменили наши представления о пространстве и времени» - рецензия П. Можейко
«Прости меня, Ньютон.» (А. Эйнштейн, эссе «Нечто автобиографическое»)
НАЗВАНИЕ: Космос Эйнштейна. Как открытия Альберта Эйнштейна изменили наши представления о пространстве и времени
АВТОР: Митио Каку
ОРИГИНАЛЬНОЕ НАЗВАНИЕ: Einstein's Cosmos: How Albert Einstein's Vision Transformed Our Understanding of Space and Time (Great Discoveries Great Discoveries)
ISBN: 978-5-91671-837-9
ГОД ИЗДАНИЯ: 2018
ИЗДАТЕЛЬСТВО: «Альпина нон-фикшн»
СЕРИЯ: ---
КОГДА МНОЙ ПРОЧИТАНО: Июль 2019
ИСТОЧНИК: Оригинальная книга
МОЕ МНЕНИЕ О КНИГЕ:
С биографическими книгами всегда все довольно неоднозначно. Как правило, эти книги довольно пристрастны. Некоторые излишне захваливают своего героя, некоторые наоборот пытаются очернить его память. А относительно нейтральные книги, как правило, довольно скучны, несмотря на то, что реальная жизнь, в общем-то, намного изобретательнее любого вымысла.
Конечно, эта книга не беспристрастна, все-таки, известный физик Митио Каку пишет о другом физике и своем кумире, дело которого продолжил в своих работах по теории струн. Но в этом и главная особенность этой книги, одной, из многих, написанных про яркую, но обычную жизнь гениального Альберта Эйнштейна, перевернувшего наше понимание о Вселенной. «Космос Эйнштейна» - это прежде всего книга о Эйнштейне-ФИЗИКЕ, и главная цель автора была показать то, как пришел Альберт к своим идеям и решениям, объяснить их суть, проследить, как они были восприняты физиками и обывателями, и какое влияние произвели на дальнейшие исследования.
Альберт Эйнштейн – персона едва ли нуждающаяся в представлении. Немецкий физик, Нобелевский лауреат, хороший скрипач и наблюдательный острослов, сумевший сделать время пластичным, скорость ограниченной, путешествия во времени и между мирами теоретически возможными, и еще, к тому же, заложивший основы т.н. «Теории всего» - универсальной физической формулы, включающей в себя все 4 известных физике типа взаимодействия (сильного, слабого, электромагнитного и гравитационного).
Митио Каку – прекрасный рассказчик. В этом я неоднократно убедился, читая его предыдущие книги. Главное его достоинство – это некое очень отточенное чувство такта относительно сложности материала. Он всегда удивительно точно знает где остановиться в объяснении материала, не переходя грань между науч-попом и энциклопедическим справочником, между развернутой теорией и сборником формул. Помимо этого, подобно своему кумиру Эйнштейну, Митио Каку умеет подбирать простые образы для объяснения сложных теорий, такие, которые смогут быть понятными даже ребенку. Ну и конечно, у Митио большой опыт в популяризаторской деятельности, включая работу на канале «Discovery», он знаком со многими учеными и знает много веселых и удивительных историй про них.
Эту книгу условно можно разделить на 4 части, согласно основным этапам жизни Эйнштейна-физика:
1) Детство, юность, учеба в институте, поиск работы.
2) Теория относительности, первый успех и знаменитость.
3) Квантовая теория, попытка увязать предыдущие знания с отсутствием в квантовой теории детерминизма как-такового.
4) «Теория всего» и посление годы.
Главное в первом этапе: Эйнштейн был довольно настойчивым, но тактичным гением-выскочкой, раздражавшим тем самым своих преподавателей, из-за чего не получил хорошие рекомендации, а как следствие, и достойную работу (вплоть до того, что подумывал стать бродячим скрипачом). К тому же, именно в детстве Эйнштейн научился думать простыми образами и моделями и всю жизнь радел за простоту и доступность теорий, за их внутреннюю красоту.
«Пока биографы в подробностях изучают его личную жизнь в поисках истоков блестящих теорий, физики все глубже осознают, что теории Эйнштейна основаны не столько на мудреной математике (и уж тем более не на его личной жизни!), сколько на простых и элегантных образах. Эйнштейн любил говорить, что новая теория, вероятно, никудышна, если не базируется на зримом образе, достаточно простом, чтобы понять его мог даже ребенок.
В этой книге такого рода картины – результат научного воображения Эйнштейна – становятся формальным организующим принципом, вокруг которого выстраиваются описания его мыслительного процесса и величайших достижений.»
«Подобно Копернику, Эйнштейн применил бритву Оккама, чтобы срезать и удалить многочисленные претензии эфирной теории. Он воспользовался детским рисунком.»
Второй этап – триумф Эйнштейна-физика, правда, принятый далеко не сразу и далеко не всеми. Слишком безумной казалась теория относительности на первых парах. Если коротко, то по сути Альберт свергнул Ньютона с престола автора главного принципа устройства вселенной (на самом деле дополнил его работы, а точнее, физика Ньютона стала лишь частью физики Эйнштейна).
«С захватывающим дух размахом Эйнштейн начал свою статью с заявления о том, что его теории не только описывают свойства света, но раскрывают истины о самой Вселенной. Замечательно, что он сделал все выводы из двух простых постулатов, относящихся к инерциальным системам отсчета (то есть к объектам, движущимся с постоянной скоростью относительно друг друга):
1) Законы физики одинаковы во всех инерциальных системах отсчета.
2) Скорость света постоянна во всех инерциальных системах отсчета.
Эти два обманчиво простых принципа знаменуют глубочайшее проникновение в природу Вселенной со времен Ньютона. Из них можно вывести совершенно новую картину пространства и времени.»
Эйнштейн связал воедино энергию и массу, и обосновал непоколебимость одной из главных констант – скорости света. Теперь время текло с разной скоростью, сама скорость (света) стала постоянной, масса, как и энергия, стала пластичной. Физики мира были в шоке.
«Эйнштейн заключил, что скорость света – это максимально возможная во Вселенной скорость. Представьте на мгновение, что вы находитесь в ракете, несущейся прочь от Земли со скоростью, равной 90 % скорости света. А теперь выстрелите внутри ракеты пулей, скорость которой тоже составляет 90 % скорости света. Согласно физике Ньютона, пуля должна лететь относительно Земли со скоростью, равной 180 % скорости света, то есть намного обгонять свет. Но Эйнштейн показал, что, поскольку длины всех объектов в ракете уменьшаются, а время замедляется, сумма этих скоростей для внешнего наблюдателя на самом деле будет близка к 99 % скорости света. Более того, Эйнштейн сумел показать, что, как бы вы ни старались, вам никогда и ни при каких обстоятельствах не удастся разогнаться до скорости, превышающей скорость света. Скорость света – абсолютный предел скорости во Вселенной.»
Вообще, чтобы прийти к идеям теории относительности, нужно обладать довольно свободным образным мышлением, что близко к работе мысли великих философов и великих безумцев (кстати, у одного из сыновей Эйнштейна была шизофрения, так что о безумии он знал не понаслышке, а порой, подозревал его и у себя). На такое способны не многие, а потому, эта теория долго ждала своего первооткрывателя.
«Мы никогда не видели этих странных искажений в собственной жизни, потому что мы не умеем передвигаться со скоростями, близкими к скорости света. Для привычных нам скоростей законы Ньютона прекрасно работают. В этом и состоит главная причина того, что первую поправку к законам Ньютона нашли только через пару сотен лет. Но представьте, как обернулось бы дело, если бы скорость света равнялась всего лишь 30 км/ч.»
Выводы из теории относительности, в переложении для обывателя, очень интересны сами по себе. Они породили много т.н. «парадоксов».
«При торможении и остановке автомобиля он медленно расширился бы обратно от пары сантиметров до нескольких метров, и пассажиры вышли бы наружу как ни в чем ни бывало. Кто на самом деле был сжат? Вы или автомобиль? Согласно теории относительности, определить это невозможно, потому что концепция длины не имеет абсолютного смысла.»
А вот еще про скорость света. Если мы знаем свойства (противоположные) двух объектов и первый из них отправим подальше на огромное расстояние (несколько световых лет), то правда ли, что лишь взглянув на второй объект, находящийся рядом, автоматически сразу узнаем свойства второго, т.е. информация о втором объекте придет быстрее скорости света. Разбор этого парадокса дается в этой книге:
«Физик Джон Белл воспользовался этим примером для объяснения сути проблемы. Он описал математика по имени Бертлманн, всегда носившего один розовый и один зеленый носок. Достаточно знать, что на одной из его ног надет зеленый носок, чтобы мгновенно понять, какого цвета носок надет на второй ноге. Тем не менее от одной ноги к другой не передавалось никаких сигналов. Иными словами, знать что-то – совсем не то же самое, что передать эту информацию. Существует принципиальная разница между обладанием информацией и ее передачей.»
Потихоньку, теория обрастала сложным математическим аппаратом, что весьма злило лирика Эйнштейна. Тем не менее, он признавал, что математика дает и свои преимущества и расширяет теорию. Вообще, стоит отметить, что Эйнштейн легко признавал свою неправоту и складные теории оппонентов.
«В то время он считал, что математика – всего лишь бухгалтерия, необходимая для фиксирования происходящего на картинке.
Эйнштейн писал полушутя: «С тех пор как на теорию относительности набросились математики, я сам перестал ее понимать». Со временем, однако, он в полной мере оценил мощь работы Минковского и ее глубокие философские следствия. Минковский, по существу, показал возможность объединения двух на первый взгляд разных концепций при помощи симметрии. Пространство и время теперь следовало рассматривать как различные состояния одного и того же объекта. Аналогично энергию и вещество, а также электричество и магнетизм можно было связать через четвертое измерение. Объединение через симметрию стало одним из ведущих принципов Эйнштейна на всю оставшуюся жизнь.»
По сути, константой скорости света Эйнштейн, вместе с Планком и его «постоянной», задал границы «здравого смысла» - привычной нам Вселенной с ньютоновой физикой.
«В теории относительности Планка привлекло то, что некая величина – скорость света – возводилась в ранг фундаментальной физической константы. Постоянная Планка, к примеру, отделяла мир классической физики от субатомного квантового мира. Мы, люди, защищены от странных свойств атомов благодаря тому, что постоянная Планка очень мала. Планк почувствовал, что Эйнштейн тоже сделал из скорости света новую физическую константу. Получалось, что мы защищены от не менее причудливого мира космической физики громадностью этой константы.
По мнению Планка, эти две константы – постоянная Планка и скорость света – обозначили границы территории, на которой действовали «здравый смысл» и ньютонова физика.»
Результатом работы над теорией гравитации явилась концепция «пространства-времени», условной ткани Вселенной. Главное ее отличие от старых идей заключается в том, что она представляет гравитацию не как взаимную силу притяжения, а как движение по искривлённой массой поверхности ткани «пространства времени».
«Существует два способа проанализировать этот эффект. Глядя со стороны, сторонник теории Ньютона мог бы сказать, что существует загадочная «сила», которая исходит от камня и действует на шарик, заставляя его менять направление движения. Однако релятивист увидел бы совершенно иную картину. Посмотрев на кровать внимательно, релятивист заметил бы, что никакой силы, которая действовала бы на шарик, нет. А есть только вмятина в кровати, которая и задает движение шарика. Сама поверхность кровати «подталкивает» шарик и заставляет его катиться вокруг камня.
Теперь заменим камень на Солнце, шарик на Землю, а кровать – на пространство и время. Ньютон сказал бы, что Землю к Солнцу притягивает невидимая сила, именуемая тяготением. Эйнштейн ответил бы, что гравитационного притяжения не существует. Земля обращается вокруг Солнца, потому что ее толкает кривизна самого пространства . В определенном смысле можно сказать, что не гравитация притягивает, а пространство подталкивает. <…>
Выясняется, что «сила» – всего лишь иллюзия, побочный продукт геометрии. Согласно этой картине, причина того, что мы стоим на поверхности Земли, заключается не в том, что тяготение Земли притягивает нас. По Эйнштейну, гравитационного притяжения не существует. Земля искривляет пространственно-временной континуум вокруг наших тел, так что само пространство толкает нас вниз, к полу.»
Эйнштейн также задумывался о конечности или бесконечности Вселенной. Одно из объяснений ее бесконечности и мысленную игру с измерениями можно увидеть в абзаце ниже:
«В трех измерениях Земля конечна (будучи всего лишь шаром, плавающим в пространстве), но в двух измерениях она представляется бесконечной (если раз за разом обходить ее по окружности), так что человек, шагающий по поверхности Земли, никогда не найдет ее конца. Таким образом, Земля одновременно конечна и бесконечна, в зависимости от того, в каких измерениях вы ее рассматриваете. Точно так же можно сказать, что Вселенная бесконечна в трех измерениях. В пространстве не существует кирпичной стены, обозначающей конец Вселенной; ракета, отправленная в космос, никогда не столкнется с космической стеной. Однако Вселенная вполне могла бы оказаться конечной в четырех измерениях. (Если бы она представляла собой четырехмерный шар, или гиперсферу, то теоретически можно было бы полностью обогнуть Вселенную и вернуться туда, откуда пустился в путь. В такой Вселенной самая далекая точка, которую можно увидеть в телескоп, – это собственный затылок.)»
Более того, идеи Эйнштейна подарили нам сначала в теории, а потом и в реальных наблюдениях невероятные астрономические объекты – черные дыры. Благодаря огромной массе, скорости вращения и силе гравитации, эти объекты рождают (в теории) много интересных явлений, вплоть до разрыва ткани «пространства-времени» и образования мостиков и туннелей в другую (параллельную?) Вселенную. Один из самых необычных типов черных дыр, кольцеобразная черная дыра Керра, действительно предполагает возможность уникальных путешествий.
«В 1963 г. исследование черных дыр получило новый толчок, когда новозеландский математик Рой Керр обобщил теорию шварцшильдовой черной дыры так, чтобы включить в нее вращающиеся черные дыры. Поскольку все во Вселенной, кажется, вращается, и поскольку объекты вращаются все быстрее, когда сжимаются, было естественно предположить, что любая реальная черная дыра будет вращаться с фантастической скоростью. К всеобщему удивлению, Керр нашел точное решение уравнений Эйнштейна, в котором звезда коллапсировала во вращающееся кольцо. Гравитация в этом случае пытается схлопнуть кольцо, но центробежные эффекты могут оказаться достаточно сильными, чтобы противостоять гравитации, и вращающееся кольцо будет стабильным. Релятивистов больше всего удивило, что при пролете сквозь кольцо вас бы не раздавило. Гравитация в центре кольца сильна, но конечна, так что в принципе вы могли бы пролететь прямо сквозь кольцо, в другую Вселенную. Путешествие по мосту Эйнштейна – Розена не обязательно должно окончиться смертельным исходом. Если кольцо оказалось бы достаточно большим, через него можно было бы безопасно попасть в параллельную Вселенную.»
Третий этап связан с появлением квантовой теории и попыткой увязать последовательность и логичность физики Ньютона и теории относительности с необычными квантовыми явлениями внутри атома. Энергия ядра, элементарные частицы, положение электрона и пр. Эйнштейна раздражало отсутствие в квантовой теории четкого детерминизма, и, как любителя красивых образных теорий, вовсе какое-то время она казалась ему довольно нелепой. Но, как настоящий ученый, он признавал результаты экспериментов, подтверждающих теорию.
«Чтобы узнать, где находится электрон, вы должны взглянуть на него. Это означает направить на него луч света. Но фотоны светового луча будут сталкиваться с электроном, делая его положение неопределенным. Иными словами, акт наблюдения непременно вводит в ситуацию неопределенность. Он переформулировал этот вопрос в новый принцип физики – принцип неопределенности, согласно которому невозможно определить одновременно положение и скорость частицы . (Точнее, произведение неопределенностей положения и импульса должно быть больше или равно постоянной Планка, деленной на 4π.) И это не просто результат несовершенства наших инструментов; это фундаментальный закон природы. Даже Бог не мог бы установить для электрона одновременно точное положение в пространстве и импульс.
Это был решительный момент: квантовая теория погрузилась в совершенно не изведанные глубины. До этого момента можно было утверждать, что квантовые эффекты носят статистический характер, представляя усредненное движение триллионов электронов. Теперь же оказывалось, что даже движение одного-единственного электрона точно определить невозможно.
Эйнштейн пришел в ужас. Узнав, что его добрый друг Макс Борн отказывается от детерминизма – одной из самых почитаемых идей в классической физике, он почувствовал себя едва ли не преданным.»
К этому же периоду жизни относится эмиграция Эйнштейна в США и его работа по предостережению необдуманного использования энергии ядра в военных целях, многочисленные лекции пользовались огромной популярностью. Но военных мало интересовали опасения великого ученого, как и Природу мало интересовала любовь Эйнштейна к точности и последовательности.
«Природе, однако, нет дела до нашего здравого смысла, она создала Вселенную на основе элементарных частиц, которые постоянно летают со скоростями, близкими к скорости света, и подчиняются формуле Планка.»
На четвертый этап жизни гения, пришлась работа над т.н. «Теорией всего». Это благородная идея создания общей формулы, включающей в себя все виды физического взаимодействия. Наибольшие проблемы вызывала привязка к уже имеющимся теориям до сих пор не понятной гравитации. Придумывались разные концепции, но наиболее «красивой» (что, конечно, понравилось бы самому Эйнштейну) и дееспособной оказалась «Теория струн», в которой присутствует больше 11 измерений, а вся материя – лишь результат колебаний (нот, обертонов) условных струн в пространстве-времени. Разработкой этой теории, как и многие выдающиеся ученые ХХ века, занимается и автор этой книги.
«Теория всего» стала основной целью изысканий целого поколения молодых амбициозных ученых. Если раньше считалось, что обобщением могут заниматься только стареющие физики на излете карьеры, то сегодня это доминирующая тема теоретической физики.»
Альберт Эйнштейн прожил довольно долгую и бесспорно яркую жизнь, навсегда оставив след в физике и истории. Он с блеском закончил образование, но долго не мог найти работу. Он перевернул мир традиционной на тот момент физики, став не только авторитетом в мире науки, но и буквально популярной звездой, что впоследствии, сильно отвлекало его от науки (интервью, выступления, фотосессии). Он любил красоту и образность, и считал, что мир должен описываться теорией, суть которой можно было бы передать детским рисунком. Эту универсальную теорию, он искал до конца своей жизни, правда, найти так и не смог. Но именно поиски этой теории стали главной целью современной теоретической физики, а исследования в этой области дали целую россыпь Нобелевских лауреатов, продолжающих дело Эйнштейна.
«Можно утверждать, что крошки со стола Эйнштейна помогают сегодня ученым выиграть Нобелевскую премию. Более того, с появлением теории суперструн эйнштейнова концепция обобщения всех сил, служившая когда-то объектом осмеяния и пренебрежительных комментариев, в наше время выходит на центральное место в мире теоретической физики.»
Идеи Эйнштейна часто высмеивались, его обвиняли в шарлатанстве и подозревали у него безумие, именно он стал прообразом ряда «безумных профессоров» в кино. Но тем и хороша наука, что слова в ней вторичны, а точки над i в конце концов расставляет эксперимент.
«По иронии судьбы, единственная причина, по которой историки до сих пор помнят этих людей, – их бессильные тирады против теории относительности. Отличительная черта настоящей науки – то, что законы физики подтверждаются не победами на популярных конкурсах, не редакционными статьям The New York Times, но только в результате тщательно поставленных экспериментов.»
Альберт Эйнштейн мыслил так широко и смело, что многие его предположения смогли быть оправданы экспериментальными данными лишь через десятилетия, а некоторые, проверяются только сейчас (гравитационные волны и проекты «LIGO»/«VIRGO»).
Конечно, книг про Эйнштейна много, очень много, и эта книга едва ли станет какой-то уникальной или слишком оригинальной. Мне сложно сказать, насколько она лучше или хуже ей подобных. Но определенно, интересующимся наукой читателям, важно прочитать про одного из самых ярких в ХХ веке представителей научного сообщества, гуманиста, скромного острослова, занимающегося поиском гармонии во Вселенной, насколько бесконечной она бы не была,
Эйнштейн мыслил масштабами Вселенной, и не зря как-то сказал следующее:
«Разум, однажды расширивший свои границы, никогда не вернется в прежние.»
И мы уже не сможем тоже.
МОЕ МНЕНИЕ ОБ ИЗДАНИИ:
Качественное издание в традиционном для «АНФ» оформлении.
Формат стандартный (145x215 мм), твердый переплет, без суперобложки, 272 страницы.
Достоинства издания: хорошее качество печати; белая бумага; твердый переплет, оригинальная обложка, наличие колонтитулов, подробное содержание, библиография, информация об авторе, предметно-именной указатель.
Недостатки издания: в этой книге уместны были бы избранные фотографии Альберта Эйнштейна, хотя, возможно, они не предусмотрены и оригинальным изданием.
ПОТЕРЯЛ БЫ Я ЧТО-НИБУДЬ, ЕСЛИ БЫ ЕЕ НЕ ЧИТАЛ:
И да, и нет. Читать про такого гениального и действительно великого человека, как Эйнштейн, всегда интересно, тем более, в прекрасном изложении также физика Митио Каку. Но тем не менее, вся физическая сторона книги лично мне и так уже была известна, причем из книг самого Митио в том числе, а о личной жизни Энйштейна в книге сказано не много, лишь настолько, насколько это касалось его работы.
КОМУ ПОРЕКОМЕНДОВАЛ БЫ:
Тем, кто интересуется физикой, и хочет узнать биографию этого ученого именно как физика, концепции его работ и путь к ним, влияние работ Энштейна на физику и ученых.
ТЕГИ: Нон-фикшн, науч-поп, биография, Эйнштейн, теория относительности, квантовая физика, черные дыры, пространство-время, путешествие во времени, история науки.
ВИДЕО В ТЕМУ: А вот тут, можно посмотреть в глаза Альберту и понять, как ему все надоели с дурацкими вопросами про «парадокс близнецов» и путешествие в прошлое.
https://vk.com/pavelmazheikabooksreview
https://t.me/pavelmazheikabooksreview
=> Эта рецензия на "живой книге (мой ник PavelMozhejko) <=