Люси Хокинг - Джордж и Большой взрыв

Детектор ALICE разработан специально для поиска кварк-глюонной плазмы, порождаемой при столкновениях ионов свинца. Считается, что в первые мгновения после Большого взрыва Вселенная существовала в виде такой плазмы. Длина детектора ALICE 26 метров, ширина и высота — по 16 метров, вес — около 10 000 тонн.

Детектор LHCb создан для исследования b-кварков. Его цель — прояснить различия между материей и антиматерией. Длина этого детектора 21 метр, высота — 10 метров, ширина — 13 метров, вес — 5 600 тонн.

Каких открытий ждать в будущем?

Стандартная модель физики элементарных частиц описывает: фундаментальные взаимодействия; частицы, которые их переносят; три поколения частиц материи. Но:

Всего лишь 4,6 % Вселенной состоит из известной нам материи. Из чего же состоит всё остальное? Что представляют собой тёмная материя и тёмная энергия?

Почему элементарные частицы обладают массой? Ответ на этот вопрос можно будет получить, если удастся не только обнаружить, но и изучить бозон Хиггса — частицу, предсказанную Стандартной моделью. Сейчас физики проводят эти исследования на Большом адронном коллайдере.

Почему во Вселенной гораздо больше материи, чем антиматерии?

В течение очень краткого времени сразу после Большого взрыва кварки и глюоны были такими раскалёнными, что не могли соединиться и образовать протоны и нейтроны. В этот момент Вселенная была наполнена материей в необычном состоянии — так называемой кварк-глюонной плазмой. Эта плазма должна быть воссоздана на Большом адронном коллайдере; детектор ALICE специально предназначен для того, чтобы обнаружить её и исследовать. Учёные надеются, что, изучив кварк-глюонную плазму, они многое узнают о сильном ядерном взаимодействии и о развитии Вселенной.

Новые теории пытаются включить гравитацию (а также пространство и время) в ту же квантовую теорию, которая сейчас описывает остальные взаимодействия и элементарные частицы. Существуют гипотезы, что помимо знакомых нам четырёх измерений пространства-времени могут существовать и другие. Если эти «дополнительные измерения» действительно существуют, столкновения частиц на Большом адронном коллайдере помогут их обнаружить!

Очевидно, что в нашем мире есть события предсказуемые и непредсказуемые. Все знают, что Солнце каждый день восходит в строго определённое время, а вот погода меняется без всякого предупреждения — если, конечно, вы не живёте, как я, в Аризоне, где почти всегда жарко и солнечно. Можно с вечера завести будильник и не сомневаться, что утром он разбудит тебя в нужное время, но не стоит с вечера выбирать одежду на завтра — с погодой можно и не угадать.

События регулярные, в наступлении которых мы не сомневаемся, описываются с помощью чисел — например, число часов в сутках или дней в году. В числах можно выражать и менее предсказуемые вещи, такие как погода, — например, ежедневную максимальную температуру воздуха, — но из этих чисел трудно вывести какую-то закономерность.

Наши предки замечали в природе множество закономерностей: не только смену дня и ночи, но и смену времён года, движение Луны, звёзд и планет, приливы и отливы. Иногда они описывали эти наблюдения с помощью чисел, а иногда просто слагали песни и стихи. Стремление описать числами закономерности движения небесных тел было присуще многим древним народам. Людям было интересно предсказывать солнечные затмения — пугающие и одновременно завораживающие события, когда Луна заслоняет солнечный свет и среди бела дня видны звёзды. Для того чтобы рассчитать точное время затмения, требовалось много утомительных вычислений. Не всегда удавалось подсчитать всё точно — но когда удавалось, это производило на всех большое впечатление.

В давние времена никто не знал, почему в природе так часто повторяются закономерности, которые можно описать математически. Но около 400 лет назад некоторые люди начали исследовать эти закономерности более тщательно. В разных частях мира, особенно в Европе, существовали искусно изготовленные приборы для точных наблюдений и измерений: хронометры и солнечные часы, всевозможные приспособления для измерения расстояний, углов и промежутков времени. Постепенно появились и небольшие телескопы. Исследователи, которые пользовались этими приборами, называли себя натурфилософами или естествоиспытателями; собственно, это и были те, кого в наши дни называют учёными.

В частности, натурфилософы много размышляли о том, что такое движение. Поначалу казалось, что существует два вида движения: движение небесных тел — звёзд и планет — и движение тел на Земле. Все знают, что, если бросить мяч, он полетит по криволинейной траектории, и не нужно долго мучиться, чтобы убедиться: если бросать мяч под одним и тем же углом и с одинаковой скоростью, то эта траектория всегда будет одной и той же.

Конечно, наши предки прекрасно знали, что движущиеся объекты движутся по простым и предсказуемым траекториям. Они знали это, потому что от этого зависела их жизнь. Охотник должен быть уверен, что камень, вылетевший из пращи, или стрела, пущенная из лука, сегодня будет вести себя точно так же, как вчера. Изобретательные австралийские аборигены, то есть коренные жители Австралии, исхитрились смастерить бумеранг — плоский изогнутый метательный снаряд с удивительной траекторией полёта, возвращающийся к тому, кто его бросил.

К XVI веку математика вышла за пределы простой арифметики. Появилась алгебра и другие методы, и натурфилософы сумели с помощью уравнений описать многие из наблюдаемых в природе закономерностей, а также траектории полёта стрел и пушечных ядер. Одно простое уравнение описывает круг, другое, слегка отличающееся от него, — сплюснутый круг, то есть эллипс, третье — форму верёвки между двумя столбами. Благодаря прогрессу математики стало возможным описать великое множество закономерностей и форм не просто словами, но символами и уравнениями. Эти уравнения записывали на бумаге и печатали в книгах, чтобы их могли прочесть и другие естествоиспытатели и математики.

Однако это было лишь описание (хотя, безусловно, очень полезное) природных закономерностей, но не их объяснение. Всё изменилось в начале XVII века благодаря трудам итальянского учёного Галилео Галилея. Всем известно, что когда предмет падает с высоты, то чем больше он приближается к земле, тем быстрее летит. Но насколько быстрее предмет летит через секунду после падения? Через две секунды? Через три?.. Есть ли в этом закономерность? Галилей решил всё это выяснить. И он принялся экспериментировать: ронять предметы, засекая время. Чтобы замедлить движение вниз и тем самым облегчить себе работу, Галилей пускал шары катиться по гладкой наклонной плоскости. А потом, применив к результатам своих наблюдений и измерений методы арифметики и алгебры, он вывел единую формулу, корректно описывающую ускорение всех падающих тел.