Нил Тайсон - Добро пожаловать во Вселенную

Поскольку вы путешествуете во времени, вам удается побывать обоими игроками в этой партии и всеми тремя зрителями! Нарисуйте на цилиндре свою мировую линию. Отметьте на ней разные события (я родился, я смотрю партию, я снова смотрю партию, я подбираю мяч, я подаю, я выигрываю, я возвращаюсь, я проигрываю, я смотрю партию в третий раз). Нарисуйте мировую линию мяча. На своей мировой линии и на мировой линии мяча отметьте стрелками направление, в котором вы воспринимаете последовательность событий. Нарисуйте мировую линию сетки. Отметьте направления пространства и времени осями на цилиндре. Объясните, почему мировая линия мяча показывает, что это частица-джинн без начала и конца. Закончив, разрежьте скотч, разверните цилиндр и сдайте свой чертеж. Если вы положите линейку горизонтально поперек листа внизу и начнете медленно двигать ее вверх, вы увидите, что мировая линия пересекает край линейки в разных точках, которые движутся взад-вперед вдоль линейки — получится кино про теннисную партию и зрителей! Вы увидите, как мяч движется через сетку, потом обратно, но останавливается. Если такой схемы у вас не получилось, начните заново; возможно, все получится лишь со второй или третьей попытки.

115. Научная фантастика

Напишите научно-фантастический рассказ, не больше 8 страниц через два интервала, на основании научных понятий, которые вы усвоили, прочитав «Большое космическое путешествие» и решив задачи из этой книги.

Проявите творчество, но не отклоняйтесь от строгих научных принципов.

Оценка будет зависеть от точности применения научных понятий, глубины проникновения науки в сюжет и оригинальности вашей творческой мысли.

Для вдохновения пролистайте великолепную книгу Алана Лайтмана «Сны

128

21. Космические струны, кротовые норы и путешествия во времени

Эйнштейна» (АСТ, 2018) — серию зарисовок, изящно иллюстрирующих различные понятия из научных открытий Эйнштейна. Повеселитесь на славу!

Мы поместили это задание в главу о путешествиях во времени, по-

скольку многие наши студенты делали основой своих сочинений путеше-

ствия во времени. Но вы можете построить свой рассказ и на любом другом астрофизическом явлении.

ЧАСТЬ III. Эйнштейн и Вселенная

22

КОНТУРЫ ВСЕЛЕННОЙ

И БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ

116. Карта Вселенной

Расставьте следующие объекты в порядке возрастания расстояния от центра Земли; начните с ближайшегок Земле объекта.

• Объекты из пояса Койпера

• Космический телескоп имени Хаббла

• Галактика с самым большим из ныне известных красным смещением

• Луна (спутник Земли)

• Звезда Альфа Центавра

• Космический аппарат WMAP

• Фоновое космическое микроволновое излучение

• Великая Слоановская стена (комплекс сверхскоплений галактик)

• Юпитер

• Центр Млечного Пути

• М31, галактика Андромеда

• Звезда Сириус

130

22. Контуры Вселенной и Большой взрыв

117. Гномонические проекции

Поверхность сферы можно нанести на плоскость с использованием гномонической проекции . Для наглядности представьте себе, что вы поместили в центр сферы электрическую лампочку и спроецировали сферу на плоскость.

На поверхности сферы геодезическая линия, соединяющая две точки, то есть самая прямая линия, какую только можно нарисовать на сфере, — это большой круг, связывающий две точки. Если мы рассечем сферу плоскостью, проходящей через центр сферы, пересечением этой плоскости с поверхностью сферы будет большой круг. Так, например, большой круг — это экватор, а также все меридианы долготы.

117. аУ гномонической проекции есть одно свойство: большие круги на сфере проецируются в прямые линии на карте. Объясните, почему это так, вспомнив некоторые факты из школьного курса стереометрии.

117. bМожно применить гномоническую проекцию, чтобы создать плоскую карту Земли на листе бумаги. Согласно результатам части а), любые две точки на карте можно соединить прямой, соответствующей большому кругу на шаре, соединяющему эти две точки. Экватор — это прямая линия, как и меридианы постоянной долготы. Гномонические проекции, применяемые таким образом, не могут служить полной картой сферы и годятся только как карта одного полушария максимум (а на практике — немного меньше). Почему?

117. сМы можем применить гномоническую проекцию для создания плоской карты, показывающей положения звезд на небесной сфере. Если мы хотим создать полную карту небесной сферы, можем заключить сферу в куб, зажечь в ее центре светильник и спроецировать сферу на каждую из шести граней куба. Каждая звезда отбрасывает тень на одну из граней куба. Таким образом мы можем составить карту небесной сферы на поверхности куба.

131

ЧАСТЬ III. Эйнштейн и Вселенная

Если теперь развернуть куб, получится плоская карта всего неба на шести листах карты, см. рис. 6. На верхнем листе карты (верхняя грань куба) видны северные околополярные звезды. На нижнем листе карты (нижняя грань куба) видны южные околополярные звезды. На четырех листах посередине

(слева направо) видны звезды, которые в северном полушарии появляются на небе осенью, летом, весной и зимой.

Небесный экватор — это прямая, идущая слева направо по середине четырех листов, соответствующих четырем боковым граням куба. При решении задачи полезно сделать ксерокопию этого рисунка, вырезать и сложить в куб. Можете сложить его так, чтобы звезды были внутри куба (как мы их видим), а можете так, чтобы звезды были на внешней стороне.

На первоначальном большом наборе из шести карт звездного неба, то есть на развернутом кубе, найдите и обведите следующие объекты: СЕВЕРНЫЕ ОКОЛОПОЛЯРНЫЕ

ОСЕНЬ

ВЕСНА

ЗИМА

ЛЕТО

ЮЖНЫЕ ОКОЛОПОЛЯРНЫЕ

Рис. 6.Ночное небо в гномонической проекции на куб. Каждый квадрат соответствует одной грани куба.

132

22. Контуры Вселенной и Большой взрыв

• Большая Медведица

• созвездие Кассиопея

• созвездие Лира

• созвездие Лев

• звезда Сириус

• звезда альфа Центавра

Для этого возьмите обычную карту звездного неба — ее легко найти в интернете — и определите, где находятся эти звезды и созвездия.

117. dНачертите на этой схеме пунктиром эклиптику и подпишите ее.

Эклиптика — это огромный круг, который описывает Солнце на фоне звезд в ходе своего годичного движения по небесной сфере. Помните, что плоскость эклиптики наклонена под углом 23,5° к небесному экватору. Солнце пересекает небесный экватор во время весеннего и осеннего равноденствия, то есть посередине листов, соответствующих весне и осени.