Нил Тайсон - Добро пожаловать во Вселенную

Рассмотрим солнечный парус — огромное зеркало площадью А на расстоянии d от звезды светимостью L . Рассмотрим силу, с которой воздействует на парус давление попадающего на него света звезды.

125. аУскорение парусу задает сила, которая воздействует на него, деленная на массу паруса. Вычислите ускорение, если парус сделан из материала массовой плотностью и толщиной l и ориентирован перпендикулярно

141

ЧАСТЬ III. Эйнштейн и Вселенная направлению на звезду (то есть направлен на звезду). Зависит ли ускорение от размера паруса?

125. bОбратите внимание, что мы предположили, что вся масса заключена в самом парусе. Но, предположительно, мы хотим перемещать и какой-то полезный груз. Предположим, масса этого груза 105 кг. Мы хотим, чтобы этот парус был как можно больше, чтобы максимизировать силу, но не хотим, чтобы это была главная статья расходов в смете на строительство корабля, а поэтому задаем условие, что парус и полезный груз имеют одинаковую массу. Пусть парус будет круглый. Каким должен быть радиус паруса, если он сделан из материала плотностью = 3 г/см3 (сравнимой с плотностью алюминия) и толщиной l = 0,1 мм?

125. сПусть наш корабль находится в 1 а. е. от Солнца. Каково ускорение полезного груза, обеспеченное только давлением излучения? Предположим, что ускорение постоянно; сколько времени потребуется, чтобы развить скорость 30 километров в секунду? (На самом деле по мере удаления от

Солнца давление излучения, а следовательно, и ускорение, уменьшается.

Если это учитывать, задача сильно усложняется).

126. Принцип Коперника

В главе 24 «Большого космического путешествия» приведены рассуждения, основанные на принципе Коперника и позволяющие делать предсказания о сроках существования в будущем тех или иных вещей и явлений на основании их нынешнего возраста. Для этого следует исходить из предположения, что нынешний момент в их существовании ничем не примечателен.

126. аВы читаете в газете, что директор некоей фирмы провел на посту уже 39 недель. Если вы больше ничего не знаете, что скажет принцип

Коперника о том, сколько еще этот директор пробудет на своем посту как минимум и как максимум с вероятностью 95 %? Ответы дайте в подходящих единицах: в неделях или в годах.

142

24. Наше будущее во Вселенной

126. bЕсли бы мы приняли радиосигналы внеземной цивилизации, где говорилось бы, что ей 39 000 лет, принцип Коперника (согласно которому момент, когда мы наблюдаем эту цивилизацию, ничем не примечателен) позволил бы предположить, что с вероятностью 95 % она просуществует еще по меньшей мере _______ лет, но не более ________ лет.

126. сОбъясните, почему из принципа Коперника следует, что вы, скорее всего, родились в век, когда население было выше среднего.

127. Коперник в действии

В книге «Большое космическое путешествие» мы в самых разных случаях апеллируем к принципу Коперника (согласно которому мы не центр

Вселенной). Ответьте на вопросы в каждом из приведенных ниже примеров использования принципа Коперника.

127. аЗемля — не центр Солнечной системы. Каковы были преимущества модели Коперника в те времена, когда она была выдвинута, над моделью

Птолемея, согласно которой в центре мироздания находится Земля? Какие у нас есть прямые наблюдательные доказательства, что Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот? Были ли у самого Коперника такие прямые доказательства верности его модели?

127. bСолнечная система — не центр Млечного Пути. Почему в начале

ХХ века верили, что Солнечная система находится в центре Млечного Пути?

Что было причиной такого заблуждения? Какие наблюдения доказали, что это неправда?

127. сГалактика Млечный Путь — не центр расширяющейся Вселенной. В каком смысле может показаться, что мы находимся в центре расширения? Как бы вы объяснили скептику, что на самом деле это не так?

127. dМы часто думаем, что живем в особые времена. Расскажите, как

Готт объясняет, почему, согласно принципу Коперника, предположение, что нынешние времена ничем не примечательны, служит мощным инструментом для точного прогнозирования.

143

ЧАСТЬ III. Эйнштейн и Вселенная

128. Короткие вопросы о будущем Вселенной

Для ответа на каждый из этих вопросов достаточно нескольких фраз.

128. аЭйнштейн успешно разработал теорию, объединяющую квантовую механику и общую теорию относительности. ДА или НЕТ?

128. bИз принципа Коперника следует, что программа по запуску человека в космос будет существовать вечно. ДА или НЕТ?

128. сЧто произойдет в нашей Вселенной позднее — смерть всех звезд или испарение сверхмассивных черных дыр?

128. dОбъясните, почему существует самый короткий измеримый отрезок времени — планковское время (5 10–44 с). Объяснять, почему у него именно такое численное значение, не нужно; достаточно рассказать, по каким физическим причинам существует самый короткий отрезок времени.

128. еЕсли бы у вас была машина времени, в какое время в прошлом или будущем вы хотели бы попасть? Примечание: на этот вопрос не может быть верных или неверных ответов, если вы укажете год и объясните, почему вам туда хочется!

129. Управляемая панспермия

Землянам грозит гибель от оружия массового поражения, и чтобы спасти их, вы решаете колонизировать галактику Млечный Путь. Для этого можно создать космический аппарат, поместить в него замороженные яйцеклетки и сперматозоиды людей и всех необходимых видов животных, а также полезные бактерии и банк семян и спор растений. Кроме того, в космическом аппарате будут и образовательные материалы для новых жителей дальних планет, и все культурные и научные знания, необходимые на новом месте.

Этот аппарат полетит к далеким планетам, пригодным для обитания, а по прибытии находящиеся на борту роботы запустят развитие эмбрионов животных и людей и посадят растения. Животные и растения вырастут на новой планете, как на Земле, питаясь ее сырьем. За 10 000 лет новые обитатели

144

24. Наше будущее во Вселенной создадут биосферу (если на планете ее не было) и цивилизацию. Затем у них возникнет желание запускать собственные космические аппараты и продолжать исследования Млечного Пути.

129. аДиаметр человеческой яйцеклетки 0,12 мм, она имеет приблизительно сферическую форму. Какова ее масса при плотности 1 г/см3? Во сколько раз это меньше веса взрослого человека? Что проще отправить в далекое космическое путешествие?

129. bТеперь нужно добраться до этих далеких миров. Нам нужно разогнать космический корабль до очень высокой скорости, а потом, при приближении к планете, затормозить. Существует два проекта, предполагающие при помощи ядерных реакций обеспечить скорость космического корабля, скажем, в 1 % скорости света: проект «Орион» и проект «Дедал».