Всё, что движется. Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей

Алексей Семихатов -- один из моих любимых персон, и уже давно. Я готов его слушать бесконечно, поскольку его знание больше моего приблизительно бесконечно.
Книгу он написал о современном понимании фундаментальной картины мира. Не ожидал, что в ней найдётся столько увлекательного. В общем-то никаких совершенно новых концепций я не нашёл, потому что прочитал уже несколько книг о том, как работает наш мир. Однако кое-какие детали таки оказались свежими и удивительными.

Например, подробности о маневрировании на орбите.
Я в курсе, что маневрирование по-голливудски в реальности не проходит. Если мы летим за кем-то по круговой орбите на расстоянии в несколько километров, то нет ничего глупее, чем "поддать газу" в направлении лидера. Результатом будет то, что мы перейдём на более высокую эллиптическую орбиту, а она медленнее первоначальной. Даже не ожидал, что стыковка с МКС это настолько целая история.

А свою историю Алексей Семихатов начинает с Кеплера. Тот унаследовал после Тихо Браге многотомную таблицу астрономических наблюдений -- реально многотомную. Тома содержали точное положение планет из ночи в ночь за много лет и представляли собой бесконечные колонки с цифрами: дата, время, координаты, дата, время, координаты. При этом координат как таковых там и не было. Были всего лишь направления на движущиеся планеты, если смотреть на них с непонятно как движущейся Земли...
Алексей Семихатов объяснил мне, как Кеплер смог по этим данным понять, что сам движется по эллипсу вокруг Солнца! Дальнейшее -- дело техники... или всё же нет?
Самое обидное, что через несколько десятилетий Ньютон без каких-либо таблиц, а только силой разума открыл законы движения, из которых непосредственно следуют все законы Кеплера.

Кстати, о Ньютоне.
Когда Аполлон-11 летел к Луне, сын задал командиру корабля Майклу Коллинзу вопрос:
-- Пап, вот вы там сейчас летите, ты со мной разговариваешь, а кто же за рулём?
-- Сэр Исаак Ньютон, сынок, -- ответил Коллинз.
Точнее и не скажешь.

Алексей Семихатов обладает редким преподавательским талантом. Во-первых, он рассказывает интересно, во-вторых, понятно.
Знаю теперь, как Янус и Эпиметеус обгоняют друг друга на общей орбите вокруг Сатурна и не сталкиваются. Команда космического аппарата Cassini смогла снять процесс в 2010 году, но объяснение я получил только что.

Автор продолжает теорией относительности. Тут уж он рассказывает о таких орбитах, от которых дух захватывает. Кеплеру и не снилось.
Неожиданно я вспомнил кое-что из механики сплошной среды. За десятилетия уже забыл её совсем, но кое-что вылезло. Ведь действительно же, пространство-время вселенной -- в некотором роде и есть сплошная среда, вот и возникают похожие эффекты в окрестностях чёрных дыр.

Следующей идёт термодинамика.
Это вообще трагическая история. Если бы Эйнштейн написал работу о броуновском движении раньше, Больцман ещё что-нибудь важное открыл бы. В 1908 следствия из работы Эйнштейна подтвердились экспериментально, и это дало термодинамике твёрдое обоснование. Но Больцман-то из-за непонимания коллег уже повесился в 1906...

Термодинамика демонстрирует абсолютно сумасшедшие идеи, касающиеся чёрных дыр. Потом ещё более сумасшедшие об энтропии и информации. Я уже довольно давно смирился с тем, что я -- больцмановский мозг. Однако Алексей Семихатов идёт ещё дальше! Жаль, долго рассказывать, идея отличная.
Плюс ко всему, захотелось наконец построить-таки вечный двигатель!
Очень хороший сайт был: Музей неработоспособных устройств. Там была прекрасная коллекция вечных двигателей, некоторые тянут на настоящие произведения искусства. В разных местах осталось много ссылок на этот ресурс, но он больше не работает. Надо было оттуда кое-что скопировать, но я думал, он вечный, как и его экспонаты. Теперь поздно.

Энтропия ненавязчиво ведёт нас к квантовой теории.
Здесь меня в очередной раз постигло разочарование. Я уже давно привык к манерам нашего мира на квантовом уровне: суперпозиция состояний с известным полуживым котом, проблема квантового измерения, нелокальность. С такими вещами надо смириться и не пытаться найти им аналогии у Ньютона. И даже Алексею Семихатову оказалось не под силу разъяснить кое-какие важные детали.
В последней главе я не понял вообще ничего. Из уважения к автору всё-таки дочитал до конца.
Удивляться, впрочем нечему: это всего лишь теорема Савватеева в действии. Алексей Савватеев, ещё один хороший преподаватель, сформулировал её вот в этой лекции:

Умственные способности человека убывают со временем в соответствии с законом A(t) = 2-1/10(t-20), где t -- возраст в годах и t > 20.

Для гуманитариев -- словами:

начиная с 20 лет человек тупеет вдвое каждые 10 лет.

Если калькулятор не врёт, от моих умственных способностей на сегодня осталось примерно 4% с чем-то. Да, это жизнь, ничего не поделаешь.

Впрочем, одну вещь из последней главы я всё-таки вынес.
Вы, несомненно, будете смеяться, если я скажу, что только что понял, о чём же рассказывал мне бог знает сколько лет назад физик, читавший квантовую теорию. Это не шутка. Чистая правда. Я только что понял его любовь -- в то время необъяснимую -- к собственным функциям дифференциальных операторов. С ужасом вспоминаю, как сдавал тот экзамен. Кажется, трояк получил.
Может быть, если бы Алексей Семихатов мне об этом обо всём рассказал тогда, вся моя жизнь сложилась бы по-другому. Не знаю, лучше или хуже, но я не относился бы, наверное, к физике как к тонкому искусству подгонки результатов под нужные ответы.
За одно это книга Алексея Семихатова заслуживает высокой оценки :)

Но и не только за это. Мне импонирует платонический и пифагорейский подход Алексея Семихатова: всё есть число. Мир в прямом смысле на самом фундаментальном уровне состоит из математики.

Возвращаясь к «настоящим» квантам фундаментальных полей, я предвижу легкое недоумение относительно того, в чем же происходят все те колебания, которые составляют каждое из полей, что это за «среда», что там колеблется и чем порождается «упругость», требуемая для поддержания колебаний. Ответ оказывается очень коротким [...]. Все эти колебания в квантовом исполнении – свойство самих полей. Согласно современным представлениям, эти колебания и есть фундаментальная физическая реальность. Им не нужна никакая среда, они ни из чего не состоят; наоборот, все остальное состоит из них.

Одним словом: реальность состоит из чисел и ни из чего кроме них. Элементарные частицы есть колебания в числовых полях -- и ничего более.
В конце ещё одной мощной книги Джон Дербишир - Простая одержимость есть и другие глубокие и таинственные связи между числами и наблюдаемой реальностью. Понять это сложно, мне удалось тогда ухватить лишь общую мысль (там речь идёт про эрмитовы матрицы и энергетические уровни электронов), но идея та же.

Хотелось бы дожить до того великого момента, когда разрешится наконец загадка природы тёмной материи и тёмной энергии. У меня есть большое ни на чём не основанное подозрение, что ответ на оба вопроса будет общим и что он будет найден именно в математике. Разумеется, эксперимент сыграет свою роль, но теория будет вполне абстрактная.

Даже не знаю, куда положить файл с этой книгой: то ли в папку physics, то ли philosophy...

Как ни странно, есть люди, кому это не интересно. Есть у меня такой приятель. Он, в частности считает, что Стив Джобс более велик, чем Ньютон...
Спорить с ним не буду. Просто от всей души посочувствую.