Книга: 13,8. В поисках истинного возраста Вселенной и теории всего

Глоссарий

Глоссарий

[204]

Абсолютная величина – яркость звезды при наблюдении с расстояния точно в 10 парсек.

Альфа-частица – «частица», состоящая из двух протонов и двух нейтронов, связанных друг с другом настолько плотно, что во многих случаях они ведут себя как единый объект. Идентична ядру атома гелия.

Антиматерия – форма материи, ключевые свойства которой (например, электрический заряд) противоположны таковым у привычного нам вещества. Так, положительно заряженный позитрон представляет собой античастицу – аналог отрицательно заряженного электрона.

Антропный принцип – идея о том, что существование жизни во Вселенной (в особенности человека) способно наложить ограничения на особенности ее функционирования и развития до нынешнего состояния.

Атом – самый маленький компонент привычной нам материи, участвующий в химических реакциях. Все элементы, такие как кислород или железо, состоят из специфических атомов; каждый из них состоит из расположенного в центре сравнительно небольшого ядра, окруженного облаком электронов.

Барионная материя – термин, обозначающий материю, состоящую из протонов, нейтронов и электронов и аналогичную привычной нам земной. Строго говоря, электроны не относятся к барионам, и их масса очень мала в сравнении с массой протонов и нейтронов.

Белый карлик – один из типов «мертвых» звезд. Солнце в конце жизненного цикла превратится в белого карлика размером примерно с нынешнюю Землю. Один кубический сантиметр вещества белого карлика весит около тонны.

Временная шкала Кельвина – Гельмгольца – период времени, в течение которого звезда, подобная Солнцу, может продолжать излучать энергию за счет медленного сжатия под собственным весом, составляет около 20–30 млн лет. В середине XIX века астрономы и физики задумались, каким образом Солнце поддерживает внутреннюю температуру стабильной. Они поняли, что если оно состояло бы из угля, горящего в атмосфере чистого кислорода, то сгорело бы целиком менее чем за 100 тысяч лет, и заподозрили, имея геологические основания, что Земля обогревается Солнцем намного дольше. Герман Гельмгольц (Германия) и Уильям Томсон, и позднее лорд Кельвин (Великобритания), независимо друг от друга пришли к одному и тому же решению проблемы, показав, что просто за счет постепенного сжатия Солнце могло бы светить с нынешней яркостью на протяжении нескольких десятков миллионов лет, превращая энергию гравитации в тепло.

Галактика – крупный космический конгломерат звезд, содержащий порой сотни миллиардов объектов, подобных Солнцу. Применительно к нашей Галактике Млечный Путь слово иногда пишется с заглавной буквы – Галактика.

Гравитация, или сила всемирного тяготения, – сила, заставляющая материальные объекты притягиваться друг к другу. Так, например, Земля притягивает наши тела, но и наши тела тоже притягивают Землю. Альберт Эйнштейн объяснил действие гравитации через общую теорию относительности.

Двойная система, или двойная звезда, – пара звезд, вращающихся друг вокруг друга.

Дейтерий – «тяжелый» водород, ядро каждого атома в котором состоит из одного протона и одного нейтрона.

Дисковая галактика – система из сотен миллиардов звезд, оформленная в виде плоского диска и часто (но не всегда) имеющая спиральную структуру. Наш Млечный Путь представляет собой дисковую и спиральную галактику.

Доплеровский эффект – вызванное движением изменение длины волны (или частоты) света. Если объект перемещается по направлению к нам, длина волны сжимается (синее смещение), если от нас, то растягивается (красное смещение). Примечание: космологическое красное смещение не является доплеровским эффектом!

Закон Кирхгофа – при заданной температуре скорость испускания объектом электромагнитной энергии равна скорости поглощения объектом электромагнитной энергии той же длины волны (частоты). Этот закон впервые сформулирован Густавом Кирхгофом в 1859 году и доказан им же в 1861-м. На следующий год Кирхгоф логично пришел к следующей идее – черного тела и излучения черного тела, что в свою очередь навело Макса Планка на открытие важнейшего для физики понятия квантов.

Закон смещения Вина – соотношение, позволяющее рассчитать температуру черного тела исходя из длины волны, на которой оно излучает максимальное количество энергии в своем спектре. Название дано по фамилии немецкого физика Вильгельма Вина (1864–1928), получившего в 1911 году Нобелевскую премию за работы, посвященные законам, управляющим тепловым излучением.

Звезда – горячий газовый шар, во много раз превышающий по размеру планеты и светящийся за счет происходящих внутри него ядерных реакций с выделением большого количества энергии. Солнце представляет собой звезду.

Звезда главной последовательности – звезда, находящаяся в стабильном «расцвете лет», например наше Солнце.

Звездная величина – яркость звезды, измеряемая астрономами по шкале, названной в честь английского астронома Нормана Погсона. Чем более тусклой выглядит звезда, тем больше ее значение по шкале Погсона. По традиции, разница величин в 5 единиц эквивалентна утверждению, что один объект в 100 раз ярче (тусклее) другого.

Звездная спектроскопия – изучение спектра света звезд. Столкновения стремительно движущихся в горячем газе атомов возбуждают электроны, которые, успокаиваясь, порождают эмиссионные линии в спектре. Если газ холодный, то электроны возбуждаются, поглощая фоновый свет. Звездный спектр показывает, атомы каких элементов присутствуют в звезде, то есть каков ее состав.

Излучение черного тела – лучи, испускаемые черным телом.

Инфляция – ранняя фаза развития Вселенной, во время которой крохотная квантовая флуктуация расширилась (раздулась) примерно до размера баскетбольного мяча за ничтожную долю секунды.

Ион – атом (иногда молекула), потерявший один или более электронов и оказавшийся положительно заряженным. Спектры ионов имеют измеримые отличия от спектров породивших их атомов. Атом также может приобрести лишний электрон и стать отрицательно заряженным ионом.

Квантовая физика – законы и уравнения, описывающие поведение мелких частиц, таких как электроны и атомы.

Классическая физика – принципы и уравнения, применимые к объектам намного большего масштаба, чем атомы.

Корпускулярно-волновой дуализм – подтвержденная экспериментами идея, что квантовые объекты могут вести себя в зависимости от обстоятельств и как частицы, и как волны. Это не означает, что они представляют собой волны или частицы: в настоящий момент у нас нет способов точно выяснить их истинную природу и мы можем лишь выстраивать картину происходящего в рамках конкретного эксперимента, проводя аналогии с объектами привычного мира, в частности волнами и частицами.

Космическое микроволновое фоновое излучение, или реликтовое излучение, – излучение, оставшееся от Большого взрыва и наблюдаемое в наши дни в форме слабого радиошума, поступающего из всего космического пространства. Представляет собой почти идеальное излучение черного тела.

Космологическая постоянная – число, указывающее на количество темной энергии во Вселенной. Обозначается греческой буквой лямбда (?).

Космологическое красное смещение – изменение в длине световой волны от удаленных объектов, вызванное растягиванием пространства в процессе расширения Вселенной. Смещает характеристики света к красному краю спектра.

Красный гигант – звезда на поздней стадии эволюции, раздувающаяся примерно до диаметра орбиты Земли.

Критическая плотность – плотность, при которой пространственно-временной континуум Вселенной оказывается плоским. Критическая плотность соответствует наличию в каждом кубическом метре пространства примерно пяти атомов водорода.

Модель Мультивселенной – концепция, согласно которой вся наблюдаемая Вселенная может оказаться лишь одним «пузырьком» в более крупной системе – Мультивселенной.

Нейтрон – электрически нейтральная частица, входящая в состав ядра атома.

Нейтронная звезда – объект, представляющий собой остатки старой сжавшейся звезды и почти полностью состоящий из нейтронов. Чаще всего нейтронные звезды несколько тяжелее Солнца, но имеют диаметр всего лишь около 10 км.

Новая (звезда) – внезапная вспышка (увеличение яркости) звезды, придающая ей вид нового небесного объекта.

Нуклон – родовое название протонов и нейтронов.

Общая теория относительности – разработанная Альбертом Эйнштейном теория, описывающая отношения между материей и силой тяготения в терминах кривизны пространства и времени.

Параллакс – видимое движение объекта по небосклону при наблюдении с двух разных точек. Может использоваться для расчета расстояния до объекта методом триангуляции. Параллакс легко представить наглядно: вытяните руку с поднятым пальцем и закрывайте то один, то другой глаз, и вам покажется, что палец перемещается в стороны по отношению к более удаленным предметам. При желании, измерив угол смещения пальца, можно узнать длину руки (хотя здесь параллакс нельзя считать самым удобным методом расчета).

Парсек – используемая астрономами мера длины, равная 3,2616 светового года или расстоянию, с которого Земля и Солнце будут восприниматься под углом в 1 угловую секунду.

Планета – крупный шар из твердых пород или газа, достаточно объемный для придания ему гравитацией сферической формы и облетающий звезду по орбите.

Поле лямбды (?) – другое название темной энергии.

Постоянная Хаббла, или параметр Хаббла, обозначается латинской буквой Н, определяет скорость расширения Вселенной.

Принцип заурядности Земли – утверждение, что мы не занимаем во Вселенной особого места и что окружающее нас пространство типично для звездной системы в рамках дисковой галактики.

Протон – положительно заряженная частица, составная часть ядра атома.

Реакция в пламени – простой способ определения наличия различных элементов в неизвестном веществе. Чистая проволочная петля окунается в вещество (обычно составное, например хлорид натрия) и раскаляется в пламени бунзеновой горелки. Тепло огня возбуждает атомы (строго говоря, ионы) вещества, и те начинают излучать видимый свет определенного цвета (в случае с натрием – желтого).

Световой год – расстояние, преодолеваемое светом за один год – 9,46 трлн км. Световой год – мера длины, а не времени.

Сверхновая (звезда) – взрыв и экстремальное увеличение яркости одного из типов звезд при превышении определенной массы в конце жизненного цикла. В этот период одна звезда способна непродолжительное время светиться так же ярко, как целая галактика звезд, подобных Солнцу. Сверхновая вырождается в нейтронную звезду или черную дыру.

Сингулярность – точка с нулевыми размерами или линия нулевой ширины.

Скорость света – предельная скорость движения через пространство, составляет 299 792 458 м в секунду (почти точно 300 тыс. км в секунду).

Слияние ядер – процесс соединения легких ядер (преимущественно водорода) в более тяжелые (преимущественно гелия). При слиянии ядер выделяется энергия, что заставляет звезды, подобные Солнцу, светиться.

Спектр – радужный рисунок, образующийся при пропускании луча белого света через призму. Традиционно видимые в спектре цвета подразделяются на красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый: у красного самая большая длина волны, у фиолетового самая маленькая.

Спектроскопия – метод выяснения состава объекта путем анализа исходящего от него света. Каждый элемент, например водород или углерод, дает определенные линии спектра, столь же уникальные, как отпечаток пальца или штрихкод. Линии солнечного спектра были впервые изучены Йозефом фон Фраунгофером.

Стационарная (стабильная) модель Вселенной – представление о том, что Вселенная всегда и в любой момент времени была такой же, как теперь. Успех теории Большого взрыва исключил возможность правдивости модели в ее изначальной форме, но в контексте Мультивселенной и инфляции эта модель может оказаться применимой.

Телескоп-рефлектор – телескоп, собирающий свет и увеличивающий изображение с помощью специального зеркала.

Телескоп-рефрактор – телескоп, собирающий свет и увеличивающий изображение с помощью линз.

Темная материя – вещество, наличие которого определяется лишь по его силе тяготения, которое влияет на движение галактик и расширение Вселенной. Темной материи в пять-шесть раз больше, чем барионной.

Темная энергия – форма энергии, наполняющая весь космос и опознаваемая лишь по ее влиянию на расширение Вселенной. Примерно две трети всей массы Вселенной имеет эту форму.

Температурная шкала Кельвина – температурная шкала, нулем в которой считается абсолютный ноль (–273,15°С), а размер градуса соответствует градусу на шкале Цельсия. Градусы Кельвина (кельвины) не сопровождаются знаком градуса. 0°С соответствует 273,15 К.

Теория Большого взрыва – широко принятая в научном мире и подтверждаемая наблюдениями (например, наличием реликтового излучения) идея, что Вселенная в ее современном виде образовалась из первичного горячего и плотного состояния.

Туманность – в современном значении межзвездное облако газа и пыли. Прежде чем было установлено, что объекты, ныне известные как галактики, находятся вне Млечного Пути, некоторые из них, например галактика Андромеды, также носили имя туманностей. Однако сейчас данное значение термина устарело.

Туннельный эффект, или туннелирование, – следствие принципа неопределенности квантовой физики, позволяющее частицам (например, электронам или альфа-частицам) покидать атомное ядро или проникать в него, несмотря на отсутствие у них требуемой классической теорией физики энергии. Эффект связан с двойственностью природы квантов, представляющих собой одновременно частицы и волны (корпускулярно-волновым дуализмом).

Фотон – частица света или любого электромагнитного излучения.

Холодная темная материя (ХТМ) – доминирующий материальный компонент Вселенной, примерно впятеро превосходящий по массе привычную для нас материю. Присутствие ХТМ обнаруживается благодаря ее влиянию на гравитацию, однако ученые пока не могут точно сказать, каковы ее свойства.

Цефеида – тип переменных звезд, циклически изменяющих яркость: эти циклы позволяют астрономам выяснить среднюю яркость этих звезд и, следственно, расстояние до них.

Черное тело – гипотетический объект, поглощающий все попадающее на него электромагнитное излучение. Горячее черное тело – идеальный излучатель электромагнитной энергии. Солнце и звезды очень близки к состоянию черного тела.

Шаровое скопление – имеющий сферическую форму комплекс достаточно близко друг к другу расположенных отдельных звезд, иногда исчисляемых миллионами.

Электромагнитное излучение – любая форма излучения, состоящего из электричества и магнетизма, в том числе свет, радиоволны, рентгеновское излучение. Описывается набором уравнений, названных в честь Джеймса Максвелла[205].

Электрон – отрицательно заряженная частица. Электроны образуют внешний слой атома.

Элемент – субстанция, состоящая из атомов с одинаковым числом протонов в ядре и, следовательно, одинаковым числом электронов вокруг ядра (что определяет химические свойства элемента). Некоторые из ядер могут иметь другое число нейтронов, образуя различные изотопы одного элемента.

Эллиптическая галактика – крупная звездная система без очевидной внутренней структуры, по форме напоминающая мяч для регби.