Мир в ореховой скорлупке [илл. книга-журнал] - Стивен Хокинг

• Кризис спина протона

По первоначальной оценке Европейской группы по мюонному сотрудничеству, на три основных («валентных») кварка протона приходится около 12 % от общего объёма спина. Можно ли пересчитать остаток глюонов, которые связывают кварки, а также образуют «море» пар кварков, которые постоянно создаются и аннигилируют?

• Квантовая хромодинамика (КХД) в непертурбативном режиме

Уравнения КХД остаются нерешёнными на энергетических масштабах, соответствующих описанию атомных ядер, и, среди прочего, в основном численные подходы, кажется, начинают давать ответы на этот предельный случай. Подходит ли КХД для описания физики ядра и его компонентов?

• Удержание цвета

Почему никогда не были зафиксированы свободный кварк или глюон, а только объекты, построенные из них, например, мезоны и барионы? Каким образом эти явления вытекают из КХД?

• Сильная CP-проблема и аксионы

Почему сильное ядерное взаимодействие инвариантно к чётности и зарядовому сопряжению? Является ли теория Печчеи — Квинн решением этой проблемы?

• Гипотетические частицы

Какие из гипотетических частиц, предсказываемых суперсимметричной теорией и другими известными теориями, на самом деле существуют в природе?

Астрономия и астрофизика

• Струи аккреционных дисков

Почему некоторые астрономические объекты, окружённые аккреционным диском, такие как активные ядра галактик, испускают релятивистские струи, излучаемые вдоль полярной оси? Почему у многих аккреционных дисков существуют квази-периодические колебания? Почему период этих колебаний имеет масштаб, обратно пропорциональный массе центрального объекта? Почему иногда существуют обертоны, и почему у разных объектов обертоны имеют различные соотношения частоты?

• Проблема нагрева короны

Почему солнечная корона (атмосферный слой Солнца) намного горячее, чем поверхность Солнца? Почему магнитное пересоединение совершается на много порядков быстрее, чем предсказывают стандартные модели?

• Гамма-всплески

Каково происхождение этих краткосрочных всплесков высокой интенсивности?

• Сверхмассивные чёрные дыры

Какова причина отношения М-сигма между массой сверхмассивной чёрной дыры и дисперсией скорости галактики?

• Сверхновые

Каков точный механизм, посредством которого имплозии умирающих звёзд становятся взрывом?

• Космические лучи сверхвысоких энергий

Почему некоторые космические лучи обладают невероятно высокой энергией (так называемые частицы OMG), учитывая, что вблизи Земли нет источников космических лучей с такой энергией? Почему некоторые космические лучи, испускаемые далёкими источниками, имеют энергию выше предела Грайзена-Зацепина-Кузьмина?

• Замедление времени пульсара

Почему выбросы пульсаров на больших космологических расстояниях не проявляют предсказанное свойство замедления времени?

• Скорость вращения Сатурна

Почему магнитосфера Сатурна проявляет (медленно меняющуюся) периодичность, близкую к той, на которой вращаются облака планеты? Какова истинная скорость вращения глубоких внутренних слоёв Сатурна?

Глоссарий

Абсолютное время

Представление о том, что могут быть универсальные часы. Эйнштейновская теория относительности показала, что таких часов быть не может.

Абсолютный ноль

Наименьшая возможная температура, при которой вещество не обладает тепловой энергией; составляет -273.15 градусов по шкале Цельсия или 0 по шкале Кельвина. При абсолютном нуле энергия теплового движения молекул и атомов вещества должна быть равна нулю, то есть хаотическое движение частиц прекращается, и они образуют упорядоченную структуру, занимая чёткое положение в узлах кристаллической решётки (жидкий гелий составляет исключение). Однако, с точки зрения квантовой физики и при абсолютном нуле температуры существуют нулевые колебания, которые обусловлены квантовыми свойствами частиц и физического вакуума, их окружающего

Амплитуда

Для волны: максимальная высота пика или максимальная глубина впадины.

Античастица

Каждому типу частиц материи соответствуют свои античастицы. Когда частица сталкивается с античастицей, они аннигилируют и остается только энергия.

Антропный принцип

Представление, согласно которому мы видим Вселенную такой, какова она есть, потому что, если бы она была другой, нас бы здесь не было и мы не могли бы ее увидеть.

Атом

Основная единица обычного вещества, состоящая из крошечного ядра (сложенного из протонов и нейтронов), вокруг которого обращаются электроны.

Бесконечность

Неограниченная или безграничная протяженность или число.

Бозон

Частица (или форма колебаний струны), спин которой выражается целым числом.

Большое сжатие

Один из возможных сценариев конца Вселенной, в котором все пространство и материя коллапсируют в сингулярность.

Большой взрыв

Сингулярность в самом начале эволюции Вселенной, около 15 млрд лет назад.

Брана

Фундаментальный элемент М-теории, объект, который может обладать различными пространственными размерностями. В общем случае р-брана имеет протяженность в р направлениях: 1-брана — это струна, 2-брана — поверхность или мембрана и т. д.

Вес

Сила, действующая на тело со стороны гравитационного поля. Вес пропорционален массе, но это не одно и то же.

Виртуальная частица

В квантовой механике: частица, которую никогда нельзя непосредственно зарегистрировать, но чье существование порождает измеримый эффект. См. также эффект Казимира.

Волновая функция

Фундаментальное понятие квантовой механики; числа, заданные в каждой точке пространства и определяющие вероятность того, что данная частица будет обнаружена в данной точке.

Второе начало термодинамики

Закон, утверждающий, что энтропия всегда возрастает и никогда не убывает.

Гипотеза защиты хронологии Представление о том, что законы физики в совокупности не допускают путешествия во времени для макроскопических объектов.

Голая сингулярность

Сингулярность пространства-времени, не окруженная черной дырой (горизонтом событий) и видимая удаленному наблюдателю.

Голографическая теория

Представление о том, что квантовые состояния системы в области пространства-времени могут быть закодированы на границе области.

Голубое смещение

Сокращение длины волны излучения, испускаемого объектом, который движется в сторону наблюдателя, вызванное эффектом Доплера. См. также Красное смещение, Эффект Доплера.

Горизонт событий

Край черной дыры; граница области, из-под которой невозможно вырваться на бесконечность.

Гравитационная волна

Волноподобное возмущение в гравитационном поле.

Гравитационное взаимодействие

Самое слабое из четырех фундаментальных взаимодействий в природе. Связывает любые объекты, обладающие массой или энергией.

Гравитационное поле

Сущность, посредством которой оказывает свое воздействие гравитация.

Граничные условия

Описывают начальное состояние физической системы или, обобщенно, состояние системы на ее границах во времени и пространстве.

Длина волны

Расстояние между двумя соседними впадинами или двумя соседними гребнями волны.

ДНК

Дезоксирибонуклеиновая кислота, состоящая из фосфата, сахара и четырех оснований: аденина, гуанина, тимина и цитозина. Две нити ДНК образуют двойную спираль, напоминающую винтовую лестницу. ДНК играет ключевую роль в механизме наследственности, в ней закодирована вся информация, необходимая клетке для репродукции.

Дуальность

Соответствие между внешне различными теориями, которое показывает, что они дают одинаковые физические результаты.

Закон Мура

Закон, утверждающий, что производительность компьютеров будет удваиваться каждые 18 месяцев. Это, очевидно, не может продолжаться бесконечно.

Закон сохранения энергии

Закон, утверждающий, что энергия (или эквивалентная ей масса) не может быть ни создана, ни уничтожена.

Законы движения Ньютона

Законы, описывающие движение тел на основе концепции абсолютных пространства и времени. Эти представления были поколеблены открытием специальной теории относительности Эйнштейна.