Форма входа
0/0
Всё, что движется. Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей - Алексей Михайлович Семихатов
- Дата:30.07.2026
- Категория: Зарубежная образовательная литература / Прочая научная литература / Физика
- Название: Всё, что движется. Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей
- Автор: Алексей Михайлович Семихатов
- Просмотров:5
- Комментариев:0
Уважаемые читатели!
Тут можно читать бесплатно Всё, что движется. Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей - Алексей Михайлович Семихатов. Жанр: Зарубежная образовательная литература / Прочая научная литература / Физика. Так же Вы можете читать полную версию (весь текст) онлайн книги без регистрации и SMS на сайте Knigi-online.info (книги онлайн) или прочесть краткое содержание, описание, предисловие (аннотацию) от автора и ознакомиться с отзывами (комментариями) о произведении.
Описание онлайн-книги Всё, что движется. Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей - Алексей Михайлович Семихатов:
Рассказ о фундаментальной научной картине мира в развитии от более наглядного к более абстрактному: от брошенного камня до объяснения уравнений Эйнштейна и Шрёдингера. Человек разбирается в устройстве Вселенной, наблюдая за движением и его последствиями, догадываясь о правилах, которые регулируют все, что происходит, и получая подсказки о скрытых частях мира или о новых правилах из несоответствий между теоретически ожидаемым и реальным движением: знаменитые примеры включают предсказанное существование Нептуна, Планеты 9 и невидимого вещества в галактиках, причины ускоренного расширения Вселенной, квантовую природу теплового излучения. Привычные способы описания вещей рушатся. Неизбывная вражда, определяемая наличием постоянной Планка, составляет неотъемлемую часть устройства Вселенной. Такое положение дел влияет не только на то, что понимается под движением объектов, но в некоторой степени и на сам характер их существования. Награды и премии Вошла в длинный список XV сезона премии Дмитрия Зимина «Просветитель». В книге обсуждаются функционирование Солнечной системы и возможности путешествий по ней; взаимоотношения пространства, времени и движения в специальной теории относительности и определяемые ими проблемы галактических перелетов; общая теория относительности и ее эффекты, включая некеплеровы орбиты, замедление времени, гравитационные волны и экзотические способы сверхсветового перемещения; энтропия как незнание о микроскопическом движении и ее приложения от тепловых машин до демона Максвелла и черных дыр; квантовая механика, включая прохождение сквозь стены, уникальность устройства атомов, запутанность и интерпретации, призванные прояснить состояние кошки Шрёдингера. По правилам нашей Вселенной в ней невозможен покой, и читателю предстоит оценить ее беспокойное разнообразие. Мир, где властвует принцип неопределенности, казалось бы, должен выглядеть размытым и неточным, но в действительности все наоборот: мир оказывается чрезвычайно жестким и строгим, а потому точным в отношении тех значений величин, которые все-таки доступны существующим там явлениям. …Перед нами еще один случай, когда отличие времени от пространства вносит свои поправки, и в пространстве-времени обстоятельства поворачиваются таким образом, что самые прямые линии, соединяющие два события, – это самые долгие путешествия для путешествующих. Для кого Для тех, кому хочется найти ориентиры для понимания современной научной картины мира, ее принципов и закономерностей развития.
Аудиокнига "Всё, что движется. Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей"
🚀 Вас ждут захватывающие прогулки по бескрайней Вселенной вместе с Алексеем Михайловичем Семихатовым! В его аудиокниге "Всё, что движется" вы окунетесь в мир космоса, квантовой физики и загадочных явлений, которые окружают нас каждый день.
Автор не просто рассказывает о научных открытиях и теориях, он делает это с таким энтузиазмом и пониманием, что даже самые сложные концепции становятся понятными и увлекательными для слушателя. Вы узнаете о том, как устроен мир вокруг нас, какие силы управляют движением планет и звезд, и какие тайны скрываются в микромире.
🔭 Алексей Михайлович Семихатов - известный ученый и преподаватель, автор множества популярных научно-популярных книг. Его страсть к знанию и жажда открытий приводят к тому, что его работы пользуются популярностью у широкой аудитории.
На сайте knigi-online.info вы можете не только слушать аудиокниги онлайн бесплатно и без регистрации на русском языке, но и погрузиться в увлекательный мир научной литературы. Здесь собраны бестселлеры и лучшие произведения, которые помогут вам расширить свой кругозор и узнать что-то новое.
Читем онлайн Всё, что движется. Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей - Алексей Михайлович Семихатов
Шрифт:
-
+
Интервал:
-
+
Закладка:
Сделать
единицах) и интересным, как мы прямо сейчас увидим, множителем 3/2.
Энергия распределяется поровну по степеням свободы
Разные молекулы могут брать на себя энергию разными способами: не только двигаться в любых направлениях, но, например, еще и вращаться. Различные «каналы», по которым может распределяться энергия, называются степенями свободы. Число степеней свободы показывает количество различных форм движения. Пока нет причины заглядывать внутрь атомов, каждый атом имеет три степени свободы, по числу независимых направлений скорости; молекулы могут дополнительно иметь вращательные степени свободы, а кроме того, еще и колебательные, если некоторые их части как будто соединены пружинками. Чудеса из серии «индивидуальность не важна» продолжаются. В средней энергии движения молекулы, которую мы сейчас обсуждаем, 3 · 1/2 kB, скрыта размерность пространства: тройка здесь – это три степени свободы движения в пространстве. На каждую из этих трех по отдельности приходится средняя «порция» энергии 1/2 kB, а из-за того, что молекулы летают в трехмерном пространстве, движение каждой из них забирает три порции. А сколько энергии уходит в другие формы внутреннего движения, если они есть, – в колебательные и вращательные степени свободы каждой молекулы? Столько же! То же самое 1/2 kB. Энергия дробится по всем степеням свободы одинаковыми средними порциями. Независимо от того, поступательное это движение, вращение или колебания, все виды движения в среднем принимают на себя одну и ту же порцию энергии – с одним важным уточнением, что степень свободы, связанная с колебаниями, несет две порции, потому что колебания происходят как переход энергии движения во что-то похожее на энергию сжатой пружины и обратно, из-за чего видов энергии там два и порций тоже получается две (быть может, лучше считать, что с каждым колебанием связаны две степени свободы; так или иначе, я больше не буду специально это оговаривать). Средняя энергия распределяется поровну по степеням свободы. Это несколько удивительное свойство («Как они знают?!») имеет даже характер теоремы – точного высказывания, с неизбежностью верного, если верны некоторые посылки. Основная посылка вот в чем. Если E – это энергия движения, то она зависит от скорости как «эм-вэ-квадрат-пополам», как мы обсуждали, без связи с молекулами, на более ранних прогулках[173]. Сейчас главным оказывается слово «квадрат». Если E – это энергия сжатия или растяжения чего-то вроде пружинки, то она (энергия) зависит от сжатия/растяжения тоже как квадрат (растянуть в два раза сильнее – в четыре раза больше энергии). Если E – это энергия вращения молекулы, то и там зависимость от скорости вращения содержит квадрат. Когда энергия зависит от чего-то квадратично (а энергия очень любит так делать), математическая процедура усреднения разных значений энергии с данными вероятностями их появления дает 1/2 kB в качестве среднего.
Большие системы «стирают» индивидуальные особенности. В переполненном вагоне метро всего 250–300 человек, но в целом они ведут себя одинаково, вне зависимости от того, как кого из них зовут (хотя я должен признать, что иногда случаются яркие исключения). В интересующих нас системах число участников неизмеримо выше, и от их индивидуальности совсем ничего не остается. Неважно, что собой представляют молекулы, если только соблюдены некоторые общие условия. Неважно, как именно молекулы «сходят с ума» в более или менее неистовом движении. Равнораспределение энергии по степеням свободы выражает, как работает вычисление среднего, а не как называется то, что при этом подлежит усреднению.
*****Мера и цена незнания. Знание вероятностей, с которыми движущиеся молекулы обзаводятся различными значениями энергии, – это намного большее знание о системе, чем просто информация о среднем значении, но все равно ничтожное по сравнению с объемом нашего незнания – с тем количеством информации, оперировать которым мы в любом случае не собираемся, главным образом ввиду полной невозможности этого, да, собственно, и его бесполезности, ведь мы совершенно слепы к деталям микроустройства. Каждая картина, которую мы способны отличить от других (кофе при температуре 52 ℃ – кофе при температуре 51,5 ℃ – сливки, перемешанные с кофе при температуре 51,5 ℃, – …), с точки зрения молекул реализуется несметным количеством способов. У них остается огромный объем «неконтролируемой самостоятельности»; совершенно неважно, какая именно молекула и в какой именно точке приобрела данную скорость прямо сейчас, – не пройдет и наносекунды, как скорость ее изменится, как и скорость каждой другой молекулы, а мы слишком велики и слишком медлительны, чтобы заметить хоть какие-нибудь проявления этой «внутренней жизни»[174].
Энтропия – мера незнания подробностей
Незнание, на которое мы обречены согласиться, оказывается не только философской категорией – оно еще и выражается некоторой величиной, которую в принципе можно даже измерить. Она называется энтропией: чем больше энтропия, тем больше незнание (тем больше молекулы могут вытворять такого, что полностью ускользает от нашего внимания). Это незнание имеет неожиданную практическую важность: как оказалось, энтропия выражает сопротивление вещей – тел и сред – извлечению из них «полезной энергии» (работы). Когда мы хотим собрать раздробленную энергию движения и пустить ее на хорошее дело, мы лишены информации о том, как движутся какие молекулы, и из-за этого оказываемся беспомощными перед задачей, скажем, отобрать более быстрые молекулы, которые подвинули бы какой-нибудь поршень справа налево и в результате подняли бы груз. Молекулы бьют по поршню во всех направлениях, делают это совершенно хаотически, и поршень никуда не движется. Грубый способ все-таки извлечь полезную работу из раздробленного движения состоит в том, чтобы нагреть газ под поршнем. Он грубый, потому что мы управляем процессом, меняя всего один параметр – температуру (среднюю энергию движения), и предоставляем молекулам сходить с ума как угодно во всем остальном. Устройства, которые совершают работу за счет того, что собирают вместе и делают «полезной» часть раздробленного движения, скрытого в телах, называются тепловыми машинами. Именно они сделали возможной промышленную революцию, хотя их создатели и не подозревали о природе теплоты как форме движения. При всей той роли, которую тепловые машины сыграли и продолжают играть в развитии цивилизации, они никогда не были особенно эффективными, и дело здесь далеко не только в технологиях, а, как оказалось, в «невидимой руке энтропии».
Тепловые машины – грубый способ использовать энергию движения молекул
*****Беспокойная сестра энергии. Первоначально энтропию открыли не как меру незнания, а именно
На этой странице вы можете бесплатно читать книгу Всё, что движется. Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей - Алексей Михайлович Семихатов бесплатно.
Похожие на Всё, что движется. Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей - Алексей Михайлович Семихатов книги
- Сказки народов мира - Автор Неизвестен -- Народные сказки - Детский фольклор / Прочее
- Сказки немецких писателей - Новалис - Зарубежные детские книги / Прочее
- Сто лет недосказанности: Квантовая механика для всех в 25 эссе - Алексей Михайлович Семихатов - Физика
- АЛИЯ 70-Х... - Л. Дымерская-Цигельман - Историческая проза
- Как зарегистрировать бизнес в России: ООО, ИП, самозанятый - Ирина Некит - Менеджмент и кадры
