Мы живём в те времена, когда после долгого периода угасания популярная наука снова становится востребованной. Различные фестивали, тематические сайты и издания находят свою аудиторию, и это прекрасно.

Надеюсь, что и эта книга вызовет у читателя интерес и заставит его задуматься о сложности этого мира и красоте современного естествознания. По крайней мере, именно такие впечатления остались у меня после знакомства с рукописью. Сергей Чумаков, конечно, не входит в топ авторов научно-популярных книг, но в современном мире понятие популярности и элитарности уже не имеет большого значения.

Важно то, что перед вами сборник статей практикующего преподавателя, члена Академии Естествознания, который не только знает, что говорит, но и умеет увлекательно и просто донести до читателя стройные и разнообразные теории из физики и астрономии. Впрочем, вы сами можете оценить стиль и глубину мысли, которая позволила в коротких заметках охватить множество тем, от мира атомов до скопления Вселенных.

Рад, что автор не останавливается на достигнутом, и «Законы Вселенной: от атома до галактик» уже не первая книга Сергея Александровича. Так же хочу пожелать читателям приятного ознакомления и новых открытий, а автору – вдохновения и новых идей.

Доцент, профессор РАЕ, В.В.Озеров

Предисловие автора

Дорогие читатели! Я очень благодарен вам за то, что вы держите в руках эту книгу. Несмотря на то, что быть оптимистом и верить в человечество ныне не вполне модно, я всё же не устаю рассказывать о том, как устроен мир, в надежде, что понимание приведёт к изменению. Чем больше мы знаем о происходящем, чем глубже мы постигаем тайны природы, тем легче осознаём своё место в мире и понимаем, что познанию нет предела. А там, где понимание – там и попытки создать нечто лучшее, там гордость за свой разум, который бросает вызов тайнам и загадкам.

Знание – освобождает.

Преподаватель физики, советник Академии Естествознания, Сергей Чумаков

Часть первая. Физика

Знакомство с антивеществом

По мнению фантастов, антивещество – самый захватывающий и загадочный объект, с которым сталкивались физики. Подумать только, обычные частицы, но имеющие совершенно невообразимые свойства. Так ли они удивительны и как их можно использовать?

Начнём с того, что тела состоят из молекул и атомов. Атомы, хоть и называются греческим словом «неделимый», не являются чем-то монолитным. Если набрать достаточно энергии и воздействовать на атом, то выяснится, что его окружают мелкие электроны, а в ядре множество других частиц. Сразу хочу сказать, что понятия размера и формы в микромире применять надо очень осторожно, потому что перед нами квантовые масштабы, где всё совершенно непохоже на привычные вещи.

Итак, возьмём электрон, который находится на некотором расстоянии от атомного ядра. У него есть масса, электрический заряд и ещё несколько характеристик. Если мы найдём античастицу, антиэлектрон (а он уже давно получен и описан, даже есть название – позитрон), то с первого взгляда не определим, в чём отличие.

Основная разница только в знаке заряда: электрон отрицателен, а позитрон положителен. И при встрече частицы и античастицы происходит невообразимое – обоюдное уничтожение с выделением очень большого количества энергии, так называемая аннигиляция. Например, во время аннигиляции электрона и его двойника выделяются радиоактивные лучи и очень много осколков, которые почти не имеют массы, но быстро двигаются. И именно данное свойство является определяющим, когда мы обнаруживаем любое антивещество («зеркальные» собратья есть не только у электрона, но и у множества иных, обычных элементарных частиц).

Кстати, если нам удастся получить несколько сотен грамм антивещества и сделать из него телефон, то на него точно так же можно будет позвонить, вот только подносить к уху явно не следует. Да и держать его надо будет где-то в абсолютном вакууме. Если создать кирпич из антиматерии и столкнуть его с «нормальной» версией себя, то сила взрыва составит десятки миллионов тонн в тротиловом эквиваленте, многие ядерные взрывы окажутся ерундой на фоне случившегося.

Антивещество самое дорогое – на получение одной миллионной доли грамма затрачивается около 25 миллионов долларов

Как правильно валяться на диване

Наверное, очень приятно после работы рухнуть на диван с книжкой или смартфоном, чтобы хорошо и долго отдохнуть. В этом случае вы не просто проводите время в заслуженном безделье, но и находитесь в одном важнейшем состоянии природы, которое тоже изучает физика. Я говорю о равновесии.

Равновесие применимо к любому количеству объектов (будем называть их системой, если они как-то связаны), от звёзд в галактиках до чая и сахара в одном стакане. Невероятно, но системы стремятся к равновесию вне зависимости от того, хотим мы этого или нет. Так, человек и диван из примера выше, тоже находятся в равновесии: тело продавливает мягкую поверхность обивки, за счёт деформации диван и человек сохраняют своё состояние.

Выделяют несколько видов «равновесий», каждое из которых встречаются в природе достаточно часто. Первое – это устойчивое равновесие, как в случае с диваном и человеком. Какие бы внешние воздействия ни стремились изменить эту систему, она всё равно будет оставаться в похожем состоянии (диван не опрокинется, если к отдыхающему присоединится котик). Хорошей иллюстрацией будет раковина и яблоко: когда вы моете яблоко, то как ни старайся, оно всё равно будет сдвигаться ближе к центру.

Бывает равновесие неустойчивое. Я бы ещё назвал его слабым. Стоит немного вмешаться в систему с неустойчивым равновесием, как всё поменяется и в лучшем случае, развалится. Если вы строили карточные домики, то понимаете, о чём речь. Атмосферные процессы, между прочим, тоже находятся в подобном состоянии: если, например, в одну из зим какое-то полушарие получит больше снега, чем обычно, то потребуется больше времени на его таяние. А это повлечёт за собой большой расход тепловой энергии и как следствие, следующие сезоны станут холоднее.

Наконец, последний вид равновесия – безразличное. Его можно охарактеризовать как переходное между двумя уже известными вам, видами. В таком состоянии любые действия приводят только к одному – тело или система всегда возвращаются в состояние равновесия, потому что в равновесии находятся все её точки. Примером является мячик, который катится по полу. Как бы он ни катился, он всё равно останется на поверхности, а не утонет в ней, как в болоте.