«Представьте: вы системный инженер, у вас сел телефон, вы врезались в столб, и внезапно мир вокруг превратился в идеально работающий, но абсолютно абсурдный код. В магазине всё бесплатно, а продавщица описывается терминами навигации и тригонометрии.

Продолжаю делиться отрывками из своей книги «Кефир и столб». В этой главе мой герой Тур заходит в магазин, где законы физики и ритейла явно писали под веществами (или очень хорошим кофе)».

Глава 6. Сырное изобилие

Дверь открылась с лёгким скрипом и презентовала перед Туром внутренности магазина. Внутренности включали в себя: стеллаж с молочными продуктами с ценниками и немного постаревший от времени прилавок. За прилавком, во всей своей красе, стояла продавщица в белом колпаке, явно и безвозвратно совершившая плавный переход из фазы «стройная» в фазу «красивая». Бейджик с запоминающимся именем Анна-Лусия де лос Анхелес Эсперанса и Родригес на вместительной левой груди указывал, что она урождённая славянка.

Больше в магазине из крупных объектов ничего не просматривалось. Из мелких тел присутствовали мятые фантики от конфет «N&Ns» в дальнем углу, мухобойка у входа со следами прошлых баталий, магазинный светильник и терминал для бесконтактной оплаты. Из всех мелочей намёк на современность сохранял лишь терминал, который весело поблёскивал пластиковыми зелёными боками, кидая вызов повседневности и скуке.

— Что тебе, ночной мотылёк? — ласково спросила Тура красивая продавщица.

«Да, с Ночным Воином вышла осечка», — грустно подумал Тур. По опыту общения с красивыми продавщицами магазинов мультишаговой доступности он знал, что путь из Мотылька в Воина сегодня был закрыт.

— Брать будешь что-то или отвлекать от работы припёрся? — милая женщина надёжно аннигилировала ход мыслей Тура.

— Две… нет, три бутылки кефира, пожалуйста, — испуганно отчеканил Тур.

— Какой жирности?

— 3,14 %, — ответил Тур, вспомнив про свой липидный обмен, вычисленный Платоном.

— Такого не продаём, нет в наличии, — произнесла она с тем самым вздохом, который доступен лишь женщинам — причём и красивым, и стройным в равной степени. Так вздыхала мама, когда Тур приносил домой двойку по математике, опять перепутав «0» и «1». Тогда бабушка гладила его по голове и тайно снабжала очередным благоухающим, ещё тёплым пирожком.

— Дайте любой, — почти жалобно попросил Тур.

— Есть только жирности 6,626 × 10⁻³⁴ %, другого нет. Брать будешь?

— Это же почти обезжиренный… Мне бы чего-нибудь понасыщенней, — не ожидая, однако, положительного ответа, в отчаянной попытке сказал Тур. — Ладно, беру.

Продавщица с видимым трудом совершила разворот левым бортом, немного отклонившись от генерального курса. Скруглённой массивной кормой снесла с прилавка новенький платёжный терминал. Совершив навигационный манёвр, стройным, украшенным двумя сферами форштевнем носовой рубки заняла фарватер, ведущий к стеллажу с кефиром. Её шпангоуты, скрытые мощной красотой корпуса, немного скрипнули, неся нагрузку и спасая конструкцию от возможных деформаций при сложном курсовом изменении.

«SOS, SOS… 34°52′01″ ю. ш. 56°10′00″ з. д. Отклонение ноль…» — речитативом пронёсся в мозгу знакомый голос.

Передав кефир Туру, продавщица зачем-то совершила изящный книксен. С грацией балерины потянулась за терминалом, который мерно покачивался под столом на проводе с частотой идеального маятника. Совершив оба действия безупречно последовательно, она взглянула на Тура зелёными глазами. Туру показалось, что в них отражалось спокойное море с далёкими всполохами молний.

Тур посмотрел на этикетку на кефирной бутылке. «Producto de Uruguay», «Descremada 6,626 × 10⁻³⁴ %», — гласила наклейка.

— ¿Уругвай? — Тур машинально перевел с непонятного языка на понятный.

Слово «Descremada» было незнакомо, но звучало как-то безопасно, безвредно, почему-то напоминая о липидном обмене и бабушкиных пирожках.

— Да, отечественный, всё по ГОСТу, жирность традиционная. Не просрочен, с этим строго. Инспекция по Съедобным Изделиям Сырым и Изготовленным (ИСИСИ) проверяет по регламенту восемь раз в день, как положено. Могу журнал показать, — внезапно испуганным голосом отчиталась работница торговли.

И мягко спросила:

— Книгу предложений для дальнейших жалоб подать вам?

Всем известно, что все эти «книги» во всех магазинах мультишаговой доступности намеренно залиты канцелярским клеем — как бы случайно. Книга есть — жалоб нет. Все контрагенты довольны.

— Да нет, спасибо, возьму только кефир. Хотя… — Тур осмелел и добавил: — Сыр у вас доступен в ритейле?

— Конечно, конечно. Сорт «Маасдам» вам подойдёт? — заискивающе произнесла женщина.

— Да, мне 64 грамма взвесьте, — скомандовал Тур.

Продавщица обернулась по сторонам в поисках устройства определения массы тела в гравитационном поле Земли. Не найдя ни одного вида мер и весов, она, торопясь, протянула упакованный в пищевую плёнку кусок сыра и нежно произнесла:

— Да берите весь кусок, тут около килограмма. Смотрите, какие дырочки у него симпатичные. Берите — не пожалеете.

— Сколько с меня? — потянувшись за смартфоном, Тур почувствовал, что сейчас опять будет достигнута точка росы и под футболкой сконденсируются холодные неприятные капельки воды. – «Связи нет, телефон почти разряжен… оплатить не смогу… кефир недоступен…»

— Всё бесплатно, сегодня День Приоткрытых Дверей! Угощайтесь на здоровье, заходите почаще, — продавщица как будто угадала мысли Тура и странно на него взглянула.

Потом, расшаркиваясь, она попятилась в служебное помещение. По пути, со знанием дела, красивая продавщица инициировала колебания своих округлых бёдер. Колебания были классически синусоидальными, имели максимально возможную амплитуду и завораживающую частоту.

— Угощайтесь, возвращайтесь, не стесняйтесь, заряжайтесь… — эхом отдалось от стен магазина.

«Заряжайтесь… Ах да, как же я про Платона-то забыл!» — Тур достал смартфон с заключённым в него, словно джин в лампе, Платоном и взглянул на экран.

128 % заряда — столько показывало табло состояния аккумулятора.

Чья-то нежная рука снова почесала затылок удивлённого Тура.

За последние 100 лет физики построили точные и действенные теории о Вселенной — от самого маленького до самого большого. Однако есть масштабы, на которых все эти теории не работают и которые хранят самые большие тайны о законах природы.

Мы привыкли жить в мире крупных, макроскопических вещей. Все, с чем сталкивается обычный человек в течение дня — от чашки кофе с утра до огромного огненного шара в небе под названием Солнце, — вещи, которые мы можем либо видеть, либо осязать. Однако еще в Древней Греции философы, в частности Демокрит и его учитель Левкипп, предположили, что все состоит из мельчайших неделимых частиц — атомов (в переводе с греческого буквально означает «неделимый»).

Со временем был открыт атом, а затем и его свойство, что он вовсе не неделимый, а состоит из ядра и вращающегося вокруг него электрона. Затем выяснилось, что и ядро состоит из протонов и нейтронов. Еще позже были открыты кварки, из которых состоят протоны и нейтроны атомных ядер. Эти миниатюрные частицы называют элементарными. Помимо кварков, среди элементарных частиц есть уже упомянутые электроны, бозоны, нейтрино и фотоны. Все они считаются теми самыми древнегреческими «атомами» — неделимыми.

В 1899 году (в некоторых источниках — в 1900-м) немецкий физик и по совместительству основоположник квантовой теории Макс Планк предложил особую меру измерения — планковские единицы. Это единицы, предназначенные для упрощения определенных алгебраических выражений, присутствующих в теоретической физике, в частности в квантовой механике. В число их входят такие фундаментальные единицы, как планковская масса, планковская температура, планковская длина и планковское время. В этом материале мы рассмотрим планковскую длину и планковское время и попробуем сделать это наиболее понятным способом, без сложных математических выкладок (хотя некоторые формулы нам понадобятся).

Как вы уже знаете, физика занимается изучением не только огромных космических структур вроде галактик и туманностей, но и невероятно маленькими явлениями на атомном и субатомном масштабах. Однако существует еще одна реальность в масштабах, которые намного меньше того, что науке удалось изучать. На этом уровне есть величина, настолько сильно выходящая за рамки традиционного понимания «маленького», что ее тяжело представить. Это планковская длина — она в 1020 раз меньше диаметра ядра атома водорода. Предполагается (или, точнее сказать, подозревается), что именно на этом уровне формируется «пена» пространства-времени. Чтобы осознать, о какой величине идет речь, можно заглянуть в анимацию «Масштаб Вселенной» по этой ссылке.

И все же о каких размерах идет речь? Планковская длина составляет всего 1,616 х 10-35 метра. Вычислить ее можно при помощи уравнения, включающего в себя целых три фундаментальные константы — постоянную Планка (6,6261 х 10-34), скорость света в вакууме (2,29979 х 108 м/с) и гравитационную постоянную (6,6738 х 10-11):

lP = √ħG/c3

Впервые Макс Планк пришел к этой примечательной единице после работы над излучением черного тела и квантовой механики. Вероятно, вы слышали, что это самая малая возможная длина.

Тут, как и в случае с древнегреческой концепцией атома, можно сказать: «Конечно, если у меня есть некая длина и я разделяю ее пополам, а затем повторяю это снова и снова, я буду получать все меньшие и меньшие значения». Однако мы говорим о масштабах, на которых физика уже не способна делать то же, что и математика. Один из самых ярких примеров таких невозможностей — движение со сверхсветовой скоростью. То есть на бумаге вы можете применить к массе силу и ускорить ее до скорости света и выше, но нам известно, что в природе это попросту физически невозможно, поскольку масса объекта (а значит, и энергия, необходимая для его ускорения) возрастает бесконечно. Получается, мы не способны осуществить в реальности все, что можем сделать на бумаге.

Теория струн предсказывает существование струн, составляющих все элементарные частицы, именно в масштабах планковской длины / © Universe Review

Итак, каким образом такая малая величина вписывается в физику? Если две частицы разделены планковской длиной или еще меньшим расстоянием, то невозможно определить позиции каждой из них. Более того, любые эффекты квантовой гравитации на этом масштабе (если они вообще есть) неизвестны науке, так как там само пространство не определено должным образом. В некотором смысле можно сказать: даже если бы мы разработали методы измерений, способные «заглянуть» в эти масштабы, мы никогда не смогли бы измерить что-либо меньшее, вне зависимости от дальнейшего совершенствования наших методов и оборудования.

Согласно стандартной космологической модели Вселенная родилась в результате Большого взрыва, начавшегося в бесконечно плотной точке. Особенно интересно то, что физики и космологи не имеют ни малейшего понятия, какие законы физики господствовали во Вселенной, прежде чем она превысила по своим размерам планковскую длину, так как еще нет подтвержденной теории квантовой гравитации. Тем не менее эта единица оказалась полезной во множестве разных уравнений, которые помогли вычислить и исследовать некоторые из самых главных тайн Вселенной.

Например, планковская длина — ключевой компонент в уравнении Бекенштейна и Хокинга для расчета энтропии черной дыры. Струнные теоретики считают, что именно на этом масштабе существуют «вибрирующие» струны, из которых состоят элементарные частицы Стандартной модели. Вне зависимости от того, верна теория струн или нет, с уверенностью можно сказать одно: в поиске объединенной теории всего понимание планковской длины и связанной с ней физики сыграет ключевую роль.

Самые первые моменты существования Вселенной в космологии называют планковской эпохой / © University of Illinois

А что насчет планковского времени? Если в двух словах, то планковское время — это время, за которое свет в вакууме проходит планковскую длину. Следовательно, эти две величины связаны между собой. Любопытно, что для вычисления планковского времени необходимы постоянная Планка, гравитационная постоянная и скорость света в вакууме. Точное значение планковского времени — 5,391 х 10-44 секунд, а вычисляется оно по формуле:

tP = √ħG/c5

Планковское время также называют квантом времени — самым малым значением времени, имеющим какое-то фактическое значение. Меньшие значения времени не имеют никакого смысла. Возвращаясь к теоретическим гипотезам, струнные теоретики предполагают, что струны размером в планковскую длину вибрируют с периодичностью, соответствующей планковскому времени. В 2003 году при анализе снимков Deep Field с телескопа «Хаббл» некоторые ученые высказали предположения, что если бы на планковском масштабе присутствовали флуктуации пространства-времени, то изображения очень далеких объектов были бы размытыми. Снимки «Хаббла», как они утверждали, были слишком точными, что, по мнению специалистов, ставило под сомнение концепцию планковских масштабов. Другие представители научного сообщества не согласились с этим предположением, отметив, что такие флуктуации были бы слишком малы, чтобы их можно было наблюдать. Кроме того, было высказано предположение, что ожидаемая размытость была устранена большими размерами объектов на снимках.

Снимок Hubble Ultra-Deep Field / © NASA/ESA/R. THOMPSON

Итак, планковская длина и связанное с ней планковское время определяют масштабы, на которых современные физические теории перестают работать. Вся геометрия пространства-времени, предсказанная Общей теорией относительности, перестает иметь всякий смысл. Эти масштабы хранят еще неоткрытую теорию, объединяющую Общую теорию относительности и квантовую механику, которая сможет наиболее полно описать законы физики. В сущности говоря, именно по этой причине современные описания развития Вселенной начинаются только спустя 5,391 х 10-44 секунд после Большого взрыва, когда Вселенная была размером 1,616 х 10-35 метров.

Источник: Naked Science

Читайте также:

– Стоит ли прогревать двигатель в холодную погоду;

– Россия зарегистрировала вакцину против коронавируса «Спутник-лайт»;

– 10 поразительных космических событий, запечатленных на камеру.

20 мая начнет действовать новая редакция определений основных единиц системы измерения (СИ). С сегодняшнего дня семь основных единиц: метр, ампер, кельвин, кандела, секунда, моль и килограмм - привязаны к фундаментальным физическим константам - постоянной Планка, элементарному электрическому заряду, постоянной Больцмана и постоянной Авогадро.
Килограмм, вероятно, наиболее яркий пример того, насколько необходим переход от старой системы к новой.
С 1889 года эталоном килограмма является цилиндр высотой 39 миллиметров и диаметром 39 миллиметров, изготовленный из 90% платины и 10% иридия. Этот килограмм хранится недалеко от Парижа и является стандартом. Также существуют официальные точные копии образца, которые хранятся во многих странах.
По мнению ученых, эталон, сделанный из платиново-иридиевого сплава, безвозвратно потерял часть своих атомов, а вместе с ними и точность. За 100 лет сравнения прототипа с его копиями появилось постепенно увеличивающееся расхождение на 50 микрограммов, что примерно равно массе крыла мухи. По общему признанию, не так и много, но тем не менее расхождение очевидно. Поэтому в 2018 году на конференции Международного бюро мер и весов было принято решение о переопределении эталона килограмма.
Эталон килограмма, хранящийся во французской палате мер и весов Фото: AP Photo/Christophe Ena

Чтобы обойтись без определения исходного килограмма, эксперты Международного бюро мер и весов в ноябре 2018 года попытку создания кремниевого эталона и в итоге получили кристалл с чистотой 99,994%. По массе сфер и количеству атомов можно определить массу одного атома 28Si. Однако в мире атомов классическая физика больше не действует - здесь работает квантовая механика. С помощью соответствующих уравнений постоянная Планка может быть определена из массы атомов и других известных естественных постоянных.
решили использовать постоянную Планка, величину электромагнитного эффекта. Но какое числовое значение имеет постоянная Планка? Чтобы прояснить это, были проведены два разных эксперимента. Суть одного из них состояла в том, чтобы уравновесить вес массы электромагнитной силой таким образом, чтобы взвешивающий объект плавал. Электромагнитный эффект, в свою очередь, приводит к постоянной Планка. Соответствующие измерения были сделаны в Национальном институте стандартов и технологий в США.
В другом эксперименте использовались сферы из кремния изотопа 28Si. Из монокристалла чистого кремния, изготовленного в Берлинском институте выращивания кристаллов, были отшлифованы идеально круглые сферы диаметром 93,7 миллиметров. Кремний удобен тем, что темп потери атомов для него хорошо определяется. Таким образом, оба эксперимента дали почти одинаковые результаты, и ученые выбрали путь для переопределения килограмма на основе постоянной Планка.
"Для граждан ничего не меняется, для них 20 мая будет таким же так же, как и днем ранее, - говорит Дженс Саймон, ученый из Брауншвейгского физико-технического института. - А для науки и высоких технологий этот шаг является большой победой. Для метрологов открывается дверь в рай".
Один из "райских" примеров от Саймона - оптические атомные часы, которые могут определять время примерно в 100 раз точнее, чем обычные атомные часы. Высокоточные оптические атомные часы, используемые на спутниках, могут значительно повысить точность навигации, сообщает Tagesspiegel.