«Ткань космоса: пространство, время и текстура реальности» (2004) [1] — вторая книга по теоретической физике , космологии и теории струн, написанная Брайаном Грином , профессором и содиректором Колумбийского института струн, космологии и астрофизики частиц (ISCAP). [2]
Грин начинает с ключевого вопроса: «что такое реальность ?», или, точнее, «что такое пространство-время ?» Он приступает к описанию особенностей, которые он считает одновременно захватывающими и необходимыми для формирования полной картины реальности, нарисованной современной наукой . Почти в каждой главе Грин вводит основные понятия, а затем медленно приближается к кульминации, обычно научному прорыву. Затем Грин пытается установить связь со своим читателем, предлагая простые аналогии , чтобы помочь объяснить значение научной концепции, не упрощая при этом лежащую в ее основе теорию.
В предисловии Грин признает, что некоторые части книги вызывают споры среди ученых . Он обсуждает основные точки зрения в основном тексте и спорные моменты в примечаниях. Примечания содержат более полные объяснения моментов, которые упрощены в основном тексте.
Основное внимание в Части I уделяется пространству и времени .
Глава 1, « Пути к реальности », знакомит с тем, что будет рассмотрено далее в книге, например, с обсуждениями, посвященными классической физике , квантовой механике и космологической физике .
Глава 2, « Вселенная и Ведро », рассматривает пространство как ключевой момент. Вопрос, поставленный Грином, таков: « Является ли пространство человеческой абстракцией или это физическая сущность ?» Ключевой мысленный эксперимент — вращающееся ведро с водой , призванный заставить задуматься о том, что создает силу, ощущаемую внутри ведра при его вращении. Подробно обсуждаются идеи Исаака Ньютона , Эрнста Маха и Готфрида Лейбница относительно этого мысленного эксперимента.
Глава 3, « Относительность и Абсолют », фокусируется на пространстве-времени . Теперь возникает вопрос: «Является ли пространство-время абстракцией Эйнштейна или физической сущностью?» В этой главе обсуждаются концепции как специальной теории относительности, так и общей теории относительности , а также их важность для смысла пространства-времени.
В главе 4, « Запутывающее пространство », Грин исследует революцию эпохи квантовой механики, сосредоточившись на том, что означает для объектов быть отдельными и отличными друг от друга во вселенной, диктуемой квантовыми законами. В этой главе изучается квантовая механика, включая концепции волн вероятности и интерференционных картин , спина частицы , эксперимента с двумя щелями фотона и принципа неопределенности Гейзенберга . Читатель также узнает о проблемах, которые бросили квантовой механике Альберт Эйнштейн , Борис Подольский и Натан Розен .
Часть II начинается с рассмотрения вопроса о том, что время — очень знакомое понятие, однако это одно из наименее понятных понятий человечества .
Глава 5, « Замерзшая река », посвящена вопросу «Течет ли время?» Один из ключевых моментов этой главы посвящен специальной теории относительности. Наблюдатели, движущиеся относительно друг друга, имеют разные представления о том, что существует в данный момент, и, следовательно, у них разные представления о реальности. Вывод заключается в том, что время не течет, поскольку все вещи одновременно существуют в одно и то же время.
Глава 6, « Случай и стрела », задается вопросом: « Есть ли у времени стрела ?» Читатель обнаруживает, что законы физики применяются как при движении вперед во времени, так и назад во времени. Такой закон называется симметрией обращения времени . Одной из основных тем этой главы является энтропия . Приводятся различные аналогии, иллюстрирующие, как работает энтропия, и ее очевидные парадоксы . Кульминацией главы является взаимосвязь между энтропией и гравитацией , и то, что начало Вселенной должно быть состоянием минимальной энтропии .
В главах 5 и 6 время объяснялось только в терминах досовременной физики. Глава 7, « Время и квант », дает представление о природе времени в квантовой механике . Вероятность играет важную роль в этой главе, поскольку она является неизбежной частью квантовой механики. Эксперимент с двумя щелями пересматривается, чтобы раскрыть вещи о прошлом. В этой главе представлены многие другие эксперименты, такие как эксперимент с квантовым ластиком с отложенным выбором . Вниманию читателя предлагаются другие важные вопросы, такие как квантовая механика и опыт, а также квантовая механика и проблема измерения . Наконец, в этой главе рассматривается важная тема декогеренции и ее значимость для макроскопического мира.
Часть III посвящена макроскопической сфере космоса .
Глава 8, « О снежинках и пространстве-времени », рассказывает читателю, что история вселенной на самом деле является историей симметрии . Симметрия и ее значение для космической эволюции становятся центром внимания этой главы. Опять же, общая теория относительности рассматривается как растягивающаяся ткань пространства-времени. Космология, симметрия и форма пространства объединяются по-новому.
Глава 9, « Испарение вакуума », вводит теоретическую идею бозона Хиггса . Эта глава фокусируется на критической первой доле секунды после Большого взрыва , когда считалось, что количество симметрии во Вселенной резко изменилось в результате процесса, известного как нарушение симметрии . Эта глава также вводит в игру теорию великого объединения , а также пересматривает энтропию.
Глава 10, « Деконструкция взрыва », делает инфляционную космологию основным моментом. Принимаются во внимание общая теория относительности и открытие темной энергии (отталкивающей гравитации), а также космологическая постоянная . Рассматриваются некоторые проблемы, возникающие из-за стандартной теории Большого взрыва, и даются новые ответы с использованием инфляционной космологии. К таким проблемам относятся проблема горизонта и проблема плоскостности . Также обсуждается распределение материи по всему космосу, включая концепции темной материи и темной энергии.
Глава 11, « Кванты в небе с алмазами », продолжает тему инфляции, а также снова обсуждается стрела времени. В главе рассматриваются три основных события: формирование структур, таких как галактики , количество энергии, необходимое для создания Вселенной, которую мы видим сейчас, и происхождение стрелы времени.
Часть IV посвящена новым теоретическим аспектам физики, особенно в области деятельности автора.
Глава 12, « Мир на струне », информирует читателя о структуре ткани пространства согласно теории струн . Вводятся новые концепции, включая длину Планка и время Планка , а также пересматриваются идеи из «Элегантной Вселенной» . Читатель узнает, как теория струн может заполнить пробелы между общей теорией относительности и квантовой механикой.
Глава 13, « Вселенная на бране », расширяет идеи из главы 12, в частности, М-теорию , ответвлением которой является теория струн. Эта глава посвящена размышлениям о пространстве и времени. Представлены идеи ряда физиков, включая Эдварда Виттена и Поля Дирака . Основное внимание в главе уделяется гравитации и ее взаимодействию с дополнительными измерениями. Ближе к концу главы краткий раздел посвящен циклической модели .
Часть V посвящена многим теоретическим концепциям, включая путешествия в пространстве и во времени .
Глава 14, « Вверх на небесах и вниз на Земле », посвящена различным экспериментам с пространством и временем. Предыдущие теории возвращаются из предыдущих глав, такие как теория Хиггса, суперсимметрия и теория струн. Будущие запланированные эксперименты описываются в попытке проверить многие из обсуждаемых теоретических концепций, включая составляющие темной материи и темной энергии, существование бозона Хиггса и проверку дополнительных пространственных измерений.
Глава 15, « Телепорты и машины времени », посвящена путешествиям в пространстве и времени с использованием интригующих методов. Квантовая механика возвращается в картину, когда читатель сталкивается с телепортацией . Ставятся загадки путешествий во времени, такие как идея возможности путешествия во времени в прошлое. Конец главы посвящен червоточинам и теории, стоящей за ними.
Глава 16, « Будущее аллюзии », фокусируется на черных дырах и их связи с энтропией. Основная идея этой главы заключается в том, что пространство-время может не быть фундаментальным составом ткани вселенной.
«Ткань космоса» стала самой популярной научной книгой среди клиентов Amazon.com в 2005 году и вошла в список бестселлеров The New York Times — с момента публикации 10 февраля 2004 года она 10 раз появлялась в топ-15 нон-фикшн, достигнув 3-го места 4 апреля, прежде чем покинуть список 9 мая. [3] С первым тиражом в 125 000 экземпляров и как основной выбор Клуба книги месяца , Кнопф ожидал, что она будет иметь успех. [4]
NOVA сняла документальный сиквел популярной адаптации Elegant Universe , основанной на этой книге The Fabric of the Cosmos и с тем же названием. Ведущим сериала является Грин, а комментарии включают множество других известных физиков, таких как Макс Тегмарк и другие.
Этот документальный сериал состоит из 4 серий (5–8 сезона 39 , 2011–2012) телесериала «Нова»: [5]
Линн Элбер из Associated Press назвала это «умопомрачительным телевидением». [7]