Читать книгу "Краткая история науки - Уильям Байнум"

Существуют также супермассивные черные дыры.

В 2008 году после шестнадцати лет «охоты» с помощью телескопов в Чили было подтверждено существование подобного объекта – Стрелец А – в пределах Млечного пути. Астрономы, ведомые немцем Райнхардом Генцелем (род. 1952), наблюдали группы звезд, вращающихся вокруг черной дыры в центре галактики. Они использовали инструменты, работающие в инфракрасном диапазоне, поскольку между нами и черной дырой, расположенной в 27 тысячах световых лет от нас, имеется большое количество космической пыли.

Подобные супермассивные черные дыры могут играть роль в формировании галактик, вовлекать в него другую часть мироздания, которую мы тоже не можем наблюдать: темную материю. Предполагается, что на нее приходится куда больше Вселенной (23 процента), чем на видимые нашему глазу звезды, планеты, газ и пыль (4 процента).

Впервые концепция темной материи рассматривалась в 30-х годах, ее ввели, чтобы объяснить свойства некоторых участков пространства, где не все шло так, как было предсказано. Ученые поняли, что существует несоответствие между массой видимых частей Вселенной и силой гравитационного воздействия: чего-то недоставало.

В 70-х астроном Вера Рубин (род. 1928) изучала траектории движения звезд в окраинных областях галактик и увидела, что они перемещаются быстрее, чем должны. Традиционные гипотезы говорили, что чем дальше звезды от центра галактики, тем медленнее они должны вращаться вокруг этого центра. Темная материя могла обеспечить дополнительную силу гравитации, необходимую для ускорения.

Подобное непрямое доказательство существования темной материи было в общем принято. Но что такое темная материя на самом деле – тайна, разгадать ее ученым предстоит в будущем.

Современная космология появилась из теорий Эйнштейна, из тысяч и тысяч наблюдений, пропущенных через воронку компьютерного анализа, и из гамовской идеи Большого взрыва. Подобно многим другим хорошим научным гипотезам эта тоже претерпела значительные изменения со времени создания.

На самом деле, два десятилетия после того, как Большой взрыв был представлен в 1948 году, физики едва ли обращали внимание на проблему происхождения Вселенной. Теории Гамова пришлось иметь дело с другой схемой мироздания, именуемой «стационарной моделью», ее ассоциируют с именем астронома Фреда Хойла (1915–2001). Она пользовалась большой популярностью в пятидесятые годы.

Здесь у нас существует бесконечная Вселенная, в которой происходит постоянное создание новой материи, и у этой Вселенной нет ни начала, ни конца. Но увы, оказалось столько сложностей с приложением этой гипотезы к реалиям пространства, что ее научная жизнь выдалась короткой.

Итак, сейчас физики располагают информацией о короткоживущих частицах и силах, полученной с помощью ускорителей. Они наблюдают за самыми удаленными регионами космоса, они в состоянии постоянно совершенствовать гипотезу Большого взрыва. В деталях существуют расхождения, и даже не все фундаментальные принципы понимаются всеми одинаково, но в этом нет ничего необычного для науки.

Большой взрыв может объяснить большую часть того, что мы наблюдаем, включая красное смещение удаленных звезд, реликтовое космическое излучение и фундаментальные силы атомного уровня, он находит место для черных дыр и темной материи. Чего модель не в силах сделать – ответить на вопрос, почему случился Большой взрыв, но мы уже говорили, что наука имеет дело с «как», а не с «почему».

Как и ученые из других областей, одни физики и космологи имеют религиозные убеждения, у других их нет. Так и должно быть, ведь научный прогресс лучше всего идет в обстановке терпимости.

Глава 40

Наука цифровой эры

В следующий раз, когда вы включите свой компьютер (электронную вычислительную машину), то вряд ли для того, чтобы «вычислять». Вы можете смотреть сериал, писать сообщения друзьям или выяснять счет вчерашнего футбольного мачта. Компьютеры же изначально были созданы как раз для того, чтобы вычислять (англ. compute – вычислять) быстрее и точнее, чем наш мозг.

Мы думаем о компьютерах как о передовой технологии, но идея подобного устройства очень стара. В девятнадцатом веке британский математик Чарльз Бэббидж (1792–1871) спроектировал считающую машину, которую можно было «программировать» на осуществление разных трюков. Например, он мог сделать так, что она считала до миллиона, а когда добиралась до него, перескакивала до 10 000 002. Терпеливый наблюдатель, дождавшийся этого момента, был бы удивлен таким пропуском.

Бэббидж задумал все так, чтобы его устройство могло делать вещи, которых мы не ожидаем при естественном ходе вещей.

В конце девятнадцатого века американский математик Герман Холлерит (1860–1929) изобрел электрическую машину, которая использовала перфорационные карты для анализа больших объемов информации. Если перфорировались и попадали в машину должным образом, они могли быть «прочитаны» и запускали процесс обработки данных.

Устройство Холлерита было очень полезным при работе со сведениями, которые люди заносят в опросные листы, и помогало правительству узнать больше о населении. Очень быстро оно рассчитывало базовые данные, такие как доходы, сколько людей обитает в каждом домохозяйстве, средний возраст и соотношение полов. Перфокарты оставались главным «кормом» для вычислительных машин до Второй мировой войны.

Во время этого конфликта компьютеры стали использовать для военных целей. Они могли рассчитывать, насколько далеко летят снаряды, и помогать в несколько более сложных вещах, таких как шифрование и дешифровка сообщений. Немцы, англичане и американцы использовали вычислительные инструменты, чтобы хранить свои секреты и добираться до чужих. Это выглядит очень забавным: потомок машин, созданных для работы с тайнами, сегодня помогает людям открыть для себя мир.

Британцы и американцы пытались с помощью компьютеров вскрыть шифр немецких сообщений. Созданная для этой цели специальная организация находилась в старинном сельском особняке Блетчли-парк (Англия, графство Бэкингемшир). Немцы использовали две кодирующие (шифровальные) машины: Энигма и Лоренц. Каждый день коды менялись, и это требовало огромной гибкости и скорости вычислений от дешифрующего оборудования.

Британцы создали два устройства-декодера. Бомба и Колосс.

Колосс назвали не просто так, тогда компьютеры были огромными машинами, они занимали целые комнаты и потребляли много электричества. Для вычислений они использовали ряды вакуумных трубок, по которым проходили электрические сигналы. Трубки генерировали огромное количество тепла и постоянно выходили из строя, широкие ряды отделяли полки с трубками, чтобы техники могли без труда заменить перегоревшие провода.

В те времена «охота за клопами» вовсе не означала исправление ошибок в программном обеспечении, она на самом деле подразумевала поиск и удаление насекомых – моли или мух, – летевших на тепло и, погибая, коротивших систему. Достижения шифровальщиков в конечном счете приблизили окончание войны и помогли союзникам ее выиграть.