TECHNOLOGY - познавательный журнал

Technology - Познавательный Журнал
18 ноября 2015

8 сложных научных концепций простым языком

Как представить себе чёрную дыру или пространство, в котором больше трёх измерений? Это бывает непросто даже взрослому и вполне образованному человеку. Но как объяснить такие сложные концепции детям? 8 доступных объяснений специалистов помогут освежить в памяти некоторые научные понятия.

Что такое физика частиц?
Пол Соренсон, физик:
«Мы сталкиваем друг с другом маленькие штучки, чтобы разбить их в ещё более маленькие штучки до тех пор, пока мы не получим самую маленькую штучку из возможных. Так мы узнаем, из чего состоит вся материя».

Что такое бозон Хиггса?
Ник Готч, физик:
«Всё вокруг нас сделано из мельчайших деталей, похожих на Lego. Но сами по себе эти вещи из кубиков двигались бы невероятно быстро, как молния. Мы не смогли бы жить в таком мире, — это было бы полное сумасшествие! Так учёные поняли, что должно быть что-то, что замедляет всё вокруг. Нечто похожее на клей, который не даёт вещам разлетаться быстрее, чем мы могли бы моргнуть глазом. Заметьте, как быстро свет распространяется по комнате, когда мы включаем лампу. Но большинство других вещей не может перемещаться так же быстро. И клей этот очень сложно разглядеть. Для этого использовались гигантские машины, огромное количество энергии — только тогда мы смогли его увидеть и теперь точно знаем, что он существует на самом деле».

Что такое механизм Хиггса?
Дэвид Миллер, физик:
«Представьте себе коктейльную вечеринку: участвующие в ней политики равномерно распределены по помещению, все общаются со своими ближайшими соседями. В комнату входит бывшая премьер-министр, к которой тут же устремляются ближайшие к ней коллеги, образуя вокруг толпу. <…> Из-за постоянного скопления людей вокруг она приобретает большую массу, чем обычно, то есть обладает большей инерцией при той же скорости перемещения по комнате. После начала движения ей уже будет сложно остановиться, а остановившись — начать двигаться снова. В трёхмерном пространстве и с учётом всех релятивистских усложнений, это и есть механизм Хиггса. Для того чтобы придать элементарным частицам массу, мы вводим дополнительное фоновое поле, которое локально искажается при перемещении частиц через него. Это искажение — кластеризация поля вокруг частицы — и порождает её массу».

Как работает иммунитет и что такое лектины типа C
Анна Лобато, иммунолог:
«Наше тело не очень-то любит гостей, особенно тех, кто не похож на друзей. Когда кто-то попадает внутрь, наши клетки «смотрят» на них разными видами глаз. Разные «глаза» видят различные фигуры и формы, поэтому они могут понять, что это за пришельцы и как с ними поступить. Они не похожи на обычные глаза, а действуют как маленькие ручки, которые трогают предметы. Я изучаю только один тип этих «глаз», который «видит» странные вещи, похожие на плесень, растущую на испорченной еде. Но эти «глаза» не делают всё в одиночку. У них много друзей-помощников, и чем их больше, тем лучше. Все вместе они нападают на незнакомца и съедают его. После того, как поедят, они показывают остатки друзьям, чтобы и те знали, с какими плохими парнями стоит воевать. Таким образом наше тело защищает нас от болезней».

Насколько мощным может быть квантовый компьютер?
Умеш Вазирани, профессор Калифорнийского университета:
«Есть древняя легенда. По-моему, она о Бирбале — великом визире при дворе могольского императора Акбара. Император был настолько доволен его службой, что спросил, каким подарком он мог бы его отблагодарить. Министр в ответ пожелал рис. Он попросил на первую клетку шахматной доски положить одно зерно, на вторую — два, на третью — четыре и т. д. Казначей начал отсчитывать зёрна риса, и, прежде чем они дошли до конца шахматной доски, весь амбар опустел. Точно так же квантовый алгоритм исчислений показывает прирост мощности по экспоненте».

Как наглядно показать чёрную дыру?
Роберт Фрост, специалист по образовательным инструкциям:
«Возьмите большой кусок пищевой плёнки, растяните его в руках и положите в центр небольшой шарик, чтобы тот образовал прогиб из-за своего веса. Капните несколько капель воды на лист и посмотрите, как они скатятся по плёнке прямо к шарику. Это покажет, как работает гравитация. Уберите шарик и дайте ребёнку пальцем почувствовать плёнку и понять — чем сильнее её оттягивать (чем тяжелее объект), тем сильнее получается воронка. Затем попросите ребёнка сделать дыру посередине плёнки, которая будет изображать очень и очень тяжёлый объект. Через это отверстие будут проскакивать капли воды. Выходит, что чёрная дыра — это настолько тяжёлый объект, что он искривляет пространство. Всё, что попадает в него (как капли), никогда не возвращается обратно».

Почему рухнул банк Lehman Brothers (отправная точка мирового экономического кризиса 2008 года)?
Нэтан Майерс, экономист:
«Один парень купил 10 «Сникерсов» в магазине по $ 1 каждый и за день в школе продал их по $ 1,5. Он подумал, что если это было так легко, то на следующий день он мог бы продать 100 шоколадок. Чтобы купить 100 «Сникерсов», ему пришлось занять у друзей по $ 10. Но когда он пришёл в школу на следующий день, в холле уже стоял вендинговый автомат, который продавал шоколадки по 75 центов. Разумеется, никто не хотел покупать у него их по $ 1,5, так что ему тоже пришлось снизить цену до 75 центов. В итоге тех денег, что ему удалось выручить, не хватило даже для того, чтобы вернуть долги друзьям, и те его поколотили».

Как внезапно возникли все современные группы животных?
Марк Срур, палеонтолог:
«545 млн лет назад на планете внезапно возникли все современные группы животных (кроме губок и медуз, которые появились раньше). Это явление, называемое Кембрийским взрывом, не так просто объяснить, так как оно связано с множеством факторов.
Во-первых, стоит сравнить землю времён криогенийского и эдиакарского периодов. В первом она напоминала огромный снежок, а во втором начала разогреваться. В тёплом климате животным стало развиваться легче. Из-за того, что между ними тогда не было конкуренции, они начали принимать самые причудливые формы. Некоторые эволюционные эксперименты сохранились до нас только в виде окаменелостей. Другие оказались более успешными, и эти животные передавали информацию другим о том, как лучше строить свои тела.
Для наглядности возьмите пять одинаковых конструкций из кубиков Lego. Они будут обозначать тех существ, которых мы находим в начале кембрийского периода. Затем добавляйте к ним детали случайным образом. Каждый добавленный блок будет изображать успешный эволюционный эксперимент. Даже после того, как вы добавите по три детали к каждой из структур, вы увидите, как их виды начинают различаться, и чем больше будет добавлено кубиков, тем менее эти конструкции будут подобны друг другу.
Это интуитивно понятное объяснение тому, что мы называем канализация развития, без погружения в научные дебри генетики развития и макроэволюционной динамики. Эксперимент с Lego показывает, как благодаря естественному отбору укореняются успешные признаки и строение тел животных необратимо начинает различаться. Это и произошло во время Кембрийского взрыва, который подготовил почву для современного биоразнообразия».

Как представить многомерное пространство Вселенной?
Грег Ландсберг, физик:
«Представьте себе, что муравей ползёт по листу бумаги, который вы держите в своей руке. Для муравья его «вселенная» в значительной степени двумерная, так как он не может покинуть поверхность бумаги. Он знает, что есть только Север, Юг, Восток и Запад, но перемещаться вверх и вниз ему нет никакого смысла до тех пор, пока он должен остаться на листе бумаги. В значительной степени и мы точно так же удержаны в трёхмерном мире, который на самом деле является частью более сложной многомерной Вселенной.
Как считают физики, дополнительные пространственные измерения, если они действительно существуют, — свёрнуты. Возвращаясь к примеру с муравьём: мы можем скрутить лист бумаги так, чтобы он образовал цилиндр. В этом случае, если муравей начинает ползти в одном направлении, он в конечном итоге вернётся к той точке, от которой начинал своё движение. Это пример компактифицированного измерения. Если муравей ползёт параллельно длине цилиндра, он никогда не вернётся к исходной точке (особенно если мы представим, что бумажный цилиндр бесконечно длинный). Это пример «плоского» измерения. Согласно теории струн, мы живём в мире, где три знакомые нам измерения пространства — „плоские“; но есть дополнительные измерения, которые скручены в очень малый радиус 10 см в -30 степени или даже меньше».