Что самое удивительное во Вселенной?

Общая теория относительности Альберта Эйнштейна — это наша современная теория того, как работает гравитация: материя и энергия искривляют пространство-время, а искривление пространства-времени указывает материи как двигаться. Математика немного сложна: требуется набор из 10 взаимосвязанных уравнений, чтобы описать все эти изгибы, деформации и перемещения. Но эти уравнения содержат огромную силу. Например, в пределе слабой гравитации уравнения Эйнштейна сводятся к более привычным выражениям ньютоновской гравитации, которая используется для объяснения всего-от траекторий брошенных бейсбольных мячей до плотин гидроэлектростанций. За пределами поверхности Земли Эйнштейн берет больше контроля, где уравнения относительности используются для обеспечения точного позиционирования с помощью системы GPS и точного предсказания орбит всех планет. Те же самые уравнения ведут к еще большим достижениям, раскрывая существование черных дыр и их поведение, рост самых больших структур во Вселенной, присутствие темной материи внутри галактик и сам Большой Взрыв. Все это набор из 10 уравнений, охватывающих как космическое пространство, так и космическое время — действительно, показывая, что Вселенная имеет конечный возраст в первую очередь.

Когда физики начали взламывать ядерный код в 1940-х годах, они и не подозревали, что их махинации приведут к раскрытию одной из самых загадочных загадок астрономии: как рождаются и живут звезды. До этого времени ученые предпринимали всевозможные попытки согласовать возраст Земли, выявленный геологией и палеонтологией (миллиарды лет), со всеми известными физическими способами поддержания столь яркого солнечного света. Эти попытки, как правило, терпели полный провал, и даже самые лучшие объяснения достигали лишь нескольких миллионов лет.

Но ядерная физика была совершенно новой игрой в мяч, и как только физики выяснили условия, необходимые для воспламенения ядерного синтеза (а именно, безумно высокие давления, температуры и плотности), они поняли, что такие условия не всегда создаются человеком (внутри ядерных бомб и реакторов), но могут быть найдены в самой природе: в сердцах звезд. Ядерный синтез водорода-это то, как звезды питают себя миллиарды лет, и уравнения, которые физики используют, чтобы понять этот процесс, точно такие же, которые они используют, чтобы превратить ядерные реакции в полезную энергию. Ядерная физика — относительный новичок в мире физики — от крошечного атома до крупнейшей звезды — удивительным образом объединяет космос.

Но вам не нужно использовать эзотерические уравнения относительности или сложные вычисления ядерных реакций, чтобы открыть универсальность физики. Это может быть так же просто и понятно, как, скажем, автокатастрофа. При столкновении двух транспортных средств действуют законы сохранения энергии и импульса: общее количество энергии и импульса до столкновения должно быть равно общему количеству энергии и импульса после столкновения. Используя эти простые утверждения, следователи могут реконструировать место происшествия, выясняя, кто из водителей был виноват и что привело к столкновению. И машины-не единственная вещь во Вселенной, которая разбивается вдребезги. Сталкивающиеся звезды. Слияние галактик. Смешивание газовых облаков. Редко можно найти работу по астрономии или физике, в которой не упоминалось бы каким-то образом сохранение энергии и импульса. Ученые используют эти принципы, чтобы понять почти все в космосе. Почему это газовое облако излучает энергию? Сохранение энергии и импульса. Почему эта нейтронная звезда меняет скорость своего вращения? Сохранение энергии и импульса. Что произойдет, когда эти галактики столкнутся? Сохранение энергии и импульса. В следующий раз, когда вы попадете в автомобильную аварию, подумайте о импульсе и о том, как он распространяется по всей вселенной, где бы вы ни находились.