Фрэнк Вильчек - Красота физики. Постигая устройство природы
Илл. Y. Система зрения человека основана на трех цветовых рецепторах, а вот у рака-богомола их намного больше. Эти схемы с соответствующими кривыми относительной спектральной чувствительности дают некоторое представление о более мощных цветовых возможностях рака-богомола
Илл. Z. Наиболее богатые в отношении цветного зрения виды раков-богомолов также и очень ярко окрашены, как вы можете видеть на этом снимке. Конечно, фотография передает лишь то, каким рака-богомола можете видеть вы
Илл. AA. Используя временную модуляцию, мы можем добавить новые каналы восприятия, усиливая человеческое зрение. Например, мы можем добавить два новых искусственных канала и сделать цветовое пространство пятимерным
Илл. BB. Периодические матрицы с четырьмя различными типами рецепторов, небольших и близко расположенных друг к другу, могут дать «картинку», тонкая структура которой поддерживает четыре цветовых измерения. Дисплеи, основанные на этой же архитектуре, где по крайней мере один из элементов использует временную модуляцию, способны сделать такую информацию доступной взгляду
Илл. CC. Физические атомы, описанные математически, являются трехмерными объектами, которые для вдохновленного чувства художника представляются картинами исключительной красоты. Вот перед вами в разрезе электронное облако водорода в возбужденном состоянии. (Для специалистов: в состоянии (n, l, m) = (4, 2, 1).) Поверхности, которые вы видите, – это поверхности равной вероятности, а цветами отображены относительные фазы
Илл. DD. Если наблюдатель находится в быстром относительном движении, световой пучок будет выглядеть как имеющий различные цвета. Здесь изображен пучок света, излученный источником, который движется направо со скоростью в 7/10 скорости света. Если вы находитесь справа и луч приближается к вам, цвет будет синим, а если вы слева и луч удаляется, то он покажется красным. На изображении представлен «мгновенный снимок» волновой картины, источник находится возле его центра
Илл. EE. В анаморфном искусстве отражаются не только изменения под действием перспективы, но и некоторые более общие виды трансформаций. Диапазон возможных изображений, которые могут представлять некоторую сцену, намного больше и включает некоторые очень искаженные варианты
Илл. FF. Сворачивание листа графена различными способами дает много вариантов линейных одномерных молекул – нанотрубок
Илл. GG. Иллюстрация трансформаций в цветовом пространстве. Слева вверху мы видим оригинальное изображение прилавка с конфетами в Барселоне. Справа вверху к нему применено простое жесткое преобразование цветового пространства. На двух нижних рисунках применены два различных локальных преобразования: одно слабое и одно достаточно сильное
Илл. HH. Геометрические фигуры, цвет, симметрия, анаморфия и анахромия порождают удивительную красоту
Илл. II и JJ. Цветной RGB-куб изображает имеющиеся возможности выбора окрашивания элемента изображения (пикселя) в каждой точке. Посредством цветового зрения мы получаем доступ к трем дополнительным измерениям
Илл. KK. Здесь концепция цветового пространства свойств иллюстрируется путем ограничения изображения долями цвета, соответствующими линии и лицу, прежде чем мы обращаемся ко всему кубу. Подписи под рисунками (электромагнитное, слабое и сильное) намекают на тот факт, что наши Главные теории электромагнитного, слабого и сильного взаимодействий основаны на пространствах свойств размерностью 1, 2 и 3
Илл. LL. Использование объектива типа «рыбий глаз» добавляет второй уровень анаморфии к этому поразительному интерьеру современной мечети
Илл. MM. Кажется, что кваркам нужны какие-то силы, сходные по природе с пружиной или резиновым жгутом, которые усиливаются по мере того, как растягивается соединяющая два кварка связь
Илл. NN. Электрон и позитрон, ускоренные до высоких энергий и двигавшиеся в противоположных направлениях, аннигилировали, и на картинке представлены последствия этого события. Мы видим три группы частиц, движущихся – очень быстро! – в трех различных направлениях. Эти три струи являются аватарами кварка, антикварка и цветного глюона
Илл. OO. «Силовые линии», говоря языком Фарадея, которые соединяют кварк и антикварк, образуют плотную трубку. Эта трубка представляет поток цветового электрического поля, который течет от источника-кварка к поглощающему его антикварку. Поскольку глюоны, которые образуют цветовые электрические поля, «клейкие», они связываются вместе. Это явление – ключ к удержанию кварков
Илл. PP. Эта фигура представляет собой важный вариант предыдущей. Здесь распределение потока соединяет три кварка, и это – основа барионов, например протонов, которые образуют наше вещество «То ты еси» или «Tat tvam asi» на санскрите
Илл. QQ. Существует возможность того, что три силовые трубки соединятся в точке – это специальная черта трехцветной квантовой хромодинамики, «правило обесцвечивания», которое объясняется в тексте. Распределение потоков на вклейке MM, с постера, которым была отмечена моя Нобелевская премия, не вполне верно (см. вклейку PP), но на этом рисунке из лауреатского диплома все точно!
Илл. RR и SS. Обзор Главной теории, шаг 1
Илл. TT и UU. Обзор Главной теории, шаг 2
Илл. VV и WW. Предположив существование еще большей симметрии, мы можем очень существенно «расчистить» представление Главной теории, показанное на вклейках RR и SS. Тем самым мы приходим к такой замечательной иллюстрации на тему Реальное = Идеальному, интерпретация которой дана в тексте
Илл. XX. Увеличенное изображение пустого пространства, рассматриваемое с исключительным пространственным и временным разрешением
Илл. YY. «Неверие Святого Фомы» Караваджо. Фома – увлеченный исследователь, и его стремление все проверить поощряется
Илл. ZZ. Классический рисунок человека по Витрувию, выполненный Леонардо да Винчи. Как и кеплеровскую модель Солнечной системы, его вдохновили прекрасные, но ошибочные идеи о глубокой реальности. (Но ошибочны ли они на самом деле?)
Илл. AAA. Детально проработанная карта микроволнового фона выявляет «семена» структуры Вселенной
Издание подготовлено при поддержке Фонда Дмитрия Зимина «Династия»
Фонд некоммерческих программ «Династия» основан в 2002 году Дмитрием Борисовичем Зиминым, почетным президентом компании «Вымпелком».
Приоритетные направления деятельности Фонда – поддержка фундаментальной науки и образования в России, популяризация науки и просвещение.
«Библиотека Фонда «Династия» – проект Фонда по изданию современных научно-популярных книг, отобранных экспертами-учеными.
Книга, которую вы держите в руках, выпущена под эгидой этого проекта.
Сноски
1
В английском языке слово «воплощать» происходит от корня body, т. е. «тело», а не от «плоти», как в русском. – Прим. пер.
2
Полное название предыдущей книги автора – «Легкость бытия: масса, эфир и объединение взаимодействий» (The Lightness of Being: Mass, Ether, and the Unification of Forces, 2008).
3
Часть коры головного мозга, которая принимает и обрабатывает чувствительные нервные импульсы от глаз. – Прим. пер.
4
Отметим, что автор «Аттических ночей» Авл Геллий жил более трех столетий спустя в Риме, т. е. в другой стране. – Прим. науч. ред.
5
Американская писательница и основательница религиозной секты «Христианская наука» (1821–1910). – Прим. пер.
