Navigate / search

Calculating the Cosmos: How Mathematics Unveils the Universe by Ian Stewart

calculating-the-cosmos

Vispār jau ir ļoti, ļoti grūti paiet garām grāmatai ar šādu nosaukumu. Kādu dienu biju nokāpis Jāņa Rozes grāmatnīcas pagrabstāvā un ieraudzīju šo grāmatu. Autoram, neskatoties uz to, ka regulāri sekoju viņa jaunumiem, atkal bija izdevies izdot grāmatu, kuru es biju palaidis garām. Nevar teikt, ka man ar viņa grāmatām būtu labas attiecības. Lielākoties tā esmu novērtējis visnotaļ viduvēji, jo viņam reizēm pietrūkst pacietības visu izskaidrot līdz galam. Taču katrā no viņa grāmatām ir atrodamas pāris nodaļas, kuras atsver visu. Cerot uz šādu nodaļu, grāmatu nopirku.

Matemātika jau no Babilonas laikiem ir bijusi astronomijas un kosmoloģijas dzinējspēks. Balstoties uz Keplera darbu, Ņūtons radīja savu gravitācijas teoriju. Taču arī tā nebija precīza, un divus gadsimtus vēlāk, novērojot planētu orbītu neatbilstību aprēķiniem, Einšteins iedvesmojās savas Vispārējās Relativitātes teorijai. Pirms astoņdesmit gadiem tika atklāts, ka Visums izplešas, un tas radīja Lielā sprādziena teoriju, vēlāk tam klāt pievienojās inflācija, tumšā matērija un tumšā enerģija. Un visiem šiem atklājumiem apakšā slēpjas matemātika un matemātiskie modeļi.

Katru reizi, kad es kādā populārzinātniskajā grāmatā izlasu par to, ka pēc miljards gadiem Jupiters būs izmetis Zemi no orbītas un aiztrieks to vai nu uz sauli vai uz atklātu kosmosu, man ir radies jautājums, kā viņi to paveic? Teorētiski es saprotu, atrisinām vienādojumu sistēmu kvadriljons reizes un gatavs! Taču ir tāda lieta, ka kļūdas sākotnējos datos, kas akumulējas pēc katras iterācijas, nemaz nerunājot par vairāk nekā divu ķermeņu savstarpējo dinamiku, kura jau ir haosa teorijas lauciņā. Autors mani pārliecināja, ka var- galvenais vajag vienkāršot, jo citādi nepietiks nekādas datoru jaudas. Taču analizējot rezultātu pēc būtības, ir jāņem vērā arī visi vienkāršojumi. Un te bieži tiek grēkots, šīs novienkāršotās lietas reti kad tiek pastāstītas.

Piemēram, Mēness rašanās simulācijas. Sākot no pārtveršanas līdz Theias hipotēzei ir balstītas uz vienkāršotiem matemātiskiem modeļiem, kuriem mainot bāzes parametrus mēģina iegūt situāciju, kura atbilstu mūsdienu Zemes Mēness sistēmai. Tā kā nav iespējams simulēt katru daļiņu, kas radusies protozemei saduroties ar kādu citu protoplanētu, tad tiek simulēts tikai neliels daudzums, pieņemot, ka kopējā dinamika no tā nemainās un, lai padarītu lietu vēl vienkāršāku, tad trīsdimensiju telpas vietā tiek ņemta divdimensiju un tā tālāk. Tādēļ nav ko brīnīties, ka pieaugot datoru jaudām mainās arī teorijas un aprēķinu rezultāti.

Šoreiz nodaļa, kuras dēļ bija vērts pirkt grāmatu, bija veltīta Starpplanētu Lielceļiem jeb trajektorijām, ar kuru palīdzību ar minimālu enerģijas daudzumu var aizceļot uz jebkuru Saules sistēmas objektu. Viss, kas vajadzīgs ir jaudīgs dators un spēja saprast, ka reizēm labāk ir nedoties pa taisno, bet izmantot planētu palīdzību. Daudz tiek stāstīts par Lagranža punktiem, par to cik viegli tur ir mainīt orbītu, piesaukti piemēri no dzīves. Viss, kas ir vajadzīgs, ir precizitāte.

Beigās tiek uzbraukts inflācijas modelim, autors iedziļinājies jautājumā un ir izvilcis tā matemātiskās nepilnības, apšaubījis daudzus pamatpieņēmumus. Pats gan vaļsirdīgi atzīstas, ka, iespējams, viņam nav taisnība, bet matemātiku šeit vajadzētu pieslīpēt. Izrādās, ka arī Reliktā starojuma modelis īsti neatbilst novērotajam, bet zinātnē tāpat kā visās citās nozarēs ir neliela inerce un nav lielas vēlmes atmest puslīdz strādājošu modeli, lai pārmestos uz kaut ko jaunu.

Kā kronis visam bija autora argumenti par to, kādēļ tumšā matērija visticamāk ir fikcija, jo tās pamatpieņēmums, ka zvaigznes neriņķo ap galaktikas centru kā prognozēts un tādēļ ir jāpastāv tumšās matērijas mākonim, kurš kā halo apņem visu galaktiku, tādējādi mainot matērijas sadalījumu galaktikā un izskaidrojot zvaigžņu dīvaino kustību. Āķis ir tajā, ka šāds halo neko neizskaidro.

Ja interesē astronomija un kosmoloģija, ja vēlies zināt, kā viņi to visu ir aprēķinājuši, tad noteikti lasiet! Varbūt šī grāmata nav tik saistošā valodā kā darbi, kuri radīti kopā ar Teriju Prečetu, te nav daudz matemātisku vienādojumu un vairāk autors ir pievērsies tieši fizikai. Lielākoties lietas tiek pasniegtas kā gatavi fakti un paģērē no lasītāja nelielas priekšzināšanas. Vietām autora vēstures zināšanas nav pietiekoši dziļas, lai nepielaistu muļķīgas kļūdas. Taču tas viss ir sīkums salīdzinot ar tēmām, kuras autors apskata. Ne viss, ko lasām, ir atklāts līdz galam un neapstrīdami, ir vēl daudz vietas diskusijām. Lieku 9 no 10 ballēm. Lasiet, nenožēlosiet, es pusaudža gados būtu dvēseli apmainījis pret šo grāmatu!

Neutrino by Frank Close

Neutrino

Kārtējā grāmata, kas veltīta kādai no elementārdaļiņām. Ja pašas daļiņas apraksts fizikas rokasgrāmatā aizņem vien pāris rindkopas, tad tās atklāšanas vēsture varētu aizņemt pat vairākas grāmatas.

Grāmatas autors, pats būdams fiziķis, atzīst, ka neitrīno atklāšanas stāstu bija iedomājies daudz vienkāršāku un ar daudz mazāku galveno personāžu skaitu. Uzsvaru autors plānoja likt uz R.Davis zinātnisko darbu un dzīvi, par to, kā cilvēka vairākas savas dzīves desmitgades veltījis nenotveramās daļiņas dabas atklāšanai, tās īpašību noteikšanai. No mūsdienu redzes punkta jau ir viegli vīpsnāt par to – kādēļ pēc viņa metodes atklāto neitrīno daudzums nesaskanēja ar paredzēto. Neitrīno takš ir veseli trīs paveidi, un Davis detektors spēja uztvert tikai vienu no tiem, tur tad arī radās disbalanss starp no Saules sagaidīto un reāli uztverto neitrīno daudzumu.

Tomēr šāds atklājums rada nopietnas sekas. Tas nozīmē, ka neitrīno ir masa, kura nav precīzi noteikta līdz pat šodienai. Izveidojās jauni zinātnes virzieni – neitrīno astronomija. Ja parastā gaisma no tās rašanās brīža Saulē līdz mūsu acij nonāk aptuveni simtstūkstoš gadu laikā (Saules kodols ir tik blīvs, ka elektromagnētiskajiem viļņiem tas ir praktiski necaurspīdīgs, tad nu nabaga gaismas kvants lielāko laiku pavada absorbējoties un izstarojoties no jauna). Savukārt neitrīno Saules matērija aizturēt nevar un mēs teorētiski varam novērot Saules kodolsintēzes procesus tiešraidē. Kādu laiku atpakaļ pāris zinātnieki satraucās, ka saules kodoltermiskie prcesi varētu jau būt izbeigušies, un gaisma, ko mēs redzam, nāk pēc inerces.

Tā kā esmu lasījis šī autora darbus jau agrāk, gan par vakumu, gan par antimatēriju, tad pie viņa rakstīšanas stila jau esmu pieradis. Autors nebaidās uzzīmēt pi-miona sabrukšanas diagrammu, lai padarītu kādu neitrīno aspektu saprotamāku lasītājam, matemātiskās formulas gan viņa grāmatās nav sastopamas. Arī tas, ka viņš pats ir zinātnieks, ļauj viņam pastāstīt par galvenajiem personāžiem dažus faktus no saviem personiskajiem novērojumiem.

Kopumā grāmata labi apskata tēmu,kura likta tās nosaukumā. Lieku 8 no 10 ballēm. Ja negrib veltīt daudz laika neitrīno vēstures iepazīšanai, tad iesaku izlasīt visai izsmeļošu ierakstu “The Oxford Companion to Cosmology” vai arī attiecīgo nodaļu no grāmatas “Dark Matter”.

13 Things that Don’t Make Sense by Michael Brooks

13 things

Kārtējā populārzinātniskā grāmata, kuru iegādājos, lai paplašinātu savu šauro redzesloku daudzās un dažādās ar zinātni saistītās tēmās. Grāmatiņu kā nopirkšanas vērtu jau atzinis kādu gadu atpakaļ, bet līdz pirkuma veikšanai vienmēr atturēja tendenciozais nosaukums. Lai ar kā tur nebūtu, pāris nedēļas atpakaļ grāmatu nopirku un pagājušo nedēļu ārstējoties no gripas izlasīju (grāmata gan ārstniecības kursā neietilpa).

Tātad grāmatas autors pretendē uz trīspadsmit mūsdienu zinātnes problēmu apskati, kuru atrisināšana viņaprāt spēs pavērst zinātnes attīstību jaunā perspektīvā (gudri to sauc par paradigmas maiņu). Apskatāmās zinātnes problēmas sevī gan ietver lielākoties fiziku un bioloģiju.

Pirmā problēma – Visuma trūkstošā masa un fakts, ka mēs droši varētu apgalvot, ka zinām no kā sastāv 4% Visuma. Nodaļa veltīta virspusējai saistošai spekulācijai par to, kas ir dark matter un dark energy. Labs ievads problēmā, bet nekas vairāk. Par šo tēmu ieteiktu izlasīt šo grāmatu.

Otrā problēma – slaveno kosmosa zonžu Pioneer anomālija, izskatās, ka šie agregāti neizskaidrojamā kārtā novirzās no sava kursa – nekas daudz, gada laikā uz viņiem iedarbojas enerģija 70W apmērā, bet no kurienes tā rodas neviens nezina, iespējams, gravitācijas spēki tur tālāk strādā nedaudz citādi.

Trešā problēma – Visuma universālo konstantu maiņa laika gaitā, iespējam, ka gaismas ātrums agrāk ir bijis citādāks un gravitācijas konstante savādāka. Apskatīti dažādi pierādījumi šai teorijai (piemēram dabiskie kodolreaktori Āfrikā).

Ceturtā problēma – Aukstā kodolsintēze. Tiek mēģināts atbildēt uz jautājumu, vai kodolsintēze ir iespējama istabas temperatūrā jeb garāžā? Laiku pa laikam uzpeld kāds DIY cilvēks, kas realizējis auksto kodolsintēzi no rīta plītspriekšā vai kūtspakaļā, bet ar pierādījumiem gan pašvaki. Arī šeit kā reālais kandidāts aukstajai kodolsintēzei apskatīts vecais labais eksperiments – pallādija stieņa piesūcināšana ar deiteriju. (Šī nodaļa patiks konspirāciju teoriju cienītājiem).

Piektā problēma – Dzīvība. Patiesībā pārdesmit lappuses tiek mēģināts iespiest veselas grāmatas problemātiku, kas ir dzīvība? Kur sākas dzīvība utt.

Sestā problēma – Dzīvība uz Marsa. Autors uzskata, ka dzīvība uz Marsa eksistē vismaz bakteriālā formā un problēma, kādēļ tā joprojām nav atklāta, ir nepareizie eksperimenti. Patlaban visi agregāti ir ieciklēti uz ūdens un to pēdu meklēšanu, lai gan savulaik vienā no pirmajiem Viking agregātiem bija izstrādāts jauks tests, kas ļāva noteikt dzīvības eksistenci, tas pat bija pozitīvs, bet NASA paziņojumu nez kādēļ atsauca. (Šī nodaļa patiks konspirāciju teoriju cienītājiem) .

Septītā problēma – Wow signāls. 1977. gadā cilvēce no kosmosa uztvēra signālu, kas pamatīgi atšķīrās no fona trokšņa. Signālu saņēmām tikai vienu reizi, tas vairāk neatkārtojās, bet kas to sūtīja, ja kāds to sūtīja, tā arī neuzzinājām. Skeptiķi apgalvo, ka neviena civilizācija nesūtītu signālu viena impulsa veidā, tas nekas, ka paši savu ziņu citplanētiešiem arī nosūtījām viena impulsa veidā. (Šī nodaļa patiks konspirāciju teoriju cienītājiem).

Astotā problēma – Gigantisks vīruss. Veltīta mikrobioloģijai, un mēģina izskaidrot vīrusu un baktēriju evolūciju. Daudz piesaukta DNS un RNS, apskatītas dažādas vīrusu rašanās teorijas utt.

Devītā problēma – Nāve. Īsts kristietis pateiks uzreiz: „Nāve ir grēka alga”. Cilvēkam, kas vairāk piekrīt evolūcijas teorijai ir skaidrs, ka vecuma nāvi izraisa dažādi šūnu dalīšanās ierobežojumi (tagad modē ir piesaukt telomērus). Tomēr neskaidrs ir jautājums, kādēļ evolūcijas procesā lielākajai daļai sarežģītu organismu nāve ir default.

Desmitā problēma – Sekss. Patiesībā organismu reproducēšanās veidi, ar ko vairošanās izmantojot divus dzimumus ir labāka par pumpurošanos vai dalīšanos. Kura metode ir dzīvotspējīgāka un perspektīvāka neviens skaidri nemāk pateikt, jo dabā katram veidam ir savi plusi un mīnusi.

Vienpadsmitā problēma – Brīvā griba. Aprakstīti pāris eksperimenti, kas ilustrē faktu, mūsu brīvā griba ir tikai smadzeņu simulācijas auglis. Viss jau ir izlemts 0,3 sekundes pirms darbības sākšanās. Kādēļ mēs paši sevi mānām, nevienam nav īsti skaidrs.

Divpadsmitā problēma – Placebo efekts. Vai cilvēks spēj apmānīt pats sevi, un kā viņa organisms reaģē uz pašapmānu. Diezgan interesanta nodaļa.

Trīspadsmitā nodaļa – Homeopātija. Mēģinājums saprast, vai homeopātiskie līdzekļi palīdz cilvēkam un, ja palīdz, tad kādā veidā absolūti atšķaidīts ūdens spēj izārstēt cilvēkus. Lieta tāda, ja, piemēram, tu iegādājies homeopātisku līdzekli, kas balstīts uz spirtā slīcinātas bites bāzes, tad šis sākotnējais šķidrums ir atšķaidīts tādā pakāpē, ka iespēja atrast tajā bites molekulu ir minimāla.

Kopumā grāmata viegla un interesanta lasāmviela. Ir vērts palasīties, ja nav vēlmes burties cauri biezām specializētām grāmatām. Protams, graudu atšķiršana no pelavām paliek paša lasītāja ziņā. Grāmatai dodu 9 no 10 ballēm.

Dark Side of the Universe: Dark Matter, Dark Energy, and the Fate of the Cosmos by Iain Nicolson

dark_side_of_the_universe

Ja tu, cilvēks, ej pa ielu un jūties nedaudz piekāsts, tad zini – šīm sajūtām ir nopietns pamatojums. Mēs visi esam apmānīti. Mūs ir apmānījis pats Visums. Cilvēks ar savām metodēm var novērot labākajā gadījumā 4% no Visuma matērijas. Jeb, pareizāk sakot, tikai 4% no Visuma sastāv no atomiem tāpat kā mēs, krēsli un galdi utt. ~26% sastāda Dark matter un pārējie 70% ir Dark energy. Nav slikti vai ne?

Reiz vasarā biju nolēmis atrast normālu grāmatu par Dark matter, izrādās, ka šī lieta nemaz nav tik vienkārša, vismaz skatoties pēc amazon.com lasītāju reitingiem. Lielākā daļa no šai tematikai veltītām grāmatām ir totāls sviests, vai nu tik sarežģītas, ka parastam cilvēkam neizprast. Tad nu izsverot visus par un pret izvēle krita uz šo grāmatu.

Grāmatiņa ir smuki noformēta, iespiesta uz krītpapīra A4 formātā ar daudzām bildītēm un grafikiem. Tieši šīs bildes un grafiki grāmatas lasīšanas tempu diezgan piebremzē. Laiku pa laikam pieķer sevi pie tā, ka pēti kādu supernovas uzliesmojuma vai kādas tālas galaktikas fotoattēlu jau piecas minūtes. Lai arī grāmata nav bieza ~200 lpp., tās izlasīšana man aizņēma veselu nedēļu. Valodu par vieglu nenosauksi un vietām nākas visu nodaļu pārlasīt vēlreiz, lai vismaz kaut ko saprastu.

Nedaudz par to, kas ir pašā grāmatā. Grāmata sastāv no 12 nodaļām.

Pirmā nodaļa dod mums ātru un vispārīgu ieskatu par to, kas ir galaktikas, kā veidojas zvaigznes, kā līdz tām izmērīt attālumus. Cilvēkam, kas lasījis daudzas grāmatas par šādu tēmu, ieteiktu apskatīt tikai bildītes un doties uz nākamo nodaļu.

Otrā nodaļa cenšas mums īsumā pastāstīt par Visuma mikroviļņu fona starojumu, Habla konstanti, laiku un iespējamo visuma izcelsmes modeļiem. Kosmoloģija vienu vārdu sakot. Man jau sāka šķist, ka līdz Dark Matter tā arī nekad nenonāksim.

Trešā nodaļa beidzot sāk mums vēstīt, no kurienes radusies ideja, ka Visumā ir kaut kāda matērija, kas apslēpta mūsu acīm un instrumentiem. Par to liecina gan galaktiku rotācijas neatbilstība novērojamajam matērijas daudzumam.

Ceturtā nodaļa apskata vienu no Dark Matter kandidātu grupām – MACHO jeb Massive Compact Halo Objects. Tās ir izdzisušas zvaigznes, melnie caurumi, gāzu mākoņi, putekļi, bet diemžēl ar tiem nepietiek pat 20% no paredzētā Dark Matter daudzuma.

Piektā nodaļa piedāvā vēl vienu Dark Matter kandidātu – neitrīno, labs neitrīno detektēšanas metožu apskats. Izrādās, ka neitrīno ir veseli trīs paveidi (elektronu, mionu un tau), kurus šis varot brīvi mainīt. Tas sākumā radīja lielu apjukumu neitrīno mednieku aprindās. Tad nodaļā parādās VIMPS – Weakly Interacting Massive Particles un panesās string theory, Klauza-Kleina daļiņas, supersimetrijas, fotīno un vēl vesela čupa ar eksotiskām daļiņām, kuras neviens tā arī nekad nav redzējis.

Sestā nodaļa veltīta MOND – Modified Newtonian Dynamics iespējams nemaz Dark Matter nav nepieciešama lieta, vajag tikai pamodificēt gravitācijas īpatnības vai Nutona formuli, sīki un smalki dažādi par un pret.

Septītā nodaļa VIMPS atgriežas, tiek apskatītas dažādas alternatīvās detektēšanas metodes. Interesanti, bet, ja pareizi sapratu, nekādi īsti pierādījumi VIMPS eksistencei joprojām nav.

Astotā nodaļa veltīta Visuma mikroviļņu fona starojumam, valoda vairs nemaz nav viegla, daļu no idejām nācās papildus lasīt wikipedia. Īsumā Visuma inflācijas modelis paredz, ka lielākā daļa no visuma enerģijas – matērijas blīvuma nesastāv no barioniem. Tautas valodā mēs nezinām, kas ir atlikušie 70 %.

Devītā nodaļa pastāsta, kāpēc novērojot supernovas tipu Ia sanāk ka Visums izplešas paātrināti. Diezgan interesanti modelīši, protams, katra trūkumi un plusi.

Desmitā nodaļa lēnām aizved mūs līdz Dark energy idejai, attīstot dažādus Visuma izplešanās modeļus.

Vienpadsmitā nodaļa veltīta Dark energy, izlasot to kļūst skaidrs, ka nevienam nav ne jausmas, kas tā par lietu, ko viņa ēd un par tās nozīmi tautsaimniecībā. Tiek apskatīts vesels bars ar dažādām idejām – Vakuuma enerģija kā kosmoloģiskā konstante, fantomu lauki un man jau šķita mirusī kvintesences ideja. Tiek piesaukti arī abi antropie principi, multiversi, Bubble universes, Big Crunch un Big Rip.

Divpadsmitā nodaļa veltīta mūsdienu zinātnes pētījumiem, uzskaitītas visas nākamās desmitgades kosmosa misijas saistītas ar šo tematiku.

Šo grāmatu ieteiktu izlasīt jebkuram, kas interesējas par astronomiju, fiziku, astrofiziku un citām gaisīgām ikdienā nepielietojamām lietām – palīdzēs radīt gudra cilvēka iespaidu kaut vai ar frāzi: „Neitrino ir masa, jo bez masas viņš pārvietotos ar gaismas ātrumu, tādējādi viņa laika ritējums būtu nulle, tas nozīmētu, ka viņš nespētu pārmainīties no viena sava veida uz otru, pa ceļam no Saules līdz Zemei.” Grāmatai dodu 10 no 10 ballēm.

%d bloggers like this: