[VIDEO=https://vkvideo.ru/video-232446473_456239086?t=1h32m]
Наука, фантастика и реальность . Борис Штерн.
1-35
Научная фантастика не соотносится с наукой
1-41
Ни один фантаст не предложил ничего, что было потом использовано наукой.
00:00:01
Введение
• Автор родом из Жигулёвска и вырос там до поступления в Физтех.
• Его отец был главным инженером на Волжской ГЭС имени Ленина.
• Основная тема выступления — наука, но также будет затронута фантастика.
00:01:10
Наука и фантастика
• Научная фантастика не предлагает новых научных идей.
• Примеры редких совпадений: «Наутилус» Жюля Верна как образ будущих атомных подводных лодок.
• Фантастика мотивирует молодёжь к изучению науки.
00:02:58
Познаваемость мира
• Современная философия и СМИ создают впечатление непознаваемости мира.
• Наука — результат договорённостей между учёными, а не фантазия.
00:03:38
Место человека во Вселенной
• Обсуждение одиночества человека во Вселенной и возможности межзвёздных перелётов.
• Фантастика изображает человека могущественным, но это не соответствует реальности.
00:04:26
Роль фантастики
• Фантастика не предсказатель будущего, а предупреждающая литература.
• Пример Жюля Верна как просветителя своего времени.
• Современные авторы, такие как Грег Иган, создают интересные вселенные с деформированными законами физики.
00:05:52
Наука и фантасты
• Фантастам не обязательно разбираться в науке, но важно чувствовать её атмосферу.
• Знание научно-популярной литературы полезно, но не обязательно.
00:06:39
Критика фантастики
• Пример Лю Цисиня: его книги содержат научные ляпы, которые делают их чтение невозможным.
• Стругацкие используют научную терминологию, создавая атмосферу, но их произведения не имеют научного обоснования.
00:09:09
Классические примеры
• «Солярис» Лема: описание явлений через научный антураж, хотя науки как таковой нет.
• Рекомендация прочитать «Солярис» для понимания научного антуража в литературе.
00:09:28
Фред Хойл и Карл Саган
• Фред Хойл — знаменитый астрофизик, не получивший Нобелевскую премию за прорыв в нуклеосинтезе звёзд.
• Он предположил эффект гигантского резонанса трёхчастичного, который объясняет образование углерода в звёздах.
• Карл Саган написал научно-фантастические романы, такие как «Контакт».
00:10:27
Научная фантастика и реальность
• Научная фантастика помогает создать атмосферу научного познания.
• Реальные знания о мире превосходят фантазии фантастов.
00:12:21
Моделирование структуры Вселенной
• Моделирование структуры Вселенной основано на теории гравитации, общей теории относительности и газодинамике.
• Компьютерные модели соответствуют реальным данным о структуре Вселенной.
00:13:51
Андрей Сахаров и квантовые флуктуации
• Сахаров предположил, что начальные возмущения во Вселенной связаны с квантовыми флуктуациями.
• Его модель не учитывала, что квантовые флуктуации не могут объяснить формирование галактик.
00:15:41
Модели Вселенной
• Обсуждались две модели Вселенной: горячая и холодная.
• Позже выяснилось, что Вселенная была горячей, что подтвердилось измерением реликтового излучения.
00:16:28
Акустические осцилляции
• В ранней Вселенной существовали звуковые волны, скорость которых была порядка скорости света.
• Сахаров понял, что звуковые волны с разными периодами имели одинаковую фазу в начале расширения Вселенной.
00:18:52
Реликтовое излучение
• Через 380 тысяч лет скорость звука упала почти до нуля, и волны застыли.
• Излучение отклеилось от вещества, и фотоны полетели по прямой, создавая карту неба Вселенной.
• Эта карта позволяет увидеть, как звуковые волны приходили в ноль и максимумы.
00:20:25
Современные измерения
• Через 50 лет после работы Сахарова были проведены точные измерения реликтового излучения.
• Эти измерения подтвердили идеи Сахарова о звуковых волнах в ранней Вселенной.
00:21:04
Карта реликтового излучения
• Карта реликтового излучения Вселенной показывает неоднородности на уровне 10⁻⁵.
• Вычислена постоянная часть излучения, составляющая 99,9%.
• Пятна на карте — это более плотные или менее плотные участки Вселенной.
00:21:48
Предсказания Сахарова
• Сахаров предсказал, что некоторые длины волн будут выделены, а другие подавлены.
• Разложение карты подтверждает его предсказания.
00:22:16
Глобальные параметры Вселенной
• Кривая реликтового излучения содержит все глобальные параметры Вселенной.
• Предсказания Сахарова о запредельных масштабах плотности и времени подтвердились.
00:24:24
Свойства ранней Вселенной
• Положение пика на кривой указывает на евклидовость пространства Вселенной.
• Вселенная огромна и, вероятно, замкнута.
• Из кривой известно количество тёмной материи и тёмной энергии.
00:25:50
Инфляция и квантовые флуктуации
• Вячеслав Муханов объяснил, почему у Сахарова не получались галактики из квантовых флуктуаций.
• Инфляция — это экспоненциальное раздувание пространства, которое растянуло квантовые флуктуации до размеров галактик.
00:28:15
Спектр флуктуаций
• Муханов предсказал наклон спектра флуктуаций около 0,96–0,97.
• Данные WMAP подтвердили предсказания Муханова.
00:30:00
Ограничения теорий
• Общая теория относительности и квантовая механика несовместимы в некоторых областях.
• Квантовая гравитация и сингулярности остаются нерешёнными проблемами.
00:31:52
Тёмная энергия и материя
• Тёмная энергия медленно раздувает Вселенную с ускорением.
• Свойства тёмной материи известны, но её природа остаётся загадкой.
00:32:55
Поиск внеземной жизни
• Радиотелескопы не обнаружили сигналов внеземных цивилизаций.
• Вопрос о вероятности жизни во Вселенной остаётся открытым.
00:34:15
Минимальная сложность жизни
• Евгений Кунин оценил минимальную сложность самовоспроизводящейся системы на основе РНК.
• Такая система должна содержать около 2000 нуклеотидов для начала дарвиновской эволюции.
00:35:21
Вероятность возникновения жизни
• Вероятность случайной сборки двух тысяч букв составляет 10⁻⁵.
• Если Кунин прав, то мы уникальны в пределах горизонта Вселенной.
• Вселенная огромна, и где-то жизнь могла возникнуть.
00:36:14
Теории происхождения жизни
• Число вселенных с благоприятными условиями для жизни бесконечно.
• Нобелевский лауреат пытается объяснить дублирование молекул РНК без механизма копирования.
• Кунин считает, что низкая точность копирования делает теорию маловероятной.
00:37:40
Барьеры на пути к сложной жизни
• Армен Мокиджанян обсуждает барьеры на пути к сложным организмам.
• Кислородный фотосинтез — сложный процесс, который трудно представить.
• Переход от бактерий к эукариотам и многоклеточным организмам — маловероятные события.
00:39:32
Эволюция и время
• Сложная жизнь на Земле появилась через четыре миллиарда лет после образования планеты.
• Через миллиард лет Земля может стать непригодной для жизни.
• Первые пять миллиардов лет Вселенной были малопригодны для жизни из-за высокой звёздной активности и космического излучения.
00:41:46
Пределы человеческого могущества
• Люди не смогут передвигаться быстрее трёх процентов скорости света.
• Путешествия во времени невозможны из-за принципа причинности.
• Новые фантастические материалы и источники энергии не появятся из-за физических ограничений.
00:45:27
Изоляция и цель человечества
• Земля изолирована от других звёздных систем.
• Распространение жизни — благородная цель, если мы действительно уникальны.
• Цель — доказать, что жизнь — редкий феномен во Вселенной.
00:47:18
Источники энергии для космических полётов
• Антивещество сложно производить из-за высоких потерь энергии.
• Термоядерный синтез неэффективен для космических полётов.
• Позитроны дешевле, но их сложно удержать без антипротонов.
00:50:11
Идеи Фримена Дайсона
• Фримен Дайсон предлагал использовать водородные бомбы для создания тяги в космосе.
• Он был одним из зачинателей квантовой электродинамики и участвовал в безумных проектах.
00:50:40
Проблемы управляемого термояда
• Продукты взрыва бомбы разлетаются во все стороны, теряя импульс.
• Управляемый термояд пока не коммерчески выгоден.
• Реакция с положительным выходом, но самоподдерживающейся она не является.
00:51:26
Сложности получения реакции
• Для получения реакции необходимо увеличить температуру, плотность и время удержания на четыре порядка.
• Критерии Лоусона усложняют процесс.
• Успешное получение реакции значительно облегчило бы дальнейшие исследования.
00:52:25
Варп-драйв и кротовые норы
• Варп-драйв искажает пространство, приближая далёкие области.
• Работа Мигеля Алькубьера описывает метрику, но её природа не полностью исследована.
• Есть подозрения, что это может быть кротовая нора, требующая миллионов солнечных масс и фантомной энергии.
00:54:07
Проект «Топливный энергетический модуль»
• Проект направлен на сокращение времени достижения периферии Солнечной системы.
• Финансирование и менеджмент проекта вялые.
• Аналогичная ситуация в российской космонавтике в целом.
00:54:48
Лазерная пушка на старте
• Идея использования лазера для ускорения микрозонта.
• Юрий Мильнер профинансировал проект, но автор считает его рискованным.
• Обсуждение с энтузиастом проекта Филиппом Любинном показало нереалистичность идеи.
00:56:44
Ограничения лазерной пушки
• Нелинейные эффекты и турбулентность делают проект сложным.
• Необходимость 20 миллионов фазируемых лазеров.
• Проект, вероятно, подвис, но выделенные деньги пойдут на более реалистичные проекты.
00:58:00
Скорость полёта на уране-235
• Максимальная скорость полёта на уране-235 — 13 тысяч километров в секунду.
• Коэффициент полезного действия низкий, около 0,2.
• Реальная скорость истечения — 6 тысяч километров в секунду, что позволяет разогнаться до 3% скорости света.
00:58:52
Проблемы ускорения и теплоотвода
• Для быстрого ускорения требуется мощность около 10 гигаватт, которую нужно эффективно отводить.
• Радиаторы размером 20 гектаров слишком велики для корабля весом 10 тонн.
• Медленное ускорение и длительный полёт решают проблему теплоотвода.
01:00:24
Долговечность реакторов
• Реакторы в космосе могут работать дольше благодаря невесомости и возможности использования длинных твэлов.
• В космосе легче обеспечить однородность активной зоны реактора.
01:01:23
Реакторы на быстрых нейтронах
• Реакторы на быстрых нейтронах позволяют выделять большую мощность в маленьком объёме.
• Пример: реактор на 500 мегаватт в объёме 2 кубометра, который проработал всего 5 минут.
01:03:12
Перелёт к ближайшей звезде
• Перелёт к ближайшей звезде, имеющей пригодную для жизни планету, займёт около 4000 лет.
• Ближайшая пригодная для жизни планета находится в 20–25 световых годах от Земли.
01:05:24
Конфигурация корабля и радиация
• Корабль должен быть разделён на двигатель, энергоблок и полезную нагрузку.
• Для защиты от радиации используется сверхпроводящий соленоид с полем около 10 Тесла.
01:07:04
Влияние радиации на эмбрионы
• Эмбрионы грызунов выдерживают дозу радиации в 200 бэр, но часть из них гибнет.
• Замороженные эмбрионы менее уязвимы к радиации.
01:09:09
Ограничения радиационной защиты
• Увеличение размера соленоида делает защиту слишком тяжёлой.
• Более 4000 лет лететь нельзя из-за радиационных рисков.
01:10:35
Проблемы адаптации на новой планете
• На новой планете может не быть кислорода, но можно использовать ГМО-цианобактерии для создания кислородной атмосферы.
01:12:37
Долгосрочное планирование и деградация человечества
• Современный человек не готов планировать на долгосрочную перспективу.
• Человечество может деградировать после достижения комфортной жизни.
• Пример деградации: аномально сильная солнечная вспышка может привести к гибели человечества.
01:14:35
Роль фантастики
• Фантастика помогает предсказывать пост-апокалипсисы и антиутопии, показывая, к чему могут привести определённые действия.
• Книги с такими сюжетами помогают людям лучше понять возможные последствия своих действий.
01:15:22
Замкнутая вселенная
• Замкнутая вселенная легче объясняется с точки зрения квантовой гравитации и квантовой механики.
• В замкнутой вселенной положительная и отрицательная энергия гравитационной связи в сумме дают ноль.
• Примеры рождения замкнутых вселенных включают сценарии с чёрными дырами и квантомеханические переходы.
01:18:03
Научные идеи в фантастике
• Научная идея должна быть основой для создания реалистичного сюжета.
• Разные авторы по-разному подходят к сочетанию науки и фантастики.
01:18:47
Эпоха стагнации в физике
• Физика достигла пика развития в XX веке, сейчас наблюдается стагнация.
• Основные направления развития: регистрация реликтовых волн и квантовая гравитация.
01:19:40
Будущее биологии и технологий
• Эпоха революций в биологии и генной инженерии.
• Перспективы развития искусственного интеллекта на уровне развитых насекомых.
01:20:28
Будущее человечества
• Возможность преодоления барьеров, мешающих полётам в космос.
• Размышления о переходе от белковых структур к кремниевым.
• Неопределённость в вопросах сознания и эволюции.
01:22:27
Взаимодействие с другими цивилизациями
• Законы физики одинаковы для всех цивилизаций во Вселенной.
• Проблемы взаимодействия с цивилизациями из других галактик.
01:25:12
Жизнь на Марсе
• Возможность заселения Марса и жизни без скафандров при создании атмосферы.
• Источники кислорода на Марсе: полярные шапки и карбонаты.
• Защита атмосферы от солнечного ветра с помощью искусственного магнитного поля.
01:28:29
Космические лифты и этические вопросы
• Проблемы с созданием космических лифтов.
• Использование Луны для добычи полезных материалов.
• Этические вопросы, связанные с перемещением людей в космос.
01:29:37
Этические вопросы и космическое излучение
• Этический вопрос решается добровольцами, которые хорошо предупреждены о невзгодах и опасностях.
• Космическое излучение не является смертельной угрозой, но требует адаптации.
• На Марсе доза излучения меньше из-за тонкой атмосферы, а под пятиметровым слоем грунта излучение практически отсутствует.
01:30:36
Сценарии полёта на Марс
• Существуют различные сценарии полёта на Марс, включая доставку топлива на место.
• Первые варианты предполагают оставление топливного бака на орбите Марса.
• Более продвинутые сценарии включают генерацию топлива на Марсе, например, из метана.
01:31:32
Рекомендации по сценариям
• Рекомендуется обратиться к Саше Хохлову для получения информации о сценариях полёта на Марс.