Увлекательная физика в обычной жизни | Хелен Кзерски | TEDxManchester

Физика не делается в навороченной лаборатории — она делается, когда вы сталкиваете бутерброд с маслом со стола или бросаете пару изюминок в газировку или наблюдаете за тем, как сохнет разлитый кофе. Став более интересным гостем за ужином в качестве физика, Хелен Черски представляет различные понятия в ней, с которыми вы можете познакомиться, используя бытовые предметы на кухне.

Это выступление записано на мероприятии TEDx, независимо организованном местным сообществом с использованием формата конференций TED. Узнайте больше на http://ted.com/tedx

Как вы уже знаете, я физик.

И я считаю, что то, как мы говорим
о физике, нужно немного модифицировать.

Я родом из этих мест,
хотя уже здесь не живу.

Но то, что я из этих мест, означает,
что у меня есть северная бабушка,

мама моей мамы.

Бабуля очень сообразительная;
у неё нет особого образования,

но она проницательная.

И когда я изучала физику
на втором курсе в Кембридже,

я помню, что как-то после обеда
в доме бабули в Ёрмстоне

учила квантовую механику.

И передо мной лежали папки

с этими, ну, знаете, если начистоту,
то с иероглифами.

Бабуля проходила мимо
и, взглянув на эту папку,

спросила: «Что это?»

Я ответила:
«Это квантовая механика, бабуля».

И попыталась объяснить что-то из того,
что было на той странице.

Там было что-то о ядре
и о коэффициентах A и B Эйнштейна.

Бабуля, казалось, была под впечатлением.

И потом она сказала:

«О, а что можно сделать, зная это?»

(Смех)

«Не знаю, бабуля».

(Смех)

Кажется, я сказала что-то о компьютерах,

потому что это было всё,
что мне пришло на ум.

Но этот вопрос можно расширить,
потому что это очень хороший вопрос:

«Что можно сделать, зная это?»,
если «это» — про физику.

И я пришла к мысли, что когда
мы говорим о физике в обществе

и представлении о ней,

мы не включаем то,
как можно применить наши знания.

Нам нужно немного изменить
восприятие физики.

Нужно не только изменить восприятие,

но и то, что распространение
этого иного взгляда важно для общества,

и я говорю это не потому что я физик,
и я необъективна,

и думаю, что мы самые важные люди в мире.

Честно.

Поэтому с имиджем физики у нас проблема,
давайте уж начистоту.

Он особенно не продвинулся с тех пор.

Это знаменитая фотография
с Сольве́евского конгресса 1927 года.

Именно тогда великие умы физики боролись

с природой детерминизма

и чтó значит иметь лишь вероятность того,

что частица может быть где-то,

и было ли это реально.

И всё было очень сложно.

Вы видите: все они очень строго
выглядящие мужчины в костюмах.

Мари Кюри, возможно, я оговорюсь:
«Мария Антуанетта»,

что могло бы стать успешной книгой,

Мари Кюри, третья слева в нижнем ряду,

ей можно было там находиться,
но дресс-код был на всех один.

(Смех)

Поэтому вот она тебе физика:
разные иероглифы,

что-то про волны и частицы.

Это художественная модель
столкновения двух чёрных дыр,

что делает её пригодной для просмотра.

Я рада, что я не должна оценивать

риски происходившего.

И это представления о физике?

Она странная, сложная

и интересна чудаковатым людям
в стрёмной одежде.

Она недостижима, она где-то там,

и по сути, что мне до неё?

Проблема в том, что я физик,

и я изучаю это.

Это моя работа, правильно?

Я изучаю точки соприкосновения
между атмосферой и океаном.

Атмосфера огромна, океан огромен,

и тонкий слой, который их соединяет,

действительно важен,

потому что там один огромный резервуар
перетекает в другой.

Вы видите, что поверхность моря —
да, это я снимала —

средняя высота этих волн,
кстати, 10 метров.

Поэтому тут точно задействована физика —

тут происходит куча всего,
и всё это сплошная физика.

И всё же это всё не включается
в наше культурное восприятие физики,

и это меня беспокоит.

Что же включается в наше
культурное представление о физике?

Так как я физик, должен быть график, так?

Мне можно.

По оси Х у нас время: от очень быстрых

до процессов, занимающих
очень много времени.

По оси У мелочь внизу,
то, что крупнее — выше.

Итак, наше нынешнее представление
о физике выглядит вот так.

Вот в том углу внизу квантовая механика,

она очень маленькая и очень странная,

и происходит очень быстро,

и она очень далеко не в приоритете,
в общем и целом...

в масштабе того,
что важно для обычной жизни.

И ещё есть космология,
она вот тут, наверху;

большая, очень далёко,

и тоже странная.

И если говорить о таких местах,

как чёрные дыры в начале Вселенной,

мы знаем, что это новые
области в физике, так?

Много работы проделано,
чтобы обнаружить новую физику

в этих местах.

Но дело в том, что вы заметите,
что посередине — очень большой пробел.

И в нём много всего:

планеты, бутерброды, и вулканы, и облака,

и кларнеты, и пузыри, и дельфины,

и всякие вещи, которые составляют
нашу обыденную жизнь.

И все они управляются физикой,
не удивляйтесь,

в центре всего этого — физика,
просто никто об этом не говорит.

И дело в том, что всё это происходит

согласно довольно небольшому
количеству законов физики,

таких как: законы движения Ньютона,

термодинамика,

динамика вращательного движения.

Физика в середине применима
к очень большому диапазону,

от очень–очень маленьких вещей
до очень–очень больших.

Придётся постараться,
чтобы выбраться из этого.

Тут есть новая область
в исследовательской физике,

но никто не говорит об этом.

Это сложный мир.

Когда эти законы работают
вместе, они создают

тот красивый, запутанный, сложный
мир, в котором мы живём.

По сути, это та часть,
которая действительно важна для меня

в обыденной жизни.

И это часть, о которой мы не говорим.

Здесь проводится много исследований.

Но так как никто не тыкает в звёзды,

люди почему-то считают, что это не то.

Крутость в том, что столько всего

в этой середине,

живущего всё по тем же законам физики,

что мы можем видеть их в действии

практически всё время вокруг нас.

Тут у меня небольшое видео.

Вопрос в том, что одно
из этих яиц сырое, другое — варёное.

Скажите мне, какое — какое?

Какое сырое?

(Аудитория отвечает)

Слева — да!

И даже если вы не пробовали
так делать, вы все знали ответ.

Причина в том, что вы
начинаете их вращать,

а когда вы останавливаете варёное
яйцо — то, что полностью твёрдое, —

останавливается всё яйцо.

А когда останавливаете другое,
то только скорлупа;

жидкость внутри всё ещё вращается,
потому что её ничего не остановило.

Она заставляет скорлупу
вращаться, и яйцо вращается.

Это гениально, правда?

Это демонстрирует что-то,

что мы в физике называем
законом сохранения момента импульса,

который утверждает,
что если вы начали что-то вращать

вокруг неподвижной оси,

оно продолжит вращаться,
пока вы не остановите процесс.

Это действительно фундаментально
с точки зрения устройства Вселенной.

Применимо не только к яйцам,

хотя это, правда, полезно,
если вы из тех —

и очевидно, такие существуют, —

кто варит яйца, а потом кладёт их
снова в холодильник.

Кто так делает? Признавайтесь,
не страшно. Мы вас не осуждаем.

Но область применения
всего этого намного шире.

Это космический телескоп «Хаббл».

Изображение небольшого региона космоса,
малюсенькой частички неба.

«Хаббл» парил в космосе 25 лет,

не дотронувшись не до чего.

И всё же он может указать
на малюсенький участок в небе.

В течение 11,5 дней
он делал это по частям,

достаточно точно, чтобы сделать
эти удивительные снимки.

Поэтому вот вопрос:

как что-то, что ни до чего не касается,

знает, где оно?

Ответ в том, что прямо посередине
у него есть нечто, и это,

к моему разочарованию, не сырое яйцо,

но, в общем, делает тоже самое.

Это там гироскопы вращаются,

и благодаря закону
сохранения момента импульса,

они продолжают вращаться
вокруг той же оси бесконечно.

«Хаббл» вращается вокруг них
и так может ориентироваться.

Тот же закон физики, с которым мы
играемся и используем на кухне,

также объясняет принцип работы
некоторых передовых технологий

нашего времени.

Это занимательная часть физики,
где вы узнаёте эти законы

и потом можете
применять их снова и снова.

Это приносит удовлетворение —
находить их в новых местах.

В этом физика увлекательна.

Я однажды показала видео с яйцом
аудитории полной деловых людей,

и все они были одеты очень строго,
пытаясь произвести впечатление на боссов.

У меня заканчивалось время,
поэтому я показала видео и сказала:

«Вы можете подумать,
и потом спросить меня для проверки».

Потом я ушла со сцены.

И потом буквально

взрослые люди среднего возраста
дёргали меня за рукав,

говоря: «Это ответ? Ответ такой?»

Когда я говорила: «Да»,
они радостно: «Да!»

(Смех)

Радость, которую получаешь,
распознавая эти законы,

не уходит, когда взрослеешь.

И это крайне важно,

потому что вся физика в этих законах,

и небольшое их количество

даёт вам доступ практически
ко всей физике в обычной жизни.

Лучшее в ней — это то,
что можно экспериментировать.

Такие вещи, как яйца, не исключаются,
потому что это бытовые мелочи,

с которыми мы даём детям поиграть
в субботу днём,

чтобы они нам не мешали.

Это то, что действительно имеет значение,

потому что это законы Вселенной,
и они применимы к яйцам,

и бутербродам, падающим маслом
вниз, и ко многим другим вещам,

и к современным технологиям
в равной степени,

и к чему угодно, что происходит в мире.

Поэтому, я считаю, мы должны
играть с этими законами.

На самом деле есть несколько понятий,

с которыми вы можете ознакомиться,
используя предметы на кухне,

и они очень полезны
для жизни во внешнем мире.

Если вы хотите узнать
о термодинамике, начните с утки,

например, почему у них лапки не мёрзнут.

Когда вы разберётесь
с термодинамикой в утках,

поймёте и работу холодильника.

Магниты на кухне приведут вас

к ветровым турбинам
и современной генерации энергии.

Изюм в газировке, всегда можно поиграть:

на скучной вечеринке вытащите
несколько изюминок из барных закусок,

киньте их в газировку.

Будет три результата.

Во-первых, прикольно наблюдать,
попробуйте.

Во-вторых, скучные люди сами отходят.

В-третьих, к вам подходят интересные.

Плюсы со всех сторон.

И потом ещё есть законы момента
импульса и газов и вязкости.

И вот эти маленькие закономерности,
они везде прямо вокруг нас.

И это по сути демократично, так ведь?

У всех есть доступ к той же физике,
вам не нужна навороченная лаборатория.

В моей книге была глава,
посвящённая моменту импульса.

Я написала немного про бутерброд,
падающий маслом вниз.

Я отдала главу своему другу, не учёному,

чтобы он сказал своё мнение.

Он увёз эту главу.

Он работал за границей.

Через несколько недель
я получила от него СМС с текстом:

«Я завтракаю в шикарном отеле в Швейцарии

и очень хочу спихнуть бутерброд со стола,

потому что я не верю тому,
что ты написала».

И это было отлично — ему не нужно было.

Он мог спихнуть бутерброд со стола
и попробовать сам.

Итак, вот два важных фактора,
которые нужно знать о науке:

фундаментальные законы, которые мы узнали
на основе опыта и экспериментов,

работают.

Когда брошенное яблоко воспарит,

мы начнём дебаты о гравитации.

До того момента, мы в общем-то
знаем, как она работает,

и можем понять структуру.

И потом есть процесс экспериментирования:

удостовериться в чём-то,
попробовать что-то,

критически мыслить — то,
что двигает науку вперёд,

и вы можете научиться и тому, и тому,

экспериментируя в обыденном мире.

И это действительно важно,

потому что есть все эти разговоры
о технологии,

разговоры о квантовых компьютерах

и все эти загадочные, далёкие вещи.

Но по сути, мы все до сих пор живём
в телах примерно такого же размера,

мы до сих пор ходим,
сидим на стульях того же размера,

мы до сих пор живём в физическом мире.

И то, что нам знакомы эти понятия,
значит, что мы не беспомощны.

И я считаю, что это важно,
что мы не беспомощны,

общество понимает,
что может смотреть на вещи,

потому что это не о том,
чтобы знать все ответы.

Я о том, чтобы знать общие принципы,
чтобы задавать правильные вопросы.

И играя с этими ключевыми закономерностями
в повседневной жизни,

мы получаем уверенность
для правильных вопросов.

И есть ещё кое-что покруче.

Отвечая на вопрос бабули

«что можно сделать, зная это»,

потому что в обычном мире
есть куча всего,

что можно сделать с этими знаниями,

особенно если в холодильнике есть яйца,

существует более глубокий ответ.

И там всё веселье и любопытство,

которое вы получите от экспериментов.

Кстати, почему всё веселье
достаётся детям?

Все мы можем повеселиться с игрушками,

и не стоит этого стесняться.

Можете свалить вину на меня, всё ОК.

Поэтому, когда речь идёт о том,
зачем нам изучать физику,

вот лучшая причина,
которая приходит в голову:

я думаю, что у каждого из нас
три системы жизнеобеспечения.

Наше тело, планета,

цивилизация.

Каждая из них независима

и по-своему поддерживает в нас жизнь.

И все они управляются
фундаментальными законами физики,

которые вы можете узнать на кухне
с яйцами, чайными чашками, газировкой

и со всем остальным.

Это причина, например,

почему изменения климата —
настолько серьёзная проблема,

потому что связана с двумя
из трёх систем жизнеобеспечения:

планетой и цивилизацией,

столкнувшимися друг с другом.

Завязался конфликт,
и нам нужно договориться о границах.

И фундаментальные законы физики,
что мы изучаем,

говорят о том,
как устроен мир вокруг нас,

они инструмент, лежащий в основе всего,

они основание.

Есть много всего, что нужно знать о жизни,

но знание основ продвинет
вас далеко вперёд.

И ещё я думаю, что если вы не
заинтересованы в физике

или чём-то в этом роде — странно,
но, видимо, такие люди существуют, —

вы уж точно заинтересованы
в вопросах выживания

и в том, как работают
системы жизнеобеспечения.

Основы физики невероятно неизменны;

они одинаковы для многих
вещей, которые мы измеряем.

Они не изменятся в ближайшем будущем.

Вероятно, обнаружат что-то
в квантовой механике,

но яблоки так и будут продолжать падать.

Поэтому вопрос,

который иногда мне задают:
«С чего начать?»

Где исходная точка,

если вы заинтересованы в физическом
мире, не хотите быть беспомощным

и найти, с чем играть?

Вот моё предложение:

начать с того момента —
взрослые так и делают, —

когда вы медленно двигаетесь куда-то

и что-то замечаете,
и ваш мозг такой: «Ой, как странно».

А потом ваше сознание такое:
«Ты взрослый человек. Не останавливайся».

И вот в тот момент задержите эту мысль,

тот момент, когда ваш мозг говорит:
«Ой, как странно»,

потому что тут есть над чем задуматься

и оно того стоит,

вот оно — место для старта.

Но если с вами такое не случится

по пути домой с этого мероприятия,

вот ещё, с чего можно начать.

Киньте изюм в газировку,
очень увлекательно.

Посмотрите, как сохнет разлитый кофе.

Я знаю, это звучит как
понаблюдать, как сохнет краска,

но тут, правда, происходят
странные вещи, это стоит того.

Я приноровилась к званным обедам,
если там есть чайные чашки.

Есть столько всего, что можно
сделать с ними. Это гениально.

Самое очевидное:
берёте чашку, берёте ложку

и проводите ложкой
по краю чашки, и слушаете,

и вы услышите что-то странное.

И ещё, спихивайте бутерброд со стола,

потому что вы можете,
и вы научитесь чему-то.

А если вы амбициозны,

попытайтесь и столкните его так,
что он упадёт не маслом,

и это возможно.

Дело в том, что прежде всего,

мы должны экспериментировать.

Вы не должны бояться исследовать
физический мир для себя самих,

с инструментами вокруг,

потому что у всех есть к ним доступ.

Это важно, потому что если
мы хотим понять общество,

быть ответственными гражданами,

нам нужно понимать базу,
на которой всё остальное основывается.

Экспериментировать здóрово.

Понимать, как поддерживать
системы жизнеобеспечения, — прекрасно.

И по сути то, что нам нужно изменить

в том, как мы говорим о физике, —

нам нужно понять,

что физика не где-то там
со странными людьми

и странными иероглифами,

не для нас в крутой лаборатории.

Физика здесь: она для нас,
и мы можем с ней экспериментировать.

Спасибо.

(Аплодисменты)