Читати стивен хокінг коротка історія всесвіту. Стівен Хокінг Коротка історія часу

Головна

Інтернет

Stephen Hawking

A BRIEF HISTORY OF TIME:

FROM THE BIG BANG TO BLACK HOLES

Передмова

Я не писав передмови до першого видання «Короткої історії часу». Це зробив Карл Саган. Натомість я додав короткий розділ під назвою «Подяки», де мені порадили висловити всім вдячність. Щоправда, деякі з благодійних фондів, які надали мені підтримку, були не дуже раді тому, що я їх згадав, – заявок у них побільшало.

Я думаю, що ніхто – ні видавництво, ні мій агент, ні навіть я сам – не очікував, що книга матиме такий успіх. Вона протрималася у списку бестселерів лондонської газети Sunday Timesцілих 237 тижнів – це більше, ніж будь-яка інша книга (звісно, крім Біблії та творів Шекспіра). Вона була перекладена приблизно сороком мов і розійшлася величезним тиражем – на кожні 750 жителів Землі, чоловіків, жінок і дітей, припадає приблизно один екземпляр. Як зауважив Натан Майрволд із фірми Microsoft(це мій колишній аспірант), я продав більше книг з фізики, ніж Мадонна – книг про секс.

Успіх «Короткою історії часу» означає, що людей дуже цікавлять фундаментальні питання – про те, звідки ми взялися, і чому Всесвіт такий, яким ми його знаємо.

Я скористався можливістю доповнити книгу більш новими спостережними даними і теоретичними результатами, які були отримані вже після виходу першого видання (1 квітня 1988 року, в День дурня). Я додав новий розділ про кротові нори та подорожі у часі. Схоже, загальна теорія відносності Ейнштейна припускає можливість створення та підтримки кротових нір – невеликих тунелів, що пов'язують різні області простору-часу. У цьому випадку ми могли б використовувати їх для швидкого переміщення Галактикою або для подорожей назад у часі. Зрозуміло, ми поки що не зустрічали жодного прибульця з майбутнього (чи, можливо, все ж таки зустрічали?), але я спробую припустити, яким може бути пояснення тому.

Я також розповім про досягнуте за Останнім часомпрогрес у пошуку «дуальностей», чи відповідностей між здавалося б різними фізичними теоріями. Ці відповідності є свідченням на користь існування єдиної фізичної теорії. Але вони також свідчать, що цю теорію, можливо, не можна сформулювати несуперечливим, фундаментальним чином. Натомість у різних ситуаціяхдоводиться задовольнятися різними «відображеннями» основної теорії. Так само ми не можемо відобразити всю земну поверхню в подробицях на одній карті і змушені використовувати різні карти для різних областей. Така теорія стала б революцією у наших уявленнях про можливість поєднання законів природи.

Однак вона аж ніяк не торкнулася б найголовнішого: Всесвіт підпорядковується набору раціональних законів, які ми можемо відкрити і осягнути.

Щодо спостережного аспекту, то тут, безумовно, найважливішим досягненням став вимір флуктуацій реліктового випромінювання в рамках проекту COBE(англ. Cosmic Background Explorer –«Дослідник космічного фонового випромінювання») 1
Вперше флуктуації, або анізотропія, реліктове мікрохвильове випромінювання було виявлено радянським проектом «Релікт». - Прим. наук. ред.

Та інших. Ці флуктуації, власне, є «печаткою» твори. Мова про дуже малі неоднорідності в ранньому Всесвіті, в іншому цілком гомогенному. Згодом вони перетворилися на галактики, зірки та інші структури, які ми спостерігаємо через телескоп. Форми флуктуацій узгоджуються з передбаченнями моделі Всесвіту, що не має кордонів у уявному тимчасовому напрямку. Але щоб віддати перевагу запропонованій моделі іншим можливим поясненням флуктуацій реліктового випромінювання, будуть потрібні нові спостереження. Через кілька років стане ясно, чи можна вважати наш Всесвіт повністю замкнутим, без початку і кінця.

Стівен Хокінг

Глава перша. Наша картина Всесвіту

Якось відомий вчений (кажуть, це був Бертран Рассел) читав публічну лекціюз астрономії. Він розповідав, як Земля рухається орбітою навколо Сонця і як Сонце, своєю чергою, рухається орбітою навколо центру величезного скупчення зірок, званого нашої Галактикою. Коли лекція закінчилася, маленька жінка похилого віку в далекому ряду аудиторії встала і сказала: «Все, що тут говорили, – повна нісенітниця. Світ – пласка тарілка на спині гігантської черепахи». Вчений поблажливо посміхнувся і спитав: «На чому стоїть та черепаха?» «Ви ж дуже розумний хлопець, дуже розумний, – відповіла жінка. – Черепаха стоїть на іншій черепасі, та – на наступній, і так нескінченно!»

Більшість визнає безглуздою спробу видати наш Всесвіт за нескінченно високу вежу з черепах. Але чому ми такі впевнені, що наше уявлення про світ краще? Що ж нам дійсно відомо про Всесвіт і звідки ми все це знаємо? Як виник Всесвіт? Що чекає на неї в майбутньому? Чи був у Всесвіті початок, а якщо було, то що було до нього? Яка природа часу? Чи закінчиться воно колись? Чи можна рухатись у часі назад? Відповіді деякі з цих давніх питань дають недавні прориви у фізиці, яким ми, зокрема, зобов'язані появі нових фантастичних технологій. Коли-небудь ми визнаємо нові знання такими ж очевидними, як те, що Земля обертається навколо Сонця. А може, такими ж абсурдними, як уявлення про вежу з черепах. Тільки час (хоч би воно було) покаже.

Давним-давно, за 340 років до нашої ери, грецький філософ Аристотель написав трактат "Про небо". У ньому він висунув два переконливі докази того, що Земля має форму кулі і зовсім не є плоскою, як тарілка. По-перше, він зрозумів, що причина місячних затемнень– проходження Землі між Сонцем та Місяцем. Тінь, що відкидається Землею на Місяць, завжди має округлу форму, і це можливо, тільки якщо Земля також округла. Якби Земля мала форму плоского диска, то тінь, зазвичай, мала форму еліпса; круглою вона була б тільки тоді, коли Сонце під час затемнення було б точно під центром диска. По-друге, давні греки знали з досвіду своїх подорожей, що на півдні Полярна зірка розташована ближче до горизонту, ніж при спостереженні в місцевостях, що розташовані на північ. (Оскільки Полярна зірка розташована над Північним полюсом, то спостерігач на Північному полюсі бачить її прямо над головою, а спостерігач у районі екватора – над самим горизонтом.) Більше того, Аристотель, виходячи з різниці видимого положення Полярної зірки під час спостережень у Єгипті та Греції, зміг оцінити довжину кола Землі у 400 000 стадій. Ми не знаємо, чому в точності дорівнював один стадій, але якщо припустити, що він становив близько 180 метрів, то оцінка Аристотеля приблизно вдвічі більша від прийнятого в даний час значення. Греки мали ще й третій аргумент на користь круглої форми Землі: як інакше пояснити, чому при наближенні корабля до берега спочатку показуються лише його вітрила, а потім корпус?

Аристотель вважав Землю нерухомою, і навіть вважав, що Сонце, Місяць, планети та зірки звертаються по круговим орбітам навколо Землі. Він керувався містичними міркуваннями: Земля, за Аристотелем, є центром Всесвіту, а рух у колі найдосконаліший. У II столітті нашої ери Птолемей побудував на основі цієї ідеї всеосяжну космологічну модель. У центрі Всесвіту знаходилася Земля, оточена вісьмома вкладеними один в одного сферами, що обертаються, і на цих сферах розташовувалися Місяць, Сонце, зірки і відомі на той час п'ять планет - Меркурій, Венера, Марс, Юпітер і Сатурн (рис. 1.1). Кожна планета рухалася щодо своєї сфери малим колом – для того, щоб описати дуже складні траєкторії цих світил на небі. На зовнішній сфері були закріплені зірки, і тому взаємні становища залишалися незмінними, зміна оберталася на небі як єдине ціле. Уявлення про те, що розташоване за межами зовнішньої сфери, залишалися дуже розпливчастими, але це явно знаходилося за межами частини Всесвіту, доступного людству для спостереження.

Модель Птолемея дозволяла досить точно прогнозувати становище світил на небі. Але щоб домогтися згоди пророцтв зі спостереженнями, Птолемею довелося припустити, що відстань від Місяця до Землі в різний часмогло відрізнятися вдвічі. А це означало, що видимий розмір Місяця іноді мав бути вдвічі більшим, ніж звичний! Птолемей усвідомлював цей недолік своєї системи, що не завадило майже одностайного визнання його картини світу. Християнська церква прийняла Птолемєєву систему, оскільки вважала її такою, що не суперечить Святому Письму: за межами сфери нерухомих зірок залишалося достатньо місця для раю та пекла.

Але 1514 року польський священик Микола Коперник запропонував простішу модель. (Щоправда, спочатку, побоюючись бути звинуваченим церквою в єресі, Коперник поширював свої космологічні ідеї анонімно.) Коперник припустив, що Сонце нерухомо й у центрі, а Земля і планети рухаються навколо нього круговими орбітами. Потрібно було майже сторіччя, щоб цю ідею сприйняли всерйоз. Одними з перших на користь теорії Коперника стали публічно висловлюватися двоє вчених-астрономів – німець Йоганн Кеплер та італієць Галілео Галілей, незважаючи на те, що траєкторії небесних тіл, що передбачалися цією теорією, не збігалися в точності з спостерігаються. Остаточний удар по системі світу Аристотеля і Птолемея завдали події 1609 року - тоді Галілей почав спостерігати нічне небо через щойно винайдений телескоп 2
Телескоп як зорову трубу першим винайшов голландський очковий майстер Йоганн Ліпперсгей в 1608, але Галілей першим направив телескоп на небо в 1609 і використав його для астрономічних спостережень. - Прим. перев.

Поглянувши на планету Юпітер, Галілей виявив кілька невеликих супутників, що обертаються навколо нього. Звідси випливало, що не всі небесні тіла звертаються навколо Землі, як вважали Аристотель із Птолемеєм. (Можна було, звичайно, продовжувати вважати Землю нерухомою і розташованою в центрі Всесвіту, вважаючи, що супутники Юпітера рухаються навколо Землі виключно заплутаними траєкторіями так, що це схоже на їх обіг навколо Юпітера. Але все ж таки теорія Коперника була набагато простіше.) Приблизно водночас Кеплер уточнив теорію Коперника, припустивши, що планети рухаються не круговими орбітами, а еліптичними (тобто витягнутими), завдяки чому вдалося домогтися згоди передбачень теорії зі спостереженнями.

Щоправда, Кеплер розглядав еліпси лише як математичний трюк, і до того ж дуже одіозний, оскільки еліпси – менш досконалі постаті, ніж кола. Кеплер виявив майже випадково, що еліптичні орбіти добре описують спостереження, але при цьому ніяк не міг узгодити припущення про еліптичні орбіти зі своєю ідеєю про магнітних силахяк причини руху планет навколо Сонця. Причину руху планет навколо Сонця значно пізніше, у 1687 році, розкрив сер Ісаак Ньютон у трактаті «Математичні засади натуральної філософії» – мабуть, найважливішою з будь-коли опублікованих робіт з фізики. У цій праці Ньютон не тільки висунув теорію, що описує рух тіл у просторі та часі, а й розробив складний математичний апарат, необхідний для опису цього руху. Крім того, Ньютон сформулював закон всесвітнього тяжіння, згідно з яким всяке тіло у Всесвіті притягується до будь-якого іншого тіла з силою, яка тим більша, чим більше маси тіл і чим менша відстань між взаємодіючими тілами. Це та сама сила, яка змушує предмети падати на землю. (Історія про те, що на думку про закон всесвітнього тяжіння Ньютона навело яблуко, що впало на його голову, швидше за все, просто вигадка. Ньютон казав лише, що ця ідея прийшла до нього, коли він знаходився «в споглядальному настрої» і був «під враженням» від падіння яблука».) Ньютон показав, що згідно з сформульованим ним законом під дією тяжіння Місяць повинен рухатися еліптичною орбітою навколо Землі, а Земля і планети – еліптичними орбітами навколо Сонця.

Модель Коперника виключала необхідність у сферах Птолемея, а з ними – і в припущенні про наявність у Всесвіту якогось природного зовнішнього кордону. Оскільки у «нерухомих» зірок не виявлялося жодного руху, крім загального добового руху небосхилу, викликаного обертанням Землі навколо своєї осі, то було природно припустити, що це ті ж тіла, як наше Сонце, тільки розташовані набагато далі.

Ньютон зрозумів, що згідно з його теорією тяжіння зірки повинні притягувати один одного і тому, мабуть, не можуть залишатися нерухомими. Чому ж вони не зблизилися і не скупчилися в одному місці? У своєму листі іншому видатному мислителю свого часу, Річарду Бентлі, написаному в 1691 році, Ньютон стверджував, що вони зближуватимуться і накопичуватимуться лише в тому випадку, якщо кількість зірок, зосереджених в обмеженій області простору, звичайно. А якщо число зірок нескінченно і розподілені вони більш менш рівномірно в нескінченному просторі, то цього не станеться через відсутність будь-якої явної центральної точки, в яку могли б провалитися зірки.

Це одна з тих пасток, які зустрічаються при міркуваннях про нескінченність. У нескінченному Всесвіті будь-яка її точка може розглядатися як її центр, тому що по кожну сторону від неї знаходиться нескінченна кількість зірок. Правильний підхід (до якого прийшли набагато пізніше) – вирішення задачі в кінцевому випадку, коли зірки падають одна на одну, і дослідження того, як результат змінюється при додаванні в конфігурацію зірок, розташованих за межами аналізованої області та розподілених більш менш рівномірно. Згідно із законом Ньютона в середньому додаткові зірки в сукупності не повинні впливати на початкові зірки, і тому ці зірки вихідної конфігурації повинні так само швидко падати одна на одну. Тож скільки зірок не додай, вони все одно будуть падати одна на одну. Тепер ми знаємо, що неможливо отримати нескінченну стаціонарну модельВсесвіту, в якому сила гравітації має виключно «приваблюючий» характер.

Про інтелектуальну атмосферу до початку XX століття багато говорить той факт, що нікому тоді не спало на думку сценарій, згідно з яким Всесвіт може стискатися або розширюватися. Загальноприйнятою була концепція Всесвіту, що існувала завжди в незмінному вигляді, або створеної в певний момент у минулому – у тому вигляді, в якому ми її спостерігаємо зараз. Це, зокрема, могло бути наслідком того, що люди схильні вірити у вічні істини. Варто згадати хоча б, що найбільша втіха дає думку про те, що, хоча ми всі старіємо і вмираємо, Всесвіт вічний і незмінний.

Навіть вчені, які розуміли, що згідно з ньютонівською теорією тяжіння Всесвіт не може бути статичним, не наважувалися припустити, що він може розширюватися. Натомість вони намагалися скоригувати теорію так, щоб гравітаційна сила на дуже великих відстанях ставала відразливою. Таке припущення не змінювало істотно передбачені рухи планет, але дозволяло нескінченно великому числу зірок залишатися у стані рівноваги: сили тяжіння з боку близьких зірок врівноважувалися силами відштовхування далеких зірок. Зараз вважається, що такий рівноважний стан має бути нестійким: варто зіркам у будь-якій області трохи більше наблизитися один до одного, як їх взаємне тяжіння посилиться і перевершить сили відштовхування, внаслідок чого зірки продовжать падати одна на одну. З іншого боку, варто зіркам виявитися лише трохи далі один від одного, як сили відштовхування візьмуть гору над силами тяжіння і зірки розлетяться.

Інше заперечення проти концепції нескінченного статичного Всесвіту зазвичай пов'язують з ім'ям німецького філософа Генріха Ольберса, який опублікував свої міркування з цього приводу у 1823 році. Насправді на цю проблему звертали увагу багато сучасників Ньютона, і стаття Ольберса була аж ніяк не першою, де наводилися вагомі докази проти такої концепції. Однак вона була першою, яка здобула широке визнання. Справа в тому, що в нескінченному статичному Всесвіті майже будь-який промінь зору повинен упиратися в поверхню якої-небудь зірки, і тому все небо має світитися так само яскраво, як Сонце, причому навіть уночі. Контраргумент Ольберса полягав у тому, що світло далеких зірок має послаблюватися через поглинання речовиною між нами і цими зірками. Але тоді ця речовина розігрілася б і світилася так само яскраво, як і самі зірки. Уникнути висновку про те, що яскравість усього неба можна порівняти з яскравістю Сонця, можна тільки припустивши, що зірки не світилися вічно, а «засвітилися» деякий час назад. У цьому випадку поглинаюча речовина не встигла б нагрітися або світло далеких зірок не встигло досягти нас. Таким чином, ми приходимо до питання про причину, через яку спалахнули зірки.

Звісно, люди обговорювали походження Всесвіту набагато раніше. У багатьох ранніх космологічних уявленнях, а також в іудейській, християнській та мусульманській картинах світу Всесвіт виник у певний і не дуже далекий час у минулому. Одним із аргументів на користь такого початку було відчуття необхідності якоїсь першопричини, яка б пояснювала існування Всесвіту. (У межах самого Всесвіту будь-яка подія, що відбувається в ній, пояснюється як наслідок іншої, більш ранньої події; існування ж самого Всесвіту можна таким чином пояснити, тільки припустивши, що у неї був якийсь початок.) Інший аргумент був висловлений Аврелієм Августином, або Блаженним Августином, у праці «Про місто Боже». Він зазначив, що цивілізація розвивається і що ми пам'ятаємо, хто вчинив те чи інше діяння чи винайшов той чи інший механізм. Отже, людина, а можливо, і Всесвіт не могли існувати дуже довгий час. Блаженний Августин вважав, відповідно до Книги Буття, що Всесвіт був створений приблизно за 5000 років до Різдва Христового. (Цікаво, що це близько до епохи закінчення останнього Льодовикового періоду, – близько 10 000 років до нашої ери, – яку археологи вважають початком виникнення цивілізації.)

Аристотелю, і навіть більшості давньогрецьких філософів, навпаки, не подобалася ідея створення світу, оскільки вона виходила з божественного втручання. Вони вважали, що людський рід та світ існували завжди і існуватимуть вічно. Мислителі давнини осмислили і вищезгаданий аргумент про прогрес цивілізації і парирували: вони заявили, що людський рід періодично повертався до стадії початку цивілізації під дією потопів та інших стихійних лих.

Питання про те, чи був у Всесвіті початок у часі і чи обмежений він у просторі, також порушував філософ Іммануїл Кант у своїй монументальній (щоправда, дуже складній для розуміння) праці «Критика чистого розуму», опублікованій у 1781 році. Кант називав ці питання антиноміями (тобто протиріччями) чистого розуму, тому що відчував, що є однаково переконливі докази на користь як тези – тобто того, що у Всесвіту було початок – так і антитези – тобто того, що Всесвіт існував завжди . На доказ тези Кант наводить такі міркування: якби у Всесвіту не було початку, то будь-якій події мало передувати нескінченний час, що, на думку філософа, є абсурдним. На користь антитези висувалося те міркування, що якби у Всесвіту було початок, то до нього мало пройти нескінченний час і незрозуміло, чому ж Всесвіт виник у будь-який конкретний момент часу. По суті, кантівські обґрунтування тези та антитези майже ідентичні. В обох випадках в основі міркувань лежить неявне припущення філософа про те, що час нескінченно продовжується в минуле незалежно від того, чи існував Всесвіт завжди. Як побачимо, поняття часу немає сенсу до народження Всесвіту. Першим це відзначив Блаженний Августин. Його запитали: «Що робив Бог до того, як створив світ?», і Августин не стверджував, що Бог готував пекло для тих, хто ставить такі запитання. Натомість він постулював, що час – це властивість створеного Богом світу і що до початку Всесвіту часу не існувало.

Коли більшість людей вважали Всесвіт загалом статичною та незмінною, питання про наявність у неї початку ставилося швидше до сфери метафізики чи теології. Спостережувану картину світу можна було з однаковим успіхом пояснити як у рамках теорії про те, що Всесвіт існував завжди, так і на основі припущення, що він був наведений у рух у якийсь конкретний час, але таким чином, що зберігається видимість, ніби він існує вічно. Але в 1929 Едвін Хаббл зробив фундаментальне відкриття: він звернув увагу на те, що далекі галактики, де б вони не знаходилися на небі, завжди віддаляються від нас з великими швидкостями, [пропорційними відстані до них] 3
Тут і далі у квадратних дужках розміщуються зауваження перекладача, які уточнюють авторський текст. - Прим. вид.

Іншими словами, Всесвіт розширюється. Це означає, що в минулому об'єкти у Всесвіті були ближчими один до одного, ніж зараз. І схоже, що в якийсь момент часу - десь 10-20 мільярдів років тому - все, що є у Всесвіті, було сконцентровано в одному місці, а отже, щільність Всесвіту була нескінченною. Це відкриття вивело питання початку Всесвіту у сферу науки.

Здолав книжку Стівена Хокінга "Найкоротша історія часу". Сам автор багатьом надумався - це той самий геніальний фізик, прикутий до інвалідного крісла.

Книга цікава, написана добре та доступно. Що особливо вразило уяву в моїй короткому викладі:
1) Якщо ви прокладете на географічної картилінійкою пряму лінію між двома точками, то ця пряма не буде найкоротшою відстанню між двома точками. Найкоротшою буде крива у вигляді арки, радіус якої дорівнює радіусу Землі.
2) У присутності матерії чотиривимірний простір-час спотворюється, викликаючи викривлення траєкторій тіл у тривимірному просторі. Хоча це важко зобразити, маса Сонця викривляє простір-час таким чином, що Земля, слідуючи найкоротшим шляхом у чотиривимірному просторі-часі, видається нам рухається майже круговою орбітою в тривимірному просторі.
3) Загальна теорія відносності оголошує, що перебіг часу різний для спостерігачів, що у різних гравітаційних полях. Якщо один із близнюків живе на вершині гори, а інший - біля моря, перший старітиме швидше за другого.
4) Якби ми знали стан системи в даний момент і знали б закони розвитку системи, ми могли б передбачати становище системи в будь-який момент часу. Так ось, принцип невизначеності Гейзенберга узагальнено говорить, що як би ми не пижилися, ми ні хрону не можемо визначити стан Всесвіту зараз. І це пов'язані з рівнем розвитку науки. Це ближче до філософського принципу - ми в принципі не можемо пізнати становище будь-якої системи будь-якої конкретної миті. Ми знаємо будь-якої миті або швидкість частинки, або її розташування. Рівно одне з двох, але ніяк не обидва значення одразу.
Отже, змиріться - будь-яке передбачення у нашому Всесвіті принципі неможливе. З суто філософської точки зору. Будь-яке.
5) Якщо ми пошлемо електрон у стіну, і по дорозі в нього поставимо дві щілини для проходу, він, сцуко, пройде через обидві щілини відразу. Пауза для осмислення. Загалом, електрон може бути у всіх можливих положеннях одночасно. Бо, тварюка така дрібна, вона не тільки частка, а коли йому захочеться – ще й хвиля. Прив'язка електрона до конкретних орбіт атома пов'язана з тим, що саме цих орбітах електро не интерферирует сам із собою, тобто. не гасить сам себе. Ще раз - електрон, летячи від однієї точки в іншу, летить по всіх можливих траєкторіях відразу. Він по суті здатний перебувати у всіх точках простору одночасно, і тільки там його немає, де він сам із собою інтерферує.
6) Чисто теоретично, подорож у часі в минуле можлива. Рішення рівнянь теорії відносності показує, що це так. Одне але - для подорожі назад у часі обов'язково потрібно рухатися швидше за швидкість світла. І навпаки - рух швидше за швидкість світла неможливий без одночасного руху в минуле.
Ті, хто в курсі, що не можна рухатися швидше за швидкість світла, полегшено зітхають. Але є ще одна проблема - чисто, знову-таки, гіпотетично, подорож швидше за скромність світла теж є можливою. Можливим у разі існування кротових дірок у просторі-часі. А чортові рівняння покаюють, що так, такі дірки можуть існувати. А якщо можуть, то десь існують.
7) Нова теорія, яка просто шалено описує останні відкриття у науці і передбачає їх - це теорія струн. Нічого особливого, просто все, що передбачається цією теорією, підтверджується потім експериментами один в один. І це безпосередньо напружує. Напружує, бо теорія струн бере як припущення одне маленьке твердження - ми живемо не в чотиривимірному світі, а в 26-мірному. Причому, 4 виміри розгорнуті, і ми можемо пересуватися по них, а ще 22 - згорнуті в крапку. Фізики б з радістю відмовилися від цієї теорії, але нічого більш виразного в плані математики поки не придумали, а експерименти продовжують ідеально збігатися з прогнозами, висунутими на підставі цієї теорії.

Загалом, здається мені, що Всесвіт наш, як той електрон, здатний перебувати у всіх станах одночасно, за винятком тих станів, в яких він сам себе інтерферує. І я зараз одночасно перебуваю в Краснодарі та в Москві та на Альфі-центаврі. І водночас із цим немає мене взагалі. Але думка ента явно гідна розжовування в окремій мудрій філософській книжці.

Шрифт: Менше АаБільше Аа

Leonard Mlodinow

A Briefer History of Time

* * *

Передмова

Назва цієї книги відрізняється від назви першої, що вийшла 1988 року, лише одним словом. «Коротка історія часу» залишалася у списку бестселерів лондонської газети The Sunday Timesпротягом 237 тижнів – було продано приблизно по одному примірнику на 750 мешканців Землі, чоловіків, жінок та дітей. Це неймовірний успіх для книги, присвяченої одному із найважчих аспектів сучасної фізики. Але найважче – завжди найцікавіше, оскільки мова йдепро важливі, фундаментальні питання: що нам, по суті, відомо про Всесвіт? звідки ми знаємо? як виник Всесвіт і яка доля чекає на нього? У цих питаннях суть «Короткою історії часу», і вони залишаються в центрі уваги цієї книги. За роки, що минули з появи на полицях «Короткої історії», я отримав безліч листів з усього світу від читачів різного віку та професій. Одне з найчастіших прохань – написати нову «Коротку історію», зберігши суть колишньої, але виклавши основні ідеї чіткіше і неквапливо. Звичайно, можна було назвати цю книгу «Трохи менш коротка історія часу», але, як я зрозумів, навряд чи хтось захоче отримати значних розмірів тому, що схожий на університетський курс космології.

Отже, кілька слів про характер цієї книги. При написанні «Найкоротшої історії часу» ми дотримувалися логіки першого видання, але розширили його, тримаючи на увазі, що нова книгаповинна легко читатись і бути не надто довгою. Історія вийшла дійсно скороченою, оскільки я виключив деякі надто складні, технічні моменти, але це вдалося з лишком компенсувати поглибленим підходом до матеріалу, що лежить в основі книги.

Ми також скористалися можливістю доповнити видання, включивши нові спостережні та теоретичні дані. У «Найкоротшої історії часу» описуються недавні досягнення фізиків-теоретиків, що б'ються над єдиною теорією всіх фізичних сил. Зокрема, ми говоримо про прогрес теорії струн, а також дуалізм, або про взаємні відповідності між на перший погляд абсолютно різними фізичними теоріями, які можна розглядати як свідчення існування єдиної теорії - фундаменту всієї фізичної науки. У книзі також представлені важливі нові спостереження, зроблені супутником COBE(англ. Cosmic Background Explorer– «Дослідник реліктового випромінювання») та космічним телескопом «Хаббл».

Років сорок тому Річард Фейнман сказав: «Нам дуже пощастило жити в той вік, коли ми все ще робимо відкриття. Це подібно до відкриття Америки – його робиш лише одного разу. Час, коли ми живемо, – епоха відкриттів фундаментальних законів природи». Сьогодні ми як ніколи близько підійшли до розуміння природи Всесвіту, і на цих сторінках ми хочемо розділити з читачем захоплення від знайомства з цими відкриттями та новою картиноюсвіту, який вони формують на наших очах.

Розділ 1. Роздуми про Всесвіт

Ми живемо в дивному і дивовижному Всесвіті. Потрібна незвичайна уява, щоб зрозуміти і оцінити її вік, розміри, бурхливу вдачу та красу. І здається, що ми займаємо зовсім незначне місце у цьому величезному космосі, і нам хочеться зрозуміти його та усвідомити свою роль у Всесвіті. Кілька десятиліть тому відомий вчений (кажуть, це був Бертран Рассел), читаючи публічну лекцію про астрономію, розповідав, як Земля рухається орбітою навколо Сонця і як Сонце у свою чергу рухається орбітою навколо центру величезного зборища зірок під назвою Галактика. Коли лекція закінчилася, маленька жінка похилого віку в самому кінці аудиторії сказала: «Все, що тут говорили, – повна нісенітниця. Світ – це пласка тарілка на спині гігантської черепахи». Вчений поблажливо посміхнувся і запитав: «А на чому стоїть черепаха?» «Ну ви ж дуже розумний молодий чоловік, – сказала жінка похилого віку, – черепаха стоїть на іншій черепахі, та – на наступній, і так до кінця!»

У наш час більшість визнають картину Всесвіту у вигляді нескінченної вежі з черепах безглуздою. А звідки ми знаємо, що наше уявлення про світ краще? Давайте на хвилинку забудемо все, що ми знаємо або думаємо, що знаємо про космос, і просто глянемо на нічне небо. Ну що сказати про ці крапки, що світяться? Може це маленькі вогники? Нам насправді важко уявити собі їхню справжню сутність, тому що це далеко за межами нашого повсякденного досвіду. Якщо ви любите дивитися на зоряне небо, то, можливо, звернули увагу на розпливчасту світлу точку поблизу горизонту під час сутінків. Це планета Меркурій, але зовсім не схожа на нашу Землю. Доба там триває дві третини місцевого року. Температура освітленої Сонцем частини поверхні планети досягає 400 ° С і вище, а на нічному, не освітленому боці, падає до -200 ° С. Але незважаючи на всю його відмінність від нашої власної планети, ще менше спільного у Меркурія з типовою зіркою, що є велетенською піччю, де кожну секунду згоряють мільярди кілограм речовини, а температура в ядрі досягає десятків мільйонів градусів.

А ще дуже важко уявити, наскільки далекі від нас планети та зірки. У Стародавньому Китаїбудували кам'яні вежі, сподіваючись розглянути зірки ближче. Уявляти собі зірки і планети розташованими набагато ближче, ніж вони знаходяться насправді, цілком природно - зрештою, звичайного життянам не доводиться стикатися з колосальними космічними відстанями. Вони такі великі, що немає сенсу намагатися їх виміряти в метрах і сантиметрах, як у більшості відстаней і довжин у нашому повсякденному житті. Космічні відстані прийнято вимірювати у світлових роках. Світловий рік – це відстань, що світло проходить за один рік. За одну секунду промінь світла проходить близько 300 000 км. Тож світловий рік – це дуже велика відстань. Найближча до нас після Сонця зірка – Проксима Центавра (він також відомий під назвою Альфа Центавра C) – знаходиться на відстані близько 4 світлових років. Це так далеко, що найшвидшому із реально проектованих космічних кораблівзнадобиться не менше 10 000 років, щоб подолати простір, що розділяє нас.

Люди в давнину дуже намагалися зрозуміти устрій Всесвіту, але у них ще не було сучасної математики і взагалі сучасної науки. Зараз у нашому розпорядженні дуже потужні розумові інструменти, такі як математика та науковий метод, а також технічні засобина кшталт комп'ютерів та телескопів. Завдяки цьому нам вдалося багато дізнатися про космос. Але що насправді нам відомо про Всесвіт і звідки ми все це знаємо? Як виник Всесвіт? Що чекає на неї в майбутньому? Чи був у Всесвіті початок, а якщо було, то що було до нього? Яка природа часу? Чи закінчиться воно колись? Чи можна рухатися часом назад? Відповіді на деякі з цих давніх питань вдається отримати завдяки останнім проривам у фізиці, яким ми, зокрема, завдячуємо появі нових технологій. Коли ми вважаємо ці відповіді такими ж очевидними, як те, що Земля звертається навколо Сонця. А може бути такими ж безглуздими, як уявлення про вежу з черепах. Тільки час (хоч би воно було) покаже.

Розділ 2. Наша картина Всесвіту вчора та сьогодні

Хоча ще за часів Христофора Колумба багато хто вважав Землю плоскою (та й сьогодні такі люди зустрічаються), основи сучасної астрономії були закладені ще в Стародавню Грецію. Приблизно 340 років до нашої ери грецький філософ Аристотель написав трактат "Про небо". У ньому він виклав безліч доказів того, що Земля має форму кулі, а не плоска як тарілка.

Одна з таких міркувань ґрунтується на спостереженні місячних затемнень. Аристотель зрозумів, що причиною цих затемнень є проходження Землі між Сонцем та Місяцем. При цьому Земля відкидає на Місяць тінь, і це бачимо як затемнення. Аристотель звернув увагу, що тінь Землі має форму круглу форму, що природно, якщо Земля має форму кулі. Але, зрозуміло, це не так, якби Земля мала форму плоского диска. У такому разі тінь була б круглою, тільки якщо під час затемнення Сонце розташоване точно під центром диска. За будь-якого іншого розташування тінь виявилася б витягнутою, у формі еліпса (витягнутого кола).

У стародавніх греків були й інші аргументи на користь кулястості Землі. Якби Земля була плоскою, то корабель, що йде до берега, мав би спочатку виглядати як маленька ледь помітна точка. Потім, у міру наближення корабля, на ньому можна було б розрізнити окремі деталі – вітрила та корпус. А насправді все зовсім негаразд. Коли корабель виникає на горизонті, спочатку ми бачимо тільки його вітрила. І лише потім з'являється корпус. Те, що розташовані високо над корпусом вершини щогл корабля першими з'являються через обрій, свідчить про кулястість форми Землі.

Поява над обрієм. Земля має форму кулі. Тому коли корабель наближається до нас, спочатку ми бачимо над горизонтом його щогли і вітрила, а вже потім з'являється його корпус.

Греки не оминули також своєю увагою і зоряне небо. На час Аристотеля вони вже багато сотень років вивчали руху вогників нічному небі. Вони помітили, що хоча тисячі вогників переміщаються по небосхилу як одне ціле, п'ять світил, крім Місяця, рухаються негаразд, як інші. Вони іноді повертають з второваного шляху зі сходу на захід і навіть часом навіть рухаються назад. Ці світила були названі планетами від грецького слова, що означає «мандрівники». Греки бачили лише п'ять планет, бо тільки вони доступні неозброєному оку: Меркурій, Венера, Марс, Юпітер та Сатурн. Зараз ми знаємо, чому планети рухаються по небу настільки незвичайним чином: рух зірок щодо нашої Сонячна системамайже непомітно, а от планети звертаються по орбітах навколо Сонця і тому виписують набагато складніші траєкторії на тлі далеких зірок.

Аристотель вважав Землю нерухомою, і навіть вважав, що Сонце, Місяць, планети та зірки звертаються по круговим орбітам навколо Землі. Він так вважав, виходячи з містичних міркувань, вважаючи, що Земля є центром Всесвіту і рух по колу найбільш досконалий. У II столітті нашої ери грецька вчений Птолемейпобудував основі цієї ідеї повну модель неба. Птолемей був пристрасним дослідником, недарма йому належать слова: «Що я смертний, я знаю, і що дні мої пораховані, але коли я в думках невпинно і жадібно вистежую орбіти сузір'їв, тоді я більше не торкаюся ногами Землі: за столом Зевса насолоджуюся їжею богів».

У моделі світу Птолемея нас оточують вісім вкладених один в одного сфер, що обертаються, на зразок матрьошки, а в центрі всіх цих сфер знаходиться Земля. Уявлення про те, що знаходилося поза найбільшою сферою, були туманні, але в будь-якому випадку це було за межами спостережуваного людиною Всесвіту. Таким чином, зовнішня сфера являла собою свого роду кордон Всесвіту. На цій сфері були закріплені зірки, і тому при її обертанні взаємні положення зірок залишалися незмінними саме так, як ми це спостерігаємо насправді. На внутрішніх сферах розташовувалися планети. На відміну від зірок вони не були прикріплені до своїх сфер, а кожна планета рухалася щодо своєї сфери малого кола, званого епіциклом. Дуже складні некругові видимі траєкторії планет на небі вдавалося пояснити поєднанням руху епіциклом і обертання сфери.

Модель Птолемея. У моделі Птолемея Земля знаходилася в центрі Всесвіту, оточена вісьмома сферами, що несли на собі всі відомі на той час небесні тіла.

Модель Птолемея дозволяла досить точно прогнозувати становище світил на небі. Але для того, щоб домогтися згоди пророцтв зі спостереженнями, Птолемею довелося припустити, що відстань від Землі до Місяця може змінюватися вдвічі! А це означало, що видимий розмір Місяця повинен іноді бути вдвічі більшим, ніж в інший час! Птолемей усвідомлював цей недолік своєї системи, що, тим щонайменше, не завадило (майже) загальному визнання його картини світу. Християнська церква прийняла Птолемєєву систему, оскільки вважала її такою, що не суперечить Святому Письму: за межами сфери нерухомих зірок залишалося достатньо місця для раю та пекла.

Але у 1514 році польський священик Микола Коперник запропонував іншу модель. (Правда, спочатку, побоюючись бути звинуваченим Церквою в єресі, Коперник поширював свої ідеї анонімно.) Революційність ідеї Коперника полягала у припущенні, що це небесні тіла звертаються навколо Землі. Коперник вважав, що Сонце нерухоме й у центрі Сонячної системи, а Земля і планети рухаються навколо нього круговими орбітами. Модель Коперника виявилася не гіршою за модель Птолемея, але вона все ж таки не зовсім точно передбачала спостереження. Вона була набагато простішою за модель Птолемея, тому можна було очікувати, що люди приймуть її. Однак знадобилося майже сторіччя, щоб цю ідею сприйняли всерйоз. Одними з перших на користь теорії Коперника стали публічно висловлюватись двоє вчених – німецький астроном Йоганн Кеплер та італійський астроном Галілео Галілей.

В 1609 Галілей почав спостерігати нічне небо в телескоп, який щойно винайшов. Поглянувши на планету Юпітер, Галілей виявив кілька невеликих супутників, що обертаються навколо нього. Звідси випливало, що не всі небесні тіла обертаються навколо Землі, як вважали Арістотель та Птолемей. Приблизно в той же час Кеплер уточнив теорію Коперника, припустивши, що планети рухаються не круговими орбітами, а еліпсами, завдяки чому вдалося домогтися згоди передбачення теорії зі спостереженнями. Усе це остаточно домогло систему світу Птолемея.

Хоча припущення про еліптичні орбіти зробило модель Коперника точнішою, Кеплер розглядав це лише як математичний трюк, оскільки його уявлення про будову природи не ґрунтувалися на спостереженнях. Подібно до Аристотеля, Кеплер вважав еліпси менш досконалими фігурами, ніж кола. Сама думка про те, що планети можуть рухатися такими недосконалими траєкторіями, здавалася йому занадто потворною, щоб бути правдою. До того ж Кеплеру не подобалося, що припущення про еліптичні орбіти не узгоджувалися з його ідеєю про магнітні сили як причину руху планет навколо Сонця. Щодо магнетизму він, звичайно, помилявся, але ми повинні віддати йому належне за саму думку про те, що рух планет має бути викликаний певною силою. Правильне пояснення причини руху планет навколо Сонця було дано набагато пізніше в 1687 сером Ісааком Ньютоном в трактаті «Математичні початку натуральної філософії» - мабуть, найважливішою з коли-небудь опублікованих робіт з фізики.

У цій праці Ньютон сформулював закон, згідно з яким тіло, що перебуває у спокої, залишається у стані спокою, якщо тільки на нього не діє будь-яка сила, а також описав, як рух тіла змінюється під дією сили. То чому ж планети рухаються навколо Сонця еліптичними орбітами? Згідно з Ньютоном, за це відповідає цілком певна сила - та сама, яка змушує відпущене (упущене) тіло падати на землю, а не залишатися в стані спокою. Він назвав цю силу тяжінням та розробив математичний апарат, що дозволяє обчислювати, яким чином тіла реагують на прикладену до них силу, наприклад, силу тяжіння, а також вирішив відповідні рівняння. Таким чином, Ньютон вдалося показати, що під дією тяжіння Сонця Земля та інші планети повинні рухатися по еліптичних орбітах в точності як передбачив Кеплер! Ньютон припустив, що його закони справедливі для всього, що є у Всесвіті, від падаючого яблука до зірок і планет. Рухи планет і руху тіл на Землі вперше в історії вдалося пояснити як наслідок тих самих законів, і це стало народженням сучасної фізики та сучасної астрономії.

У відсутність птолемеевых сфер відпала потреба у припущенні про наявність у Всесвіту певної зовнішньої границі. Більше того, оскільки у зірок не виявлялося жодного руху, крім загального добового руху небосхилу, викликаного обертанням Землі, то було природно припустити, що це ті самі тіла, як наше Сонце, тільки розташовані набагато далі. Таким чином, вчені не тільки відмовилися від уявлення про центральне становище Землі у Всесвіті, але також і від ідеї про унікальність нашого Сонця та всієї Сонячної системи. Новий погляд на світ ознаменував фундаментальні зміни в людському мисленні, початок нового сучасного наукового розуміння нашого Всесвіту.

Розділ 3. Природа наукової теорії

Перш ніж міркувати про природу Всесвіту і відповідати на питання про те, чи був у неї початок і чи є кінець, слід сформувати чітке уявлення, що таке наукові теорії. Дотримуватимемося простого поглядуна теорію – як у модель Всесвіту чи якоїсь її частини разом із набором правил, пов'язують параметри цієї моделі з нашими спостереженнями. Вона існує тільки в нашій свідомості і ніяк інакше реально не існує (хоч би що це означало). Теорія вважається гарною, якщо вона відповідає двом вимогам. По-перше, вона повинна правильно описувати великий клас спостережень на основі моделі з невеликою кількістю довільних елементів, і по-друге, вона повинна дозволяти з достатньою певністю передбачати результати майбутніх спостережень. Наприклад, Аристотель вірив у теорію Емпедокла, згідно з якою все у світі складається з чотирьох стихій: землі, повітря, вогню та води. Це була досить проста теорія, але вона не дозволяла робити будь-які точні пророцтва. З іншого боку, теорія тяжіння Ньютона була заснована на ще більш простій моделі, в якій тіла притягуються один одному з силою, пропорційною величиною, яку він назвав масою, і обернено пропорційною квадрату відстані між тілами. І при цьому теорія Ньютона дозволяє з дуже високою точністюпередбачати рух Сонця, Місяця та планет.

Будь-яка фізична теорія за своєю природою тимчасова у цьому сенсі, що це лише гіпотеза, яку неможливо довести. Скільки б експериментів не підтверджували цю теорію, ніколи не можна бути впевненим, що черговий результат не суперечитиме їй. З іншого боку, для спростування теорії достатньо єдиного спостереження, результати якого суперечать її прогнозам. Як зазначив філософ науки Карл Поппер, хороша теорія та, що дозволяє робити безліч передбачень, які в принципі можуть бути спростовані або, як це називає Поппер, сфальсифіковані спостереженням. З кожним новим експериментом, результати якого узгоджуються з прогнозами теорії, рівень нашої довіри до неї підвищується, а сама теорія зміцнюється. Однак перше ж спостереження, що суперечить теорії, є підставою відкинути або істотно змінити її.

Принаймні так має бути в ідеалі, хоча, звичайно, завжди можна поставити під сумнів кваліфікацію спостерігача чи експериментатора.

Насправді нова теорія часто є розширення попередньої. Наприклад, дуже точні спостереження планети Меркурій виявили невеликі розбіжності між рухом і прогнозами ньютонівської теорії тяжіння. Рух планети, розрахований згідно з ейнштейнівською загальною теорією відносності, трохи відрізнявся від того, що передбачала ньютонівська теорія. Згода передбаченого теорією Ейнштейна руху Меркурія зі спостереженнями за відсутності такої згоди для ньютонівської теорії стала одним із ключових підтверджень нової теорії. Тим не менш, ми досі продовжуємо користуватися ньютонівською теорією для більшості практичних завдань, тому що в ситуаціях, з якими нам зазвичай доводиться стикатися, її прогнози відрізняються від прогнозів загальної теорії відносності дуже мало. (До того ж ньютонівська теорія набагато простіше теорії Ейнштейна!)

Кінцева мета науки полягає у створенні єдиної теорії для опису всього Всесвіту. Але насправді підхід більшості вчених зводиться до поділу проблеми на дві частини. По-перше, є закони, які керують тим, як Всесвіт змінюється з часом. (Якщо ми знаємо стан Всесвіту у певний момент часу, то такі фізичні закони дозволяють нам визначити, як він виглядатиме у будь-який інший момент.) Друге питання – це початковий стан Всесвіту. Дехто вважає, що наука повинна займатися лише першою проблемою, а питання про початковий стан швидше належить до компетенції метафізики чи релігії. Вони вважають, що Бог, будучи всемогутнім, міг створити Всесвіт у будь-який бажаний спосіб. Можливо, це і так, але тоді Бог міг також змусити Всесвіт розвиватися цілком довільним чином. Однак схоже, що Богові було завгодно, щоб Всесвіт розвивався відповідно до чітко визначених законів. І тому цілком розумно припустити, що початковий стан Всесвіту теж підкорялося чітко визначеним законам.

Створити теорію, що відразу описує весь Всесвіт, виявилося дуже важкою справою. Натомість вчені розділили проблему на безліч частин і побудували безліч приватних теорій. Кожна з цих приватних теорій описує та передбачає певний обмежений клас спостережень, нехтуючи впливом інших факторів, або представляючи їх у вигляді простих наборів чисел. Цілком можливо, що цей підхід докорінно невірний. Якщо у Всесвіті все фундаментальним чином взаємозалежне, то отримати повне рішення, досліджуючи проблему частинами у відриві від цілого, звичайно ж, неможливо. Проте досі цей підхід забезпечував прогрес науки. Знову класичним прикладомможе бути теорія тяжіння Ньютона, за якою сила взаємного тяжіння тіл залежить лише від властивої кожному з тіл числової характеристики – його маси – і не залежить від цього, із чого складаються ці тіла. Таким чином, орбіти планет можна розраховувати, не вдаючись у подробиці їх структури та внутрішньої будови.

Зараз для опису Всесвіту використовують дві фундаментальні приватні теорії – загальну теорію відносності та квантову механіку. Це два великі інтелектуальні досягнення першої половини XX століття. Загальна теорія відносності описує силу тяжіння і великомасштабну структуру Всесвіту, тобто її будову на масштабах від кількох кілометрів до мільйона мільйона мільйонів (одиниця з двадцятьма чотирма нулями) кілометрів – розміру Всесвіту, що спостерігається. З іншого боку, квантова механіка має справу з явищами надзвичайно малих масштабах, такими як мільйонна частина мільйонної частки сантиметра. Але, на жаль, ці дві теорії, як відомо, несумісні одна з одною і тому не можуть обидві бути правильними. Одним із головних напрямів досліджень у фізиці сьогодні і головною темоюцієї книги є розробка нової теорії, яка б об'єднала в собі обидва окремі випадки – квантову теорію гравітації. Такої теорії поки що немає, і, можливо, ми все ще далекі від її створення, але нам уже відомі багато з властивостей, якими вона повинна мати. І як буде видно в наступних розділах, ми вже знаємо чимало неминучих передбачень квантової теорії гравітації.

Від атомів до галактик. У першій половині XX століття фізики, будуючи припущення про устрій світу, спробували охопити не тільки звичний світ Ісаака Ньютона: з'явилися теорії, що описують гранично великі та гранично малі об'єкти

Так що якщо вважати, що Всесвіт влаштований не довільним чином, а підпорядковується певним законам, необхідно буде зрештою об'єднати приватні теорії в одну всеосяжну теорію, яка зможе описати все у Всесвіті. Але пошук такої повної єдиної теорії пов'язаний із фундаментальним парадоксом. Описане вище уявлення про наукові теорії припускає, що ми розумні істоти, які вільні спостерігати Всесвіт бажаним чином і робити логічні висновки з побаченого. У такій схемі є підстави вважати, що ми можемо просуватися дедалі ближче до законів, яким підпорядковується наш Всесвіт. Але якби повна об'єднана теорія справді існувала, то вона, швидше за все, також визначала б і самі наші дії, тобто результат нашого пошуку! І чому ж з неї має випливати, що ми на підставі отриманих даних дійдемо правильних висновків? А чи не буде з теорії випливати, що ми дійдемо помилкових висновків? Чи взагалі не отримаємо жодних висновків?

Єдиний спосіб вирішити цю проблему ґрунтується на дарвінівському принципі природного відбору. Ідея полягає в тому, що особини в будь-якій популяції організмів, що самовідтворюються, неминуче відрізнятимуться за своїм генетичним матеріалом і вихованням. А це означає, що деякі особини зможуть краще, ніж інші, робити правильні висновки про навколишній світ і діяти відповідним чином. Вони з більшою ймовірністю виживатимуть і відтворюватимуться, тому їхній спосіб поведінки та думки стануть переважаючими. Звичайно, у минулому інтелект і наукові відкриттянеодноразово ставали перевагою для виживання. Не зовсім зрозуміло, чи так досі: адже наші наукові відкриття цілком можуть повністю знищити всіх нас, і навіть якщо цього не станеться, всеосяжна єдина теорія може і не відігравати особливо важливої ролі для наших шансів на виживання. Однак якщо Всесвіт еволюціонує закономірним чином, то можна очікувати, що дані нам природним відборомрозумні здібності також виявляться у нашому пошуку всеосяжної єдиної теорії і тому не приведуть нас до неправильних висновків.

Оскільки вже наявних приватних теорій достатньо для точних передбачень у всіх ситуаціях, крім найекстремальніших, пошук остаточної теорії Всесвіту важко обґрунтувати суто практичними міркуваннями. (Зауважимо, однак, що аналогічні доводи можна було висловити і щодо теорії відносності та квантової механіки, адже завдяки цим теоріям ми опанували ядерну енергію і здійснили революцію в мікроелектроніці.) Так що від побудови повної єдиної теорії особливого користі для виживання нас як виду може і не бути, та й на нашому способі життя це може ніяк не позначитися. Але вже на зорі цивілізації люди не хотіли задовольнятися сприйняттям світу як набору незв'язаних та незрозумілих подій та явищ. Ми прагнули розуміння лежачого в основі світобудови порядку. І сьогодні нам хочеться зрозуміти, чому ми тут і звідки ми родом. Глибоке прагнення людства до знань – достатнє виправдання для наших пошуків, і наша мета – це не більше і не менше, ніж повний описВсесвіту, в якому ми живемо.

Телескоп як зорову трубу першим винайшов голландський очковий майстер Йоганн Ліпперсгей в 1608, але Галілей першим направив телескоп на небо в 1609 і використав його для астрономічних спостережень.

Це не зовсім так. Внутрішньою будовоюгравітуючих тіл можна знехтувати тільки якщо розподіл щільності в них сферично симетрично (тобто залежить тільки від відстані до центру тіла). У випадку планет та Сонця це строго кажучи не так – ці тіла як мінімум трохи сплюснуті біля полюсів. Наприклад, сплюснутість Сонця – одна з причин прецесії перигелія Меркурія. У планет земної групи бувають інші неоднорідності розподілу щільності. Дослідження гравітаційного поля Землі та інших небесних тіл становлять предмет окремої галузі науки – гравіметрії.

Купити та скачати за 349 ₽ (€ 4,80 )

10. Коротка історія часу

Думка написати науково-популярну книгу про Всесвіт вперше з'явилася у мене 1982 року. Частково моєю метою було заробити гроші на оплату шкільного навчання для моєї дочки. (Фактично до моменту виходу книги вона вже навчалася в останньому класі.) Але головною причиноюдля написання книги було те, що я хотів пояснити, наскільки далеко, на мій погляд, ми просунулися в розумінні Всесвіту: наскільки ми вже, можливо, близькі до створення повної теорії, що описує Всесвіт і все, що в ньому є.

Коли я зібрався витратити час і сили на написання такої книги, я хотів, щоб її прочитало якнайбільше людей. До цього мої суто наукові книги виходили у видавництві Cambridge University Press. Видавець сумлінно виконував свою роботу, але я відчував, що він не зможе охопити таку широку аудиторію, як мені хотілося б. Тому я зв'язався з літературним агентом Елом Цукерманом, якого мені представили як зятя одного із колег. Я дав йому чернетку першого розділу і пояснив своє бажання зробити книгу, подібну до тих, що продаються в кіосках аеропортів. Він сказав мені, що на це немає жодного шансу. Вчені та студенти її, звичайно, куплять, але на територію Джеффрі Арчера така книга не проб'ється.

Перший варіант книги я віддав Цукерману у 1984 році. Він надіслав її декільком видавцям і рекомендував прийняти пропозицію Norton – елітарної американської книжкової компанії. Але попри його рекомендації я прийняв пропозицію Bantam Books, видавництва, орієнтованого на широкого читача. Хоча Bantam не спеціалізувалося на виданні науково-популярної літератури, його книги були широко представлені у книгарнях аеропортів.

Можливо, Bantam зацікавилося цією книгою завдяки одному з редакторів Пітеру Гуззарді. Він дуже серйозно підійшов до своєї роботи і змусив мене переписати книгу так, щоб вона була зрозуміла неспеціалістам на кшталт нього самого. Щоразу, коли я надсилав йому перероблений розділ, він відповідав довгим списком недоліків і питань, які, на його думку, слід було прояснити. Іноді я думав, що цей процес ніколи не закінчиться. Але він мав рацію: в результаті книга вийшла набагато краще.

Моя робота над книгою була перервана пневмонією, яку я підхопив у ЦЕРНі. Було б зовсім неможливо закінчити книгу, якби не надана мені комп'ютерна програма. Це було досить повільно, але я тоді й думав неквапливо, тому вона цілком підходила. З її допомогою я, який підганяє Гуззарді, майже повністю переписав початковий текст. У цій переробці мені допомагав один із моїх студентів, Брайан Уітт.

Обкладинка першого видання «Короткою історії часу»

Я перебував під великим враженням від телесеріалу Джейкоба Броновського «Сходження людини». (Таку сексистську назву сьогодні використати не дозволили б.) Він давав відчути досягнення роду людського та його розвиток від примітивних дикунів, яким він був лише п'ятнадцять тисяч років тому, до нашого сучасного стану. Я хотів викликати подібні почуття щодо нашого руху до повного розуміння законів, які керують Всесвітом. Я був упевнений, що майже кожному цікаво, як функціонує Всесвіт, але більшість людей не можуть зрозуміти математичні рівняння. Я й сам їх не дуже люблю. Почасти тому, що мені їх важко писати, але головне – я не маю інтуїтивного почуття формул. Натомість я мислю зоровими образами, і в своїй книзі намагався висловити ці образи словами, за допомогою звичних аналогій та невеликої кількості схем. Обравши такий шлях, я сподівався, що більшість людей зможуть розділити зі мною захоплення тими успіхами, яких досягла фізика внаслідок її дивовижного прогресу за останні п'ятдесят років.

І все ж деякі речі важкі для розуміння, навіть якщо уникати математичних викладок. Переді мною постала проблема: чи маю я намагатися пояснити їх, ризикуючи ввести людей в оману, чи варто, так би мовити, просто заміни сміття під килим? Деякі незвичні уявлення, на кшталт того, що спостерігачі, що рухаються з різними швидкостями, вимірюють різні відрізки часу для однієї й тієї ж пари подій, були несуттєвими для тієї картини, яку я хотів намалювати. Тому я відчував, що можу просто згадати про них, не заглиблюючись у деталі. Але були складні ідеї, суттєві для того, що я прагнув донести.

Було дві концепції, включити які до книги здавалося мені особливо важливим. Одна з них – це так зване підсумовування з історії. Це ідея про те, що Всесвіт не має жодної історії. Навпаки, існує сукупність всіх можливих історій Всесвіту, і всі ці історії однаково реальні (хоч би що це означало). Інша ідея, необхідна для того, щоб надати математичний сенс підсумовування з історій – це уявний час. Зараз я розумію, що мав докласти більше зусиль для пояснення цих двох концепцій, бо вони стали тими моментами у книзі, з якими у людей виникли найбільші труднощі. Однак зовсім не обов'язково точно розуміти, що таке уявний час, цілком достатньо знати, що воно відрізняється від того, що ми називаємо дійсним часом.

Коли книга вже мала вийти, вчений, якому надіслали сигнальний екземпляр, щоб підготувати огляд для журналу Nature, вжахнувся, виявивши в ній величезну кількість помилок - неправильно розміщених фотографій і схем з неправильними підписами. Він зателефонував до Bantam, там теж жахнулися і того ж дня відкликали та знищили весь тираж. (Екземпляри цього справжнього першого видання, що збереглися, тепер, ймовірно, дуже високо цінуються.) У видавництві витратили три тижні напруженої роботи на повторну перевірку та виправлення всієї книги, і вона була готова вчасно, якраз щоб потрапити в магазини до оголошеної дати виходу, що випала на першоквітневий день дурня. Тоді ж журнал Timeопублікував біографічну довідку про мене із виносом на обкладинку.

Незважаючи на все це, у Bantam були здивовані попитом на мою книгу. Вона залишалася у списку бестселерів The New York Timesпротягом 147 тижнів, а у списку бестселерів лондонської Times –протягом рекордних 237 тижнів, була перекладена 40 мовами і продана по всьому світу тиражем понад 10 мільйонів екземплярів.

Спочатку я дав книзі назву "З великого вибуху до чорних дірок: Коротка історія часу"), але Гуззарді поміняв місцями заголовок і підзаголовок і замінив "short" (коротка) на "brief" ("коротка"). Це було геніально і, мабуть, значно сприяло успіху книги. З того часу з'явилося багато «коротких історій» того чи іншого і навіть «A Brief History of Thyme» («Коротка історія чебрецю»). Наслідування – найщиріша форма лестощів.

Чому цю книгу так купували? Мені важко бути впевненим у своїй об'єктивності і краще я процитую, що говорили інші. Виявилося, що здебільшого рецензії, хай і схвальні, мало що прояснюють. В основному вони побудовані за однією схемою: Стівен Хокінг страждає на хворобу Лу Геріга(термін, що використовується в американських рецензіях), або захворюванням моторних нейронів(Британські огляди). Він прикутий до інвалідного крісла, не може говорити і лише рухає N пальцями(де Nваріювалося від одного до трьох, залежно від того, наскільки неточною була стаття про мене, яку прочитав автор рецензії). І все ж таки він написав цю книгу про найбільше з усіх питань: звідки ми з'явилися і куди ми йдемо? Відповідь, яку пропонує Хокінг, полягає в тому, що Всесвіт не створений і ніколи не знищиться – він просто є. Щоб висловити цю думку, Хокінг запроваджує концепцію уявного часу, яку я(тобто рецензент) дещо важко зрозуміти. Тим не менш, якщо Хокінг правий і ми дійсно знайдемо повну об'єднану теорію, то воістину зрозуміємо задум Бога.(На стадії коректури я мало не прибрав з книги останню фразу про те, що ми зрозуміємо задум Бога. Зроби я це, продаж впав би наполовину.)

Значно проникливішою мені здається стаття в лондонській газеті The Independent, де сказано, що навіть така серйозна наукова книга як «Коротка історія часу» може стати культовою. Мені дуже втішило її порівняння з книгою «Дзен і мистецтво догляду за мотоциклом». Я сподіваюся, що, подібно до неї, моя книга дає людям відчуття того, що їм не слід відмахуватися від великих інтелектуальних та філософських питань.

Безперечно, людський інтерес до історії про те, як я примудрився стати фізиком-теоретиком, незважаючи на свою інвалідність, також зіграв свою роль. Але на тих, хто купив книгу тільки заради цього, чекало розчарування, оскільки про мій стан там згадується всього кілька разів. Книга була задумана як історія Всесвіту, а зовсім не як моя історія. Це не вберегло видавництво Bantam від звинувачень у тому, що воно безсовісно експлуатує моє захворювання і що я їм потураю, дозволивши розмістити на обкладинці свою фотографію. Насправді, за договором, я не мав права впливати на оформлення обкладинки. Я, щоправда, зумів переконати видавництво використовувати для британського видання більш вдалу фотографію, ніж погане застаріле фото, яке було в американській версії. Проте на американській обкладинці фото залишилося незмінним, оскільки, як мені було сказано, американська публіка ідентифікує цей знімок із самою книгою.

Висловлювалася також думка, що багато людей купували цю книгу, щоб демонструвати її на своїй книжковій полиці чи кавовому столику, практично не читаючи. Я впевнений, що і це мало місце, хоча не думаю, що більшою мірою, ніж з численними іншими серйозними книгами. І все ж я знаю, що принаймні деякі читачі повинні були пробитися через неї, оскільки кожен день я отримую цілу стос листів з приводу цієї книги і в багатьох з них містяться питання або докладні коментарі, а це свідчить про те, що люди книгу прочитали, хай навіть не до кінця її зрозуміли. А ще мене зупиняють на вулиці та кажуть, як вона їм сподобалася. Частота, з якою я отримую подібне вираження суспільного визнання (хоча я, звичайно, дуже відмінний від інших автор, якщо не найвідмінніший), як на мене, переконує в тому, що певна частина людей, які купили книгу, справді її прочитала.

Після «Короткої історії часу» я написав ще кілька книг, щоб донести наукові знання до найширшої аудиторії. Це «Чорні дірки та молоді всесвіти», «Світ у горіхової шкаралупки» та «Вищий задум». Думаю, дуже важливо, щоб люди володіли основами наукових знань, що дозволить їм приймати обдумані рішення у світі, де все більшу і більшу роль відіграють наука та техніка. Крім того, ми з моєю дочкою Люсі написали серію книжок для дітей – дорослих. Це пригодницькі оповідання, основу яких лежать наукові уявлення.

З книги Коментарі до пройденого автора Стругацький Борис Натанович

С. ЯРОСЛАВЦІВ, АБО КОРОТКА ІСТОРІЯ ОДНОГО ПСЕВДОНІМУ Чому, власне, «С. Ярославців»? Не пам'ятаю. Зрозуміло, чому «С»: усі наші псевдоніми починалися з цієї літери – С. Бережков, С. Вітін, С. Победін... Але звідки ж узявся «Ярославців»? Зовсім не пам'ятаю. В нашої

З книги Єрмак автора Скринніков Руслан Григорович

Додаток 2 НАСІННЯ УЛЬЯНОВИЧ РЕМЕЗІВ. ІСТОРІЯ СИБІРСЬКА. ЛІТОПИС СИБІРСЬКИЙ КОРОТКИЙ КУНГУРСЬКИЙ Історія сибірськаСпоконвіку Всевидець християнський наш Бог, Творець всієї тварі, творець дому Свого і постачальник винограду і уявних овець, судово наказав проповідатися

З книги Коментарі до пройденого [Інша редакція] автора Стругацький Борис Натанович

С. ЯРОСЛАВЦІВ, або КОРОТКА ІСТОРІЯ ОДНОГО ПСЕВДОНІМУ Чому, власне, «С. Ярославців»? Не пам'ятаю. Зрозуміло, чому «С»: усі наші псевдоніми починалися з цієї літери – С. Бережков, С. Вітін, С. Победін... Але звідки ж узявся «Ярославців»? Зовсім не пам'ятаю.

Із книги Вільям Теккерей. Його життя та літературна діяльність автора Олександров Микола Миколайович

Розділ VI. «Історія Пенденнісу». "Ньюкоми". "Історія Есмонда". "Віргінці" Незабаром після закінчення "Ярмарку марнославства", тобто на початку 1849 року, почав друкуватися другий великий роман Теккерея - "Історія Пенденнісу". У передмові до цього твору Теккерей нарікає на те, що

З книги 9 років треш-чаду Корозії Металу автора Троїцький Сергій

КОРОТКА ІСТОРІЯ Історія групи Корозія Металу сягає своїм корінням в 1984 рік, в самий початок heavy metal революції в Росії. То були незабутні часи загальної цензури та суспільного скотарства. Одним з перших усю гнильність і вульгарність існуючого тоді

З книги Захід зсередини автора Воронель Олександр Володимирович

КОРОТКА ІСТОРІЯ ГРОШЕЙ Мене завжди дивувала одностайність, з якою неєврейський світ, пов'язував уявлення про єврейський характер із любов'ю до грошей. Нічого подібного я в єврейському середовищі не спостерігав. Та й в історії єврейське сріблолюбство зовсім не перевищує

З книги Коротка історія філософії автора Джонстон Дерек

Дерек Джоннстон Коротка історія філософії

З книги Баженов автора Пігалєв Вадим Олексійович

КОРОТКА БІБЛІОГРАФІЯ, ЛІТЕРАТУРА ПРО В. І. БАЖЕНОВА ТА ЙОГО ЧАСУ Борисов С. Баженов. М., 1937. Шишко А. Кам'яних справ майстер. М., 1941. Снєгірьов В. В. І. Баженов. М., 1950. Петров П., Клюшніков В. Сім'я вільнодумців. Спб., 1872. Чернов Е, Г., Шишко А. В. Баженов. М., Вид-во АН СРСР, 1949. Янчук Н. А.

З книги Насмішник автора Во Івлін

Розділ шостий КОРОТКА ІСТОРІЯ Моїх релігійних поглядів 18 червня 1921 року я записав у щоденнику: «За останні кілька тижнів я перестав бути християнином. Я зрозумів, що принаймні останні дві чверті був атеїстом у всьому, крім мужності зізнатися у цьому собі».

З книги Геніальні афери автора Хворостухіна Світлана Олександрівна

Частина 3 Коротка історія фінансових пірамід Справді, у поданому розділі йтиметься не про історію всіх відомих єгипетських пірамід, а про піраміди дещо іншого – фінансові. В даний час у всьому світі, мабуть, важко знайти людину, яка жодного разу

З книги Від Діогена до Джобса, Гейтса і Цукерберга [Ботаніки, що змінили світ] автора Циттлау Йорг

Розділ 1 Від наскельних малюнків до атомної бомби. Коротка історія ботаніка Взагалі-то, ботаніки поділяються на дві категорії: ті, які, ймовірно, з'явилися тільки в 1950-і роки, і ті, хто жив давно. «В історії людства ботаніки існували завжди, – пояснює

З книги Франсуа Марі Вольтер автора Кузнєцов Віталій Миколайович

З книги Візантійська подорож автора Еш Джон

Коротка історія сонячних кімнат Хоча путівники приділяють Афйону мало уваги, це одне з найсимпатичніших міст Анатолійського плоскогір'я. Його сучасна архітектурапередбачувано невиразна, зате в порівнянні з Ескішехіром (у глибині душі я боявся, що і

З книги Біографія Белграда автора Павич Мілорад

Коротка історія читання Я давно хочу побачити на якомусь книжковому ярмарку книгу під назвою «Коротка історія читання». Спробую розповісти, як я її уявляю. Якось у Тель-Авіві мені запитали: «У вашій книзі ми зустрічаємо трьох дияволів –

З книги Герой радянського часу: історія робітника автора Каліняк Георгій Олександрович

Герой радянського часу: історія робітника Георгій Олександрович Каліняк (1910-14.09.1989) Народився 1910 р. в м. Гродно. У 1927 р. закінчив 7 класів середньої школи м. Вітебська. З 1928 жив у Ленінграді. У 1928 р. почав роботу в артілі «Кожметалоштамп» пресувальником, потім з 1929 р. по

Із книги Володимир Висоцький. Життя після смерті автора Бакін Віктор В.

П. Солдатенков – «Історія кохання, історія хвороби» Немає нічого нудніше, ніж розмови про чужі хвороби і чуже розпусту. Анна Ахматова Мені не подобається, коли солідні творчі людирозповідають, як він пив. Я розумію, що він пив, але вони виставляють це на передній план, як

Про що "Коротка історія часу" Стівена Хокінга

З відкритих джерел

Сьогодні, 14 березня, на 77-му році життя помер знаменитий англійський фізик-теоретик Стівен Хокінг. сайт публікує конспект його науково-популярної книги "Коротка історія часу: Від Великого вибуху до чорних дірок" (1988), яка стала бестселером

Книга видатного англійського фізика Стівена Хокінга "Коротка історія часу: від Великого вибуху до чорних дірок" присвячена пошуку відповіді на запитання Ейнштейна: "Який вибір був у Бога, коли він творив Всесвіт?" Будучи попередженим, що кожна включена в книгу формула вдвічі зменшить кількість покупців, Хокінг доступною мовою викладає ідеї квантової теорії гравітації - поки що не завершеної області фізики, що поєднує в собі загальну теорію відносності і квантову механіку.

Починається книга з розповіді про еволюцію людських уявлень про Всесвіт: від небесних сфер геоцентричної системи Аристотеля і Птолемея до усвідомлення того факту, що Сонце є звичайною жовтою зіркою середньої величини в одному з рукавів спіральної галактики - серед сотень мільярдів інших галактик у частині Всесвіту, що спостерігається. Відкриття червоного зміщення спектрів зірок інших галактик означало, що Всесвіт розширюється, і це призвело до гіпотези великого вибуху: десять чи двадцять мільярдів років тому всі об'єкти Всесвіту могли знаходитися в одному місці з нескінченно великою густиною (точка сингулярності).

Новини на цю тему

Великий вибух є початком відліку часу. На питання про те, що було до Великого вибуху, відповіді не існує, тому що у точці сингулярності перестають працювати наукові закони; можливість передбачати майбутнє втрачається, і тому якщо щось і відбувалося "до", воно ніяк не вплине на нинішні події. Після Великого вибуху можливі два сценарії: або розширення Всесвіту триватиме вічно, або в якийсь момент припиниться і перейде у фазу стиснення, яка закінчиться поверненням у сингулярність - Великою бавовною. Який саме варіант здійсниться, неясно – це залежить від відстаней між галактиками та сумарної маси речовини Всесвіту, а ці величини точно не відомі.

Сингулярності можуть бути у Всесвіті та після Великого вибуху. Зірка, витративши ядерне паливо, починає стискатися, і за досить великої маси неспроможна протистояти гравітаційному колапсу, перетворюючись на чорну діру. Так ось, англійський математик і фізик Роджер Пенроуз показав, що обсяг зірки при цьому прагне нуля, а щільність її речовини і кривизна простору-часу - до нескінченності. Іншими словами, чорна дірка є сингулярністю у просторі-часі.

Звернувши напрямок часу, Пенроуз і Хокінг довели твердження, що й вірна загальна теорія відносності (ОТО), то точка Великого вибуху має існувати. Так гіпотеза великого вибуху стала математичною теоремою, а сама ВТО виявилася неповною: її закони порушуються у точці сингулярності. Це не дивно – адже ОТО є класичною теорією, а в малій області простору поблизу сингулярності стають суттєвими квантові ефекти. Таким чином, для дослідження чорних дірок та раннього Всесвіту потрібно залучення квантової механіки та створення єдиної теорії – квантової теорії гравітації.

Займаючись явищами мікросвіту, квантова механіка розвивалася незалежно від ВТО. У квантовій фізиці накопичився певний досвід об'єднання різних типіввзаємодій. Так, вдалося об'єднати в одну теорію електромагнітні та слабкі взаємодії. Саме, виявилося, що переносники електромагнітної взаємодії (віртуальні фотони) і переносники слабкої взаємодії (векторні бозони) є реалізаціями однієї частки і стають невідмінними один від одного за енергій близько 100 ГеВ. Існують і теорії великого об'єднання, тобто об'єднання електрослабкої та сильної взаємодій (щоправда, для досягнення енергій великого об'єднання та перевірки цих теорій потрібен прискорювач розміром із Сонячну систему).

Всі ці теорії не включають гравітацію, оскільки дуже мала для елементарних частинок. Однак у точці сингулярності гравітаційні сили разом із кривизною простору-часу прагнуть нескінченності, отже спільний облік квантовомеханічних і гравітаційних ефектів стає неминучим. Це призводить до наступних дивовижних результатів.

За теоремою Пенроуза-Хокінга падіння в чорну дірку необоротне. Але, як відомо, будь-який незворотний процес супроводжується зростанням ентропії. Чи є ентропія у чорної дірки?

Хокінг зауважує, що площа горизонту подій чорної дірки не зменшується з часом (а при падінні речовини в чорну дірку - збільшується), тобто має всі властивості ентропії. Його американський колега Бікенстин пропонує вважати площу горизонту подій чорної діри мірою її ентропії. Хокінг заперечує: володіючи ентропією, чорна діра повинна мати температуру і, отже, випромінювати - всупереч самому визначенню чорної діри! - але згодом сам відкриває механізм цього випромінювання.

Джерелом випромінювання виявляється вакуум поблизу чорної діри, в якому через квантові флуктуації енергії народжуються пари частка-античастка. Один із членів пари має позитивну енергію, інший - негативну (так що сума дорівнює нулю); частка з негативною енергією може впасти в чорну дірку, а частка з позитивною енергією - залишити її околицю. Потік частинок позитивної енергії є випромінювання чорної діри; частинки ж з негативною енергією зменшують її масу - чорна дірка "випаровується" і з часом зникає, несучи із собою сингулярність. У цьому Хокінг бачить першу вказівку на можливість усунення сингулярностей ОТО за допомогою квантової механіки і задається питанням: чи вплине квантова механіка аналогічний вплив на "великі" сингулярності, тобто чи усуне квантова механіка сингулярності Великого вибуху і Великої бавовни?

Новини на цю тему

Класична загальна теорія відносності не залишає вибору: Всесвіт, що розширюється, народжується з сингулярності, причому початкові умови невідомі (ОТО не працює в "момент творіння"). У початковий момент Всесвіт міг бути впорядкованим і однорідним, а міг бути і досить хаотичною. Подальший процес еволюції, однак, істотно залежить від умов цього кордону простору-часу. Використовуючи метод Фейнмана, підсумовування за різними "траєкторіями" розвитку Всесвіту, Хокінг у рамках квантової теорії гравітації отримує альтернативу сингулярності: простір-час є кінцевим і не має сингулярності у вигляді кордону або краю (це схоже на поверхню Землі, але лише у чотирьох вимірах) . А якщо немає кордону, відпадає й необхідність у початкових умовах на ній, тобто немає потреби вводити нові закони, що задають поведінку раннього Всесвіту (або вдаватися до допомоги Бога). Тоді Всесвіт "... не було б створено, його не можна було б знищити. Вона просто існувала б".

Тема Бога присутня протягом усієї книги; по суті Хокінг веде дискусію з Богом. Наведемо цитату, яка підбиває свого роду підсумок цієї дискусії.

"З уявлення про те, що простір і час утворюють замкнуту поверхню, випливають також дуже важливі наслідки щодо ролі Бога в житті Всесвіту. У зв'язку з успіхами, досягнутими науковими теоріями в описі подій, більшість учених прийшли до переконання, що Бог дозволяє Всесвіту розвиватися в відповідно до певної системи законів і не втручається в її розвиток, не порушує ці закони, але закони нічого не говорять нам про те, як виглядав Всесвіт, коли він тільки виник, - завести годинник і обрати початок все-таки могло бути справою Бога. ми вважаємо, що у Всесвіту був початок, ми можемо думати, що у нього був Творець, якщо ж Всесвіт дійсно повністю замкнутий і не має ні кордонів, ні країв, то тоді у нього не повинно бути ні початку, ні кінця: він просто є , і все! Чи залишається тоді місце для Творця?"

Ось і відповідь на питання Ейнштейна: жодної свободи вибору початкових умов у Бога не було.

Виконуючи підсумовування фейнманівськими траєкторіями за умови відсутності меж простору-часу, Хокінг вважає, що Всесвіт у його нинішньому стані з високою ймовірністю повинен розширюватися однаково швидко по всіх напрямках - у згоді зі спостереженнями ізотропного фону реліктового мікрохвильового випромінювання. Далі, якщо початок відліку часу є гладка, регулярна точка простору і часу, то Всесвіт почав еволюцію з однорідного, впорядкованого стану. Ця початкова впорядкованість пояснює наявність термодинамічної стріли часу, що вказує на той напрямок часу, в якому зростає безлад (ентропія) Всесвіту.

У заключній частині книги Хокінг описує теорію струн, яка претендує на поєднання всієї фізики. Ця теорія має справу не з частинками, а з об'єктами на кшталт одномірних струн. Частинки трактуються як коливання струн, випромінювання та поглинання частинок - як розрив та з'єднання струн. Струнна теорія, однак, не веде до протиріч лише в 10-мірному або 26-мірному просторах. Можливо, в ході розвитку Всесвіту "розгорнулися" лише чотири координати нашого простору-часу, інші ж виявилися згорнутими в простір мізерно малих розмірів.

Чому так сталося? Хокінг відповідає з позицій так званого антропного принципу: інакше не виникли б умови для розвитку розумних істот, здатних поставити подібне питання. Насправді, у разі меншої розмірності простору утруднена еволюція: так, всякий наскрізний прохід у тілі двовимірної істоти поділяє його на дві частини. У просторах більшої розмірності іншим буде закон гравітаційного тяжіння, і орбіти планет стануть нестійкими ( " ми тоді або стали, або згоріли " ). Звичайно, допустимі й інші всесвіти, з іншою кількістю координат, що розгорнулися, "...але в подібних областях не буде розумних істот, які могли б побачити цю різноманітність діючих вимірювань".

Хокінг з оптимізмом дивиться на перспективи створення єдиної теорії, що описує Всесвіт. Відібравши у Бога акт творіння, він відводить Богові роль творця її законів. Коли буде побудовано математичну модель, залишиться питання, чому Всесвіт, що підкоряється цій моделі, взагалі існує. Не пов'язані необхідністю будувати нові теорії, вчені звернуться до його дослідження. "І якщо буде знайдена відповідь на таке запитання, це буде повним тріумфом людського розуму, бо тоді нам стане зрозумілим задум Бога".

Конспект книги Стівена Хокінга "Коротка історія часу" підготував Ігор Яковлєв

Розділи