Який учений написав коротку історію. Коротка історія часу

Вчора, 14 березня 2018 року, помер Стівен Хокінг. Один із найвідоміших вчених протягом півстоліття залишався в центрі уваги з багатьох причин: боротьба з хворобою, книга « коротка історіячасу», заяви про небезпеку штучного інтелекту, дослідження в галузі чорних дірок. Нехай більшість його досягнень повною мірою можуть зрозуміти та оцінити лише вчені зі світовим ім'ям, Хокінг зробив головне – він зацікавив наукою звичайних людей.

Невірно вважати, що Хокінг став знаменитим лише через свою хворобу. Бічний аміотрофічний склероз (БАС) почав розвиватись у вченого ще під час навчання. Через рік після закінчення Оксфордського університету (1962) лікарі заявили, що Стівену залишилося жити менше трьох років. Наплювавши на почуте, він продовжив займатися наукою. БАС страшний тим, що розвивається повільно, поступово знищуючи один нейрон за іншим. Зрештою це призводить до відмови кінцівок та паралічу. Лікування досі не існує.

Хокінгу в певному сенсі пощастило: хвороба прогресувала повільніше, ніж зустрічається здебільшого. В інвалідному візку він опинився лише до кінця шістдесятих. Але 1985 року трапляється нова напасть: вчений підчепив запалення легень. Для збереження життя йому зробили трахеостомію. Так Хокінг втратив і голос. Розмовляв учений через синтезатор мовлення. Для керування комп'ютером він використовував вказівний палець правої руки- єдиний, що зберіг рухливість.

Перебуваючи під замком свого тіла, один із найбільших розумів як мінімум XX століття (якщо не взагалі в історії людства) сформулював кілька найважливіших гіпотез та припущень, які можуть виявитися пророчими.
Чорні діри

Пристрастю Хокінга було дослідження всесвіту. Особливо його захоплювали чорні дірки. Якщо максимально спростити, так називають області з найпотужнішим гравітаційним тяжінням, яке може пересилити жоден об'єкт.

На честь Хокінга назвали процес випромінювання чорною діркою елементарних частинок, тобто її випаровування. Процес, зрозуміло, суто гіпотетичний. Як і більшість припущень вченого, перевірити його теорії в найближчому майбутньому просто неможливо.

Навіщо тоді воно все потрібне? Достатньо згадати історію Пітера Хіггса. Ще 1964 року він висунув теорію існування елементарної частки, Яка визначає інертну масу бозонів Знайти це вдалося лише майже через 50 років під час досліджень на Великому адронному колайдері. Хіггс, який півстоліття намагався довести свою правоту, у 2013 році таки отримав Нобелівську премію. Цікаво, що Хокінг тоді заперечив $100: він був упевнений, що бозон Хіггса не зможуть відкрити.

Можна припустити, що гіпотези Хокінга чекає та сама доля: вони будуть доведені через багато років або ляжуть в основу інших наукових відкриттів. Парадоксально, що Нобелівську премію Хокінг так і не отримав, хоча його авторитет у науковому середовищі та важливість робіт ніколи не заперечувалися.

Хокінг разом із професором Джимом Хартлом висунули модель всесвіту без кордонів у просторі та часі. Вчені порівнювали всесвіт із Землею, тільки набагато більше - як неможливо дійти до краю Землі (хоча плоскоземці і намагаються), так і у Всесвіті не існує стін.

У 2015 році Хокінг висунув нову теорію. Він вважав, що чорні дірки - своєрідні портали в паралельний всесвіт. На думку вченого, об'єкти та дані при попаданні в чорну дірку не зникають, а переміщуються в інший вимір.
Майбутнє людства

Поряд із гіпотезами навколо чорних дірок Хокінга займали більш приземлені речі на кшталт порятунку людства. Вчений неодноразово заявляв, що єдиний спосіб продовжити існування нашого виду – переселення на іншу планету. У порівнянні з іншими тезами Стівена цей ще можна вважати найбільш зрозумілим та реалістичним.

Хокінг вважав, що люди надто активно почали споживати ресурси планети, що призведе до їх виснаження і всіх супутніх проблем.

«Ми не стали менш жадібними чи дурними. З моменту нашого останнього інтерв'юнаселення Землі збільшилося на півмільярда, і немає цього кінця. До 2100 на планеті нас буде вже 11 мільярдів», - говорив Хокінг в інтерв'ю Ларрі Кінгу.

Проблеми вчений бачив практично скрізь: забруднення повітря, зміна клімату. Єдиний варіант порятунку – переселятися на інші планети.

Але також він визнавав, що за нинішнього етапу розвитку подібні місіїнеможливі: "На Землі закінчується місце, нам потрібно прорватися через технічні бар'єри, які заважають нам жити десь ще у Всесвіті".

Подорожі у часі

Відомо, що під час навчання в університеті Хокінг був класичним ботаніком: не ходив на вечірки, не був причетний до сумнівних справ, вільний часзаймав книгами та класичною музикою. Проте почуття гумору в нього виразно було.

Так, Хокінг вирішив покласти край гіпотезам про подорожі в часі та жартівливим способом довів, що вони неможливі. Вчений влаштував вечірку, на яку запросив мандрівників у часі:

«Я не надсилав запрошення доти, доки вечірка не закінчилася. Я довго чекав, але ніхто не прийшов», – розповів Хокінг.

Штучний інтелект

Хокінг поряд з Ілоном Маском багато разів стверджував про небезпеку штучного інтелекту. На його думку, створення ІІ стане одним із головних відкриттів в історії, але при цьому поставить людей під загрозу. Наприклад, що буде, якщо штучний розумстане новою формоюжиття і вважає людину загрозою для свого існування? Чи поставить свої цілі вище за потреби і вказівки людей? Вийде такий собі сценарій «Термінатора» насправді.

Вчений заявив, що проблема в короткостроковій перспективі – той, хто контролює ІІ, а в довгостроковому варіанті – чи можливо взагалі тримати штучний розум у вузді.

Хокінг прожив на півстоліття довше, ніж йому пророкували. Осмислити всю значимість його теорій поки неможливо. Він наживив гачки і закинув вудки, а улов доведеться діставати його наступникам – доводити теорії, досліджувати припущення та гіпотези.

Джеремі Кларксон зацікавив автомобілями мільйони людей, у яких прав водіяні. Хокінг зробив те саме: захопив наукою тих, для кого пізнання в хімії закінчилися на визначенні валентності, а у фізиці - на формулі E = mс². За це йому й дякую.

A BRIEF HISTORY OF TIME

Видавництво висловлює подяку літературним агентствам Writers House LLC (США) та Synopsis Literary Agency (Росія) за сприяння у придбанні прав.

* * *

Присвячується Джейн

Подяка

Я вирішив спробувати написати популярну книгу про простір і час після того, як 1982 р. прочитав курс Лебівських лекцій у Гарварді. Тоді вже було чимало книг, присвячених ранньому Всесвіту та чорним діркам, як дуже хороших, наприклад книга Стівена Вайнберга «Перші три хвилини», так і дуже поганих, які тут нема чого називати. Але мені здавалося, що в жодній з них фактично не торкаються тих питань, які спонукали мене зайнятися вивченням космології та квантової теорії: звідки узявся Всесвіт? Як і чому вона виникла? Чи прийде їй кінець, а якщо прийде, то як? Ці питання цікавлять усіх нас. Але сучасна науканасичена математикою, і лише нечисленні фахівці достатньо володіють нею, щоб розібратися у всьому цьому. Однак основні уявлення про народження та подальшій доліВсесвіту можна викласти і без допомоги математики так, що вони стануть зрозумілими навіть людям, які не отримали спеціальної освіти. Це я й намагався зробити у своїй книжці. Наскільки я досяг цього успіху – судити читачеві.

Мені сказали, що кожна включена до книги формула вдвічі зменшить кількість покупців. Тоді я вирішив взагалі обходитися без формул. Щоправда, наприкінці я таки написав одне рівняння – знамените рівняння Ейнштейна Е=mc². Сподіваюся, воно не відлякає половини моїх потенційних читачів.

Якщо не брати до уваги мою недугу – бічного аміотрофічного склерозу, – то майже в усьому іншому мені супроводжував успіх. Допомога та підтримка, які мені надавали моя дружина Джейн і діти Роберт, Люсі та Тімоті, забезпечили мені можливість вести відносно нормальний спосіб життя і досягти успіхів у роботі. Мені пощастило і в тому, що я вибрав теоретичну фізикуБо вона вся вміщується в голові. Тому моя тілесна недуга не стала серйозною перешкодою. Мої колеги, всі без винятку, завжди сприяли мені.

На першому, «класичному» етапі роботи моїми найближчими колегами та помічниками були Роджер Пенроуз, Роберт Герок, Брендон Картер та Джордж Елліс. Я вдячний їм за допомогу та співпрацю. Цей етап завершився виданням книги "Великомасштабна структура простору-часу", яку ми з Еллісом написали в 1973 р. Я б не радив читачам звертатися до неї за додатковою інформацією: вона перевантажена формулами та важка для читання Сподіваюся, що з того часу я навчився писати доступніше.

На другому, «квантовому» етапі моєї роботи, що розпочався 1974 р., я працював в основному з Гарі Гіббонсом, Доном Пейджем та Джимом Хартлом. Я дуже багатьом завдячую їм, а також своїм аспірантам, які надавали мені величезну допомогу як у «фізичному», так і в «теоретичному» значенні цього слова. Необхідність не відставати від аспірантів була надзвичайно важливим стимулом і, як на мене, не дозволяла мені застрягти в болоті.

У роботі над цією книгою мені дуже багато допомагав Брайєн Уїтт, один із моїх студентів. У 1985 р., накинувши перший, зразковий планкниги, я захворів на запалення легенів. А потім - операція, і після трахеотомії я перестав говорити, фактично втративши можливість спілкуватися. Я гадав, що не зможу закінчити книгу. Але Брайєн не лише допоміг мені її переробити, а й навчив користуватися комп'ютерною програмоюспілкування Living Center, яку мені подарував Уолт Уолтош, співробітник фірми Words Plus, Inc., Саннівейл (шт. Каліфорнія). З її допомогою я можу писати книги та статті, а також розмовляти з людьми за допомогою синтезатора мови, подарованого мені іншою саннівейлською фірмою Speech Plus. Девід Мейсон установив на моєму кріслі-колясці цей синтезатор та невеликий персональний комп'ютер. Ця система все змінила: спілкуватися мені стало легше, ніж до того, як я втратив голос.

Багатьом з тих, хто ознайомився з попередніми варіантами книги, я вдячний за поради щодо того, як її можна було б покращити. Так, Петер Газзарді, редактор видавництва Bantam Books, надсилав мені листа за листом із зауваженнями та питаннями щодо тих положень, які, на його думку, були погано пояснені. Зізнатися, я був дуже роздратований, отримавши величезний список рекомендованих виправлень, але Газзарді мав рацію. Я впевнений, що книга стала набагато кращою завдяки тому, що Газзарді тикав мене носом у помилки.

Висловлюю глибоку вдячність моїм помічникам Коліну Уїлльямсу, Девіду Томасу та Реймонду Лефлемму, моїм секретарям Джуді Фелле, Енн Ральф, Шеріл Біллінгтон та Сью Мейсі, а також моїм медсестрам.

Я б нічого не зміг досягти, якби всі витрати на наукові дослідженнята необхідну медичну допомогу не взяли на себе Гонвілл-енд-Кайюс-коледж, Рада з наукових та технічних досліджень та фонди Леверхулма, Мак-Артура, Нуфілда та Ральфа Сміта. Всім їм дуже вдячний.

20 жовтня 1987 р.
Стівен Хокінг

Глава перша
Наше уявлення про Всесвіт

Якось один відомий вчений (кажуть, це був Бертран Рассел) читав публічну лекцію з астрономії. Він розповідав, як Земля обертається навколо Сонця, а Сонце, своєю чергою, обертається навколо центру величезного скупчення зірок, яке називають нашою Галактикою. Коли лекція добігла кінця, з останнього ряду піднялася маленька літня леді і сказала: «Все, що ви нам казали, нісенітниця. Насправді наш світ – плоска тарілка, яка стоїть на спині величезної черепахи». Поблажливо посміхнувшись, учений спитав: «А на чому тримається черепаха?» – «Ви дуже розумні, юначе, – відповіла літня леді. - Черепаха - на іншій черепасі, та - теж на черепаху, і так далі, і так далі ».

Уявлення про Всесвіт як про нескінченну вежу з черепах більшості з нас здасться смішним, але чому ми думаємо, що все знаємо краще? Що нам відомо про Всесвіт і як ми це дізналися? Звідки взялася Всесвіт і що з нею станеться? Чи був у Всесвіті початок, а якщо було, то що відбувалося до початку? Яка сутність часу? Чи скінчиться воно колись? Досягнення фізики останніх років, Якими ми певною мірою завдячуємо фантастичній новій техніці, дозволяють нарешті отримати відповіді хоча б на деякі з подібних давно стоять перед нами питань. Пройде час, і ці відповіді, можливо, будуть настільки ж безперечними, як те, що Земля обертається навколо Сонця, а можливо, настільки ж безглуздими, як башта з черепах. Тільки час (хоч би воно було) вирішить це.

Ще 340 р. до зв. е. грецький філософ Аристотель у своїй книзі «Про небо» навів два вагомі докази на користь того, що Земля не плоска, як тарілка, а кругла, як куля. По-перше, Арістотель здогадався, що місячні затемненнявідбуваються тоді, коли Земля виявляється між Місяцем та Сонцем. Земля завжди відкидає на Місяць круглу тінь, але це може лише у разі, якщо Земля має форму кулі. Якби Земля була плоским диском, її тінь мала б форму витягнутого еліпса – якщо тільки затемнення не відбувається завжди саме в той момент, коли Сонце знаходиться точно на осі диска. По-друге, з досвіду своїх морських подорожей греки знали, що у південних районах Полярна зірка на небі спостерігається нижче, ніж у північних. (Оскільки Полярна зірка знаходиться над Північним полюсом, вона буде прямо над головою спостерігача, що стоїть на Північному полюсі, а людині на екваторі здасться, що вона на лінії горизонту.) Знаючи різницю в становищі, що здається. Полярної зіркив Єгипті та Греції Аристотель зумів навіть обчислити, що довжина екватора становить 400 000 стадій. Чому дорівнював стадій, точно не відомо, але він становив приблизно 200 метрів, і оцінка Аристотеля приблизно в 2 рази більше значення, прийнятого зараз. У греків був ще й третій аргумент на користь кулястої форми Землі: якщо Земля не кругла, то чому ж ми спочатку бачимо вітрила корабля, що піднімаються над горизонтом, і тільки потім сам корабель?

Аристотель вважав, що Земля нерухома, а Сонце, Місяць, планети та зірки обертаються навколо неї круговими орбітами. Відповідно до своїх містичних поглядів він вважав Землю центром Всесвіту, а круговий рух - найдосконалішим. У II столітті Птолемей розвинув ідею Аристотеля на повну космологічну модель. Земля стоїть у центрі, оточена вісьмома сферами, що несуть у собі Місяць, Сонце і п'ять відомих тоді планет: Меркурій, Венеру, Марс, Юпітер і Сатурн (рис. 1.1). Самі планети, вважав Птолемей, рухаються меншими колами, скріпленим з відповідними сферами. Це пояснювало той складний шлях, який, як бачимо, роблять планети. На останній сфері розташовуються нерухомі зірки, які, залишаючись в тому самому становищі відносно один одного, рухаються по небу всі разом, як єдине ціле. Що лежить за останньою сферою, не пояснювалося, але принаймні це вже не було частиною того Всесвіту, який спостерігає людство.

Мал. 1.1

Модель Птолемея дозволяла непогано передбачати становище небесних тілна небосхилі, але для точного передбаченняйому довелося прийняти, що у одних місцях траєкторія Місяця проходить вдвічі ближче Землі, ніж у інших. Це означає, що в одному положенні Місяць повинен здаватися в 2 рази більшим, ніж в іншому! Птолемей знав про цей недолік, але його теорія була визнана, хоча й скрізь. Християнська церкваприйняла Птолемєєву модель Всесвіту як таку, що не суперечить Біблії: ця модель була хороша тим, що залишала за межами сфери нерухомих зірок багато місця для пекла та раю. Однак у 1514 р. польський священик Микола Коперник запропонував ще простішу модель. (Спочатку, побоюючись, напевно, що Церква оголосить його єретиком, Коперник пропагував свою модель анонімно.) Його ідея полягала в тому, що Сонце стоїть нерухомо в центрі, а Земля та інші планети обертаються навколо нього круговими орбітами. Минуло майже сторіччя, перш ніж ідею Коперника сприйняли серйозно. Два астрономи – німець Йоганн Кеплер та італієць Галілео Галілей – виступили на підтримку теорії Коперника, незважаючи на те, що передбачені Коперником орбіти не зовсім збігалися зі спостережуваними. Теорія Аристотеля – Птолемея була визнана неспроможною 1609 р., коли Галілей почав спостерігати нічне небо з допомогою щойно винайденого телескопа. Направивши телескоп на планету Юпітер, Галілей виявив кілька маленьких супутників, або місяців, які крутяться навколо Юпітера. Це означало, що не всі небесні тіла повинні обов'язково звертатися безпосередньо навколо Землі, як вважали Аристотель та Птолемей. (Зрозуміло, можна було як і раніше вважати, що Земля спочиває в центрі Всесвіту, а місяця Юпітера рухаються дуже складним шляхом навколо Землі, так що тільки здається, ніби вони звертаються навколо Юпітера. Однак теорія Коперника була значно простіше.) час Йоган Кеплер модифікував теорію Коперника, виходячи з припущення, що планети рухаються не по колам, а по еліпсах (еліпс - це витягнуте коло). Нарешті тепер прогнози збіглися з результатами спостережень.

Що ж до Кеплера, його еліптичні орбіти були штучної (ad hoc) гіпотезою, і до того ж «невитонченою», оскільки еліпс набагато менш досконала постать, ніж коло. Майже випадково виявивши, що еліптичні орбіти добре узгоджуються зі спостереженнями, Кеплер так і не зумів примирити цей факт зі своєю ідеєю про те, що планети обертаються навколо Сонця під впливом магнітних сил. Пояснення прийшло набагато пізніше, в 1687 р., коли Ісаак Ньютон опублікував свою книгу «Математичні засади натуральної філософії». У ній Ньютон не лише висунув теорію руху матеріальних тіл у часі та просторі, а й розробив складні математичні методи, необхідні для аналізу руху небесних тіл. Крім того, Ньютон постулював закон всесвітнього тяжіння, згідно з яким всяке тіло у Всесвіті притягується до будь-якого іншого тіла з тим більшою силоючим більше маси цих тіл і чим менша відстань між ними. Це та сама сила, яка змушує тіла падати на землю. (Розповідь про те, що Ньютона надихнуло яблуко, що впало йому на голову, майже напевно недостовірне. Сам Ньютон сказав про це лише те, що думка про тяжіння спала йому на думку, коли він сидів у «споглядальному настрої» і «приводом було падіння яблука». ».) Далі Ньютон показав, що, згідно з його законом, Місяць під дією гравітаційних сил рухається еліптичною орбітою навколо Землі, а Земля і планети обертаються по еліптичних орбітах навколо Сонця.

Модель Коперника допомогла позбутися Птолемєєвих небесних сфер, а заразом і від уявлення про те, що Всесвіт має якийсь природний кордон. Оскільки «нерухомі зірки» не змінюють свого становища на небі, якщо не брати до уваги їх кругового руху, пов'язаного з обертанням Землі навколо своєї осі, природно було припустити, що нерухомі зірки – це об'єкти, подібні до нашого Сонця, тільки набагато віддаленіші.

Ньютон розумів, що з його теорії тяжіння зірки повинні притягуватися друг до друга і тому, начебто, що неспроможні залишатися зовсім нерухомими. Чи не повинні вони впасти один на одного, зблизившись у якійсь точці? У 1691 р. у листі Річарду Бентлі, видатному мислителю того часу, Ньютон говорив, що так справді мало б статися, якби ми мали лише кінцеву кількість зірок у кінцевій області простору. Але, міркував Ньютон, якщо число зірок нескінченно і вони більш менш рівномірно розподілені по нескінченному простору, то цього ніколи не відбудеться, тому що немає центральної точки, куди їм потрібно було б падати.

Ці міркування – приклад того, як легко потрапити в халепу, ведучи розмови про нескінченність. У нескінченному Всесвіті будь-яку точку можна вважати центром, оскільки по обидва боки від неї число зірок нескінченно. Лише набагато пізніше зрозуміли, що більш правильний підхід - взяти кінцеву систему, в якій всі зірки падають одна на одну, прагнучи до центру, і подивитися, які зміни будуть, якщо додавати ще й ще зірок, розподілених приблизно рівномірно поза аналізованої області. За законом Ньютона додаткові зірки в середньому ніяк не вплинуть на початкові, тобто зірки будуть з тією ж швидкістю падати в центр виділеної області. Скільки б зірок ми не додали, вони завжди прагнутимуть до центру. У наш час відомо, що нескінченна статична модель Всесвіту неможлива, якщо гравітаційні сили залишаються силами взаємного тяжіння.

Цікаво, яким був загальний стан наукової думки до початку ХХ ст.: нікому й на думку не спало, що Всесвіт може розширюватися або стискатися. Всі вважали, що Всесвіт або існував завжди в незмінному стані, або був створений в якийсь момент часу в минулому приблизно такий, який він зараз. Почасти це, можливо, пояснюється схильністю людей вірити у вічні істини, а також особливою привабливістю тієї думки, що, хоч самі вони постаріють і помруть, Всесвіт залишиться вічним і незмінним.

Навіть тим ученим, які зрозуміли, що ньютонівська теорія тяжіння унеможливлює статичну Всесвіт, не спадала на думку гіпотеза Всесвіту, що розширюється. Вони спробували модифікувати теорію, зробивши гравітаційну силу, що відштовхує на дуже великих відстанях. Це мало змінювало передбачуваного руху планет, зате дозволяло нескінченному розподілу зірок залишатися у рівновазі, оскільки тяжіння близьких зірок компенсувалося відштовхуванням від далеких. Але зараз ми вважаємо, що така рівновага виявилася б нестійкою. Справді, якщо в якійсь області зірки трохи зблизяться, то сили тяжіння між ними зростуть і стануть більше сил відштовхування, тож зірки й надалі зближуватимуться. Якщо відстань між зірками трохи збільшиться, то переважать сили відштовхування і відстань наростатиме.

Ще одне заперечення проти моделі нескінченного статичного Всесвіту зазвичай приписується німецькому філософуГенріха Олберса, який в 1823 р. опублікував роботу, присвячену цій моделі. Насправді багато сучасників Ньютона займалися тим самим завданням, і стаття Олберса була навіть першою серед робіт, у яких висловлювалися серйозні заперечення. Першою її почали лише широко цитувати. Заперечення таке: у нескінченному статичному Всесвіті будь-який промінь зору повинен упиратися в якусь зірку. Але тоді небо навіть уночі має яскраво світитись, як Сонце. Контраргумент Олберса полягав у тому, що світло, що йде до нас від далеких зірок, має послаблюватися через поглинання в речовині, що знаходиться на його шляху. Але в такому випадку сама ця речовина має нагрітися та яскраво світитися, як зірки. Єдина можливість уникнути висновку про яскраво, як Сонце, що світиться нічному небі – припустити, що зірки сяяли не завжди, а спалахнули в певний момент часу в минулому. Тоді поглинаюча речовина, можливо, ще не встигла розігрітися або світло далеких зірок ще не дійшло до нас. Але постає питання: чому спалахнули зірки?

Звичайно, проблема виникнення Всесвіту займала розум людей вже дуже давно. Згідно з рядом ранніх космогоній та іудейсько-християнсько-мусульманським міфам, наш Всесвіт виник у якийсь певний і не дуже віддалений момент часу в минулому. Однією з підстав таких вірувань була потреба знайти «першопричину» існування Всесвіту. Будь-яка подія у Всесвіті пояснюють, вказуючи його причину, тобто іншу подію, що сталася раніше; подібне пояснення існування самого Всесвіту можливе лише в тому випадку, якщо він мав початок. Іншу основу висунув Августин Блаженний у своєму творі «Про місто Боже». Він зазначив, що цивілізація прогресує, а ми пам'ятаємо, хто вчинив те чи інше діяння і хто що винайшов. Тому людство, отже, мабуть, і Всесвіт навряд дуже довго існують. Августин Блаженний вважав прийнятною дату створення Всесвіту, відповідну книзі Буття: приблизно 5000 до н. е. (Цікаво, що ця дата не така далека від кінця останнього льодовикового періоду- 10 000 років до н. е., що археологи вважають початком цивілізації.)

Аристотелю ж і більшості інших грецьких філософів не подобалася ідея створення Всесвіту, оскільки він пов'язувався з божественним втручанням. Тому вони вважали, що люди і навколишній світ існували і існуватимуть вічно. Доказ щодо прогресу цивілізації вчені давнини розглядали та вирішили, що у світі періодично відбувалися потопи та інші катаклізми, які весь час повертали людство до вихідної точки цивілізації.

Питання про те, чи виник Всесвіт у якийсь початковий момент часу і чи обмежений він у просторі, пізніше вельми уважно розглядав філософ Іммануїл Кант у своїй монументальній (і дуже неясній) праці «Критика чистого розуму», яка була видана в 1781 році. Він назвав ці питання антиноміями (тобто протиріччями) чистого розуму, бо бачив, що однаково не можна ні довести, ні спростувати як тезу про необхідність початку Всесвіту, так і антитезу про її вічне існування. Теза Кант аргументував тим, що якби у Всесвіту не було початку, то будь-якій події передував би нескінченний період часу, а це Кант вважав абсурдом. На підтримку антитези Кант говорив, що якби Всесвіт мав початок, то йому передував би нескінченний період часу, а тоді питається, чому Всесвіт раптом виник у той, а не в інший момент часу? Насправді аргументи Канта фактично однакові і тези, і антитези. Він виходить із мовчазного припущення, що час нескінченно в минулому незалежно від того, існував чи не існував вічно Всесвіт. Як побачимо нижче, до виникнення Всесвіту поняття часу позбавлене сенсу. На це вперше вказав Августин Блаженний. Коли його питали, чим займався Бог до того, як створив Всесвіт, Августин ніколи не відповідав у тому дусі, що, мовляв, Бог готував пекло для тих, хто ставить подібні запитання. Ні, він говорив, що час – невід'ємна властивість створеного Богом Всесвіту і тому до виникнення Всесвіту не було.

Коли більшість людей вірила в статичну і незмінну Всесвіт, питання про те, чи мала вона початок чи ні, ставилося, по суті, до галузі метафізики та теології. Всі явища можна було пояснити як за допомогою теорії, в якій Всесвіт існує вічно, так і за допомогою теорії, згідно з якою Всесвіт створили в якийсь певний момент часу таким чином, щоб усе виглядало, якби вона існувала вічно. Але в 1929 р. Едвін Хаббл зробив епохальне відкриття: виявилося, що в якій частині неба не вести спостереження, всі далекі галактики швидко віддаляються від нас. Іншими словами, Всесвіт розширюється. Це означає, що в більш ранні часивсі об'єкти були ближчі один до одного, ніж зараз. Отже, був, мабуть, час, близько десяти чи двадцяти тисяч мільйонів років тому, коли вони всі перебували в одному місці, тож щільність Всесвіту була нескінченно великою. Зроблене Хабблом відкриття перевело питання у тому, як виник Всесвіт, у область компетенції науки.

Спостереження Хаббла свідчили, що був час – так званий великий вибух, коли Всесвіт був нескінченно малим і нескінченно щільним. За таких умов усі закони науки втрачають сенс і не дозволяють пророкувати майбутнє. Якщо в ще більш ранні часи і відбувалися якісь події, вони все одно ніяк не змогли б вплинути на те, що відбувається зараз. Через відсутність же наслідків, що спостерігаються, ними можна просто знехтувати. Великий Вибух можна вважати початком відліку часу в тому сенсі, що ранні часи були б просто не визначені. Підкреслимо, що такий початок відліку часу дуже відрізняється від усього, що пропонувалося до Хаббла. Початок часу в незмінному Всесвіті є щось, що має визначатися чимось, що існує поза Всесвітом; Для початку Всесвіту немає фізичної потреби. Створення Богом Всесвіту можна у своєму уявленні відносити до будь-якого моменту часу минулого. Якщо ж Всесвіт розширюється, то можуть існувати фізичні причини для того, щоб він мав початок. Можна, як і раніше, уявляти, що саме Бог створив Всесвіт – у момент Великого Вибуху або навіть пізніше (але так, начебто стався Великий Вибух). Однак було б абсурдно стверджувати, що Всесвіт виник раніше Великого Вибуху. Уявлення про Всесвіт, що розширюється, не виключає творця, але накладає обмеження на можливу дату його праць!

Щоб можна було говорити про сутність Всесвіту і про те, чи був у неї початок і чи буде кінець, потрібно добре уявляти, що таке наукова теорія взагалі. Я дотримуватимусь найпростішої точкизору: теорія - це теоретична модель Всесвіту або якоїсь її частини, доповнена набором правил, що пов'язують теоретичні величини з нашими спостереженнями. Ця модель існує лише в нас у голові і не має іншої реальності (хоч би який сенс ми не вкладали в це слово). Теорія вважається хорошою, якщо вона задовольняє двом вимогам: по-перше, вона повинна точно описувати широкий клас спостережень у рамках моделі, що містить лише кілька довільних елементів, і по-друге, теорія має давати цілком певні прогнози щодо результатів майбутніх спостережень. Наприклад, теорія Аристотеля, згідно з якою все складається з чотирьох елементів – землі, повітря, вогню та води – була досить простою, щоб називатися теорією, але з її допомогою не можна було отримати жодних певних передбачень. Теорія ж тяжіння Ньютона виходила з ще більш простої моделі, в якій тіла притягуються один до одного із силою, пропорційною деякою величиною, званою їхньою масою, і обернено пропорційною квадрату відстані між ними. Але теорія Ньютона дуже точно передбачає рух Сонця, Місяця і планет.

Будь-яка фізична теоріязавжди носить тимчасовий характер у тому сенсі, що є лише гіпотезою, яку не можна довести. Хоч би скільки разів констатувалася згода теорії з експериментальними даними, не можна бути впевненим у тому, що наступного разу експеримент не ввійде в протиріччя з теорією. У той самий час будь-яку теорію можна спростувати, пославшись одне-єдине спостереження, яке узгоджується з її прогнозами. Як вказував філософ Карл Поппер, фахівець у галузі філософії науки, необхідною ознакою гарної теорії є те, що вона дозволяє зробити передбачення, які в принципі можуть бути експериментально спростовані. Щоразу, коли нові експерименти підтверджують прогнози теорії, теорія демонструє свою життєвість і наша віра в неї міцніє. Але якщо хоч одне нове спостереження не узгоджується з теорією, нам доводиться або відмовитися від неї або переробити. Така принаймні логіка, хоча, звичайно, ви завжди маєте право засумніватися в компетентності того, хто проводив спостереження.

Насправді часто виявляється, що нова теорія насправді є розширенням попередньої. Наприклад, надзвичайно точні спостереження за планетою Меркурій виявили невеликі розбіжності між її рухом та прогнозами ньютонівської теорії тяжіння. Згідно з загальною теорією відносності Ейнштейна, Меркурій повинен рухатися трохи інакше, ніж виходить у теорії Ньютона. Той факт, що прогнози Ейнштейна збігаються з результатами спостережень, а прогнози Ньютона не збігаються, став одним із вирішальних підтверджень. нової теорії. Щоправда, практично досі користуємося теорією Ньютона, оскільки у випадках, із якими ми зазвичай зіштовхуємося, її прогнози дуже мало від прогнозів загальної теорії відносності. (Теорія Ньютона має ще й ту величезну перевагу, що з нею набагато простіше працювати, ніж з теорією Ейнштейна.)

Кінцевою метою науки є створення єдиної теорії, яка описувала б весь Всесвіт. Вирішуючи це завдання, більшість вчених поділяють її на дві частини. Перша частина – це закони, які дають нам змогу дізнатися, як Всесвіт змінюється з часом. (Знаючи, як виглядає Всесвіт у якийсь один момент часу, ми за допомогою цих законів можемо дізнатися, що з нею станеться в будь-який пізніший момент часу.) Друга частина – проблема початкового стану Всесвіту. Дехто вважає, що наука повинна займатися лише першою частиною, а питання про те, що було спочатку, вважають справою метафізики та релігії. Прихильники такої думки кажуть, що оскільки Бог всемогутній, у його волі було «запустити» Всесвіт як завгодно. Якщо вони мають рацію, то у Бога була можливість зробити так, щоб Всесвіт розвивався цілком довільно. Бог же, мабуть, віддав перевагу тому, щоб вона розвивалася досить регулярно, за певними законами. Але тоді так само логічно припустити, що існують ще й закони, які керують початковим станом Всесвіту.

Виявляється, дуже важко відразу створювати теорію, яка описувала б весь Всесвіт. Натомість ми ділимо завдання на частини та будуємо приватні теорії. Кожна з них описує один обмежений клас спостережень і робить щодо нього передбачення, нехтуючи впливом усіх інших величин або представляючи останні простими наборамичисел. Можливо, що такий підхід є абсолютно неправильним. Якщо все у Всесвіті фундаментально залежить від усього іншого, то можливо, що, досліджуючи окремі частини завдання ізольовано, не можна наблизитися до повного його вирішення. Проте у минулому наш прогрес йшов саме таким шляхом. Класичним прикладом знову може служити ньютонівська теорія тяжіння, згідно з якою гравітаційна сила, що діє між двома тілами, залежить тільки від однієї характеристики кожного тіла, а саме від його маси, але не залежить від того, з якої речовини складаються тіла. Отже, для обчислення орбіт, якими рухаються Сонце і планети, не потрібна теорія їх структури та складу.

Зараз є дві основні приватні теорії для опису Всесвіту: загальна теорія відносності та квантова механіка. Обидві – результат величезних інтелектуальних зусиль учених першої половини XX століття. Загальна теоріявідносності описує гравітаційну взаємодію та великомасштабну структуру Всесвіту, тобто структуру в масштабі від кількох кілометрів до мільйона мільйона мільйона (одиниця з двадцятьма чотирма нулями) кілометрів, або до розмірів спостережуваної частини Всесвіту. Квантова механікаж має справу з явищами в дуже малих масштабах, таких, як одна мільйонна однієї мільйонної сантиметра. І ці дві теорії, на жаль, несумісні – вони можуть бути одночасно правильними. Одним з головних напрямів досліджень у сучасній фізиці та головною темоюцієї книги є пошук нової теорії, яка б об'єднала дві попередні в одну – в квантову теорію гравітації. Поки такої теорії немає, і її, можливо, ще доведеться довго чекати, але ми вже знаємо багато тих властивостей, якими вона повинна володіти. У наступних розділах ви побачите, що нам уже чимало відомо про те, які пророцтва мають випливати із квантової теорії гравітації.

Якщо ви вважаєте, що Всесвіт розвивається не довільним чином, а підпорядковується певним законам, то врешті-решт вам доведеться об'єднати всі приватні теорії в єдину повну, яка описуватиме все у Всесвіті. Щоправда, у пошуках такої єдиної теорії закладено один фундаментальний феномен. Все сказане вище про наукових теоріяхприпускає, що ми є розумними істотами, можемо робити у Всесвіті будь-які спостереження і на основі цих спостережень робити логічні висновки. У такій схемі природно припустити, що в принципі ми могли б ще ближче підійти до розуміння законів, яким підпорядковується наш Всесвіт. Але якщо єдина теорія справді існує, то вона, напевно, теж має якимось чином впливати на наші дії. І тоді сама теорія має визначати результат наших пошуків її ж! А чому вона має заздалегідь визначати, що ми зробимо правильні висновки зі спостережень? Чому б їй з таким самим успіхом не привести нас до невірних висновків? Чи взагалі ні до яких?

Подяки

Книга присвячується Джейн

Я вирішив спробувати написати популярну книгу про простір та час після того, як прочитав у 1982 р. курс Лебівських лекцій у Гарварді. Тоді вже було чимало книг, присвячених ранньому Всесвіту та чорним діркам, як дуже хороших, наприклад книга Стівена Вайнберга «Перші три хвилини», так і дуже поганих, які тут нема чого називати. Але мені здавалося, що в жодній з них фактично не порушуються ті питання, які спонукали мене зайнятися вивченням космології та квантової теорії: звідки узявся Всесвіт? як і чому вона виникла? чи прийде їй кінець, а якщо прийде, то як? Ці питання цікавлять усіх нас. Але сучасна наука дуже насичена математикою, і лише нечисленні фахівці досить володіють останньою, щоб розібратися у цьому. Однак основні уявлення про народження та подальшу долю Всесвіту можна викласти і без допомоги математики так, що вони стануть зрозумілими навіть людям, які не отримали наукової освіти. Це я й намагався зробити у моїй книзі. Читачеві судити про те, наскільки я досяг успіху.

Мені сказали, що кожна включена до книги формула вдвічі зменшить кількість покупців. Тоді я вирішив взагалі обходитися без формул. Щоправда, наприкінці я все-таки написав одне рівняння - знамените рівняння Ейнштейна Е=mc^2. Сподіваюся, воно не відлякає половини моїх потенційних читачів.

Якщо не вважати того, що я захворів на бічне аміотрофічний склероз, то майже в усьому іншому мені супроводжувала удача. Допомога і підтримка, які мені надавали моя дружина Джейн і діти Роберт, Люсі і Тімоті, забезпечили мені можливість вести досить нормальний спосіб життя і досягти успіхів у роботі. Мені пощастило і в тому, що я вибрав теоретичну фізику, бо вона вміщується в голові. Тому моя фізична недуга не стала серйозним мінусом. Мої наукові колеги, всі без винятку, надавали мені завжди максимальну допомогу.

На першому, «класичному» етапі моєї роботи моїми найближчими помічниками та співробітниками були Роджер Пенроуз, Роберт Герок, Брендон Картер та Джордж Елліс. Я вдячний їм за допомогу та за спільну роботу. Цей етап завершився виданням книги «Великомасштабна структура простору-часу», яку ми з Елліс написали в 1973 р. (Хокінг С., Елліс Дж. Великомасштабна структура простору-часу. M.: Світ, 1976).

На другому, «квантовому» етапі моєї роботи, що розпочався 1974 р., я здебільшого працював з Гарі Гіббонсом, Доном Пейджем та Джимом Хартлом. Я дуже багатьом їм завдячую, як і своїм аспірантам, які надавали мені величезну допомогу і у «фізичному», і в «теоретичному» значенні цього слова. Необхідність не відставати від аспірантів була надзвичайно важливим стимулом і, як на мене, не дозволяла мені застрягти в болоті.

У роботі над книгою мені дуже багато допомагав Брайєн Уїтт, один із моїх студентів. У 1985 р., накинувши перший, зразковий план книги, я захворів на запалення легенів. Довелося лягти на операцію, і після трахеотомії я перестав говорити, а тим самим майже втратив можливість спілкуватися. Я гадав, що не зможу закінчити книгу. Але Брайєн нс лише допоміг мені її переробити, а й навчив користуватися комп'ютерною програмою спілкування Living Center, яку мені подарував Уолт Уолтош, співробітник фірми Words Plus, Inc., Саннівейл (шт. Каліфорнія). З її допомогою я можу писати книги та статті, а також розмовляти з людьми за допомогою синтезатора мови, подарованого мені іншою саннівейлською фірмою Speech Plus. Девід Мейсон встановив на моєму візку цей синтезатор і невеликий персональний комп'ютер. Така система все змінила: мені стало навіть легше спілкуватися, ніж до того, як я втратив голос.

"Найкоротша історія часу" - книга написана в жанрі науково-популярної літератури. Цей твір розширить ваші горизонти та допоможе дізнатися багато цікавого про наш всесвіт. Написана 1988 р. Розрахована широке коло читачів.

Стівен Хокінг – англійський фізик-теоретик. Він народився в Оксфорді в розпал Другої світової війни. Закінчив Оксфордський та Кембриджський університети. Пізніше працював у одному з них викладачем. Не здобувши ніякої математичної освіти, він навчав цьому предмету своїх студентів, випереджаючи їх у вивченні програми всього на кілька тижнів. Зрештою він переключився на астрономію та квантову фізику, зробивши кілька відкриттів у цій галузі. На початку 1960 р. йому поставили страшний діагноз - захворювання центральної нервової системи, що не піддається лікуванню. Згодом його паралізувало, він втратив здатність розмовляти. Але це не зламало його. Використовуючи сучасні розробки, Стівен продовжує вести активну соціальну та наукове життя. Має багато нагород. Леонард Млодінов американський фізик. Народився у Чикаго. Зі школи почав цікавитися математикою та хімією. 1973 р. один семестр провчився в Ізраїлі, де читав лекції з фізики. Закінчив Каліфорнійський університет. Пізніше почав займатися науковими розробками та писати книги. Має нагороди за дослідження.

Як саме утворився наш всесвіт? З наукової точки зору показано звідки саме беруться поняття простору та часу та як вони формуються. Розповідається про появу та існування чорних дірок — найтаємничішої матерії космосу. З самого написання ця книга стала бестселером. Потім протягом ряду років вона редагувалася письменниками і доповнювалася новітніми дослідженнямиу галузі космології.

Стівен Хокінг

КОРОТКА ІСТОРІЯ ЧАСУ.

Від великого вибуху до чорних дірок

Подяки

Книга присвячується Джейн

Мені сказали, що кожна включена до книги формула вдвічі зменшить кількість покупців. Тоді я вирішив взагалі обходитися без формул. Щоправда, наприкінці я таки написав одне рівняння – знамените рівняння Ейнштейна Е=mc^2. Сподіваюся, воно не відлякає половини моїх потенційних читачів.

Якщо не вважати того, що я захворів на бічне аміотрофічний склероз, то майже в усьому іншому мені супроводжувала удача. Допомога і підтримка, які мені надавали моя дружина Джейн і діти Роберт, Люсі і Тімоті, забезпечили мені можливість вести досить-таки нормальний спосіб життя і досягти успіхів у роботі. Мені пощастило і в тому, що я вибрав теоретичну фізику, бо вона вміщується в голові. Тому моя фізична недуга не стала серйозним мінусом. Мої наукові колеги, всі без винятку, надавали мені завжди максимальну допомогу.

На першому, «класичному» етапі моєї роботи моїми найближчими помічниками та співробітниками були Роджер Пенроуз, Роберт Герок, Брендон Картер та Джордж Елліс. Я вдячний їм за допомогу та спільну роботу. Цей етап завершився виданням книги «Великомасштабна структура простору-часу», яку ми з Еллісом написали в 1973 р. (Хокінг С., Елліс Дж. Великомасштабна структура простору-часу. M.: Світ, 1976).

У роботі над книгою мені дуже багато допомагав Брайєн Уїтт, один із моїх студентів. У 1985 р., накинувши перший, зразковий план книги, я захворів на запалення легенів. Довелося лягти на операцію, і після трахеотомії я перестав говорити, а тим самим майже втратив можливість спілкуватися. Я гадав, що не зможу закінчити книгу. Але Брайєн нс лише допоміг мені її переробити, а й навчив користуватися комп'ютерною програмою спілкування Living Center, яку мені подарував Уолт Уолтош, співробітник фірми Words Plus, Inc., Саннівейл (шт. Каліфорнія). З її допомогою я можу писати книги та статті, а також розмовляти з людьми за допомогою синтезатора мови, подарованого мені іншою саннівейлською фірмою Speech Plus. Девід Мейсон установив на моєму кріслі-колясці цей синтезатор та невеликий персональний комп'ютер. Така система все змінила: мені стало навіть легше спілкуватися, ніж до того, як я втратив голос.

Багатьом з тих, хто ознайомився з попередніми варіантами книги, я вдячний за поради щодо того, як її можна було б покращити. Так, Петер Газзарді, мій редактор видавництва Bantam Books, надсилав мені листа за листом із зауваженнями та питаннями на ті місця, які, на його думку, були погано пояснені. Зізнатися, я був дуже роздратований, отримавши величезний список рекомендованих виправлень, але Газзарді мав рацію. Я впевнений, книга стала кращою завдяки тому, що Газзарді тицяв мене носом у помилки.

Я висловлюю глибоку подяку моїм помічникам Коліну Уїлльямсу, Девіду Томасу та Реймонду Лефлемму, моїм секретарям Джуді Фелле, Енн Ральф, Шеріл Біллінгтон і Сью Мейсі та моїм медсестрам. Я б нічого не зміг досягти, якби всі витрати на наукові дослідження та необхідну медичну допомогу не взяли на себе Гонвілл-енд-Кайюс-коледж, Рада з наукових та технічних досліджень та фонди Леверхулма, Мак-Артура, Нуффілда та Ральфа Сміта. Всім їм дуже вдячний.

Передмова

Ми живемо майже нічого не розуміючи в устрої світу. Не замислюємось над тим, який механізм породжує сонячне світло, Який забезпечує наше існування, не думаємо про гравітацію, яка утримує нас на Землі, не даючи їй скинути нас у простір. Нас не цікавлять атоми, з яких ми складаємося і від стійкості яких ми самі істотно залежимо. За винятком дітей (які ще надто мало знають, щоб не ставити такі серйозні питання), мало хто ламає голову над тим, чому природа така, якою вона є, звідки з'явився космос і чи не існував він завжди? чи не може час одного разу повернути назад, тому слідство передуватиме причині? чи є непереборна межа людського пізнання? Бувають навіть такі діти (я їх зустрічав), яким хочеться знати, як виглядає чорна діра, яка найменша частинка речовини? чому ми пам'ятаємо минуле та не пам'ятаємо майбутнє? якщо раніше справді був хаос, то як вийшло, що тепер встановився видимий порядок? і чому Всесвіт взагалі існує?

У нашому суспільстві прийнято, що батьки і вчителі у відповідь на ці питання здебільшого знизують плечима або закликають на допомогу посилання на релігійні легенди, що неясно збереглися в пам'яті. Деяким не подобаються такі теми, тому що в них жваво виявляється вузькість людського розуміння.

Але розвиток філософії та природничих наукпросувалося вперед переважно завдяки подібним питанням. Все більше дорослих людей виявляють до них інтерес, і відповіді іноді бувають абсолютно несподіваними для них. Відрізняючись за масштабами як від атомів, і від зірок, ми розсуваємо горизонти досліджень, щоб охопити як дуже маленькі, і дуже великі об'єкти.

Весною 1974 р., приблизно за два роки до того, як космічний апарат«Вікінг» досяг поверхні Марса, я був в Англії на конференції, організованій Лондонським королівським товариством та присвяченій можливостям пошуку позаземних цивілізацій. Під час перерви на каві я звернув увагу на багатолюдніші збори, що проходили в сусідній залі, і з цікавості увійшов туди. Так я став свідком давнього ритуалу – прийому нових членів до Королівського товариства, яке є одним із найстаріших на планеті об'єднань учених. Попереду молодий чоловік, який сидів у інвалідному візку, дуже повільно виводив своє ім'я в книзі, попередні сторінки якої зберігали підпис Ісаака Ньютона. Коли він, нарешті, перестав розписуватися, зал вибухнув овацією. Стівен Хокінг уже тоді був легендою.

Зараз Хокінг у Кембриджському університетізаймає кафедру математики, яку колись займав Ньютон, а пізніше П. А. М. Дірак – два знамениті дослідники, які вивчали один – найбільше, а інший – найменше. Хокінг – їхній гідний наступник. Ця перша популярна книга Хокіпга містить багато корисних речей для широкої аудиторії. Книжка цікава як широтою свого змісту, вона дозволяє побачити, як працює думка її автора. Ви знайдете в ній ясні одкровення про межі фізики, астрономії, космології та мужності.

Але це також книга про Бога... а може, про відсутність Бога. Слово Бог часто з'являється на її сторінках. Хокінг вирушає на пошуки відповіді на знамените питання Ейнштейна про те, чи був у Бога якийсь вибір, коли він створював Всесвіт. Хокінг намагається, як він пише, розгадати задум Бога. Тим більше несподіваним виявляється висновок (щонайменше тимчасовий), до якого наводять ці

Який учений написав коротку історію. Коротка історія часу

Подорожі у часі

Штучний інтелект

* * *

Подяка

Глава перша Наше уявлення про Всесвіт

Подяки

Глава перша
Наше уявлення про Всесвіт