Який вчений написав коротку історію часу. Коротка історія часу

Вчора, 14 березня 2018 року, помер Стівен Хокінг. Один з найвідоміших учених протягом півстоліття залишався в центрі уваги з безлічі причин: боротьба з хворобою, книга «Коротка історія часу», заяви про небезпеку штучного інтелекту, дослідження в області чорних дірок. Нехай більшість його досягнень в повній мірі можуть зрозуміти і оцінити лише вчені зі світовим ім'ям, Хокінг зробив головне - він зацікавив наукою звичайних людей.

Невірно вважати, що Хокінг став знаменитим тільки через свою хворобу. Бічний аміотрофічний склероз (БАС) почав розвиватися у вченого ще під час навчання. Через рік після закінчення Оксфордського університету (1962 рік) 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. В кінцевому підсумку це призводить до відмови кінцівок і паралічу. Лікування до сих пір не існує.

Хокингу в деякому сенсі пощастило: хвороба прогресувала повільніше, ніж зустрічається в більшості випадків. В інвалідному візку він виявився тільки до кінця шістдесятих. Але в 1985 році трапляється нова напасть: вчений підчепив запалення легенів. Для збереження життя йому зробили трахеостомию. Так Хокінг втратив ще й голос. Розмовляв вчений через синтезатор мови. Для управління комп'ютером він використовував вказівний палець правої руки - єдиний, що зберіг рухливість.

Перебуваючи під замком свого тіла, один з найвидатніших умів як мінімум XX століття (а то й взагалі в історії людства) сформулював кілька найважливіших гіпотез і припущень, які можуть виявитися пророчими.
Чорні діри

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

На честь Хокінга назвали процес випромінювання чорної дірою елементарних частинок, тобто її «випаровування». Процес, зрозуміло, суто гіпотетичний. Як і більшість припущень вченого, перевірити його теорії в доступному для огляду майбутньому просто неможливо.

Навіщо тоді воно все треба? Досить згадати історію Пітера Хіггса. Ще в 1964 році він висунув теорію про існування елементарної частинки, яка визначає інертну масу бозонів. Знайти це вдалося лише через майже 50 років під час досліджень на Великому адронному колайдері. Хіггс, півстоліття намагався довести свою правоту, в 2013 році все-таки отримав Нобелівську премію. Цікаво, що Хокінг тоді проспорив $ 100: він був упевнений, що бозон Хіггса не зможуть відкрити.

Можна припустити, що гіпотези Хокінга чекає та ж 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 в науковому середовищі і важливість робіт ніколи не оскаржувалися.

Хокінг разом з професором Джимом Хартлі висунули модель всесвіту без кордонів в просторі і часі. Вчені порівнювали всесвіт з Землею, тільки набагато більше - як неможливо дійти до краю Землі (хоча плоскоземци і намагаються), так і у Всесвіті не існує стінок.

У 2015 році Хокінг висунув нову теорію. Він вважав, що чорні діри - своєрідні портали в паралельний всесвіт. На думку вченого, об'єкти і дані при попаданні в чорну діру не зникають, а переміщаються в інший вимір.
майбутнє людства

Поряд з гіпотезами навколо чорних дір Хокінга займали більш приземлені речі на зразок 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 і реалістичним.

Хокінг вважав, що люди занадто активно взялися споживати ресурси планети, що призведе до їх виснаження і всім супутнім проблемам.

«Ми не стали менш жадібними або дурними. З моменту нашого останнього інтерв'ю населення Землі збільшилося на півмільярда, і немає цьому кінця. До 2100 року 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 при нинішньому етапі розвитку подібні місії неможливі: «На Землі закінчується місце, нам потрібно прорватися через технічні бар'єри, які заважають нам жити десь ще у Всесвіті».

Подорожі в часі

Відомо, що під час навчання в університеті Хокінг був класичним ботаніком: не ходив на вечірки, які не був замішаний у сумнівних справах, вільний час займав книгами і класичною музикою. Проте, почуття гумору у нього виразно було.

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

«Я не відправляв запрошення до тих пір, поки вечірка не закінчилася. Я довго чекав, але ніхто не прийшов », - розповів Хокінг.

Штучний інтелект

Хокінг поряд з Ілоною Маском багато разів повторював про небезпеку штучного інтелекту. На його думку, створення ІІ стане одним з головних відкриттів в історії, але при цьому поставить людей під загрозу. Наприклад, що буде, якщо штучний розум стане новою формою життя і вважатиме людини загрозою для свого існування? Або поставить свої цілі вище потреб і вказівок людей? Вийде такий собі сценарій «Термінатора» в реальності.

Учений 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 не представляється можливим. Він наживив гачки і закинув вудки, а улов доведеться діставати його наступникам - доводити теорії, досліджувати припущення і гіпотези.

Джеремі Кларксон зацікавив автомобілями мільйони людей, у яких і водійських прав немає. Хокінг зробив те ж саме: захопив наукою тих, для кого пізнання в хімії закінчилися на визначенні валентності, а у фізиці - на формулі E \u003d mс². За це йому і спасибі.

A BRIEF HISTORY OF TIME

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

* * *

присвячується Джейн

Подяка

Я вирішив спробувати написати популярну книгу про простір і час після того, як в 1982 р прочитав курс Лёбовскіх лекцій в Гарварді. Тоді вже було чимало книг, присвячених ранньому Всесвіті і чорних дірок, як дуже хороших, наприклад книга Стівена Вайнберга «Перші три хвилини», так і дуже поганих, які тут нема чого називати. Але мені здавалося, що ні в одній з них фактично не будуть зачіпатися ті питання, які спонукали мене зайнятися вивченням космології та квантової теорії: звідки взялася Всесвіт? Як і чому вона виникла? Чи прийде їй кінець, а якщо прийде, то як? Ці питання цікавлять всіх нас. Але сучасна наука насичена математикою, і лише нечисленні фахівці достатньо володіють нею, щоб розібратися у всьому цьому. Однак основні уявлення про народження і подальшу долю Всесвіту можна викласти і без допомоги математики так, що вони стануть зрозумілі навіть людям, які не отримали спеціальної освіти. Це я і намагався зробити в своїй книзі. Наскільки я досяг успіху в цьому - судити читачеві.

Мені сказали, що кожна включена в книгу формула вдвічі зменшить число покупців. Тоді я вирішив взагалі обходитися без формул. Правда, в кінці я все-таки написав одне рівняння - знамените рівняння Ейнштейна Е \u003d mc². Сподіваюся, воно не відлякає половину моїх потенційних читачів.

Якщо не брати до уваги моєї недуги - бічного аміотрофічного склерозу, - то майже в усьому іншому мені щастило. Допомога і підтримка, які мені надавали моя дружина Джейн і діти Роберт, Люсі і Тімоті, забезпечили мені можливість вести відносно нормальний спосіб життя і добитися успіхів в роботі. Мені пощастило і в тому, що я вибрав теоретичну фізику, бо вона вся вміщується в голові. Тому моя тілесна неміч не стала серйозною перешкодою. Мої колеги, все без винятку, завжди надавали мені максимальне сприяння.

На першому, «класичному» етапі роботи моїми найближчими колегами і помічниками були Роджер Пенроуз, Роберт Герок, Брендон Картер і Джордж Елліс. Я вдячний їм за допомогу і за 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 і важка для читання. Сподіваюся, що з тих пір я навчився писати доступніше.

На другому, «квантовому» етапі моєї роботи, що почався в 1974 р, я працював в основному з Гарі Гиббонсом, Доном Пейджем і Джимом Хартлі. Я дуже багато чим зобов'язаний їм, а також своїм аспірантам, які надавали мені величезну допомогу як в «фізичному», так і в «теоретичному» сенсі цього слова. Необхідність не відставати від аспірантів була надзвичайно важливим стимулом і, як мені здається, не дозволяла мені застрягти в болоті.

У роботі над цією книгою мені дуже багато допомагав Брайен Вітт, один з моїх студентів. У 1985 р, накидавши перший, приблизний план книги, я захворів на запалення легенів. А потім - операція, і після трахеотомії я перестав говорити, фактично втративши можливість спілкуватися. Я думав, що не зможу закінчити книгу. Але Брайен не тільки допоміг мені її переробити, але і 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 і статті, а також розмовляти з людьми за допомогою синтезатора мови, подарованого мені інший саннівейлской фірмою Speech Plus. Девід Мейсон встановив на моєму кріслі-колясці цей синтезатор і невеликий персональний комп'ютер. Ця система все змінила: спілкуватися мені стало навіть легше, ніж до того, як я втратив голос.

Багатьом з тих, хто ознайомився з попередніми варіантами книги, я вдячний за поради, що стосуються того, як її можна було б поліпшити. Так, Петер Газзарді, редактор видавництва Bantam Books, слав мені лист за листом з зауваженнями і питаннями щодо тих положень, які, на його думку, були погано пояснені. Зізнатися, я був сильно роздратований, отримавши величезний список рекомендованих виправлень, але Газзарді виявився абсолютно прав. Я впевнений, що книга стала набагато краще завдяки тому, що Газзарді тикав мене носом в помилки.

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

Я б нічого не зміг досягти, якби всі витрати на наукові дослідження і необхідну медичну допомогу не взяли на себе Гонвілл-енд-Кайюс-коледж, Рада з наукових і технічних досліджень і фонди Леверхулма, Мак-Артура, Нуффілда і Ральфа Сміта. Всім їм я 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, в свою чергу, обертається навколо центру величезного скупчення зірок, яке називають нашою Галактикою. Коли лекція підійшла до кінця, з останнього ряду піднялася маленька літня леді і сказала: «Все, що ви нам говорили, нісенітниця. Насправді наш світ - плоска тарілка, яка стоїть на спині гігантської черепахи ». Поблажливо посміхнувшись, вчений запитав: «А на чому тримається черепаха?» - «Ви дуже розумні, молода людина, - відповіла старенька. - Черепаха - на інший черепасі, та - теж на черепасі, і так далі, і так далі ».

Уявлення про Всесвіт як про нескінченну вежі 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 було у Всесвіті початок, а якщо було, то що відбувалося до початку? Яка сутність часу? Скінчиться воно коли-небудь? Досягнення фізики останніх років, якими ми в якійсь мірі зобов'язані фантастичною нової техніки, дозволяють нарешті отримати відповіді хоча б на деякі з подібних давно стоять перед нами. Пройде час, і ці відповіді, можливо, будуть настільки ж безперечними, як те, що Земля обертається навколо Сонця, а може бути, настільки ж безглуздими, як вежа з черепах. Тільки час (чим би воно не було) вирішить це.

Ще в 340 р. До н.е. е. грецький філософ Аристотель у своїй книзі «Про небі» навів два вагомих доводи на користь того, що Земля не плоска, як тарілка, а кругла, як куля. По-перше, Аристотель здогадався, що місячні затемнення відбуваються тоді, коли Земля опиняється між Місяцем і Сонцем. Земля завжди відкидає на Місяць круглу тінь, а це може бути лише в тому випадку, якщо Земля має форму кулі. Будь Земля 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 в південних районах Полярна зірка на небі спостерігається нижче, ніж в 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 уявній положенні Полярної зірки в Єгипті та Греції, Аристотель зумів навіть вирахувати , що довжина екватора становить 400 000 стадій. Чому дорівнював стадій, точно не відомо, але він становив приблизно 200 метрів, і, отже, 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 і зірки обертаються навколо неї по кругових орбітах. У відповідності зі своїми містичними поглядами він вважав Землю центром Всесвіту, а круговий рух - самим досконалим. У II столітті Птолемей розвинув ідею Аристотеля в повну космологічну модель. Земля стоїть в центрі, оточена вісьмома сферами, що несуть на собі Місяць, Сонце і п'ять відомих тоді планет: Меркурій, Венеру, Марс, Юпітер і Сатурн (рис. 1.1). Самі планети, вважав Птолемей, рухаються за меншими колам, скріпленим з відповідними сферами. Це пояснювало той досить складний шлях, який, як ми бачимо, здійснюють планети. На самій останній сфері розташовуються нерухомі зірки, які, залишаючись в одному і тому ж положенні відносно один одного, рухаються по небу всі разом, як єдине ціле. Що лежить за останній сферою, що не пояснювалося, але у всякому разі це вже не було частиною тієї Всесвіту, яку спостерігає людство.

Мал. 1.1

Модель Птолемея дозволяла непогано передбачати положення небесних тіл на небосхилі, але для точного передбачення йому довелося прийняти, що в одних місцях траєкторія Місяця проходить в 2 рази ближче до Землі, ніж в інших. Це означає, що в одному положенні Місяць повинна здаватися в 2 рази більшою, ніж в іншому! Птолемей знав про цей недолік, але тим не менше його теорія була визнана, хоча і не скрізь. Християнська Церква прийняла птолемеевой модель Всесвіту як яка не суперечить Біблії: ця модель була хороша тим, що залишала за межами сфери нерухомих зірок багато місця для пекла і раю. Однак в 1514 польський священик Микола Коперник запропонував ще більш просту 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 й інші планети обертаються навколо нього по кругових орбітах. Минуло майже століття, перш ніж ідею Коперника сприйняли серйозно. Два астронома - німець Йоганн Кеплер і італієць Галілео Галілей - виступили на підтримку теорії Коперника, незважаючи на те що передбачені Коперником орбіти не зовсім збігалися з спостерігаються. Теорія Аристотеля - Птолемея була визнана неспроможною в 1609 р, коли Галілей почав спостерігати нічне небо за допомогою тільки що винайденого телескопа. Направивши телескоп на планету Юпітер, Галілей виявив кілька маленьких супутників, або лун, які обертаються навколо Юпітера. Це означало, що не всі небесні тіла повинні обов'язково звертатися безпосередньо навколо Землі, як вважали Аристотель і Птолемей. (Зрозуміло, можна було і раніше вважати, що Земля спочиває в центрі Всесвіту, а супутники Юпітера рухаються по дуже складному шляху навколо Землі, так що лише здається, ніби вони обертаються навколо Юпітера. Однак теорія Коперника була значно простіше.) У той же час Йоганн Кеплер модифікував теорію Коперника, виходячи з припущення, що планети рухаються не по колу, а по еліпсам (еліпс - це витягнута окружність). Нарешті тепер передбачення збіглися з результатами спостережень.

Що стосується Кеплера, то його еліптичні орбіти були штучної (ad hoc) гіпотезою, і до того ж «невитонченої», так як еліпс набагато менш досконала фігура, 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 дією магнітних сил. Пояснення прийшло набагато пізніше, в 1687 р, коли Ісаак Ньютон опублікував свою книгу «Математичні початки натуральної філософії». У ній Ньютон не тільки висунув теорію руху матеріальних тіл у часі і просторі, але і розробив складні математичні методи, необхідні для аналізу руху небесних тіл. Крім того, Ньютон постулював закон всесвітнього тяжіння, згідно з яким будь-яке тіло у Всесвіті притягається до будь-якого іншого тіла з тим більшою силою, чим більше маси цих тіл і чим менше відстань між ними. Це та сама сила, яка змушує тіла падати на землю. (Розповідь про те, що Ньютона надихнуло яблуко, яке впало йому на голову, майже напевно недостовірний. Сам Ньютон сказав про це лише те, що думка про тяжіння прийшла йому в голову, коли він сидів у «споглядальному настрої» і «приводом було падіння яблука ».) Далі Ньютон показав, що, згідно з її законодавством, Місяць під дією гравітаційних сил рухається по еліптичній орбіті навколо Землі, а Земля і планети обертаються по еліптичних орбітах навколо Сонця.

Модель Коперника допомогла позбавитися від птолемеевой небесних сфер, а заодно і від уявлення про те, що Всесвіт має якусь природну кордон. Оскільки «нерухомі зірки» не змінюють свого положення 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 більш віддалені.

Ньютон розумів, що по його теорії тяжіння зірки повинні притягатися один до одного і тому, здавалося б, не можуть залишатися зовсім нерухомими. Чи не повинні вони впасти один на одного, зблизившись в якійсь точці? У 1691 р в листі Ричарда Бентли, видатному мислителю того часу, Ньютон говорив, що так дійсно мало б статися, якби у нас було лише кінцеве число зірок в кінцевої області простору. Але, міркував Ньютон, якщо число зірок нескінченно і вони більш-менш рівномірно розподілені по нескінченному простору, то цього ніколи не станеться, так як немає центральної точки, куди їм потрібно було б падати.

Ці міркування - приклад того, як легко потрапити в халепу, ведучи розмови про нескінченності. У нескінченного Всесвіту будь-яку точку можна вважати центром, так як по обидва боки від неї число зірок нескінченно. Лише набагато пізніше зрозуміли, що більш правильний підхід - взяти кінцеву систему, в якій всі зірки падають один на одного, прагнучи до центру, і подивитися, які будуть зміни, якщо додавати ще й ще зірок, розподілених приблизно рівномірно поза розглянутій області. Згідно із законом Ньютона додаткові зірки в середньому ніяк не вплинуть на первинні, т. Е. Зірки будуть з тією ж швидкістю падати в центр виділеної області. Скільки б зірок ми не додали, вони завжди будуть прагнути до центру. У наш час відомо, що нескінченна статична модель Всесвіту неможлива, якщо гравітаційні сили завжди залишаються силами взаємного тяжіння.

Цікаво, яким було загальний стан наукової думки до початку ХХ ст .: нікому і в голову не прийшло, що Всесвіт може розширюватися або стискатися. Всі вважали, що Всесвіт коли існувала завжди в незмінному стані, або була створена в якийсь момент часу в минулому приблизно таким, яким воно зараз. Почасти це, може бути, пояснюється схильністю людей вірити в вічні істини, а також особливою привабливістю тієї думки, що, хоч самі вони постаріють і помруть, Всесвіт залишиться вічною і незмінною.

Навіть тим вченим, які зрозуміли, що ньютонівська теорія тяжіння робить неможливою статичну Всесвіт, чи не приходила в голову гіпотеза розширюється Всесвіту. Вони спробували модифікувати теорію, зробивши гравітаційну силу відразливою на дуже великих відстанях. Це практично не змінювало пророкує руху планет, але зате дозволяло безкінечного розподілу зірок залишатися в рівновазі, так як тяжіння близьких зірок компенсувалося відвернути від далеких. Але зараз ми вважаємо, що така рівновага виявилося б нестійким. Справді, якщо в якійсь області зірки трохи зблизяться, то сили тяжіння між ними зростуть і стануть більше сил відштовхування, так що зірки будуть і далі зближуватися. Якщо ж відстань між зірками трохи збільшиться, то переважать сили відштовхування і відстань буде наростати.

Ще одне заперечення проти моделі нескінченної статичної Всесвіту зазвичай приписується німецькому філософу Генріху Олберса, який в 1823 р опублікував роботу, присвячену цій моделі. Насправді багато сучасники Ньютона займалися тим же завданням, і стаття Олберса була навіть не першою серед робіт, в яких висловлювалися серйозні заперечення. Першою її стали лише широко цитувати. Заперечення таке: в нескінченній статичної Всесвіту будь-який промінь зору повинен упиратися в якусь зірку. Але тоді небо навіть вночі має яскраво світитися, як Сонце. Контраргумент Олберса полягав у тому, що світло, що йде до нас від далеких зірок, повинен послаблюватися через поглинання в що знаходиться на його шляху речовині. Але в такому випадку саме ця речовина має нагрітися і яскраво світитися, як зірки. Єдина можливість уникнути висновку про яскраво, як Сонце, що світиться нічному небі - припустити, що зірки сяяли не завжди, а загорілися в якийсь певний момент часу в минулому. Тоді поглинає речовина, можливо, ще не встигло розігрітися або ж світло далеких зірок ще не дійшов до нас. Але виникає питання: чому запалилися зірки?

Звичайно, проблема виникнення Всесвіту займала розуми людей уже дуже давно. Згідно ряду ранніх космогонії і іудейсько-християнсько-мусульманським міфам, наша Всесвіт виник в 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, т. Е. Іншу подію, що сталася раніше; подібне пояснення існування самої Всесвіту можливо лише в тому випадку, якщо у неї був початок. Інша підстава висунув Августин Блаженний у своєму творі «Про град Божий». Він вказав на те, що цивілізація прогресує, а ми пам'ятаємо, хто зробив те чи інше діяння і хто що винайшов. Тому людство, а значить, ймовірно, і Всесвіт навряд чи дуже довго існують. Августин Блаженний вважав прийнятною дату створення Всесвіту, відповідну книзі Буття: приблизно 5000 рік до н. е. (Цікаво, що ця дата не така вже й далека від кінця останнього льодовикового періоду - 10 000 років до н. Е., Який археологи вважають початком цивілізації.)

Арістотелем же і більшості інших грецьких філософів не подобалася ідея створення Всесвіту, так як вона зв'язувалася з божественним втручанням. Тому вони вважали, що люди й навколишній світ існували і будуть існувати вічно. Довід щодо прогресу цивілізації вчені давнини розглядали і вирішили, що в світі періодично відбувалися потопи та інші катаклізми, які весь час повертали людство до вихідної точки цивілізації.

Питання про те, чи виникла Всесвіт в якийсь початковий момент часу і обмежена вона в просторі, пізніше дуже пильно розглядав філософ Іммануїл Кант в своїй монументальній (і дуже неясне) праці «Критика чистого розуму», який був виданий в 1781 р він назвав ці питання антиноміями (т. е. протиріччями) чистого розуму, бо бачив, що в рівній мірі не можна ні довести, ні спростувати як тезу про необхідність початку Всесвіту, так і антитеза про її вічне існування. Теза Кант аргументував тим, що якби у Всесвіті не було початку, те кожен 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 виникла в той, а не в інший момент часу? Насправді аргументи Канта фактично однакові і для тези, і для антитези. Він виходить з мовчазного припущення, що час нескінченно в минулому незалежно від того, існувала або не існувала вічно Всесвіт. Як ми побачимо нижче, до виникнення Всесвіту поняття часу позбавлене сенсу. На це вперше вказав Августин Блаженний. Коли його запитували, чим займався Бог до того, як створив Всесвіт, Августин ніколи не відповідав в тому дусі, що, мовляв, Бог готував пекло для тих, хто задає такі питання. Ні, він говорив, що час - невід'ємна властивість створеної Богом Всесвіту і тому до виникнення Всесвіту часу не було.

Коли більшість людей вірило в статичну і незмінну Всесвіт, питання про те, чи мала вона початок чи ні, ставився, по суті, до області метафізики і теології. Всі явища, що спостерігаються 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 все виглядало, як якби вона існувала вічно. Але в 1929 р Едвін Хаббл зробив епохальне відкриття: виявилося, що в якій би частині неба ні вести спостереження, всі далекі галактики швидко віддаляються від нас. Іншими словами, Всесвіт розширюється. Це означає, що в більш ранні часи всі об'єкти були ближче один до одного, ніж зараз. Значить, було, мабуть, час, близько десяти або двадцяти тисяч мільйонів років тому, коли вони всі перебували в одному місці, так що щільність Всесвіту була нескінченно великою. Зроблене Хабблом відкриття перевело питання про те, як виник Всесвіт, в область компетенції науки.

Спостереження Хаббла свідчили про те, що був час - так званий великий вибух, коли Всесвіт був нескінченно малої і нескінченно щільною. При таких умовах всі закони науки втрачають сенс і не дозволяють передбачати майбутнє. Якщо в ще більш ранні часи і відбувалися будь-які події, вони все одно ніяк не змогли б вплинути на те, що відбувається зараз. Через відсутність ж спостережуваних наслідків ними можна просто знехтувати. Великий Вибух можна вважати початком відліку часу в тому сенсі, що більш ранні часи були б просто не визначені. Підкреслимо, що такий початок відліку часу дуже сильно відрізняється від всього, що пропонувалося до Хаббла. Початок часу в незмінній Всесвіті є щось, що має визначатися чимось, які існують поза Всесвіту; для початку Всесвіту немає фізичної необхідності. Створено Богом Всесвіту можна у своєму поданні відносити до будь-якого моменту часу в минулому. Якщо ж Всесвіт розширюється, то можуть існувати фізичні причини для того, щоб вона мала початок. Можна як і раніше уявляти собі, що саме Бог створив Всесвіт - в момент Великого Вибуху або навіть пізніше (але так, як якщо б стався Великий Вибух). Однак було б абсурдно стверджувати, що Всесвіт виник раніше Великого Вибуху. Подання про розширення Всесвіту не виключає творця, але накладає обмеження на можливу дату його праць!

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

Будь-яка фізична теорія завжди носить тимчасовий характер в тому сенсі, що є всього лише гіпотезою, яку не можна довести. Скільки б разів не констатувалося згоду теорії з експериментальними даними, не можна бути впевненим у тому, що в наступний раз експеримент не увійде в суперечність з теорією. У той же час будь-яку теорію можна спростувати, пославшись на одне-єдине спостереження, яке не узгоджується з її прогнозами. Як вказував філософ Карл Поппер, фахівець в області філософії науки, необхідною ознакою гарної теорії є те, що вона дозволяє зробити передбачення, які в принципі можуть бути експериментально спростовані. Всякий раз, коли нові експерименти підтверджують передбачення 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 вправі засумніватися в компетентності того, хто проводив спостереження.

На практиці часто виявляється, що нова теорія насправді є розширенням попередньої. Наприклад, надзвичайно точні спостереження за планетою Меркурій виявили невеликі розбіжності між її рухом і передбаченнями ньютонівської теорії тяжіння. Відповідно до загальної теорії відносності Ейнштейна, Меркурій повинен рухатися трохи інакше, ніж виходить в теорії Ньютона. Той факт, що передбачення Ейнштейна збігаються з результатами спостережень, а передбачення Ньютона не збігаються, став одним з вирішальних підтверджень нової теорії. Правда, на практиці ми до сих пір користуємося теорією Ньютона, так як в тих випадках, з якими ми зазвичай стикаємося, її передбачення дуже мало відрізняються від прогнозів загальної теорії відносності. (Теорія Ньютона має ще і 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 цю задачу, більшість вчених поділяють її на дві частини. Перша частина - це закони, які дають нам можливість 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 більш пізній момент часу.) Друга частина - проблема початкового стану Всесвіту. Деякі вважають, що наука повинна займатися тільки першою частиною, а питання про те, що було спочатку, вважають справою метафізики і релігії. Прихильники такої думки говорять, що, оскільки Бог всемогутній, в його волі було «запустити» Всесвіт як завгодно. Якщо вони мають рацію, то у Бога була можливість зробити так, щоб Всесвіт розвивалася абсолютно довільно. Бог же, мабуть, вважав за краще, щоб вона розвивалася досить регулярно, за певними законами. Але тоді настільки ж логічно припустити, що існують ще й закони, що керують початковим станом Всесвіту.

Виявляється, дуже важко відразу створювати теорію, яка описувала б весь Всесвіт. Замість цього ми ділимо завдання на частини і будуємо приватні теорії. Кожна з них описує один обмежений клас спостережень і робить щодо нього передбачення, нехтуючи впливом всіх інших величин або представляючи останні простими наборами чисел. Можливо, що такий підхід абсолютно неправильний. Якщо все у Всесвіті фундаментальним чином залежить від всього іншого, то можливо, що, досліджуючи окремі частини завдання ізольовано, не можна наблизитися до повного її вирішення. Проте в минулому наш прогрес йшов саме таким шляхом. Класичним прикладом знову може служити ньютоновская 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, по яких рухаються Сонце і планети, не потрібна теорія їх структури і складу.

Зараз є дві основні приватні теорії для опису Всесвіту: загальна теорія відносності і квантова механіка. Обидві вони - результат величезних інтелектуальних зусиль вчених першої половини XX століття. Загальна теорія відносності описує гравітаційну взаємодію і великомасштабну структуру Всесвіту, т. Е. Структуру в масштабі від декількох кілометрів до мільйона мільйона мільйона мільйона (одиниця з двадцятьма чотирма нулями) кілометрів, або до розмірів спостерігається частини Всесвіту. Квантова механіка ж має справу з явищами в украй малих масштабах, таких, як одна мільйонна однієї мільйонної сантиметри. І ці дві теорії, на жаль, несумісні - вони не можуть бути одночасно правильними. Одним з головних напрямків досліджень в сучасній фізиці і головною темою цієї книги є пошук нової теорії, яка об'єднала б дві попередні в одну - в квантову теорію гравітації. Поки такої теорії немає, і її, може бути, ще доведеться довго чекати, але ми вже знаємо багато з тих властивостей, якими вона повинна володіти. У наступних розділах ви побачите, що нам вже чимало відомо про те, які прогнози повинні випливати з квантової теорії гравітації.

Якщо ви вважаєте, що Всесвіт розвивається не довільним чином, а підпорядковується певним законам, то в кінці кінців вам доведеться об'єднати всі приватні теорії в єдину повну, яка буде описувати все у Всесвіті. Правда, в пошуки такої єдиної теорії закладений один фундаментальний парадокс. Все сказане вище про наукових теоріях передбачає, що ми є розумними істотами, можемо виробляти у Всесвіті які завгодно 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 підкоряється наш Всесвіт. Але якщо єдина теорія дійсно існує, то вона, напевно, теж повинна якимось чином впливати на наші дії. І тоді сама теорія повинна визначати результат наших пошуків її ж! А чому вона повинна заздалегідь визначати, що ми зробимо правильні висновки зі спостережень? Чому б їй з таким же успіхом не привести нас до неправильних висновків? Або взагалі ні до яких?

Подяки

Книга присвячується Джейн

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

Мені сказали, що кожна включена в книгу формула вдвічі зменшить число покупців. Тоді я вирішив взагалі обходитися без формул. Правда, в кінці я все-таки написав одне рівняння - знамените рівняння Ейнштейна Е \u003d mc ^ 2. Сподіваюся, воно не відлякає половину моїх потенційних читачів.

Якщо не брати до уваги того, що я захворів на бічний аміотрофічний склероз, то багато в чому іншому мені щастило. 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 добитися успіхів в роботі. Мені пощастило і в тому, що я вибрав теоретичну фізику, бо вона вся вміщається в голові. Тому моя фізична неміч не стала серйозним мінусом. Мої наукові колеги, все без винятку, надавали мені завжди максимальне сприяння.

На першому, «класичному» етапі моєї роботи моїми найближчими помічниками і співробітниками були Роджер Пенроуз, Роберт Герок, Брендон Картер і Джордж Елліс. Я вдячний їм за допомогу і за 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 пpoстранства-часу. M .: Світ, 1976).

На другому, «квантовому» етапі моєї роботи, що почався в 1974 р, я в основному працював з Гарі Гиббонсом, Доном Пейджем і Джимом Хартлі. Я дуже багатьом їм зобов'язаний, як і своїм аспірантам, які надавали мені величезну допомогу і в «фізичному», і в «теоретичному» сенсі цього слова. Необхідність не відставати від аспірантів була надзвичайно важливим стимулом і, як мені здається, не дозволяла мені застрягти в болоті.

У роботі над книгою мені дуже багато допомагав Брайен Вітт, один з моїх студентів. У 1985 р, накидавши перший, приблизний 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 думав, що не зможу закінчити книгу. Але Брайен нс тільки допоміг мені її переробити, але і 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 і статті, а також розмовляти з людьми за допомогою синтезатора мови, подарованого мені інший саннівейлской фірмою Speech Plus. Девід Мейсон встановив на моєму кріслі-колясці 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-популярній літературі. Цей твір розширить ваші горизонти і допоможе дізнатися багато цікавого про нашу всесвіту. Написана в 1988 р Розрахована на широке коло читачів.

Стівен Хокінг - англійський фізик-теоретик. Він з'явився на світ в Оксфорді в розпал Другої світової війни. Закінчив Оксфордський і Кембриджський університети. Пізніше працював в одному з них викладачем. Не отримавши ніякого математичної освіти, він вчив цього предмету своїх студентів, випереджаючи їх у вивченні програми всього на пару тижнів. В остаточному підсумку він переключився на астрономію і квантову фізику, зробивши кілька відкриттів в цій області. На початку 1960 році йому поставили страшний діагноз - захворювання центральної нервової системи, яке не піддається лікуванню. Згодом його паралізувало, він втратив здатність розмовляти. Але це не зломило його. Використовуючи сучасні розробки, Стівен продовжує вести активну соціальну і наукове життя. Має безліч нагород. Леонард Млодінов - американський фізик. Народився в Чикаго. Зі школи почав цікавитися математикою і хімією. У 1973 р один семестр провчився в Ізраїлі, де читав лекції з фізики. Закінчив Каліфорнійський університет. Пізніше почав займатися науковими розробками і писати книги. Має нагороди за свої дослідження.

Як саме утворилася наша всесвіт? З наукової точки зору показано звідки саме беруться поняття простору і часу і як вони формуються. Розповідається про появу і існування чорних дір - самої таємничої матерії космосу. З самого свого написання ця книга стала бестселером. Потім протягом ряду років вона редагувалася письменниками і доповнювалася новітніми дослідженнями в області космології.

Стівен Хокінг

Коротка історія ЧАСУ.

Від великого вибуху до чорних дір

Подяки

Книга присвячується Джейн

Мені сказали, що кожна включена в книгу формула вдвічі зменшить число покупців. Тоді я вирішив взагалі обходитися без формул. Правда, в кінці я все-таки написав одне рівняння - знамените рівняння Ейнштейна Е \u003d mc ^ 2. Сподіваюся, воно не відлякає половину моїх потенційних читачів.

Багатьом з тих, хто ознайомився з попередніми варіантами книги, я вдячний за поради, що стосуються того, як її можна було б поліпшити. Так, Петер Газзарді, мій редактор видавництва Bantam Books, слав мені лист за листом з зауваженнями і питаннями по тих місцях, які, на його думку, були погано пояснені. Зізнатися, я був сильно роздратований, отримавши величезний список рекомендованих виправлень, але Газзарді виявився абсолютно прав. Я впевнений, книга стала краще завдяки тому, що Газзарді тикав мене носом в помилки.

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

Передмова

Ми живемо, майже нічого не розуміючи в устрої світу. Чи не замислюємося над тим, який механізм породжує сонячне світло, який забезпечує наше існування, не думаємо про гравітації, яка утримує нас на Землі, не даючи їй скинути нас в простір. Нас не цікавлять атоми, з яких ми складаємося і від стійкості яких ми самі істотно залежимо. За винятком дітей (які ще занадто мало знають, щоб не ставити такі серйозні питання), мало хто ламає голову над тим, чому природа така, яка вона є, звідки з'явився космос і не існував він завжди? чи не може час одного разу повернути назад, так що слідство буде передувати причини? чи є непереборний 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 і не пам'ятаємо майбутнє? якщо раніше і 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 смутно збереглися в пам'яті посилання на релігійні легенди. Декому не подобаються такі теми, тому що в них жваво виявляється вузькість людського розуміння.

Але розвиток філософії і природних наук просувалося вперед в основному 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, так і від зірок, ми розсовуємо горизонти досліджень, щоб охопити як дуже маленькі, так і дуже великі об'єкти.

Навесні 1974 г., приблизно за два роки до того, як космічний апарат «Вікінг» досяг поверхні Марса, я був в Англії на конференції, організованій Лондонським королівським товариством і присвяченій можливостям пошуку позаземних цивілізацій. Під час перерви на каву я звернув увагу на набагато більш велелюдне зібрання, що проходило в сусідньому залі, і з цікавості зайшов туди. Так я став свідком давнього ритуалу - прийому нових членів в Королівське суспільство, яке є одним з найстаріших на планеті об'єднань вчених. Попереду молодий чоловік, який сидів в інвалідному кріслі, дуже повільно виводив своє ім'я в книзі, попередні сторінки якої зберігали підпис Ісаака Ньютона. Коли він, нарешті, скінчив розписуватися, зал вибухнув овацією. Стівен Хокінг уже тоді був легендою.

Зараз Хокінг в Кембриджському університеті керує кафедрою математики, яку колись займав Ньютон, а пізніше П. А. М. Дірак - два знаменитих дослідника, які вивчали один - найбільше, а інший - найменше. Хокінг - їх гідний наступник. Ця перша популярна книга Хокіпга містить масу корисних речей для широкої аудиторії. Книга цікава не тільки широтою свого змісту, вона дозволяє побачити, як працює думка її автора. Ви знайдете в ній ясні одкровення про межі фізики, астрономії, космології і мужності.

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

Який вчений написав коротку історію часу. Коротка історія часу

Подорожі в часі

Штучний інтелект

* * *

Подяка

Глава перша Наше уявлення про Всесвіт

Подяки

Глава перша
Наше уявлення про Всесвіт