Наше представление о Вселенной

Стивен Хокинг

Короткая ИСТОРИЯ ВРЕМЕНИ.

От огромного взрыва до темных дыр

Благодарности

Книжка посвящается Джейн

Я решил испытать написать пользующуюся популярностью книжку о пространстве и времени после того, как прочел в 1982 г. курс Лёбовских лекций в Гарварде. Тогда уже было много книжек, посвященных ранешней Вселенной и черным дырам, как очень не плохих, к примеру книжка Наше представление о Вселенной Стивена Вайнберга «Первые три минуты», так и очень нехороших, которые тут незачем именовать. Но мне казалось, что ни в какой из их практически не затрагиваются те вопросы, которые побудили меня заняться исследованием космологии и квантовой теории: откуда взялась Вселенная? как и почему она появилась? придет ли ей Наше представление о Вселенной конец, а если придет, то как? Эти вопросы заинтересовывают всех нас. Но современная наука очень насыщена арифметикой, и только малочисленные спецы довольно обладают последней, чтоб разобраться в этом. Но главные представления о рождении и предстоящей судьбе Вселенной можно выложить и без помощи арифметики так, что они станут понятны даже людям Наше представление о Вселенной, не получившим научного образования. Это я и пробовал сделать в моей книжке. Читателю судить о том, как я преуспел.

Мне произнесли, что любая включенная в книжку формула в два раза уменьшит число покупателей. Тогда я решил вообщем обходиться без формул. Правда, в конце я все-же написал одно Наше представление о Вселенной уравнение – известное уравнение Эйнштейна Е=mc^2. Надеюсь, оно не отпугнет половину моих возможных читателей.

Если не считать того, что я захворал боковым амиотрофическим склерозом, то во многом остальном мне сопутствовала фортуна. Помощь и поддержка, которые мне оказывали моя супруга Джейн и малыши Роберт, Люси и Тимоти, обеспечили мне возможность вести довольно Наше представление о Вселенной-таки обычный стиль жизни и достигнуть фурроров в работе. Мне подфартило и в том, что я избрал теоретическую физику, ибо она вся вмещается в голове. Потому моя физическая немощь не стала суровым минусом. Мои научные коллеги, все без исключения, оказывали мне всегда наибольшее содействие.

На первом, «классическом» шаге моей работы Наше представление о Вселенной моими наиблежайшими ассистентами и сотрудниками были Роджер Пенроуз, Роберт Герок, Брендон Картер и Джордж Эллис. Я признателен им за помощь и за совместную работу. Этот шаг закончился изданием книжки «Крупномасштабная структура пространства-времени», которую мы с Эллисом написали в 1973 г. (Хокинг С., Эллис Дж. Крупномасштабная структура пpoстранства Наше представление о Вселенной-времени. M.: Мир, 1976).

Я бы не рекомендовал читающим последующие дальше странички обращаться к ней за дополнительной информацией: она перегружена арифметикой и тяжела для чтения. Надеюсь, что с того времени я научился писать более доступно.

На втором, «квантовом» шаге моей работы, начавшемся в 1974 г., я в главном работал с Гари Гиббонсом, Доном Наше представление о Вселенной Пэйджем и Джимом Хартлом. Я очень многим им должен, как и своим аспирантам, которые оказывали мне гигантскую помощь и в «физическом», и в «теоретическом» смысле этого слова. Необходимость не отставать от аспирантов была очень принципиальным стимулом и, как мне кажется, не позволяла мне застрять в болоте.

В Наше представление о Вселенной работе над книжкой мне сильно много помогал Брайен Уитт, один из моих студентов. В 1985 г., набросав 1-ый, примерный план книжки, я захворал воспалением легких. Пришлось лечь на операцию, и после трахеотомии я не стал гласить, а тем практически лишился способности разговаривать. Я задумывался, что не смогу окончить книжку. Но Брайен Наше представление о Вселенной нс только посодействовал мне ее переработать, да и обучил воспользоваться компьютерной программкой общения Living Center, которую мне подарил Уолт Уолтош, сотрудник конторы Words Plus, Inc., Саннивейл (шт. Калифорния). С ее помощью я могу писать книжки и статьи, также говорить с людьми средством синтезатора речи, подаренного мне другой саннивейлской Наше представление о Вселенной компанией Speech Plus. Дэвид Мэйсон установил на моем кресле-коляске этот синтезатор и маленький компьютер. Такая система все изменила: мне стало даже легче разговаривать, чем до того как я растерял глас.

Многим из числа тех, кто ознакомился с подготовительными вариациями книжки, я признателен за советы, касающиеся того, как ее Наше представление о Вселенной можно было бы сделать лучше. Так, Петер Газзарди, мой редактор издательства Bantam Books, слал мне письмо за письмом с замечаниями и вопросами по тем местам, которые, по его воззрению, были плохо объяснены. Признаться, я был очень раздражен, получив большой перечень рекомендуемых исправлений, но Газзарди оказался совсем прав. Я уверен, книжка Наше представление о Вселенной стала лучше благодаря тому, что Газзарди тыкал меня носом в ошибки.

Я выражаю глубокую благодарность моим ассистентам Колину Уилльямсу, Дэвиду Томасу и Рэймонду Лэфлемму, моим секретарям Джуди Фелле, Энн Ральф, Шерил Биллингтон и Сью Мэйси и моим медсестрам. Я бы ничего не сумел достигнуть, если б все Наше представление о Вселенной расходы на исследования и нужную мед помощь не взяли на себя Гонвилл-энд-Кайюс-колледж, Совет по научным и техническим исследованиям и фонды Леверхулма, Мак-Артура, Нуффилда и Ральфа Смита. Всем им я очень признателен.

Стивен Хокинг. 20 октября 1987 г.

Вступление

Мы живем, практически ничего не понимая в устройстве мира. Не Наше представление о Вселенной задумываемся над тем, какой механизм порождает солнечный свет, который обеспечивает наше существование, не думаем о гравитации, которая держит нас на Земле, не давая ей скинуть нас в место. Нас не заинтересовывают атомы, из которых мы состоим и от стойкости которых мы сами значимым образом зависим. Кроме малышей (которые еще очень Наше представление о Вселенной не много знают, чтоб не задавать такие суровые вопросы), не много кто разламывает голову над тем, почему природа такая, какова она есть, откуда появился космос и не существовал ли он всегда? не может ли время в один прекрасный момент повернуть назад, так что следствие будет предшествовать причине? есть ли неодолимый Наше представление о Вселенной предел людского зания? Бывают даже такие детки (я их встречал), которым охото знать, как смотрится темная дыра, какова самая малая частица вещества? почему мы помним прошедшее и не помним будущее? если ранее и правда был хаос, то как вышло, что сейчас установился видимый порядок? и почему Вселенная вообщем существует Наше представление о Вселенной?

В нашем обществе принято, что предки и учителя в ответ на эти вопросы большей частью пожимают плечами либо призывают на помощь смутно сохранившиеся в памяти ссылки на религиозные легенды. Неким не нравятся такие темы, так как в их живо находится узость людского осознания.

Но развитие философии и естественных наук продвигалось Наше представление о Вселенной вперед в главном благодаря схожим вопросам. Больше взрослых людей проявляют к ним энтузиазм, и ответы время от времени бывают совсем внезапными для их. Отличаясь по масштабам как от атомов, так и от звезд, мы раздвигаем горизонты исследовательских работ, чтоб окутать как очень мелкие, так и очень огромные объекты.

Весной Наше представление о Вселенной 1974 г., приблизительно за два года до того, как галлактический аппарат «Викинг» достигнул поверхности Марса, я был в Великобритании на конференции, организованной Английским царским обществом и посвященной способностям поиска инопланетных цивилизаций. Во время перерыва на кофе я направил внимание на еще более людное собрание, проходившее в примыкающем зале, и Наше представление о Вселенной из любопытства вошел туда. Так я стал очевидцем давнешнего обряда – приема новых членов в Королевское общество, которое является одним из наистарейших на планетке объединений ученых. Впереди юноша, сидевший в инвалидном кресле, очень медлительно выводил свое имя в книжке, прошлые странички которой хранили подпись Исаака Ньютона. Когда он, в конце Наше представление о Вселенной концов, кончил расписываться, зал разразился овацией. Стивен Хокинг уже тогда был легендой.

На данный момент Хокинг в Кембриджском институте занимает кафедру арифметики, которую когда-то занимал Ньютон, а позднее П. А. М. Дирак – два именитых исследователя, изучавшие один – самое огромное, а другой – самое малюсенькое. Хокинг – их достойный преемник Наше представление о Вселенной. Эта 1-ая пользующаяся популярностью книжка Хокипга содержит массу нужных вещей для широкой аудитории. Книжка увлекательна не только лишь широтой собственного содержания, она позволяет узреть, как работает идея ее создателя. Вы отыщите в ней ясные откровения о границах физики, астрономии, космологии и мужества.

Но это также книжка о Боге… а Наше представление о Вселенной может быть, об отсутствии Бога. Слово «Бог» нередко возникает на ее страничках. Хокинг отчаливает на поиски ответа на известный вопрос Эйнштейна о том, был ли у Бога какой-либо выбор, когда он создавал Вселенную. Хокинг пробует, как он сам пишет, разгадать план Бога. Тем паче внезапным оказывается вывод Наше представление о Вселенной (само мало временный), к которому приводят эти поиски: Вселенная без края в пространстве, без начала и конца во времени, без каких-то дел для Создателя.

Карл Саган, Корнеллский институт, Итака, шт. New-york.

Наше представление о Вселенной

Как-то один узнаваемый ученый (молвят, это был Бертран Рассел) читал публичную лекцию Наше представление о Вселенной об астрономии. Он говорил, как Земля обращается вокруг Солнца, а Солнце, в свою очередь, обращается вокруг центра большого скопления звезд, которое именуют нашей Галактикой. Когда лекция подошла к концу, из последних рядов зала поднялась малая старая леди и произнесла: «Все, что вы нам гласили, – ересь. По сути наш мир Наше представление о Вселенной – это плоская тарелка, которая стоит па спине огромной черепахи». Снисходительно улыбнувшись, ученый спросил: «А на чем держится черепаха?» – «Вы очень умны, юноша, – ответила старая леди. – Черепаха – на другой черепахе, та – тоже на черепахе, и так все ниже и ниже».

Такое представление о Вселенной как о нескончаемой башне из черепах большинству из нас Наше представление о Вселенной покажется забавным, но почему мы думаем, что сами знаем лучше? Что нам понятно о Вселенной, и как мы это узнали? Откуда взялась Вселенная, и что с ней станется? Было ли у Вселенной начало, а если было, то что происходило до начала? Какова суть времени? Кончится ли оно когда-нибудь Наше представление о Вселенной? Заслуги физики последних лет, которыми мы отчасти должны умопомрачительной новейшей технике, позволяют в конце концов получить ответы хотя бы на отдельные из таких издавна поставленных вопросов. Пройдет время, и эти ответы, может быть, станут настолько же явными, как то, что Земля крутится вокруг Солнца, а может быть, настолько же Наше представление о Вселенной несуразными, как башня из черепах. Только время (чем бы оно ни было) решит это.

Еще в 340 г. до н. э. греческий философ Аристотель в собственной книжке «О небе» привел два весомых резона в пользу того, что Земля не плоская тарелка, а круглый шар. Во-1-х, Аристотель додумался, что Наше представление о Вселенной лунные затмения происходят тогда, когда Земля оказывается меж Луной и Солнцем. Земля всегда отбрасывает на Луну круглую тень, а это может быть только в этом случае, если Земля имеет форму шара. Будь Земля плоским диском, ее тень имела бы форму вытянутого эллипса, если только затмение не происходит Наше представление о Вселенной всегда конкретно тогда, когда Солнце находится точно на оси диска. Во-2-х, по опыту собственных путешествий греки знали, что в южных районах Полярная звезда на небе размещается ниже, чем в северных. (Так как Полярная звезда находится над Северным полюсом, она будет прямо над головой наблюдающего, стоящего на Северном полюсе Наше представление о Вселенной, а человеку на экваторе покажется, что она на полосы горизонта). Зная разницу в кажущемся положении Полярной звезды в Египте и Греции, Аристотель смог даже вычислить, что длина экватора равна 400 000 стадиев. Что такое стадий, точно непонятно, но он близок к 200 метрам, и, стало быть, оценка Аристотеля приблизительно в 2 раза больше значения, принятого на Наше представление о Вселенной данный момент. У греков был к тому же 3-ий резон в пользу шарообразной формы Земли: если Земля не круглая, то почему же мы поначалу лицезреем паруса корабля, поднимающиеся над горизонтом, и только позже сам корабль?

Аристотель задумывался, что Земля недвижна, а Солнце, Луна, планетки и звезды Наше представление о Вселенной обращаются вокруг нее по радиальным орбитам. Он так считал, ибо в согласовании со своими магическими мнениями Землю считал центром Вселенной, а радиальное движение – самым совершенным. Птолемей во II веке развил идею Аристотеля в полную космологическую модель. Земля стоит в центре, окруженная восемью сферами, несущими на для себя Луну, Солнце и 5 узнаваемых Наше представление о Вселенной тогда планет: Меркурий, Венеру, Марс, Юпитер и Сатурн (рис. 1.1). Сами планетки, считал Птолемей, движутся по наименьшим кругам, скрепленным с надлежащими сферами. Это разъясняло тот очень непростой путь, который, как мы лицезреем, совершают планетки. На самой последней сфере размещаются недвижные звезды, которые, оставаясь в одном и том же Наше представление о Вселенной положении друг относительно друга, движутся по небу все совместно как единое целое. Что лежит за последней сферой, не разъяснялось, но во всяком случае это уже не было частью той Вселенной, которую следит население земли.

Модель Птолемея позволяла хорошо предвещать положение небесных тел на небосклоне, но для четкого пророчества ему пришлось Наше представление о Вселенной принять, что линия движения Луны в одних местах подходит к Земле в 2 раза поближе, чем в других! Это значит, что в одном положении Луна должна казаться в 2 раза большей, чем в другом! Птолемей знал об этом недочете, но все же его теория была признана, хотя и не всюду. Христианская Церковь Наше представление о Вселенной приняла Птолемееву модель Вселенной как не противоречащую Библии, ибо эта модель была очень хороша тем, что оставляла за пределами сферы недвижных звезд много места для ада и рая. Но в 1514 г. польский священник Николай Коперник предложил еще больше ординарную модель. (Сначала, боясь, наверняка, того, что Церковь объявит его еретиком, Коперник Наше представление о Вселенной пропагандировал свою модель анонимно). Его мысль состояла в том, что Солнце стоит бездвижно в центре, а Земля и другие планетки обращаются вокруг него по радиальным орбитам. Прошло практически столетие, до того как идею Коперника восприняли серьезно. Два астролога – германец Иоганн Кеплер и итальянец Галилео Галилей – на Наше представление о Вселенной публике выступили в поддержку теории Коперника, невзирая на то что предсказанные Коперником орбиты не совершенно совпадали с наблюдаемыми. Теории Аристотеля– Птолемея пришел конец в 1609 г., когда Галилей начал следить ночное небо при помощи только-только придуманного телескопа. Направив телескоп на планетку Юпитер, Галилей нашел несколько малеханьких спутников, либо лун, которые Наше представление о Вселенной обращаются вокруг Юпитера. Это означало, что не все небесные тела должны непременно обращаться конкретно вокруг Земли, как считали Аристотель и Птолемей. (Очевидно, можно было как и раньше считать, что Земля лежит в центре Вселенной, а луны Юпитера движутся по очень сложному пути вокруг Земли, так что только кажется Наше представление о Вселенной, как будто они обращаются вокруг Юпитера. Но теория Коперника была существенно проще.) В то же время Иоганн Кеплер видоизменил теорию Коперника, исходя из догадки, что планетки движутся не по окружностям, а по эллипсам (эллипс – это вытянутая окружность). Наконец сейчас пророчества совпали с плодами наблюдений.

Что касается Кеплера, то его эллиптические орбиты Наше представление о Вселенной были искусственной (ad hoc) догадкой, и притом «неизящной», потому что эллипс еще наименее совершенная фигура, чем круг. Практически случаем найдя, что эллиптические орбиты отлично согласуются с наблюдениями, Кеплер так и не смог примирить данный факт со собственной мыслью о том, что планетки обращаются вокруг Солнца под действием магнитных Наше представление о Вселенной сил. Разъяснение пришло только еще позже, в 1687 г., когда Исаак Ньютон опубликовал свою книжку «Математические начала натуральной философии». Ньютон в ней не только лишь выдвинул теорию движения вещественных тел во времени и пространстве, да и разработал сложные математические способы, нужные для анализа движения небесных тел. Не считая того, Ньютон постулировал Наше представление о Вселенной закон глобального тяготения, согласно которому всякое тело во Вселенной притягивается к хоть какому другому телу с тем большей силой, чем больше массы этих тел и чем меньше расстояние меж ними. Это та сила, которая принуждает тела падать на землю. (Рассказ о том, что Ньютона вдохновило яблоко, упавшее ему Наше представление о Вселенной на голову, практически наверняка недостоверен. Сам Ньютон произнес об этом только то, что идея о тяготении пришла, когда он посиживал в «созерцательном настроении», и «поводом было падение яблока»). Дальше Ньютон показал, что, согласно его закону, Луна под действием гравитационных сил движется по эллиптической орбите вокруг Земли, а Земля Наше представление о Вселенной и планетки крутятся по эллиптическим орбитам вокруг Солнца.

Модель Коперника посодействовала избавиться от Птолемеевых небесных сфер, а заодно и от представления о том, что Вселенная имеет какую-то естественную границу. Так как «неподвижные звезды» не изменяют собственного положения на небе, если не считать их радиального движения, связанного с вращением Земли вокруг собственной Наше представление о Вселенной оси, естественно было представить, что недвижные звезды – это объекты, подобные нашему Солнцу, только еще более удаленные.

Ньютон осознавал, что по его теории тяготения звезды должны притягиваться друг к другу и потому, казалось бы, не могут оставаться совершенно недвижными. Не должны ли они свалиться друг на друга, сблизившись в некий Наше представление о Вселенной точке? В 1691 г. в письме Ричарду Бентли, еще одному выдающемуся мыслителю тех пор, Ньютон гласил, что так вправду должно было бы произойти, если б у нас было только конечное число звезд в конечной области места. Но, рассуждал Ньютон, если число звезд нескончаемо и они более либо наименее умеренно распределены Наше представление о Вселенной по нескончаемому месту, то этого никогда не произойдет, потому что нет центральной точки, куда им необходимо было бы падать.

Эти рассуждения – пример того, как просто попасть впросак, ведя дискуссии о бесконечности. В нескончаемой Вселенной всякую точку можно считать центром, потому что по обе стороны от нее Наше представление о Вселенной число звезд нескончаемо. Только еще позднее сообразили, что более верный подход – взять конечную систему, в какой все звезды падают друг на друга, стремясь к центру, и поглядеть, какие будут конфигурации, если добавлять к тому же еще звезд, распределенных примерно умеренно вне рассматриваемой области. По закону Ньютона дополнительные звезды в Наше представление о Вселенной среднем никак не воздействую на начальные, т. е. звезды будут с той же скоростью падать в центр выделенной области. Сколько бы звезд мы ни добавили, они всегда будут стремиться к центру. В наше время понятно, что нескончаемая статическая модель Вселенной невозможна, если гравитационные силы всегда остаются силами обоюдного притяжения.

Любопытно, каким Наше представление о Вселенной было общее состояние научной мысли до начала XX в.: никому и в голову не пришло, что Вселенная может расширяться либо сжиматься. Все считали, что Вселенная или была всегда в постоянном состоянии, или была создана в некий момент времени в прошедшем приблизительно таковой, какова она на данный момент. Частично это, может Наше представление о Вселенной быть, разъясняется склонностью людей веровать в нескончаемые правды, также особенной соблазнительностью той мысли, что, пусть сами они состарятся и умрут, Вселенная остается нескончаемой и постоянной.

Даже тем ученым, которые сообразили, что ньютоновская теория тяготения делает неосуществимой статическую Вселенную, не приходила в голову догадка расширяющейся Вселенной. Они Наше представление о Вселенной попробовали видоизменять теорию, сделав гравитационную силу отталкивающей на очень огромных расстояниях. Это фактически не меняло предсказываемого движения планет, но зато позволяло нескончаемому рассредотачиванию звезд оставаться в равновесии, потому что притяжение близких звезд компенсировалось отталкиванием от дальних. Но на данный момент мы считаем, что такое равновесие оказалось бы неуравновешенным. По правде, если Наше представление о Вселенной в некий области звезды немножко сблизятся, то силы притяжения меж ними вырастут и станут больше сил отталкивания, так что звезды будут и далее сближаться. Если же расстояние меж звездами немножко возрастет, то перевесят силы отталкивания и расстояние будет нарастать.

Очередное возражение против модели нескончаемой статической Вселенной обычно Наше представление о Вселенной приписывается германскому философу Генриху Олберсу, который в 1823 г. опубликовал работу, посвященную этой модели. По сути многие современники Ньютона занимались той же задачей, и статья Олберса была даже не первой посреди работ, в каких высказывались суровые возражения. Ее только первой стали обширно цитировать. Возражение таково: в нескончаемой статической Вселенной хоть Наше представление о Вселенной какой луч зрения должен упираться в какую-нибудь звезду. Но тогда небо даже ночкой должно ярко сиять, как Солнце. Контраргумент Олберса состоял в том, что свет, идущий к нам от дальних звезд, должен ослабляться из-за поглощения в находящемся на его пути веществе.

Но в таком случае само это вещество должно нагреться Наше представление о Вселенной и ярко сиять, как звезды. Единственная возможность избежать вывода о ярко, как Солнце, светящемся ночном небе – представить, что звезды светились не всегда, а зажглись в некий определенный момент времени в прошедшем. Тогда поглощающее вещество, может быть, еще не успело разогреться либо же свет дальних звезд еще не дошел Наше представление о Вселенной до нас. Но появляется вопрос: почему зажглись звезды?

Естественно, неувязка появления Вселенной занимала разумы людей уже очень издавна. Согласно ряду ранешних космогонии и иудейско-христианско-мусульманским легендам, наша Вселенная появилась в некий определенный и не очень отдаленный момент времени в прошедшем. Одним из оснований таких верований была потребность отыскать Наше представление о Вселенной «первопричину» существования Вселенной. Хоть какое событие во Вселенной разъясняют, указывая его причину, т. е. другое событие, произошедшее ранее; схожее разъяснение существования самой Вселенной может быть только в этом случае, если у нее было начало. Другое основание выдвинул Блаженный Августин (правоверная Церковь считает Августина блаженным, а Церковная – святым. – прим Наше представление о Вселенной. ред.). в книжке «Град Божий». Он указал на то, что цивилизация прогрессирует, а мы помним, кто сделал то либо другое деяние и кто что изобрел. Потому население земли, а означает, возможно, и Вселенная, навряд ли очень длительно есть. Блаженный Августин считал применимой дату сотворения Вселенной, подобающую книжке «Бытия»: примерно 5000 год до Наше представление о Вселенной нашей эпохи. (Любопытно, что эта дата не так далека от конца последнего ледникового периода – 10 000 лет до н. э., который археологи считают началом цивилизации).

Аристотелю же и большинству других греческих философов не нравилась мысль сотворения Вселенной, потому что она связывалась с божественным вмешательством. Потому они считали, что люди и Наше представление о Вселенной окружающий их мир существовали и будут существовать вечно. Резон относительно прогресса цивилизации ученые древности рассматривали и решили, что в мире временами происходили потопы и другие катаклизмы, которые всегда возвращали население земли к начальной точке цивилизации.

Вопросы о том, появилась ли Вселенная в некий исходный момент времени и ограничена ли она Наше представление о Вселенной в пространстве, позже очень внимательно рассматривал философ Иммануил Кант в собственном монументальном (и очень черном) труде «Критика незапятнанного разума», который был издан в 1781 г. Он именовал эти вопросы антиномиями (т. е. противоречиями) незапятнанного разума, потому что лицезрел, что в равной мере нельзя ни обосновать, ни опровергнуть ни тезис о Наше представление о Вселенной необходимости начала Вселенной, ни антитезис о ее нескончаемом существовании. Тезис Кант аргументировал тем, что если б у Вселенной не было начала, то всякому событию предшествовал бы нескончаемый период времени, а это Кант считал бредом. В поддержку антитезиса Кант гласил, что если б Вселенная имела начало, то ему предшествовал бы Наше представление о Вселенной нескончаемый период времени, а тогда спрашивается, почему Вселенная вдруг появилась в тот, а не другой момент времени? По сути аргументы Канта практически схожи и для тезиса, и для антитезиса. Он исходит из неразговорчивого догадки, что время нескончаемо в прошедшем независимо от того, была либо не была Наше представление о Вселенной вечно Вселенная. Как мы увидим ниже, до появления Вселенной понятие времени лишено смысла. На это в первый раз указал Блаженный Августин. Когда его спрашивали, чем занимался Бог до того, как сделал Вселенную, Августин никогда не отвечал в том духе, что, дескать, Бог готовил ад для тех, кто задает подобные Наше представление о Вселенной вопросы. Нет, он гласил, что время – неотъемлемое свойство сделанной Богом Вселенной и потому до появления Вселенной времени не было.

Когда большая часть людей веровало в статическую и неизменную Вселенную, вопрос о том, имела она начало либо нет, относился, в сути, к области метафизики и теологии. Все наблюдаемые явления можно было разъяснить как Наше представление о Вселенной при помощи теории, в какой Вселенная существует вечно, так и при помощи теории, согласно которой Вселенную сотворили в некий определенный момент времени таким макаром, чтоб все смотрелось, как если б она была вечно. Но в 1929 г. Эдвин Хаббл сделал эпохальное открытие: оказалось, что в какой бы части неба Наше представление о Вселенной ни вести наблюдения, все дальние галактики стремительно удаляются от нас. Другими словами, Вселенная расширяется. Это значит, что в более ранешние времена все объекты были поближе друг к другу, чем на данный момент. Означает, было, по-видимому, время, около 10 либо 20 тыщ миллионов годов назад, когда все они находились в Наше представление о Вселенной одном месте, так что плотность Вселенной была нескончаемо большой. Изготовленное Хабблом открытие перевело вопрос о том, как появилась Вселенная, в область компетенции науки.

Наблюдения Хаббла гласили о том, что было время – так именуемый большой взрыв, когда Вселенная была нескончаемо малой и нескончаемо плотной. При таких критериях все законы науки Наше представление о Вселенной теряют смысл и не позволяют предвещать будущее. Если в еще больше ранешние времена и происходили какие-либо действия, все они равно никак не смогли бы воздействовать на то, что происходит на данный момент. Из-за отсутствия же наблюдаемых следствий ими можно просто пренебречь. Большой взрыв можно считать началом отсчета времени в Наше представление о Вселенной том смысле, что более ранешние времена могли быть просто не определены. Подчеркнем, что такое начало отсчета времени очень очень отличается от всего того, что предлагалось до Хаббла. Начало времени в неизменяющейся Вселенной есть нечто, что должно определяться кое-чем, имеющимся вне Вселенной; для начала Вселенной нет физической Наше представление о Вселенной необходимости. Сотворение Богом Вселенной можно в собственном представлении относить к хоть какому моменту времени в прошедшем. Если же Вселенная расширяется, то могут существовать физические предпосылки для того, чтоб она имела начало. Можно как и раньше представлять для себя, что конкретно Бог сделал Вселенную – в момент огромного взрыва либо даже Наше представление о Вселенной позже (но так, как если б произошел большой взрыв). Но было бы абсурдно утверждать, что Вселенная появилась ранее огромного взрыва. Представление о расширяющейся Вселенной не исключает создателя, но налагает ограничения на вероятную дату его трудов!

Чтоб можно было гласить о сути Вселенной и о том, было ли у нее Наше представление о Вселенной начало и будет ли конец, необходимо отлично представлять для себя, что такое научная теория вообщем. Я буду придерживаться простейшей точки зрения: теория – это теоретическая модель Вселенной либо какой-либо ее части, дополненная набором правил, связывающих теоретические величины с нашими наблюдениями. Эта модель существует только у нас в голове и Наше представление о Вселенной не имеет другой действительности (какой бы смысл мы ни вкладывали в это слово). Теория считается неплохой, если она удовлетворяет двум требованиям: во-1-х, она должна точно обрисовывать широкий класс наблюдений в рамках модели, содержащей только несколько случайных частей, и, во-2-х, теория должна давать полностью определенные пророчества относительно результатов будущих Наше представление о Вселенной наблюдений. К примеру, теория Аристотеля, согласно которой все состоит из 4 частей – земли, воздуха, огня и воды, – была довольно обычной, чтоб называться теорией, но с ее помощью нельзя было получить никаких определенных пророчеств. Теория же тяготения Ньютона исходила из еще больше обычный модели, в какой тела притягиваются друг Наше представление о Вселенной к другу с силой, пропорциональной некой величине, именуемой их массой, и назад пропорциональной квадрату расстояния меж ними. Но теория Ньютона очень точно предвещает движение Солнца, Луны и планет.

Неважно какая физическая теория всегда носит временный нрав в том смысле, что является всего только догадкой, которую нельзя обосновать. Сколько бы раз Наше представление о Вселенной ни констатировалось согласие теории с экспериментальными данными, нельзя быть уверенным в том, что в последующий раз опыт не войдет в противоречие с теорией. В то же время всякую теорию можно опровергнуть, сославшись на одно-единственное наблюдение, которое не согласуется с ее пророчествами. Как указывал философ Карл Поппер, спец в Наше представление о Вселенной области философии науки, нужным признаком неплохой теории будет то, что она позволяет сделать пророчества, которые в принципе могут быть экспериментально опровергнуты. Каждый раз, когда новые опыты подтверждают пророчества теории, теория показывает свою жизненность, и наша вера в нее крепчает. Но если хоть одно новое наблюдение не согласуется с теорией Наше представление о Вселенной, нам приходится или отрешиться от нее, или переработать. Такая по последней мере логика, хотя, естественно, вы всегда вправе усомниться в компетентности того, кто проводил наблюдения.

На практике нередко оказывается, что новенькая теория по сути является расширением предшествующей теории. К примеру, очень четкие наблюдения за планеткой Меркурий выявили маленькие расхождения Наше представление о Вселенной меж ее движением и пророчествами ньютоновской теории тяготения. Согласно общей теории относительности Эйнштейна, Меркурий должен двигаться мало по другому, чем выходит в теории Ньютона. Тот факт, что пророчества Эйнштейна совпадают с плодами наблюдений, а пророчества Ньютона не совпадают, стал одним из решающих подтверждений новейшей теории. Правда, на практике мы Наше представление о Вселенной до сего времени пользуемся теорией Ньютона, потому что в тех случаях, с которыми мы обычно сталкиваемся, ее пророчества сильно мало отличаются от пророчеств общей теории относительности. (Теория Ньютона имеет к тому же то большущее преимущество, что с ней еще проще работать, чем с теорией Эйнштейна).

Конечной целью науки является создание единой Наше представление о Вселенной теории, которая обрисовывала бы всю Вселенную. Решая эту задачку, большая часть ученых делят ее на две части. 1-ая часть – это законы, которые дают нам возможность выяснить, как Вселенная меняется с течением времени. (Зная, как смотрится Вселенная в некий один момент времени, мы при помощи этих законов можем выяснить, что Наше представление о Вселенной с ней произойдет в хоть какой более поздний момент времени). 2-ая часть – неувязка исходного состояния Вселенной. Некие считают, что наука должна заниматься только первой частью, а вопрос о том, что было сначала, считают делом метафизики и религии. Сторонники такового представления молвят, что, так как Бог всемогущ, в его воле Наше представление о Вселенной было «запустить» Вселенную как угодно. Если они правы, то у Бога была возможность сделать так, чтоб Вселенная развивалась совсем произвольно. Бог же, по-видимому, предпочел, чтоб она развивалась очень часто, по определенным законам. Но тогда настолько же разумно представить, что есть к тому же законы, управляющие Наше представление о Вселенной исходным состоянием Вселенной.

Оказывается, очень тяжело сходу создавать теорию, которая обрисовывала бы всю Вселенную. Заместо этого мы делим задачку на части и строим личные теории. Любая из их обрисовывает один ограниченный класс наблюдений и делает относительно него пророчества, пренебрегая воздействием всех других величин либо представляя последние ординарными наборами чисел Наше представление о Вселенной. Может быть, что таковой подход совсем неправилен. Если все во Вселенной базовым образом находится в зависимости от всего другого, то может быть, что, исследуя отдельные части задачки изолированно, нельзя приблизиться к полному ее решению. Все же в прошедшем наш прогресс шел конкретно таким методом. Традиционным примером снова может служить ньютоновская теория Наше представление о Вселенной тяготения, согласно которой гравитационная сила, действующая меж 2-мя телами, зависит только от одной свойства каждого тела, а конкретно от его массы, но не находится в зависимости от того, из какого вещества состоят тела. Как следует, для вычисления орбит, по которым движутся Солнце и планетки, не нужна теория их структуры Наше представление о Вселенной и состава.

На данный момент есть две главные личные теории для описания Вселенной – общая теория относительности и квантовая механика. Обе они – итог большущих умственных усилий ученых первой половины нашего века. Общая теория относительности обрисовывает гравитационное взаимодействие и крупномасштабную структуру Вселенной, т. е. структуру в масштабе от нескольких Наше представление о Вселенной км до миллиона миллиона миллиона миллиона (единица с 20 4-мя пулями) км, либо до размеров наблюдаемой части Вселенной. Квантовая механика же имеет дело с явлениями в очень малых масштабах, таких, как одна миллионная одной миллионной сантиметра. И эти две теории, к огорчению, несовместны – они не могут быть сразу правильными. Одним Наше представление о Вселенной из основных направлений исследовательских работ в современной физике и главной темой этой книжки является поиск новейшей теории, которая соединила бы две прошлые в одну – в квантовую теорию гравитации. Пока таковой теории нет, и ее, может быть, еще придется длительно ожидать, но мы уже знаем многие из числа тех параметров Наше представление о Вселенной, которыми она должна владеть. В последующих главах вы увидите, что нам уже много понятно о том, какие пророчества должны вытекать из квантовой теории гравитации.

Если вы считаете, что Вселенная развивается не произвольным образом, а подчиняется определенным законам, то в конце концов вам придется соединить все личные теории в единую полную Наше представление о Вселенной, которая будет обрисовывать все во Вселенной. Правда, в поиски таковой единой теории заложен один базовый феномен. Все произнесенное выше о научных теориях подразумевает, что мы являемся разумными созданиями, можем создавать во Вселенной какие угодно наблюдения и на базе этих наблюдений делать логические заключения. В таковой схеме естественно представить Наше представление о Вселенной, что в принципе мы могли бы еще поближе подойти к осознанию законов, которым подчиняется наша Вселенная. Но если единая теория вправду существует, то она, наверняка, тоже должна каким-то образом оказывать влияние на наши деяния. Тогда и сама теория должна определять итог наших поисков ее же! А почему она должна Наше представление о Вселенной заблаговременно предопределять, что мы создадим правильные выводы из наблюдений? Почему бы ей с таким же фуррором не привести нас к неправильным выводам? либо же вообщем ни к каким?

Я могу предложить всего только один ответ на эти вопросы. Он основан на дарвиновском принципе естественного отбора. Моя мысль заключается Наше представление о Вселенной в том, что в хоть какой популяции организмов, способных к самовоспроизведению, неминуемы генетические варианты и различия в воспитании отдельных индивидуумов. Это означает, что некие индивиды более других способны делать правильные выводы об окружающем их мире и поступать в согласовании с этими выводами. У таких индивидуумов будет больше шансов выжить и дать Наше представление о Вселенной потомство, а поэтому их образ мыслей и их поведение станут доминирующими. В прошедшем ум и способность к научному открытию непременно обеспечивали достоинства в выживании. Правда, совершенно не разумеется, что все произнесенное правильно и на данный момент: изготовленные нами научные открытия могут нас же и убить, но даже если Наше представление о Вселенной этого не случится, полная единая теория навряд ли очень воздействует на наши шансы выжить. Все же, коль скоро Вселенная развивается постоянным образом, можно считать, что возможности к рассуждению, которые мы заполучили в итоге искусственного отбора, проявятся в поисках единой полной теории и посодействуют избежать некорректных выводов.


nasledovanie-ponyatie-i-osnovaniya.html
nasledovanie-referat.html
nasledovaniya-metodi-izucheniya-reciproknie-vozvratnie-i-pogloshayushie-skreshivaniya.html