Stephen Hawking rövid időtörténeti összefoglaló. Stephen Hawking: Egy zseni rövid története

A szovjet kor hőse: Georgij Alekszandrovics Kalinyak munkás története (1910-09/14/1989) 1910-ben született Grodnóban. 1927-ben 7 osztályt végzett középiskola Vitebsk. 1928 óta Leningrádban élt. 1928-ban a Kozhmetalloshtamp artelben kezdett dolgozni sajtókezelőként, majd 1929-től

P. Soldatenkov – „Szerelmi történet, betegségtörténet” Nincs unalmasabb, mint mások betegségeiről és mások paráznaságáról beszélni. Anna Akhmatova Nem szeretem, ha tekintélyes kreatív emberek arról beszélnek, hogyan ivott. Megértem, hogy ivott, de előtérbe helyezik

Köszönetnyilvánítás

A könyvet Jane-nek ajánljuk

Miután 1982-ben a Harvardon tartottam a Loeb Lectures-t, úgy döntöttem, hogy megpróbálok írni egy népszerű könyvet a térről és az időről. Akkoriban már jó néhány könyv szólt a korai Univerzumról és a fekete lyukakról, mindkettő nagyon jó, például Steven Weinberg „Az első három perc” című könyve, és nagyon rosszak is, amelyeket nem kell itt megnevezni. De nekem úgy tűnt, hogy egyikük sem érintette azokat a kérdéseket, amelyek arra késztettek, hogy tanulmányozzam a kozmológiát és kvantumelmélet: Honnan jött az Univerzum? hogyan és miért keletkezett? vége lesz, és ha lesz, hogyan? Ezek a kérdések mindannyiunkat érdekelnek. De a modern tudomány nagyon gazdag matematikában, és ez utóbbiról csak néhány szakember rendelkezik elegendő tudással, hogy ezt megértse. Az Univerzum születésével és további sorsával kapcsolatos alapgondolatok azonban a matematika segítsége nélkül is bemutathatók, így azok számára is érthetővé válnak, akik nem kaptak tudományos oktatás. Ezt próbáltam megtenni a könyvemben. Az olvasónak kell eldöntenie, hogy mennyire vagyok sikeres.

Azt mondták nekem, hogy a könyvben szereplő minden képlet felére csökkenti a vásárlók számát. Aztán úgy döntöttem, hogy teljesen nélkülözöm a tápszereket. Igaz, végül mégis írtam egy egyenletet - a híres Einstein-egyenletet E=mc^2. Remélem, nem riasztja el potenciális olvasóim felét.

Azon kívül, hogy amiotrófiás laterális szklerózisban betegedtem meg, szinte minden másban szerencsém volt. A feleségem, Jane és gyermekeim, Robert, Lucy és Timothy segítsége és támogatása lehetővé tette számomra, hogy meglehetősen normális életet éljek, és sikereket érjek el a munkában. Szerencsém volt abban, amit választottam elméleti fizika, mert minden belefér a fejbe. Ezért a testi gyengeségem nem lett komoly hátrány. Tudományos kollégáim kivétel nélkül mindig maximális segítséget nyújtottak.

Munkám első, „klasszikus” szakaszában a legközelebbi asszisztenseim és munkatársaim Roger Penrose, Robert Gerok, Brandon Carter és George Ellis voltak. Hálás vagyok nekik a segítségükért és az együttműködésükért. Ez a szakasz a „Large-scale structure of space-time” című könyv megjelenésével zárult, amelyet Ellis és én 1973-ban írtunk (Hawking S., Ellis J. Large-scale structure of space-time. M.: Mir, 1976 ).

Munkám második, "kvantum" szakaszában, amely 1974-ben kezdődött, elsősorban Gary Gibbonsszal, Don Page-el és Jim Hartle-lel dolgoztam. Sokat köszönhetek nekik, valamint végzős hallgatóimnak, akik óriási segítséget nyújtottak a szó „fizikai” és „elméleti” értelmében egyaránt. Az, hogy lépést kell tartanom a végzős hallgatókkal, rendkívül fontos motiváció volt, és azt hiszem, megakadályozott abban, hogy beleragadjak a sárba.

Brian Witt, az egyik tanítványom sokat segített a könyvön való munkám során. 1985-ben, miután felvázoltam a könyv első durva vázlatát, tüdőgyulladásban betegedtem meg. Meg kellett műteni, és a légcsőmetszés után abbahagytam a beszédet, így majdnem elvesztettem a kommunikációs képességemet. Azt hittem, nem fogom tudni befejezni a könyvet. De Brian nemcsak átdolgozásában segített, hanem megtanított a Living Center számítógépes kommunikációs program használatára is, amelyet Walt Waltosh, a kaliforniai sunnyvale-i Words Plus, Inc. alkalmazottja adott nekem. Segítségével könyveket és cikkeket írhatok, valamint beszélhetek emberekkel egy másik sunnyvale-i cég, a Speech Plus által nekem adott beszédszintetizátoron keresztül. David Mason ezt a szintetizátort és egy kis személyi számítógépet telepítette a tolószékemre. Ez a rendszer mindent megváltoztatott: még könnyebbé vált a kommunikáció, mint azelőtt, hogy elvesztettem a hangomat.

Jelenlegi oldal: 1 (a könyvnek összesen 4 oldala van) [olvasható rész: 1 oldal]

Stephen Hawking
Az idő rövid története. Az ősrobbanástól a fekete lyukakig

AZ IDŐ RÖVID TÖRTÉNETE

A kiadó köszönetét fejezi ki a Writers House LLC (USA) és a Synopsis Literary Agency (Oroszország) irodalmi ügynökségeknek a jogok megszerzésében nyújtott segítségükért.

© Stephen Hawking 1988.

© N.Ya. Smorodinskaya, per. angolból, 2017

© Y.A. Smorodinsky, utószó, 2017

© AST Publishing House LLC, 2017

* * *

Dedikált Jane-nek

Hála

1982-ben, a Harvardon tartott Loeb Lectures után döntöttem úgy, hogy megpróbálok írni egy népszerű könyvet a térről és az időről. Akkoriban már jó néhány könyv szólt a korai Univerzumról és a fekete lyukakról, mindkettő nagyon jó, például Steven Weinberg „Az első három perc” című könyve, és nagyon rosszak is, amelyeket nem kell itt megnevezni. De úgy tűnt számomra, hogy egyikük sem foglalkozott azokkal a kérdésekkel, amelyek a kozmológia és a kvantumelmélet tanulmányozására késztettek: honnan jött az univerzum? Hogyan és miért keletkezett? Lesz-e ennek a vége, és ha igen, hogyan? Ezek a kérdések mindannyiunkat érdekelnek. De a modern tudomány tele van matematikával, és csak néhány szakember ismeri annyira, hogy mindezt megértse. Az Univerzum születésével és további sorsával kapcsolatos alapgondolatok azonban a matematika segítsége nélkül is bemutathatók, így azok számára is érthetővé válnak, akik nem kaptak speciális oktatás. Ezt próbáltam megtenni a könyvemben. Hogy ez mennyire sikerült, azt az olvasó döntse el.

Azt mondták nekem, hogy a könyvben szereplő minden képlet felére csökkenti a vásárlók számát. Aztán úgy döntöttem, hogy teljesen nélkülözöm a tápszereket. Igaz, végül mégis írtam egy egyenletet - a híres Einstein-egyenletet E=mc². Remélem, nem riasztja el potenciális olvasóim felét.

A betegségemen - amiotrófiás laterális szklerózison - kívül szinte minden másban szerencsém volt. A feleségem, Jane és gyermekeim, Robert, Lucy és Timothy segítsége és támogatása lehetővé tette számomra, hogy viszonylag normális életet éljek, és sikereket érjek el a munkában. Az is szerencsém volt, hogy az elméleti fizikát választottam, mert ez mind belefér a fejembe. Ezért a testi gyengeségem nem lett komoly akadály. Kollégáim kivétel nélkül mindig maximális segítséget nyújtottak.

Munkám első, „klasszikus” szakaszában a legközelebbi kollégáim és asszisztenseim Roger Penrose, Robert Gerok, Brandon Carter és George Ellis voltak. Hálás vagyok nekik a segítségükért és az együttműködésükért. Ez a szakasz a The Large-Scale Structure of Spacetime című könyv kiadásában csúcsosodott ki, amelyet Ellis és én 1973-ban írtunk. 1
Hawking S, Ellis J. A téridő nagy léptékű szerkezete. M.: Mir, 1977.

Nem javaslom az olvasóknak, hogy vegyék fel vele a kapcsolatot további információk: Túlterhelt képletekkel és nehezen olvasható. Remélem, azóta megtanultam könnyebben írni.

Munkám második, "kvantum" szakaszában, amely 1974-ben kezdődött, elsősorban Gary Gibbonsszal, Don Page-el és Jim Hartle-lel dolgoztam. Sokat köszönhetek nekik, valamint végzős hallgatóimnak, akik óriási segítséget nyújtottak a szó „fizikai” és „elméleti” értelmében egyaránt. Az, hogy lépést kell tartanom a végzős hallgatókkal, rendkívül fontos motiváció volt, és azt hiszem, megakadályozott abban, hogy beleragadjak a sárba.

Brian Witt, az egyik tanítványom sokat segített ennek a könyvnek a megírásában. 1985-ben, miután felvázoltam a könyv első durva vázlatát, tüdőgyulladásban betegedtem meg. Aztán a műtét, és a tracheotómia után abbahagytam a beszédet, lényegében elvesztettem a kommunikációs képességemet. Azt hittem, nem fogom tudni befejezni a könyvet. De Brian nem csak segített átdolgozni, hanem megtanított a Living Center kommunikációs számítógépes program használatára is, amelyet Walt Waltosh, a Words Plus, Inc.-től (Sunnyvale, California) adott. Segítségével könyveket és cikkeket írhatok, valamint beszélhetek emberekkel egy másik sunnyvale-i cég, a Speech Plus által nekem adott beszédszintetizátoron keresztül. David Mason ezt a szintetizátort és egy kis személyi számítógépet telepítette a tolószékemre. Ez a rendszer mindent megváltoztatott: még könnyebbé vált a kommunikáció, mint mielőtt elvesztettem volna a hangomat.

Hálás vagyok azoknak a tanácsaiért, akik elolvasták a könyv előzetes verzióit, hogy hogyan lehetne javítani. Így Peter Gazzardi, a Bantam Books szerkesztője levélről levélre küldött nekem megjegyzéseket és kérdéseket olyan pontokkal kapcsolatban, amelyeket véleménye szerint rosszul magyaráztak meg. Igaz, eléggé bosszús voltam, amikor hatalmas listát kaptam az ajánlott javításokról, de Gazzardinak teljesen igaza volt. Biztos vagyok benne, hogy a könyvet sokkal jobbá tette az, hogy Gazzardi az orromat dörgölte a hibákba.

Legmélyebb hálával tartozom asszisztenseimnek, Colin Williamsnek, David Thomasnak és Raymond Laflamme-nek, titkáraimnak, Judy Fellának, Ann Ralphnak, Cheryl Billingtonnak és Sue Macynek, valamint az ápolóimnak.

Nem tudnék semmit elérni, ha az összes költséget tudományos kutatásés szükséges egészségügyi ellátás A Gonville és Caius College, a Tudományos és Műszaki Kutatási Tanács és a Leverhulme, MacArthur, Nuffield és Ralph Smith Alapítvány nem vállalta. Mindannyiuknak nagyon hálás vagyok.

Stephen Hawking

Első fejezet
A mi elképzelésünk az Univerzumról

Egyszer egy híres tudós (azt mondják, Bertrand Russell volt) olvasott nyilvános előadás a csillagászatban. Elmondta, hogyan kering a Föld a Nap körül, a Nap pedig a Galaxisunknak nevezett hatalmas csillaghalmaz közepe körül. Amikor az előadás véget ért, utolsó sor egy kis idős hölgy felállt, és azt mondta: „Minden, amit mondtál nekünk, ostobaság. Valójában a világunk egy lapos tányér, amely egy óriási teknős hátán ül.” A tudós elnézően mosolyogva megkérdezte: „Mit támogat a teknős?” – Nagyon okos vagy, fiatalember – válaszolta az idős hölgy. "Egy teknős egy másik teknősön, az is egy teknősön, és így tovább, és így tovább."

A legtöbbünk számára viccesnek tűnik az Univerzum, mint a teknősök végtelen tornya, de miért gondoljuk azt, hogy jobban tudjuk? Mit tudunk az Univerzumról és honnan tudtuk? Honnan jött az Univerzum és mi lesz vele? Volt-e kezdete az Univerzumnak, és ha igen, mi történt? a kezdés előtt? Mi az idő lényege? Vége lesz valaha? A fizika eredményei utóbbi években, amit bizonyos mértékig a fantasztikusnak köszönhetünk új technológia, engedje meg, hogy végre választ kapjunk e régóta felmerülő kérdések legalább egy részére. Az idő el fog múlni, és ezek a válaszok valószínűleg olyan biztosak lesznek, mint az a tény, hogy a Föld a Nap körül kering, és talán olyan nevetséges, mint egy teknőstorony. Csak az idő (bármi is az) dönt.

Még ie 340-ben. e. Arisztotelész görög filozófus „A mennyekről” című könyvében két nyomós érvet hozott fel amellett, hogy a Föld nem lapos, mint egy tányér, hanem kerek, mint egy labda. Először Arisztotelész sejtette holdfogyatkozások akkor fordulnak elő, amikor a Föld a Hold és a Nap között van. A Föld mindig kerek árnyékot vet a Holdra, és ez csak akkor történhet meg, ha a Föld gömb alakú. Ha a Föld lapos korong lenne, az árnyéka megnyúlt ellipszis alakú lenne – hacsak nem mindig abban a pillanatban történik a fogyatkozás, amikor a Nap pontosan a korong tengelyén van. Másodszor, tapasztalataim alapján tengeri utazás a görögök tudták ezt déli régiók A sarkcsillag alacsonyabban látható az égen, mint az északi csillagokon. (Mivel a Polaris fent van Északi-sark, közvetlenül az Északi-sarkon álló megfigyelő feje fölött lesz, és az egyenlítői ember számára úgy tűnik, hogy a horizonton van.) A látszólagos helyzet különbségének ismeretében Északi csillag Egyiptomban és Görögországban Arisztotelész még azt is ki tudta számolni, hogy az Egyenlítő hossza 400 000 stadion. Hogy pontosan mi volt a stadion, azt nem tudni pontosan, de körülbelül 200 méter volt, ezért Arisztotelész becslése körülbelül 2-szeres volt. nagyobb érték, most elfogadva. A görögöknek volt egy harmadik érve is a Föld gömbalakja mellett: ha a Föld nem kerek, akkor miért látjuk először egy hajó vitorláit a horizont fölé emelkedni, és csak azután magát a hajót?

Arisztotelész úgy gondolta, hogy a Föld mozdulatlan, és a Nap, a Hold, a bolygók és a csillagok körpályán keringenek körülötte. Misztikus nézeteinek megfelelően a Földet tartotta az Univerzum középpontjának, a körkörös mozgást pedig a legtökéletesebbnek. A 2. században Ptolemaiosz a legteljesebb mértékben fejlesztette ki Arisztotelész gondolatát. kozmológiai modell. A középpontban a Föld áll, körülvéve nyolc gömböt, amelyeken a Hold, a Nap és az öt akkor ismert bolygó: Merkúr, Vénusz, Mars, Jupiter és Szaturnusz található (1.1. ábra). Maguk a bolygók Ptolemaiosz szerint kisebb körökben mozognak, amelyek a megfelelő gömbökhöz kapcsolódnak. Ez megmagyarázta azt a nagyon összetett utat, amelyen a bolygók járnak. A legutolsó gömbben találhatók állócsillagok, amelyek egymáshoz képest ugyanabban a helyzetben maradva, egy egészként együtt mozognak az égen. Hogy mi van az utolsó szférán túl, azt nem magyarázták meg, de mindenesetre ez már nem volt az Univerzum része, amelyet az emberiség megfigyel.

Rizs. 1.1

Ptolemaiosz modellje lehetővé tette a helyzet jó előrejelzését égitestek az égen, de a pontos előrejelzéshez el kellett fogadnia, hogy egyes helyeken a Hold pályája 2-szer közelebb halad a Földhöz, mint máshol. Ez azt jelenti, hogy az egyik helyzetben a Holdnak kétszer nagyobbnak kell lennie, mint a másikban! Ptolemaiosz tisztában volt ezzel a hiányossággal, de elméletét ennek ellenére elismerték, bár nem mindenhol. keresztény egyház elfogadta az Univerzum ptolemaioszi modelljét, mint ami nem mond ellent a Bibliának: ez a modell azért volt jó, mert sok teret hagyott a pokolnak és a mennynek az állócsillagok szféráján kívül. 1514-ben azonban Nicolaus Kopernikusz lengyel pap még ennél is többet javasolt egyszerű modell. (Először talán attól tartva, hogy az egyház eretneknek nyilvánítja, Kopernikusz névtelenül népszerűsítette modelljét.) Az volt az elképzelése, hogy a Nap mozdulatlanul áll a középpontban, a Föld és más bolygók pedig körpályán keringenek körülötte. Majdnem egy évszázad telt el, mire Kopernikusz ötletét komolyan vették. Két csillagász – a német Johannes Kepler és az olasz Galileo Galilei – kiállt Kopernikusz elmélete mellett, annak ellenére, hogy a Kopernikusz által megjósolt pályák nem pontosan egyeztek a megfigyeltekkel. Az Arisztotelész-Ptolemaiosz elméletet tarthatatlannak találták 1609-ben, amikor Galilei egy újonnan feltalált távcső segítségével kezdte megfigyelni az éjszakai égboltot. Távcsövét a Jupiter bolygóra irányítva Galilei több kis műholdat vagy holdat fedezett fel, amelyek a Jupiter körül keringenek. Ez azt jelentette, hogy nem minden égitestnek kell feltétlenül közvetlenül a Föld körül keringnie, ahogy Arisztotelész és Ptolemaiosz hitte. (Persze továbbra is feltételezhető, hogy a Föld nyugalomban van az Univerzum középpontjában, és a Jupiter holdjai nagyon közel mozognak nehéz út a Föld körül, így csak a Jupiter körül keringőnek tűnnek. Kopernikusz elmélete azonban sokkal egyszerűbb volt.) Ugyanakkor Johannes Kepler módosította Kopernikusz elméletét azon a feltételezésen alapulva, hogy a bolygók nem körökben, hanem ellipszisekben mozognak (az ellipszis egy megnyúlt kör). Végül most az előrejelzések egybeestek a megfigyelések eredményeivel.

Ami Keplert illeti, elliptikus pályái mesterséges (ad hoc) hipotézisnek számítottak, ráadásul „kegyetlennek”, mivel az ellipszis sokkal kevésbé tökéletes alak, mint egy kör. Miután szinte véletlenül felfedezte, hogy az elliptikus pályák jó összhangban vannak a megfigyelésekkel, Kepler soha nem tudta ezt a tényt összeegyeztetni azzal az elképzelésével, hogy a bolygók mágneses erők hatására keringenek a Nap körül. A magyarázat sokkal később, 1687-ben érkezett, amikor Isaac Newton kiadta „Mathematical Principles of Natural Philosophy” című könyvét. Ebben Newton nemcsak az anyagi testek időben és térben való mozgásának elméletét terjesztette elő, hanem komplexet is fejlesztett matematikai módszerek, az égitestek mozgásának elemzéséhez szükséges. Ezenkívül Newton feltételezte az univerzális gravitáció törvényét, amely szerint az Univerzum minden teste nagyobb erővel vonzódik bármely más testhez, mint több tömeg ezek a testek és minél kisebb a távolság közöttük. Ez ugyanaz az erő, amely a testeket a földre ejti. (Az a történet, miszerint Newtont a fejére hulló alma ihlette, szinte biztosan megbízhatatlan. Newton maga csak annyit mondott, hogy a gravitáció gondolata akkor merült fel benne, amikor „elmélkedő hangulatban” ült, és „az alkalom az esés volt. Newton továbbá megmutatta, hogy törvénye szerint a Hold gravitációs erők hatására elliptikus pályán mozog a Föld körül, és a Föld és a bolygók együtt forognak. elliptikus pályák a Nap körül.

A kopernikuszi modell segített megszabadulni a Ptolemaioszoktól égi szférák, és egyúttal abból az elképzelésből, hogy az Univerzumnak van valamiféle természetes határa. Mivel az "állócsillagok" nem változtatják helyzetüket az égen, kivéve a sajátjukat körkörös mozgás, a Föld tengelye körüli forgásával összefüggésbe hozható, természetes volt azt feltételezni, hogy az állócsillagok Napunkhoz hasonló objektumok, csak sokkal távolabbiak.

Newton megértette, hogy gravitációs elmélete szerint a csillagoknak vonzódniuk kell egymáshoz, és ezért, úgy tűnik, nem maradhatnak teljesen mozdulatlanok. Nem kellene egymásnak esniük, hogy valamikor közelebb kerüljenek? 1691-ben, Richard Bentleynek, a kor kiemelkedő gondolkodójának írt levelében Newton azt mondta, hogy ez valóban megtörténne, ha csak végső szám csillagok a tér véges tartományában. De Newton érvelése szerint, ha a csillagok száma végtelen, és többé-kevésbé egyenletesen oszlanak el a végtelen térben, akkor ez soha nem fog megtörténni, mivel nincs középpontja, ahol le kell esniük.

Ezek az érvek példát mutatnak arra, hogy milyen könnyű bajba kerülni, ha a végtelenről beszélünk. IN végtelen univerzum bármely pont középpontnak tekinthető, hiszen mindkét oldalán végtelen a csillagok száma. Erre csak jóval később jöttek rá jobban a helyes megközelítés- vegyünk egy véges rendszert, amelyben az összes csillag egymásra esik, a középpont felé tartva, és nézzük meg, milyen változások történnek, ha újabb és újabb csillagokat adunk hozzá, amelyek megközelítőleg egyenletesen oszlanak el a vizsgált régión kívül. Newton törvénye szerint a további csillagok átlagosan semmilyen módon nem befolyásolják az eredeti csillagokat, azaz a csillagok azonos sebességgel esnek a kiválasztott terület közepére. Nem számít, hány csillagot adunk hozzá, mindig a középpontba kerülnek. Manapság ismert, hogy az Univerzum végtelen statikus modellje lehetetlen, ha a gravitációs erők mindig kölcsönös vonzerő erői maradnak.

Vajon milyen volt általános állapot század elejéig a tudományos gondolkodás: soha senkinek nem jutott eszébe, hogy az Univerzum tágulhat vagy összehúzódhat. Mindenki azt hitte, hogy az Univerzum vagy mindig változatlan állapotban létezett, vagy valamikor a múltban keletkezett, körülbelül úgy, ahogy most van. Ez részben azzal magyarázható, hogy az emberek hajlamosak hinni az örök igazságokban, valamint azzal a különleges vonzerővel, hogy bár ők maguk megöregednek és meghalnak, az Univerzum örök és változatlan marad.

Még azok a tudósok sem gondoltak a táguló univerzum hipotézisére, akik felismerték, hogy Newton gravitációs elmélete lehetetlenné tette a statikus univerzumot. Az elméletet úgy próbálták módosítani, hogy a gravitációs erőt nagyon nagy távolságokon taszítóvá tették. Ez gyakorlatilag nem változtatta meg a bolygók előre jelzett mozgását, de lehetővé tette, hogy a csillagok végtelen eloszlása ​​egyensúlyban maradjon, mivel a közeli csillagok vonzását a távoli csillagok taszítása kompenzálta. De most úgy gondoljuk, hogy egy ilyen egyensúly instabil lenne. Valójában, ha egy területen a csillagok egy kicsit közelebb kerülnek egymáshoz, akkor a köztük lévő vonzó erők növekedni fognak, és nagyobbak lesznek, mint a taszító erők, így a csillagok továbbra is közelednek. Ha a csillagok közötti távolság kissé megnő, akkor a taszító erők nagyobbak lesznek, és a távolság megnő.

A végtelen statikus univerzum modelljével szembeni másik kifogást általában Heinrich Olbers német filozófusnak tulajdonítják, aki 1823-ban publikált erről a modellről. Valójában Newton kortársai közül sokan dolgoztak ugyanezen a problémán, és Albers lapja sem volt az első, amely komoly kifogást emelt. Ő volt az első, akit széles körben idéztek. Az ellenvetés a következő: egy végtelen statikus Univerzumban a látás bármely sugarának valamilyen csillagon kell nyugodnia. De akkor az égboltnak még éjszaka is fényesen kell világítania, akár a Napnak. Olbers ellenérve az volt, hogy a távoli csillagokból hozzánk érkező fényt az útjába kerülő anyag abszorpciójával kell gyengíteni. De ebben az esetben ennek az anyagnak magának fel kell melegednie és fényesen világítania, mint a csillagoknak. Az egyetlen módja annak, hogy elkerüljük azt a következtetést, hogy az éjszakai égbolt a Naphoz hasonlóan fényesen világít, ha feltételezzük, hogy a csillagok nem mindig világítottak, hanem a múltban egy bizonyos időpontban világítottak. Akkor lehet, hogy az elnyelő anyagnak még nem volt ideje felmelegedni, vagy a távoli csillagok fénye még nem ért el hozzánk. De felmerül a kérdés: miért gyulladtak ki a csillagok?

Természetesen az Univerzum keletkezésének problémája már nagyon régóta foglalkoztatja az embereket. Számos korai kozmogónia és zsidó-keresztény-muszlim mítosz szerint Univerzumunk egy meghatározott és nem túl távoli időpontban keletkezett a múltban. Az ilyen hiedelmek egyik oka az volt, hogy meg kellett találni az Univerzum létezésének „első okát”. Az Univerzum bármely eseményét úgy magyarázzák, hogy megjelölik annak okát, vagyis egy másik eseményt, amely korábban történt; magának az Univerzumnak a létezésének ilyen magyarázata csak akkor lehetséges, ha volt kezdete. Egy másik okot állított fel Szent Ágoston 2
Boldog Ágoston(354–430) – teológus, egyházatya, a keresztény történelemfilozófia megalapítója. – Jegyzet szerk.

„Isten városáról” című esszéjében. Rámutatott, hogy a civilizáció fejlődik, és emlékszünk arra, hogy ki követte el ezt vagy azt a tettet, és ki mit talált ki. Ezért az emberiség, és ezért valószínűleg az Univerzum, nem valószínű, hogy sokáig létezik. Boldog Ágoston az Univerzum létrehozásának elfogadható dátumának tekintette, ami megfelel a Teremtés könyvének: körülbelül ie 5000. e. (Érdekes módon ez a dátum nincs olyan messze az utolsó végétől jégkorszak– Kr.e. 10.000 Kr.e., amit a régészek a civilizáció kezdetének tartanak.)

Arisztotelész és a legtöbb görög filozófus nem szerette az Univerzum létrehozásának gondolatát, mivel az isteni beavatkozáshoz kapcsolódott. Ezért azt hitték, hogy az emberek és a körülöttük lévő világ léteznek és örökké létezni fognak. Érvelés a civilizáció fejlődésével kapcsolatban ókori tudósok mérlegelte és úgy döntött, hogy a világban időszakonként árvizek és más kataklizmák következnek be, amelyek mindvégig visszahozták az emberiséget a civilizáció kiindulópontjába.

Azt a kérdést, hogy az Univerzum egy kezdeti időpontban keletkezett-e, és hogy korlátozott-e a térben, később Immanuel Kant filozófus nagyon alaposan megvizsgálta a kritika című monumentális (és nagyon homályos) művében. tiszta ok", amely 1781-ben jelent meg. Ezeket a kérdéseket a tiszta ész antinómiáinak (azaz ellentmondásainak) nevezte, mert úgy látta, hogy egyformán lehetetlen bizonyítani vagy cáfolni mind a Világegyetem kezdetének szükségességéről szóló tézist, mind az ellentétet örök létét. Kant tézisét azzal érvelte, hogy ha az Univerzumnak nem lenne kezdete, akkor minden eseményt végtelen idő előzne meg, és Kant ezt abszurdnak tartotta. Az ellentét alátámasztására Kant azt mondta, hogy ha az Univerzumnak lenne kezdete, akkor azt végtelen idő előzte volna meg, és akkor az a kérdés, hogy az Univerzum miért keletkezett hirtelen az egyik időpontban, és miért nem a másikban. ? Valójában Kant érvei gyakorlatilag megegyeznek mind a tézis, mind az antitézis tekintetében. Abból a hallgatólagos feltevésből indul ki, hogy az idő végtelen a múltban, függetlenül attól, hogy a világegyetem létezett-e vagy sem örökké. Amint alább látni fogjuk, az Univerzum megjelenése előtt az idő fogalma értelmetlen. Erre először Szent Ágoston hívta fel a figyelmet. Arra a kérdésre, hogy mit csinált Isten, mielőtt megteremtette volna a világegyetemet, Ágoston soha nem válaszolt abban a szellemben, hogy Isten a poklot készíti elő azoknak, akik kérdeznek. hasonló kérdéseket. Nem, azt mondta, hogy az idő az Isten által teremtett Univerzum szerves tulajdonsága, ezért nem volt idő az Univerzum megjelenése előtt.

Amikor a legtöbb ember hitt egy statikus és változatlan univerzumban, a kérdés, hogy van-e kezdete vagy sem, alapvetően metafizika és teológia kérdése volt. Minden megfigyelhető jelenség megmagyarázható vagy egy olyan elmélettel, amelyben az univerzum örökké létezett, vagy egy olyan elmélettel, amelyben az univerzum egy adott időpontban úgy jött létre, hogy minden úgy nézett ki, mintha örökké létezett volna. 1929-ben azonban Edwin Hubble korszakalkotó felfedezést tett: kiderült, hogy az égbolt bármely részét figyeljük is meg, minden távoli galaxis gyorsan távolodik tőlünk. Más szóval, az Univerzum tágul. Ez azt jelenti, hogy több korai idők minden tárgy közelebb volt egymáshoz, mint most. Ez azt jelenti, hogy látszólag volt idő, körülbelül tíz-húszezer évvel ezelőtt, amikor mind egy helyen voltak, tehát az Univerzum sűrűsége végtelenül nagy volt. Hubble felfedezése a tudomány birodalmába hozta azt a kérdést, hogy hogyan kezdődött az Univerzum.

Hubble megfigyelései arra utaltak, hogy volt idő, az úgynevezett ősrobbanás, amikor az Univerzum végtelenül kicsi és végtelenül sűrű volt. Ilyen körülmények között a tudomány összes törvénye értelmetlenné válik, és nem engedi megjósolni a jövőt. Ha még régebbi időkben történtek is események, az még mindig semmilyen módon nem befolyásolhatta azt, ami most történik. A megfigyelhető következmények hiánya miatt egyszerűen elhanyagolhatóak. Az ősrobbanást az idők kezdetének tekinthetjük abban az értelemben, hogy a korábbi időket egyszerűen nem határozták meg. Hangsúlyozzuk, hogy az idő ilyen kiindulási pontja nagyon különbözik mindattól, amit a Hubble előtt javasoltak. Az idő kezdete egy változatlan Univerzumban olyasvalami, amit az Univerzumon kívül létező valaminek kell meghatároznia; Nincs fizikai szükségszerűség az Univerzum kezdetéhez. Az Univerzum Isten általi teremtése a múlt bármely időpontjának tulajdonítható. Ha az Univerzum tágul, akkor lehet fizikai okok hogy legyen kezdete. Jelenleg még mindig el lehet képzelni, hogy Isten teremtette az Univerzumot Ősrobbanás vagy még később (de mintha az Ősrobbanás történt volna). Abszurd volna azonban azt állítani, hogy az Univerzum az Ősrobbanás előtt jött létre. A táguló Univerzum gondolata nem zárja ki az alkotót, de korlátozza munkája lehetséges időpontját!

Ahhoz, hogy beszélhessünk az Univerzum lényegéről, és arról, hogy volt-e kezdete, és hogy lesz-e vége, jól kell értenünk, mi a tudományos elmélet általában. A legegyszerűbb állásponthoz ragaszkodom: az elmélet az Univerzum vagy annak valamely részének elméleti modellje, kiegészítve az elméleti mennyiségeket a megfigyeléseinkkel összekötő szabályokkal. Ez a modell csak a fejünkben létezik, és nincs más valósága (bármilyen jelentést is tulajdonítunk ennek a szónak). Egy elmélet akkor tekinthető jónak, ha két követelménynek eleget tesz: egyrészt a megfigyelések széles osztályát kell pontosan leírnia egy csak néhány tetszőleges elemet tartalmazó modellen belül, másrészt az elméletnek jól meghatározott előrejelzéseket kell készítenie a jövőbeni megfigyelések eredményeiről. Például Arisztotelész elmélete, amely szerint minden négy elemből – földből, levegőből, tűzből és vízből – áll, elég egyszerű volt ahhoz, hogy elméletnek nevezzük, de nem adott határozott jóslatokat. Newton gravitációs elmélete egy még egyszerűbb modellből indult ki, amelyben a testeket egy bizonyos tömegüknek nevezett mennyiséggel arányos erővel vonzzák egymáshoz, és fordítottan arányosak a köztük lévő távolság négyzetével. De Newton elmélete nagyon pontosan megjósolja a Nap, a Hold és a bolygók mozgását.

Bármilyen fizikai elmélet mindig átmeneti abban az értelemben, hogy ez csak egy hipotézis, amelyet nem lehet bizonyítani. Akárhányszor egyezik az elmélet a kísérleti adatokkal, nem lehet biztos abban, hogy a következő alkalommal a kísérlet nem mond ellent az elméletnek. Ugyanakkor bármely elmélet megcáfolható egyetlen olyan megfigyelésre hivatkozva, amely nem egyezik az előrejelzéseivel. Ahogy Karl Popper filozófus, a tudományfilozófia szakértője rámutatott, a jó elmélet szükséges tulajdonsága, hogy olyan előrejelzéseket ad, amelyek elvileg kísérletileg meghamisíthatók. Valahányszor új kísérletek megerősítik egy elmélet előrejelzését, az elmélet megmutatja annak vitalitását, és a belé vetett hitünk megerősödik. De ha egyetlen új megfigyelés sem egyezik az elmélettel, akkor vagy el kell hagynunk, vagy meg kell ismételni. Legalábbis ez a logika, bár természetesen mindig joga van kételkedni a megfigyeléseket végző szakember kompetenciájában.

A gyakorlatban gyakran kiderül, hogy egy új elmélet valójában az előző kiterjesztése. Például a Merkúr bolygó rendkívül pontos megfigyelései kis eltéréseket tártak fel mozgása és Newton gravitációs elméletének előrejelzései között. Einstein általános relativitáselmélete szerint a Merkúrnak kissé másképp kell mozognia, mint Newton elméletének. Az a tény, hogy Einstein jóslatai egybeestek a megfigyelési eredményekkel, de Newton jóslatai nem, az egyik döntő megerősítés lett. új elmélet. Igaz, a gyakorlatban továbbra is Newton elméletét használjuk, hiszen azokban az esetekben, amelyekkel általában találkozunk, annak előrejelzései nagyon kevéssé különböznek az általános relativitáselmélet előrejelzéseitől. (Newton elméletének az a nagy előnye is van, hogy sokkal könnyebb vele dolgozni, mint Einstein elméletével.)

A tudomány végső célja egy olyan egységes elmélet létrehozása, amely az egész Univerzumot leírná. A probléma megoldása során a legtöbb tudós két részre osztja. Az első rész a törvények, amelyek lehetőséget adnak arra, hogy megtudjuk, hogyan változik az Univerzum az idő múlásával. (Tudva, hogy az Univerzum egy adott időpontban hogyan néz ki, ezeket a törvényeket felhasználhatjuk arra, hogy megtudjuk, mi fog történni vele egy későbbi időpontban.) A második rész az Univerzum kezdeti állapotának problémája. Egyesek úgy vélik, hogy a tudománynak csak az első résszel kellene foglalkoznia, és azt a kérdést, hogy mi volt kezdetben, metafizika és vallás kérdése. Ennek a nézetnek a hívei azt mondják, hogy mivel Isten mindenható, az volt az akarata, hogy tetszése szerint „működtesse” az univerzumot. Ha igazuk van, akkor Istennek lehetősége volt arra, hogy az univerzumot teljesen véletlenszerűen fejlessze. Isten láthatóan jobban szerette, ha bizonyos törvények szerint nagyon rendszeresen fejlődik. De akkor ugyanilyen logikus azt feltételezni, hogy az Univerzum kezdeti állapotát is törvények szabályozzák.

Kiderült, hogy nagyon nehéz azonnal létrehozni egy olyan elméletet, amely leírná az egész Univerzumot. Ehelyett a problémát részekre osztjuk, és részelméleteket építünk fel. Mindegyik a megfigyelések egy-egy korlátozott osztályát írja le, és előrejelzéseket készít róla, figyelmen kívül hagyva az összes többi mennyiség befolyását, vagy az utóbbiakat egyszerű számhalmazokként ábrázolja. Lehetséges, hogy ez a megközelítés teljesen rossz. Ha az univerzumban minden alapvetően minden mástól függ, akkor lehetséges, hogy egy probléma egyes részeit elszigetelten vizsgálva nem juthatunk közelebb a teljes megoldáshoz. Ennek ellenére a múltban a fejlődésünk így ment. Klasszikus példa erre ismét Newton gravitációs elmélete, amely szerint a két test között ható gravitációs erő csak az egyes testek egy jellemzőjétől, nevezetesen a tömegétől függ, de nem attól, hogy a testek milyen anyagból állnak. Következésképpen a Nap és a bolygók mozgási pályájának kiszámításához nincs szükség szerkezetük és összetételük elméletére.

Jelenleg két fő részelmélet létezik az Univerzum leírására: az általános relativitáselmélet és a kvantummechanika. Mindkettő a 20. század első felében a tudósok hatalmas szellemi erőfeszítéseinek eredménye. Az általános relativitáselmélet leírja gravitációs kölcsönhatásés az Univerzum nagy léptékű szerkezete, azaz néhány kilométertől millió millió millió millióig terjedő léptékű szerkezet (az egyiket huszonnégy nulla követi) kilométer, vagy a Világegyetem megfigyelhető részének méretéig . Kvantummechanika rendkívül kis léptékű jelenségekkel foglalkozik, például a centiméter egy milliomod része. És ez a két elmélet sajnos összeegyeztethetetlen – nem lehet egyszerre helyes. Az egyik fő kutatási terület a modern fizikaés ennek a könyvnek a fő témája egy olyan új elmélet keresése, amely a két előzőt egyesítené - a gravitáció kvantumelméletében. Még nincs ilyen elmélet, és lehet, hogy még sokáig kell várni, de sok olyan tulajdonságot már ismerünk, amivel rendelkeznie kellene. A következő fejezetekben látni fogja, hogy már sokat tudunk arról, hogy a gravitáció kvantumelméletéből milyen előrejelzések következhetnek.

Ha úgy gondolja, hogy az Univerzum nem önkényesen fejlődik, hanem engedelmeskedik bizonyos törvényeknek, akkor a végén az összes részelméletet egyetlen teljes elméletté kell egyesítenie, amely mindent leír az Univerzumban. Igaz, van egy alapvető paradoxon az ilyen egységes elmélet keresésében. A tudományos elméletekről fentebb elmondottak azt feltételezik, hogy intelligens lények vagyunk, bármilyen megfigyelést végezhetünk az Univerzumban, és ezek alapján logikus következtetéseket vonhatunk le. Egy ilyen sémában természetes az a feltételezés, hogy elvileg még közelebb kerülhetnénk az Univerzumunkat irányító törvények megértéséhez. De ha valóban létezik egy egységes elmélet, akkor valószínűleg ennek is valamilyen módon befolyásolnia kellene cselekedeteinket. És akkor magának az elméletnek kell meghatároznia a keresésünk eredményét! Miért kellene előre meghatároznia, mit tegyünk? helyes következtetéseket megfigyelésekből? Miért ne vezethetne ugyanolyan könnyen rossz következtetésekre? Vagy egyáltalán nem?

Figyelem! Ez a könyv bevezető részlete.

Ha tetszett a könyv eleje, akkor teljes verzió megvásárolható partnerünktől - legális tartalom forgalmazójától, LLC liter.