Благодарности
Книгата е посветена на Джейн
Реших да се опитам да напиша популярна книга за пространството и времето, след като изнесох лекциите на Льоб в Харвард през 1982 г. По това време вече имаше доста книги, посветени на ранната Вселена и черните дупки, както много добри, например книгата на Стивън Уайнбърг „Първите три минути“, така и много лоши, които няма нужда да назоваваме тук. Но ми се стори, че никой от тях всъщност не се занимава с въпросите, които ме подтикнаха да изучавам космологията и квантовата теория: откъде идва Вселената? как и защо възникна? ще свърши ли и ако свърши как? Тези въпроси интересуват всички ни. Но съвременната наука е много богата на математика и само няколко специалисти имат достатъчно познания за последната, за да разберат това. Но основните идеи за раждането и по-нататъшната съдба на Вселената могат да бъдат представени без помощта на математиката по такъв начин, че да станат разбираеми дори за хора, които не са получили научно образование. Това се опитах да направя в моята книга. Читателят преценява колко съм успял.
Казаха ми, че всяка формула, включена в книгата, ще намали наполовина броя на купувачите. Тогава реших да се справя напълно без формули. Вярно, накрая все пак написах едно уравнение - известното уравнение на Айнщайн E=mc^2. Надявам се да не изплаши половината от потенциалните ми читатели.
Освен факта, че се разболях от амиотрофична латерална склероза, тогава в почти всичко друго имах късмет. Помощта и подкрепата, предоставена от съпругата ми Джейн и децата Робърт, Луси и Тимъти, ми позволиха да водя сравнително нормален живот и да постигна успех в работата. Имах и късмет, че избрах теоретична физика, защото всичко се побира в главата ми. Следователно физическата ми слабост не се превърна в сериозен недостатък. Моите научни колеги, без изключение, винаги са ми оказвали максимална помощ.
По време на първия, „класически“ етап от работата ми най-близките ми помощници и сътрудници бяха Роджър Пенроуз, Робърт Герок, Брандън Картър и Джордж Елис. Благодарен съм им за помощта и за сътрудничеството. Този етап завърши с публикуването на книгата „Мащабна структура на пространство-времето“, която Елис и аз написахме през 1973 г. (Хокинг С., Елис Дж. Мащабна структура на пространство-времето. М.: Мир, 1976 г. ).
Не бих посъветвал всеки, който чете следващите страници, да се консултира с него за допълнителна информация: той е претоварен с математика и е труден за четене. Надявам се от тогава да съм се научил да пиша по-достъпно.
По време на втората, „квантова“ фаза от моята работа, която започна през 1974 г., работих основно с Гари Гибънс, Дон Пейдж и Джим Хартъл. Дължа много на тях, както и на моите студенти, които ми оказаха огромна помощ както във „физически“, така и в „теоретичен“ смисъл на думата. Необходимостта да съм в крак с завършилите студенти беше изключително важен мотиватор и мисля, че ме предпази от това да затъна в калта.
Брайън Уит, един от моите ученици, ми помогна много, докато работих върху книгата. През 1985 г., след като скицирах първия груб план на книгата, се разболях от пневмония. Трябваше да ме оперират, а след трахеотомията спрях да говоря и по този начин почти загубих способността да общувам. Мислех, че няма да мога да завърша книгата. Но Брайън не само ми помогна да го преработя, но и ме научи как да използвам компютърната комуникационна програма Living Center, която ми беше дадена от Уолт Уолтош, служител на Words Plus, Inc., Сънивейл, Калифорния. С негова помощ мога да пиша книги и статии, а също и да говоря с хора чрез синтезатор на реч, предоставен ми от друга компания в Сънивейл, Speech Plus. Дейвид Мейсън инсталира този синтезатор и малък персонален компютър на инвалидната ми количка. Тази система промени всичко: за мен стана дори по-лесно да общувам, отколкото преди да загубя гласа си.
Благодарен съм на мнозина, които са чели предварителни версии на книгата за техните съвети как може да бъде подобрена. Така Питър Газарди, моят редактор в Bantam Books, ми изпращаше писмо след писмо с коментари и въпроси относно пасажи, които според него бяха зле обяснени. Да си призная, бях доста раздразнен, когато получих огромен списък с препоръчани поправки, но Газарди беше абсолютно прав. Сигурен съм, че книгата е станала по-добра от това, че Газарди ми натри носа в грешките.
Изразявам дълбоката си благодарност на моите асистенти Колин Уилямс, Дейвид Томас и Реймънд Лафлам, моите секретарки Джуди Фела, Ан Ралф, Черил Билингтън и Сю Мейси и моите медицински сестри. Не бих могъл да постигна нищо, ако всички разходи за научни изследвания и необходимите медицински грижи не бяха поети от Gonville and Caius College, Съвета за научни и технологични изследвания и фондациите Leverhulme, MacArthur, Nuffield и Ralph Smith. Много съм благодарен на всички тях.
Предговор
Ние живеем, не разбирайки почти нищо за устройството на света. Не се замисляме какъв механизъм генерира слънчевата светлина, която осигурява съществуването ни, не мислим за гравитацията, която ни държи на Земята, не й позволява да ни изхвърли в космоса. Ние не се интересуваме от атомите, от които сме съставени и от чиято стабилност по същество зависим самите ние. С изключение на децата (които все още знаят твърде малко, за да не задават толкова сериозни въпроси), малко хора си задават главата защо природата е такава, каквато е, откъде идва космосът и дали винаги е съществувал? Не може ли един ден времето да се обърне, така че следствието да предхожда причината? Има ли непреодолима граница на човешкото познание? Дори има деца (срещал съм ги), които искат да знаят как изглежда черната дупка, коя е най-малката частица материя? защо помним миналото, а не бъдещето? Ако преди наистина е имало хаос, тогава как е установен привиден ред сега? и защо изобщо съществува Вселената?
В нашето общество е обичайно родителите и учителите да отговарят на тези въпроси, като вдигат рамене или призовават за помощ от смътно запомнени препратки към религиозни легенди. Някои хора не харесват подобни теми, защото те ярко разкриват теснотата на човешкото разбиране.
Но развитието на философията и естествените науки върви напред главно благодарение на въпроси като тези. Все повече възрастни проявяват интерес към тях, а отговорите понякога са напълно неочаквани за тях. Различавайки се по мащаб както от атомите, така и от звездите, ние разширяваме хоризонтите на изследване, за да обхванем както много малките, така и много големите.
През пролетта на 1974 г., около две години преди космическият кораб Viking да достигне повърхността на Марс, бях в Англия на конференция, организирана от Лондонското кралско общество за възможностите за търсене на извънземни цивилизации. По време на кафе-пауза забелязах, че в съседната стая се провежда много по-голяма среща и от любопитство влязох в нея. Така станах свидетел на дългогодишен ритуал - приемането на нови членове в Кралското общество, което е едно от най-старите сдружения на учени на планетата. Отпред млад мъж, седнал в инвалидна количка, много бавно пишеше името си в книга, чиито предишни страници носеха подписа на Исак Нютон. Когато най-накрая свърши с подписването, публиката избухна в аплодисменти. Тогава Стивън Хокинг вече е легенда.
Сега Хокинг заема катедрата по математика в университета в Кеймбридж, която някога е била заета от Нютон, а по-късно от П. А. М. Дирак - двама известни изследователи, които изучават единия - най-големия, и другия - най-малкия. Хокинг е техен достоен наследник. Тази първа популярна книга на Hokippa съдържа много полезни неща за широка публика. Книгата е интересна не само с широчината на съдържанието, но ви позволява да видите как работи мисълта на автора. В него ще намерите ясни разкрития за границите на физиката, астрономията, космологията и смелостта.
Но това е и книга за Бог... или може би за отсъствието на Бог. Думата "Бог" се появява често на страниците му. Хокинг се заема да намери отговора на известния въпрос на Айнщайн дали Бог е имал избор, когато е създал Вселената. Хокинг се опитва, както самият той пише, да разгадае Божия план. Още по-неочакван е изводът (поне временен), до който водят тези търсения: Вселена без ръб в пространството, без начало и край във времето, без никаква работа за Създателя.
Карл Сейгън, Университет Корнел, Итака, Ню Йорк Ню Йорк
1. Нашата представа за Вселената
Веднъж известен учен (твърдят, че бил Бертран Ръсел) изнесъл публична лекция по астрономия. Той разказа как Земята се върти около Слънцето, а Слънцето от своя страна се върти около центъра на огромен звезден куп, наречен нашата Галактика. Когато лекцията свърши, една дребна възрастна дама се изправи от задните редове в залата и каза: „Всичко, което ни казахте, са глупости. Всъщност нашият свят е плоска чиния, която стои на гърба на гигантска костенурка. Усмихвайки се снизходително, ученият попитал: „Какво поддържа костенурката?“ „Много си умен, млади човече“, отвърна възрастната дама. „Една костенурка е върху друга костенурка, тази също е върху костенурка и така все по-надолу и по-надолу.“
Тази идея за Вселената като безкрайна кула от костенурки ще изглежда смешна на повечето от нас, но защо мислим, че ние самите знаем по-добре? Какво знаем за Вселената и откъде я знаем? Откъде идва Вселената и какво ще се случи с нея? Имала ли е Вселената начало и ако да, какво се е случило преди началото? Каква е същността на времето? Ще свърши ли някога? Постиженията на физиката през последните години, които отчасти дължим на фантастичните нови технологии, ни позволяват най-накрая да получим отговори на поне някои от тези дългогодишни въпроси. С течение на времето тези отговори може да станат толкова очевидни, колкото факта, че Земята се върти около Слънцето, и може би толкова смешни, колкото кула от костенурки. Само времето (каквото и да е то) ще реши.
Още през 340 г. пр.н.е. д. Гръцкият философ Аристотел в книгата си „За небесата“ дава два убедителни аргумента в полза на факта, че Земята не е плоска плоча, а кръгла топка. Първо, Аристотел предполага, че лунните затъмнения се случват, когато Земята е между Луната и Слънцето. Земята винаги хвърля кръгла сянка върху Луната и това може да се случи само ако Земята е сферична. Ако Земята беше плосък диск, сянката й щеше да има формата на удължена елипса, освен ако затъмнението не настъпва винаги точно в момента, когато Слънцето е точно по оста на диска. Второ, от опита на своите пътувания гърците са знаели, че в южните райони Полярната звезда е разположена по-ниско в небето, отколкото в северните. (Тъй като Полярната звезда е над Северния полюс, тя ще бъде точно над главата на наблюдател, стоящ на Северния полюс, но за някой на екватора ще изглежда като на хоризонта.) Знаейки разликата във видимото положение на Полярната звезда в Египет и Гърция, Аристотел дори успя да изчисли, че дължината на екватора е 400 000 стадия. Какво е стадий не се знае точно, но е близо 200 метра и следователно оценката на Аристотел е около 2 пъти по-голяма от сега приетата стойност. Гърците имаха и трети аргумент в полза на сферичната форма на Земята: ако Земята не е кръгла, тогава защо първо виждаме платната на кораба да се издигат над хоризонта, а едва след това самия кораб?
Аристотел смята, че Земята е неподвижна, а Слънцето, Луната, планетите и звездите се въртят около нея по кръгови орбити. Той вярваше в това, защото според своите мистични възгледи смяташе Земята за център на Вселената, а кръговото движение за най-съвършеното. Птолемей развива идеята на Аристотел в пълен космологичен модел през 2 век. Земята стои в центъра, заобиколена от осем сфери, носещи Луната, Слънцето и петте известни тогава планети: Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн (фиг. 1.1). Самите планети, според Птолемей, се движат в по-малки кръгове, свързани със съответните сфери. Това обяснява много сложния път, по който виждаме да вървят планетите. На последната сфера са неподвижните звезди, които, оставайки в една и съща позиция една спрямо друга, се движат по небето всички заедно като едно цяло. Какво се намира отвъд последната сфера не беше обяснено, но във всеки случай вече не беше част от Вселената, която човечеството наблюдава.
Моделът на Птолемей позволи да се предскаже доста добре позицията на небесните тела в небето, но за точна прогноза той трябваше да приеме, че траекторията на Луната на някои места се приближава 2 пъти по-близо до Земята, отколкото на други! Това означава, че в една позиция Луната трябва да изглежда 2 пъти по-голяма, отколкото в друга! Птолемей е бил наясно с този недостатък, но въпреки това неговата теория е призната, макар и не навсякъде. Християнската църква приема Птолемеевия модел на Вселената като непротиворечащ на Библията, тъй като този модел е много добър, тъй като оставя много място за ада и рая извън сферата на неподвижните звезди. През 1514 г. обаче полският свещеник Николай Коперник предлага още по-прост модел. (Първоначално, вероятно страхувайки се, че Църквата ще го обяви за еретик, Коперник популяризира своя модел анонимно). Идеята му беше, че Слънцето стои неподвижно в центъра, а Земята и другите планети се въртят около него по кръгови орбити. Измина почти век, преди идеята на Коперник да бъде приета сериозно. Двама астрономи, германецът Йоханес Кеплер и италианецът Галилео Галилей, публично подкрепят теорията на Коперник, въпреки че предсказаните от Коперник орбити не съвпадат точно с наблюдаваните. Теорията на Аристотел-Птолемей приключва през 1609 г., когато Галилей започва да наблюдава нощното небе с новоизобретен телескоп. Насочвайки своя телескоп към планетата Юпитер, Галилей открива няколко малки спътника или луни, които обикалят около Юпитер. Това означаваше, че не всички небесни тела трябва непременно да обикалят директно около Земята, както вярваха Аристотел и Птолемей. (Разбира се, все още може да се приеме, че Земята е в центъра на Вселената и спътниците на Юпитер се движат по много сложен път около Земята, така че изглежда, че само обикалят около Юпитер. Въпреки това, теорията на Коперник беше много по-просто.) В същото време По това време Йоханес Кеплер модифицира теорията на Коперник въз основа на предположението, че планетите се движат не в кръгове, а в елипси (елипса е удължен кръг). И накрая, сега прогнозите съвпаднаха с резултатите от наблюденията.
Що се отнася до Кеплер, неговите елиптични орбити са изкуствена (ad hoc) хипотеза и освен това „неизящна“, тъй като елипсата е много по-малко съвършена фигура от кръга. Откривайки почти случайно, че елиптичните орбити са в добро съответствие с наблюденията, Кеплер така и не успя да примири този факт с идеята си, че планетите се въртят около Слънцето под въздействието на магнитни сили. Обяснението идва много по-късно, през 1687 г., когато Исак Нютон публикува книгата си „Математически принципи на естествената философия“. В него Нютон не само излага теорията за движението на материалните тела във времето и пространството, но също така разработва сложни математически методи, необходими за анализиране на движението на небесните тела. Освен това Нютон постулира закона за всемирното притегляне, според който всяко тяло във Вселената се привлича от всяко друго тяло с толкова по-голяма сила, колкото по-голяма е масата на тези тела и колкото по-малко е разстоянието между тях. Това е същата сила, която кара телата да падат на земята. (Историята, че Нютон е бил вдъхновен от ябълка, паднала върху главата му, е почти сигурно ненадеждна. Самият Нютон каза само, че идеята за гравитацията е дошла, докато е седял в „съзерцателно настроение“ и „поводът е бил падането на ябълка.“). По-нататък Нютон показа, че според неговия закон Луната под въздействието на гравитационните сили се движи по елиптична орбита около Земята, а Земята и планетите се въртят по елиптични орбити около Слънцето.
Моделът на Коперник помогна да се отървем от небесните сфери на Птолемеите и в същото време идеята, че Вселената има някаква естествена граница. Тъй като „неподвижните звезди” не променят позицията си в небето, с изключение на кръговото им движение, свързано с въртенето на Земята около оста си, естествено беше да се предположи, че неподвижните звезди са обекти, подобни на нашето Слънце, само много повече отдалечен.
Нютон разбира, че според неговата теория за гравитацията звездите трябва да се привличат една към друга и следователно, изглежда, не могат да останат напълно неподвижни. Не трябва ли да падат един върху друг, като се сближат по някое време? През 1691 г. в писмо до Ричард Бентли, друг виден мислител от онова време, Нютон казва, че това наистина ще се случи, ако имаме само краен брой звезди в краен регион на пространството. Но Нютон разсъждава, че ако броят на звездите е безкраен и те са повече или по-малко равномерно разпределени в безкрайно пространство, тогава това никога няма да се случи, тъй като няма централна точка, където те трябва да паднат.
Тези аргументи са пример за това колко лесно е да си навлечеш неприятности, когато говориш за безкрайност. В една безкрайна Вселена всяка точка може да се счита за център, тъй като от двете й страни броят на звездите е безкраен. Едва много по-късно те осъзнават, че по-правилният подход е да се вземе крайна система, в която всички звезди падат една върху друга, стремейки се към центъра, и да видят какви промени биха се случили, ако добавим все повече и повече звезди, разпределени приблизително равномерно отвън разглеждания регион. Според закона на Нютон допълнителните звезди средно няма да повлияят по никакъв начин на първоначалните, т.е. звездите ще падат с еднаква скорост към центъра на избраната област. Колкото и звезди да добавим, те винаги ще се стремят към центъра. Днес е известно, че безкраен статичен модел на Вселената е невъзможен, ако гравитационните сили винаги остават сили на взаимно привличане.
Интересно е какво е било общото състояние на научната мисъл преди началото на 20 век: на никого не му е хрумвало, че Вселената може да се разширява или свива. Всички вярваха, че Вселената или винаги е съществувала в непроменено състояние, или е била създадена в някакъв момент от миналото приблизително така, както е сега. Това може да се обясни отчасти със склонността на хората да вярват във вечните истини, а също и с особената привлекателност на идеята, че дори самите те да остареят и умрат, Вселената ще остане вечна и непроменена.
Дори тези учени, които разбраха, че теорията на Нютон за гравитацията прави статичната Вселена невъзможна, не се сетиха за хипотезата за разширяващата се Вселена. Те се опитаха да модифицират теорията, като направиха гравитационната сила отблъскваща на много големи разстояния. Това на практика не промени прогнозираното движение на планетите, но позволи безкрайното разпределение на звездите да остане в равновесие, тъй като привличането на близки звезди беше компенсирано от отблъскване от далечни. Но сега вярваме, че такова равновесие би било нестабилно. Всъщност, ако в някаква област звездите се приближат малко, тогава силите на привличане между тях ще се увеличат и ще станат по-големи от силите на отблъскване, така че звездите ще продължат да се приближават. Ако разстоянието между звездите се увеличи леко, тогава силите на отблъскване ще надделеят и разстоянието ще се увеличи.
Друго възражение срещу модела на безкрайната статична вселена обикновено се приписва на немския философ Хайнрих Олберс, който публикува работа върху този модел през 1823 г. Всъщност много от съвременниците на Нютон са работили върху същия проблем, а статията на Алберс дори не е първата, която повдига сериозни възражения. Тя беше първата широко цитирана. Възражението е следното: в една безкрайна статична Вселена всеки зрителен лъч трябва да лежи върху някаква звезда. Но тогава небето, дори през нощта, трябва да свети ярко, като Слънцето. Контрааргументът на Олберс беше, че светлината, идваща към нас от далечни звезди, трябва да бъде отслабена чрез поглъщане в материята по пътя си.
Но в този случай самото това вещество трябва да се нагрее и да свети ярко, като звезди. Единственият начин да избегнем заключението, че нощното небе свети ярко, като Слънцето, е да приемем, че звездите не винаги са светели, а са светнали в определен момент от миналото. Тогава абсорбиращото вещество може още да не е имало време да се затопли или светлината на далечни звезди все още не е достигнала до нас. Но възниква въпросът: защо звездите светнаха?
Разбира се, проблемът за произхода на Вселената е занимавал умовете на хората от много дълго време. Според редица ранни космогонии и юдео-християнско-мюсюлмански митове нашата Вселена е възникнала в определен и не много далечен момент от миналото. Една от причините за подобни вярвания беше необходимостта да се намери „първата причина“ за съществуването на Вселената. Всяко събитие във Вселената се обяснява чрез посочване на неговата причина, тоест друго събитие, което се е случило по-рано; такова обяснение на съществуването на самата Вселена е възможно само ако тя е имала начало. Друга основа е изложена от Блажени Августин (Православната църква смята Августин за блажен, а католическата го смята за светец. - Ред.). в книгата „Божият град”. Той посочи, че цивилизацията напредва, а ние помним кой е извършил това или онова деяние и кой какво е измислил. Следователно човечеството и следователно, вероятно, Вселената, едва ли ще съществуват дълго време. Св. Августин счита приемливата дата за създаването на Вселената, съответстваща на книгата Битие: приблизително 5000 г. пр. н. е. (Интересното е, че тази дата не е твърде далеч от края на последния ледников период – 10 000 г. пр. н. е., който археолозите смятат за началото на цивилизацията).
Аристотел и повечето други гръцки философи не харесват идеята за създаването на Вселената, тъй като тя се свързва с божествена намеса. Затова те вярвали, че хората и светът около тях съществуват и ще съществуват вечно. Учените от древността разглеждат аргумента относно прогреса на цивилизацията и решават, че в света периодично се случват наводнения и други катаклизми, които през цялото време връщат човечеството в изходната точка на цивилизацията.
Въпросите дали Вселената е възникнала в някакъв начален момент във времето и дали тя е ограничена в пространството, по-късно бяха разгледани много внимателно от философа Имануел Кант в неговия монументален (и много мрачен) труд „Критика на чистия разум“, който беше публикуван в 1781. Той нарича тези въпроси антиномии (т.е. противоречия) на чистия разум, тъй като вижда, че е еднакво невъзможно да се докаже или отхвърли както тезата за необходимостта от началото на Вселената, така и антитезата за нейното вечно съществуване. Тезата на Кант се аргументира с факта, че ако Вселената няма начало, тогава всяко събитие ще бъде предшествано от безкраен период от време и Кант смята това за абсурдно. В подкрепа на антитезата Кант каза, че ако Вселената е имала начало, то е щяло да бъде предшествано от безкраен период от време и тогава въпросът е защо Вселената изведнъж е възникнала в един момент от времето, а не в друг? Всъщност аргументите на Кант са почти еднакви както за тезата, така и за антитезата. Той изхожда от мълчаливото предположение, че времето е безкрайно в миналото, независимо дали Вселената е съществувала или не е съществувала вечно. Както ще видим по-долу, преди появата на Вселената понятието време е безсмислено. Това е посочено за първи път от Свети Августин. На въпроса какво прави Бог, преди да създаде вселената, Августин никога не отговаря, че Бог подготвя ада за тези, които задават подобни въпроси. Не, той каза, че времето е неделимо свойство на Вселената, създадена от Бог, и следователно не е имало време преди появата на Вселената.
Когато повечето хора вярваха в една статична и непроменлива вселена, въпросът дали тя има начало или не беше по същество въпрос на метафизика и теология. Всички наблюдавани явления могат да бъдат обяснени или чрез теория, според която Вселената е съществувала вечно, или чрез теория, според която Вселената е била създадена в даден момент от времето по такъв начин, че всичко да изглежда така, сякаш е съществувало вечно. Но през 1929 г. Едуин Хъбъл прави епохално откритие: оказва се, че независимо коя част от небето се наблюдава, всички далечни галактики бързо се отдалечават от нас. С други думи, Вселената се разширява. Това означава, че в по-ранни времена всички обекти са били по-близо един до друг, отколкото сега. Това означава, че очевидно е имало време, преди около десет или двадесет хиляди милиона години, когато всички са били на едно място, така че плътността на Вселената е била безкрайно голяма. Откритието на Хъбъл постави въпроса как е започнала Вселената в сферата на науката.
Наблюденията на Хъбъл предполагат, че е имало време, така нареченият Голям взрив, когато Вселената е била безкрайно малка и безкрайно плътна. При такива условия всички закони на науката стават безсмислени и не ни позволяват да предсказваме бъдещето. Ако в още по-ранни времена са се случили някакви събития, те все още не биха могли да повлияят на това, което се случва сега. Поради липсата на видими последици, те могат просто да бъдат пренебрегнати. Големият взрив може да се счита за началото на времето в смисъл, че по-ранните времена просто не биха били определени. Нека подчертаем, че такава начална точка за времето е много различна от всичко, което беше предложено преди Хъбъл. Началото на времето в една непроменлива Вселена е нещо, което трябва да се определи от нещо, което съществува извън Вселената; Няма физическа необходимост за началото на Вселената. Създаването на Вселената от Бог може да се припише на всеки момент от миналото. Ако Вселената се разширява, тогава може да има физически причини тя да има начало. Все още можете да си представите, че Бог е създал Вселената - в момента на големия взрив или дори по-късно (но сякаш големият взрив се е случил). Въпреки това би било абсурдно да се каже, че Вселената е възникнала преди Големия взрив. Идеята за разширяваща се Вселена не изключва създателя, но налага ограничения върху възможната дата на неговата работа!
Стивън Хокинг, Леонард Млодинов
Кратка история на времето
Предговор
Само четири букви отличават заглавието на тази книга от заглавието на тази, публикувана за първи път през 1988 г. „Кратка история на времето“ остана в списъка с бестселъри на London Sunday Times в продължение на 237 седмици и всеки 750-и човек на нашата планета, възрастен или дете, я купи. Забележителен успех за книга, посветена на най-трудните проблеми на съвременната физика. Това обаче са не само най-трудните, но и най-вълнуващите проблеми, защото ни отправят към фундаментални въпроси: какво всъщност знаем за Вселената, как сме придобили това знание, откъде идва Вселената и къде е става ли? Тези въпроси формират основната тема на „Кратка история на времето“ и се превръщат във фокуса на тази книга. Година след публикуването на „Кратка история на времето“ започнаха да валят отговори от читатели от всички възрасти и произход по целия свят. Много от тях изразиха желание да бъде издадена нова версия на книгата, която, запазвайки същността на „Кратка история на времето“, да обяснява най-важните понятия по по-опростен и забавен начин. Въпреки че някои може би са очаквали, че това ще бъде „Дълга история на времето“, отговорът на читателите ясно показа, че много малко от тях са нетърпеливи да прочетат дълъг трактат, който обхваща темата на ниво курс по космология в колеж. Ето защо, докато работихме върху „Най-кратката история на времето“, ние запазихме и дори разширихме основната същност на първата книга, но в същото време се опитахме да оставим нейния обем и достъпност на представяне непроменени. Това е в действителност най-кратъкистория, тъй като сме пропуснали някои чисто технически аспекти, но, както ни се струва, тази празнина е повече от запълнена с по-задълбочено тълкуване на материала, което наистина формира сърцевината на книгата.
Ние също така се възползвахме от възможността да актуализираме информацията и да включим най-новите теоретични и експериментални данни в книгата. „Кратка история на времето“ описва напредъка, постигнат към цялостна единна теория в последно време. По-специално, то се отнася до най-новите положения на теорията на струните, двойствеността вълна-частица и разкрива връзката между различни физически теории, което показва, че съществува единна теория. Що се отнася до практическите изследвания, книгата съдържа важни резултати от скорошни наблюдения, получени по-специално с помощта на сателита COBE (Cosmic Background Explorer) и космическия телескоп Хъбъл.
Глава първа
МИСЛЕНЕ ЗА ВСЕЛЕНАТА
Ние живеем в странна и прекрасна вселена. Изисква се изключително въображение, за да се оцени неговата възраст, размер, ярост и дори красота. Мястото, заето от хората в това безкрайно пространство, може да изглежда незначително. И въпреки това се опитваме да разберем как работи целият този свят и как ние, хората, изглеждаме в него.
Преди няколко десетилетия известен учен (някои казват, че е Бъртран Ръсел) изнесе публична лекция по астрономия. Той каза, че Земята се върти около Слънцето, а то от своя страна се върти около центъра на огромна звездна система, наречена нашата Галактика. В края на лекцията една дребна възрастна дама, седнала отзад, се изправи и каза:
Пълни глупости ни говорите. В действителност светът е плоска плоча, лежаща върху гърба на гигантска костенурка.
Усмихвайки се с чувство за превъзходство, ученият попита:
На какво стои костенурката?
„Ти си много умен млад мъж, много“, отговори възрастната дама. - Тя стои на друга костенурка и така до безкрайност!
Повечето хора днес биха намерили тази картина на вселената, тази безкрайна кула от костенурки, за доста смешна. Но какво ни кара да мислим, че знаем повече?
Забравете за момент това, което знаете — или мислите, че знаете — за космоса. Погледни в нощното небе. Как ви изглеждат всички тези светещи точки? Може би са малки светлини? Трудно ни е да отгатнем какви са те в действителност, защото тази реалност е твърде далеч от всекидневния ни опит.
Ако често наблюдавате нощното небе, вероятно сте забелязали неуловима искра светлина точно над хоризонта привечер. Това е Меркурий, планета, много различна от нашата. Един ден на Меркурий продължава две трети от неговата година. От слънчевата страна температурата надхвърля 400°C, а през нощта пада до почти -200°C.
Но колкото и различен да е Меркурий от нашата планета, още по-трудно е да си представим обикновена звезда - колосален ад, изгарящ милиони тонове материя всяка секунда и нагрят в центъра до десетки милиони градуси.
Друго нещо, което е трудно да обхванете главата си, са разстоянията до планетите и звездите. Древните китайци са строили каменни кули, за да ги видят отблизо. Съвсем естествено е да вярваме, че звездите и планетите са много по-близо, отколкото са в действителност, тъй като в ежедневието ние никога не влизаме в контакт с огромни космически разстояния.
Тези разстояния са толкова големи, че няма смисъл да ги изразяваме в условни единици - метри или километри. Вместо това се използват светлинни години (светлинна година е разстоянието, което светлината изминава за една година). За една секунда лъч светлина изминава 300 000 километра, така че една светлинна година е много голямо разстояние. Най-близката звезда до нас (след Слънцето), Проксима Кентавър, е на около четири светлинни години. Толкова е далече, че на най-бързия космически кораб, проектиран в момента, ще са необходими около десет хиляди години, за да го достигне. Дори в древни времена хората се опитваха да разберат природата на Вселената, но не разполагаха с възможностите, които съвременната наука, по-специално математиката, отваря. Днес разполагаме с мощни инструменти: ментални, като математиката и научния метод, и технологични, като компютри и телескопи. С тяхна помощ учените са събрали огромно количество информация за космоса. Но какво всъщност знаем за Вселената и откъде я знаем? Откъде се появи тя? В каква посока се развива? Имаше ли начало и ако имаше какво се случи? прединего? Каква е природата на времето? ще му дойде ли краят Възможно ли е да се върнем назад във времето? Скорошните големи открития във физиката, благодарение на новите технологии, предлагат отговори на някои от тези дългогодишни въпроси. Може би някой ден тези отговори ще станат толкова очевидни, колкото революцията на Земята около Слънцето - или може би толкова любопитни, колкото кула от костенурки. Само времето (каквото и да е то) ще покаже.
Британският учен Стивън Хокинг, известен като най-ярката звезда в съвременната астрофизика, почина на 76-годишна възраст.
Хокинг е сред учените, оказали най-голямо влияние върху съвременното ни разбиране за Вселената с изследването си на черните дупки и научно-популярни трудове като Кратка история на времето. Роден през 1942 г., британецът е смятан за един от най-великите умове в света и е считан от някои за най-известния учен в съвременния свят. За други учени той беше символ на неограничените възможности на човешкия ум.
„Напускането му остави интелектуален вакуум. Но не е празно. Мислете за това като вид енергия, проникваща в тъканта на пространство-времето, която не може да бъде измерена." , туитира световноизвестният астрофизик и научен автор Нийл де Грас Тайсън.
На 21-годишна възраст професор Хокинг е диагностициран с рядка форма на заболяване на моторните неврони и лекарите му дават само няколко години живот. Болестта му обаче прогресира необичайно бавно, което го кара да работи повече от половин век, докато е прикован към инвалидна количка. Всъщност Хокинг е медицинско чудо - само 5 процента от хората, които имат тази форма на болестта, живеят повече от десет години след поставянето на диагнозата, но той е живял с нея повече от пет десетилетия. Самият той каза, че физическото му състояние не е съществена пречка за научната му работа в областта на теоретичната физика и дори в известен смисъл му помага.
Хокинг загуби гласа си след тежка пневмония и усложнения. Известно време единственият му начин за общуване беше буквално да изписва думите, повдигайки вежди, когато някой посочи правилната буква на специална карта. По-късно компютърен експерт от Калифорния на име Уолт Уолтоу му изпрати своята компютърна програма, наречена „Еквалайзер“, с която професорът можеше да избира думи от меню на екран, управляван от бутон в ръката му. Това, комбинирано със синтезатор на реч, се превърна в запазената марка на Хокинг „електронен“ глас.
Болестта не попречи на личния му живот. През 1965 г. той се жени за младежката си любов Джейн Уайлд, въпреки че по това време вече е диагностициран със страшна болест. Бракът им продължи 26 години и завърши с неразбирателство, но Хокинг стана баща на три деца.
През 1995 г. той сключва втория си брак с Илейн Мейсън, медицинска сестра, която тогава се грижи за него. Те остават заедно до 2006 г. 
Хокинг с втората си съпруга Илейн Мейсън
Британският учен е известен с работата си върху черните дупки и относителността и е сред учените, които са повлияли най-много на съвременното разбиране за Вселената.
На 17-годишна възраст Хокинг получава място в Оксфорд. През 1971 г., заедно със сър Роджър Пенроуз, те предоставиха математическа основа в подкрепа на теорията за Големия взрив: те показаха, че ако теорията на относителността е вярна, тогава трябва да има точка на червеева дупка в пространство-времето. Те също така създадоха теорията на Хокинг-Пенроуз за ранното развитие на Вселената след Големия взрив и нейното експоненциално разширяване от състояние на много по-висока температура и плътност. 
Хокинг вярваше, че бъдещето на човешкия вид е в космоса.
Хокинг също предполага, че непосредствено след Големия взрив първичните черни дупки са се образували и са се изпарили почти моментално. По-късно той открива, че черните дупки излъчват енергия и се изпаряват, феномен, който по-късно става известен като радиацията на Хокинг.
През годините той е работил върху други теории за черните дупки, включително възможността те да водят до други вселени.
В началото на 80-те години той предложи, че въпреки че Вселената няма граници, тя има краен размер в пространство-времето. Малко по-късно беше дадено математическо доказателство на тази теория. Според него Вселената е безгранична, но крайна.
Работата на Стивън Хокинг в областта на астрофизиката го поставя сред най-престижните учени в света днес. Удостоен е с 12 почетни звания, Ордена на Британската империя и Президентския медал на свободата на САЩ. В продължение на 30 години той е Лукасов професор по математика в Кеймбриджкия университет, позиция, заемана от Исак Нютон и други известни учени. Въпреки че Хокинг се пенсионира през 2009 г., той продължава да работи в университета. 
Барак Обама връчва на Хокинг президентския медал на свободата на САЩ
Работата му по популяризиране на науката му донесе широка известност и слава. „Кратка история на времето“, публикувана през 1988 г., беше бестселър на Sunday Times в продължение на 237 седмици – почти пет години – с повече от 10 милиона продадени копия и преведени на десетки езици. Книгата описва на ясен език структурата, произхода и развитието на Вселената, изследвайки явления като Големия взрив и основите на квантовата механика.
В интервю за New Scientist малко преди 70-ия си рожден ден, физикът каза, че едно от най-големите постижения на физиката в кариерата му е откриването на сателита COBE на малки вариации в температурата на космическото микровълново фоново лъчение, останало от Големия взрив.
Хокинг вярваше, че бъдещето на човешкия вид е в космоса. Той многократно е заявявал, че хората няма да оцелеят, ако останат само на Земята поради нашата инвазивна природа.
Неговият уникален живот многократно е привличал вниманието на документалисти и режисьори, а през 2014 г. е заснет биографичен филм за него „Вселената на Стивън Хокинг“ с участието на Еди Редмейн в ролята на Хокинг. Освен това ученият се е появявал в няколко телевизионни предавания, включително Семейство Симпсън, Червеното джудже и Теорията за Големия взрив. 
На премиерата на биографичния филм "Вселената на Стивън Хокинг"
Освен с научната си работа, Хокинг е известен и с визионерските си изявления. Ето някои от тях:
Етикети: ,Целта ми е проста. Това е пълно разбиране на Вселената, защо е такава, каквато е, и защо изобщо съществува.
Според мен мозъкът е компютър, който спира да работи, когато компонентите му се повредят. Няма рай или задгробен живот за развалените компютри; Това е приказна история за хора, които се страхуват от тъмното.
Мисля, че най-простото обяснение е, че няма Бог. Никой не е създал Вселената и никой не контролира нашата съдба. Това ме довежда до дълбокото осъзнаване, че вероятно няма рай или задгробен живот. Имаме един живот, за да оценим грандиозния дизайн на Вселената и за това съм изключително благодарен.
Не забравяйте да гледате към звездите, а не към краката си.
Животът би бил трагичен, ако не беше смешен.
Очакванията ми бяха сведени до нула, когато бях на 21 години. Всичко оттогава е бонус.
Хората, които се хвалят с интелигентността си, са губещи.
Ние сме просто прогресивен вид маймуни на малка планета с много малка звезда. Но можем да разберем вселената. Превръща ни в нещо специално.
Усвоих книгата на Стивън Хокинг "Кратката история на времето". Самият автор стана познат на мнозина - това е същият брилянтен физик, прикован към инвалидна количка.
Книгата е интересна, добре написана и достъпна. Това, което особено порази въображението в моето резюме:
1) Ако начертаете права линия между две точки на географска карта с линийка, тогава тази права линия няма да бъде най-късото разстояние между две точки. Най-късата крива ще бъде под формата на арка, чийто радиус е равен на радиуса на Земята.
2) В присъствието на материя, четириизмерното пространство-време се изкривява, което води до изкривяване на траекториите на телата в триизмерното пространство. Въпреки че е трудно да се визуализира, масата на Слънцето извива пространство-времето по такъв начин, че Земята, следвайки най-краткия път в четириизмерното пространство-време, ни изглежда като движеща се в почти кръгова орбита в три- дименсионално пространство.
3) Общата теория на относителността заявява, че протичането на времето е различно за наблюдатели, намиращи се в различни гравитационни полета. Ако единият близнак живее на върха на планина, а другият край морето, първият ще остарее по-бързо от втория.
4) Ако знаехме състоянието на системата в даден момент и знаехме законите на развитие на системата, бихме могли да предвидим позицията на системата по всяко време. И така, принципът на неопределеността на Хайзенберг най-общо гласи, че колкото и да се надъхваме, ние абсолютно не можем да определим състоянието на Вселената в настоящия момент. И това не е свързано с нивото на развитие на науката. Това е по-близо до философски принцип - ние по принцип не можем да знаем позицията на която и да е система в даден момент. Ние знаем във всеки един момент или скоростта на частицата, или нейното местоположение. Точно една от двете, но не и двете стойности наведнъж.
Затова го приемете - всяко предсказание в нашата Вселена е принципно невъзможно. От чисто философска гледна точка. Всякакви.
5) Ако изпратим електрон в стената и поставим два процепа по пътя му за преминаване, тогава, по дяволите, той ще премине през двата процепа едновременно. Пауза за размисъл. Като цяло един електрон може да бъде във всички възможни позиции едновременно. Тъй като съществото е толкова малко, то не е само частица, но когато поиска, то е и вълна. Свързването на електрона към определени орбити на атом се дължи именно на факта, че именно в тези орбити електронът не пречи на самия себе си, т.е. не се самоизгасва. Отново електронът, летящ от една точка до друга, лети по всички възможни траектории едновременно. Той по същество е способен да бъде във всички точки на пространството едновременно и само там, където не се намесва в себе си.
6) Чисто теоретично е възможно пътуване във времето до миналото. Решаването на уравненията на теорията на относителността показва, че да, това е така. Едно нещо: за да пътувате назад във времето, трябва да се движите по-бързо от скоростта на светлината. И обратното – движение по-бързо от скоростта на светлината е невъзможно без едновременно движение в миналото.
Тези, които знаят, че не можете да се движите по-бързо от скоростта на светлината, въздъхват с облекчение. Но има още един проблем - чисто, отново хипотетично, пътуването по-бързо от скоростта на светлината също е възможно. Възможно в случай на съществуване на червееви дупки в пространство-времето. И проклетите уравнения показват, че да, такива дупки могат да съществуват. И щом могат, значи съществуват някъде.
7) Най-новата теория, която просто удивително описва най-новите открития в науката и ги предусеща, е теорията на струните. Нищо особено, просто всичко, което е предсказано от тази теория, по-късно се потвърждава от експерименти едно към едно. И това е наистина досадно. Досадно е, защото теорията на струните приема като предположение едно малко твърдение - живеем не в четириизмерен свят, а в 26-измерен. Освен това 4 измерения са разширени и можем да се движим по тях, а други 22 са свити в точка. Физиците с радост биха изоставили тази теория, но все още не са измислили нищо по-разбираемо от гледна точка на математиката и експериментите продължават да съвпадат напълно с прогнозите, направени въз основа на тази теория.
Като цяло ми се струва, че нашата Вселена, подобно на този електрон, е способна да бъде във всички състояния едновременно, с изключение на онези състояния, в които си пречи. И сега съм едновременно в Краснодар и Москва и на Алфа Кентавър. И в същото време изобщо ме няма. Но идеята за ent очевидно си заслужава да се дъвче в отделна сложна философска книга.
За обикновения човек нашата планета Земя често изглежда спокойна и съзерцателна. Понякога дори създава впечатление за стабилност и неподвижност. Британският учен Стивън Хокинг гледа много по-задълбочено на явленията и обектите. „Историята на времето“ - неговите два бестселъра приятелски и просто (без формули) въвеждат читателите в основните принципи на астрофизиката и
В началото на книгата, след като прочетохме за Земята като кула, монтирана на костенурки (иронично), в края виждаме друга картина: гигантска топка, която се върти около ос с главозамайваща скорост от 1,5 хил. км/час и се втурва в орбита около Слънцето със скорост 100 000 км/ч. И всичко това се случва в нелинейно, променливо пространство и време!
Книга 1. “Кратка история на времето”
През 1988 г. е публикувана „Кратка история на времето“. неговият автор запознава различни читатели с възгледите на съвременната астрофизика за Вселената. Той успя да събуди въображението на хората и да ги заинтересува.
Реално ли е времето? Какви глобални процеси движат Вселената? Свързани ли са миналото и бъдещето? Постепенно в три смислови части на книгата той пише: първо - за астрофизичните възгледи преди теорията на Айнщайн, след това - обобщения в съответствие с общата теория на Айнщайн и накрая - следва микротеорията, а именно -
Книгата „Най-кратката история на времето” постепенно повишава нивото си на абстракция. Стивън Хокинг обаче поддържа популярен стил, който е необходим за разбиране от непрофесионалния читател. Дават им ясно обяснение на необичайни за нашето ежедневие неща: кривината на пространството, огъването на светлинните лъчи, разширяващата се Вселена. Мислите на учения са оригинални и в същото време разбираеми. Той последователно ни води до извода, че Вселената съществува и се развива според принципа на стрелата на времето (посоката на развитие, която осигурява постоянно нарастване на ентропията).
Книга 2. “Кратката история на времето”
През 2005 г. ученият написа нова работа - „Най-кратката история на времето“. Стивън Хокинг в тази обемна и вълнуваща книга също говори за „механизма на Вселената“.
Беше ли го писането на обикновено „продължение“? Не! В края на краищата, само предишния ден, през 2004 г., неговият автор направи революция в астрофизиката, променяйки принципите на основната теория за "черните дупки" (изчезнали звезди, компресирани до краен предел - сингулярност). Следователно моделът на света, представен на учените, също се промени. Главата за Големия взрив, черните дупки е представена по нов начин в сравнение с предишната книга, а самата структура на черна дупка е показана по различен начин в „Най-кратката история на времето“. (Стивън Хокинг използва математически уравнения, за да докаже, че хоризонтът на събитията на черна дупка е много по-широк и има ентропия, която се проявява в радиация.) Представянето на материала включва не само идеите на предишната книга, но и значително обогатява теорията за връзката между пространството и времето. Тук можете да намерите обобщение на научните експерименти с помощта на сателита COBE и космическия телескоп Хъбъл. Съвсем ясно е разкрита „теорията на струните“, чиято стойност се крие в изключително широко обобщение: да се характеризират всички елементарни частици наведнъж. Последните заключения на математическото моделиране (принципът на двойствеността на вълната и частицата) са показани на разбираемо ниво.
заключения
Кой е той, Стивън Хокинг? Професор по астрофизика, баща на три деца. Неговата теория е пробив в квантовата физика. Уважавани експерти го смятат за „номер едно“ в тази област. А Стивън Хокинг е практически обездвижен повече от 20 години. Освен това амиотрофичната склероза непрекъснато прогресира. Освен това, в резултат на усложнение след пневмония, част от трахеята му е отстранена, което напълно лишава учения от способността да говори. Той пътува до Кеймбридж в инвалидна количка, задвижвана от батерии. Мозъкът му работи мощно и систематично. С помощта на чувствителни сензори, с помощта на компютър, професорът въвежда фрази, които след това се озвучават, вградени в катедрата. Целият му живот е мисли, които са неуловими за околните, но се дешифрират от компютъра и техният ярък израз е. книга „Най-кратката история на времето“. Стивън Хокинг е един от най-уважаваните хора във Великобритания. По-точно той е трети, след световния шампион по ръгби Уилкинсън и футболиста Бекъм. Смелостта и интелигентността на този човек са наистина възхитителни.