Стивен Хокинг — Вселенная Стивена Хокинга (сборник) читать онлайн бесплатно
12 3 4 5 6 7 …24
Стивен Хокинг
Вселенная Стивена Хокинга
(сборник)
Stephen Hawking
A BRIEF HISTORY OF TIME: FROM THE BIG BANG TO BLACK HOLES BLACK HOLES AND BABY UNIVERSES AND OTHER ESSAYS MY BRIEF HISTORY
© Stephen Hawking, 1980, 1996, 2013
© ООО «Издательство АСТ», 2018 (оформление, перевод на русский язык)
* * *
Краткая история времени
Предисловие
Я не писал предисловия к первому изданию «Краткой истории времени». Это сделал Карл Саган. Вместо этого я добавил короткий раздел под названием «Благодарности», где мне посоветовали выразить всем признательность. Правда, некоторые из благотворительных фондов, оказавших мне поддержку, были не очень рады тому, что я их упомянул, – заявок у них стало намного больше.
Я думаю, что никто – ни издательство, ни мой агент, ни даже я сам – не ожидали, что книга будет пользоваться таким успехом.
Она продержалась в списке бестселлеров лондонской газеты
Успех «Краткой истории времени» означает, что людей весьма интересуют фундаментальные вопросы – о том, откуда мы взялись, и почему Вселенная такова, какой мы ее знаем.
Я воспользовался представившейся мне возможностью дополнить книгу более новыми наблюдательными данными и теоретическими результатами, которые были получены уже после выхода первого издания (1 апреля 1988 года, в День дурака). Я добавил новую главу о кротовых норах и путешествиях во времени. Похоже, общая теория относительности Эйнштейна допускает возможность создания и поддержания кротовых нор – небольших туннелей, связывающих разные области пространства-времени.
Я также расскажу о достигнутом в последнее время прогрессе в поиске «дуальностей», или соответствий между на первый взгляд различными физическими теориями. Эти соответствия являются серьезным свидетельством в пользу существования единой физической теории. Но они также говорят о том, что эту теорию, возможно, нельзя сформулировать непротиворечивым, фундаментальным образом. Вместо этого в разных ситуациях приходится довольствоваться различными «отражениями» основополагающей теории. Точно так же мы не можем отобразить всю земную поверхность в подробностях на одной карте и вынуждены использовать разные карты для разных областей. Это стало бы революцией в наших представлениях о возможности объединения законов природы.
Что касается наблюдательного аспекта, то здесь, безусловно, важнейшим достижением стало измерение флуктуаций реликтового излучения в рамках проекта COBE (англ. Cosmic Background Explorer – «Исследователь космического фонового излучения»)[1] и других. Эти флуктуации, по сути, являются «печатью» творения. Речь об очень малых неоднородностях в ранней Вселенной, в остальном вполне гомогенной. Впоследствии они превратились в галактики, звезды и прочие структуры, которые мы наблюдаем через телескоп. Формы флуктуаций согласуются с предсказаниями модели Вселенной, не имеющей границ в воображаемом временно́м направлении. Но, чтобы предпочесть предлагаемую модель другим возможным объяснениям флуктуаций реликтового излучения, потребуются новые наблюдения. Через несколько лет станет ясно, можно ли считать нашу Вселенную полностью замкнутой, без начала и конца.
Стивен Хокинг
Глава первая. Наша картина Вселенной
Однажды известный ученый (говорят, это был Бертран Рассел) читал публичную лекцию по астрономии. Он рассказывал, как Земля движется по орбите вокруг Солнца и как Солнце, в свою очередь, движется по орбите вокруг центра огромного скопления звезд, называемого нашей Галактикой. Когда лекция закончилась, маленькая пожилая женщина в дальнем ряду аудитории встала и произнесла: «Всё, что тут говорили, – полная ерунда. Мир – плоская тарелка на спине гигантской черепахи». Ученый снисходительно улыбнулся и спросил: «На чем же стоит та черепаха?» «Вы ведь очень умный молодой человек, очень умный, – ответила дама. – Черепаха стоит на другой черепахе, та – на следующей, и так до бесконечности!»
Большинство сочтет нелепой попытку выдать нашу Вселенную за бесконечно высокую башню из черепах. Но отчего мы так уверены, что наше представление о мире лучше? Что же нам в самом деле известно о Вселенной и откуда мы всё это знаем? Как возникла Вселенная? Что ждет ее в будущем? Было ли у Вселенной начало, а если было, то что было до него? Какова природа времени? Закончится ли оно когда-нибудь? Можно ли двигаться во времени вспять? Ответы на некоторые из этих давних вопросов дают недавние прорывы в физике, которым мы, в частности, обязаны появлению фантастических новых технологий.
Давным-давно, за 340 лет до нашей эры, греческий философ Аристотель написал трактат «О небе». В нем он выдвинул два убедительных доказательства того, что Земля имеет форму шара и совсем не является плоской, как тарелка. Во-первых, он понял, что причина лунных затмений – прохождение Земли между Солнцем и Луной. Отбрасываемая Землей на Луну тень всегда имеет округлую форму, и это возможно, только если Земля также округлая. Если бы Земля имела форму плоского диска, то тень, как правило, имела бы форму эллипса; круглой она была бы только тогда, когда Солнце во время затмения располагалось бы точно под центром диска. Во-вторых, древние греки знали из опыта своих путешествий, что на юге Полярная звезда расположена ближе к горизонту, чем при наблюдении в местностях, расположенных севернее.
Читать дальше
12 3 4 5 6 7 …24
Вселенная Стивена Хокинга: как прожил жизнь выдающийся ученый
Врачи отвели Хокингу пару лет жизни, он прожил полвека, проведя прорывные исследования в области космологии и став знаменитым популяризатором науки
Скончался Стивен Хокинг, известный британский физик, занимавшийся космологией, в частности теорией черных дыр, для которых доказал наличие излучения, названного его именем.
Также Хокинг был активным популяризатором науки.
Закончили чтение тут
Он умер на 77-м году жизни в своем доме в Кембридже 14 марта.
Его набор наград, трудов, а также созданных им лично или в соавторстве книг сделал бы честь любому ученому, но Стивен Хокинг — уникальный человек. В 1963 году ученому поставили диагноз боковой амиотрофический склероз. Врачи обещали ему пару лет жизни, но Хокинг прожил полвека. В результате мышцы его тела постепенно атрофировались и он потерял возможность двигаться и он передвигался в кресле-каталке, общаясь с миром сначала с помощью коллег-переводчиков, а когда он потерял способность говорить, для него была создана уникальная система с компьютерным синтезатором речи.
Вопросы рождения Вселенной и черных дыр оказались тесно связаны. Вселенная началась с Большого взрыва, когда из сверхплотного и горячего состояния она начала расширяться. Однако первоначальное состояние не позволяет применение текущих законов физики, оно называется сингулярным. В таком же состоянии находятся черные дыры. Изучая подходы, которые позволяют описать происходящее с такими объектами, Хокинг пришел к заключению об излучении: хотя из черной дыры ничего вырваться не может, но физические эффекты вблизи нее порождают излучение, использующее энергию черной дыры.
Знание о происходящем в черных дырах помогает понимать происходящее при Большом взрыве, а значит, и устройство нашей Вселенной. Испарение черных дыр ставит следующий вопрос перед физиками: куда девается при этом информация о телах, поглощенных черной дырой. Этот и другие вопросы Стивен Хокинг мог не только исследовать, но и объяснять в простой и понятной форме, прославившись как популяризатор.
Стивен Хокинг получил признание научного сообщества и множество наград за свои труды, но он не был лауреатом Нобелевской премии. Дело в том, что Хокинг — теоретик, современные построения очень сложны, а практически проверить его теории пока не представляется возможным, так как описанные процессы требуют недоступных экспериментаторам энергий. Природные же черные дыры слишком далеки от Земли для столь тонких наблюдений — и это к лучшему, потому что жить рядом с черной дырой можно только в «Интерстелларе».
Академик Иосиф Шкловский и Стивен Хокинг
«Он не только физик, он большой человек», — вспоминает профессор МГУ Владимир Липунов, несколько раз встречавшийся с Хокингом. Он добавляет, что многие ученые угловатые, не очень комфортные люди, например наш Перельман, а Хокинг при всей своей болезни, недвижимости, был удивительно нормальным. Он хотел быть нормальным человеком и обсуждал разные вопросы: «Я сегодня не очень хорошо выгляжу, но у меня есть чем вас порадовать». В результате вокруг Хокинга всегда была свита из видных ученых, которые и дискутировали с ним, и помогали ему общаться с миром. Например, Кир Торн стал Нобелевским лауреатом за открытие гравитационных волн, также он известен как научный консультант фильма «Интерстеллар».
На фото выше Стивен Хокинг рядом с Иосифом Шкловским.
Британец приехал в Советский союз, чтобы познакомиться с академиком Яковом Зельдовичем, теории которого вызывали огромный интерес у коллег. Владимир Липунов замечает, что Школвский тогда уже заботился о будущем человечества, а Хокинг был в основном ученым и только начал задумываться о вопросах за пределами физики.
Популяризация. Параллельно с наукой он занимался ее популяризацией, став одним из самых известных авторов в этой сфере. Его первая научно-популярная книга про устройство Вселенной «Краткая история времени» вышла в 1988 году и стала бестселлером: она была переведена на 40 языков и ее тираж составил 10 млн копий.
Как бы ни были глобальны теоретические изыскания Стивена Хокинга, они не могли оказать непосредственного влияния на жизнь жителей Земли. Возможно, он так и остался бы выдающимся ученым, который занимается непонятными формулами, если бы не занялся популяризацией.
Вышеприведенная научно-популярная книга по космологии вышла еще в нескольких версиях — «Кратчайшая история времени», «Мир в ореховой скорлупке» и с каждым разом ученый старался не только дать общий взгляд на мир, но и упростить описание. Он вспоминал, что старался следовать совету редактора «каждая формула — это потеря читателей». В результате строгая научная теория предстала как увлекательный рассказ о происхождении Вселенной, а также возможных измерениях и других аспектах нашего существования, которые пока нельзя доказать.
В 2015 году была учреждена медаль имени профессора Стивена Хокинга, которая будет вручаться ежегодно за популяризацию науки. В том же году Хокинг поддержал проект IT-миллиардера Breakthrough Listen по поиску сигналов от инопланетной жизни. В апреле 2016 года Стивен Хокинг и Юрий Мильнер объявили о запуске проекта Breakthrough Starshot, целью которого станет отправка наноробота к звездной системе Альфа Центавра.
Стивен Хокинг объясняет происхождение Вселенной
По словам народа Бошонго из Центральной Африки, вначале существовали только тьма, вода и великий бог Бумба. Однажды Бумбу, страдая от болей в животе, вырвало солнцем. Солнце высушило часть воды, оставив сушу. Все еще испытывая боль, Бумбу вырвало луной, звездами, а затем и некоторыми животными. Леопард, крокодил, черепаха и, наконец, человек.
Этот миф о сотворении, как и многие другие, пытается ответить на вопросы, которые мы все задаем. Почему мы здесь? Откуда мы пришли? Обычно давался ответ, что люди возникли сравнительно недавно, потому что уже в ранние времена должно было быть очевидно, что человеческая раса совершенствовала свои знания и технологии. Так что это не могло быть так долго, иначе оно бы прогрессировало еще больше. Например, по словам епископа Ашера, в Книге Бытия сотворение мира отнесено к 9 часам.утром 27 октября 4004 г. до н.э. С другой стороны, физическое окружение, такое как горы и реки, очень мало меняется в течение жизни человека.
Поэтому считалось, что они являются постоянным фоном и либо существовали вечно как пустой ландшафт, либо были созданы в то же время, что и люди. Однако не все были довольны идеей, что у Вселенной было начало.
Например, Аристотель, самый известный из греческих философов, считал, что Вселенная существует вечно. Вечное более совершенно, чем сотворенное. Он предположил, что причина, по которой мы наблюдаем прогресс, заключается в том, что наводнения или другие стихийные бедствия неоднократно отбрасывали цивилизацию к началу. Мотивом для веры в вечную вселенную было желание избежать божественного вмешательства, чтобы создать вселенную и привести ее в действие. И наоборот, те, кто верил, что вселенная имеет начало, использовали это как аргумент в пользу существования Бога как первопричины или перводвигателя вселенной.
Если верить в то, что у Вселенной было начало, возникает очевидный вопрос: что же произошло до начала? Что делал Бог до того, как сотворил мир? Готовил ли Он ад для людей, которые задавали такие вопросы? Проблема того, имеет ли Вселенная начало, очень волновала немецкого философа Иммануила Канта.
Он чувствовал, что в любом случае существуют логические противоречия или антимонии. Если у Вселенной было начало, почему она ждала бесконечное время, прежде чем она началась? Он назвал это тезисом. С другой стороны, если Вселенная существовала вечно, почему понадобилось бесконечное время, чтобы достичь нынешней стадии? Он назвал это антитезой. И тезис, и антитезис зависели от предположения Канта, как и почти всех остальных, что время было Абсолютным. Другими словами, он перешел из бесконечного прошлого в бесконечное будущее, независимо от какой-либо вселенной, которая могла бы или не могла бы существовать на этом фоне. Эта картина до сих пор остается в сознании многих ученых.
Однако в 1915 году Эйнштейн представил свою революционную общую теорию относительности. При этом пространство и время больше не были Абсолютом, больше не были фиксированным фоном событий. Вместо этого они были динамическими величинами, формируемыми материей и энергией Вселенной. Они были определены только внутри вселенной, поэтому не имело смысла говорить о времени до возникновения вселенной.
Это все равно, что просить точку к югу от Южного полюса. Это не определено. Если Вселенная по существу не менялась во времени, как это обычно предполагалось до 19 века.20-х годов, не было бы никаких причин, по которым время нельзя было бы определять произвольно далеко назад. Любое так называемое начало Вселенной было бы искусственным в том смысле, что можно было бы продлить историю до более ранних времен. Таким образом, может случиться так, что вселенная была создана в прошлом году, но со всеми воспоминаниями и физическими свидетельствами, чтобы выглядеть намного старше. Это поднимает глубокие философские вопросы о смысле существования. Я буду иметь дело с ними, приняв так называемый позитивистский подход. При этом идея состоит в том, что мы интерпретируем информацию, поступающую от наших органов чувств, в терминах модели, которую мы создаем для мира. Нельзя спрашивать, отражает ли модель реальность, можно только спрашивать, работает ли она. Модель является хорошей моделью, если сначала она интерпретирует широкий спектр наблюдений с точки зрения простой и элегантной модели.
И, во-вторых, если модель делает определенные прогнозы, которые можно проверить и, возможно, опровергнуть наблюдением.
С точки зрения позитивистского подхода можно сравнить две модели мироздания. Тот, в котором вселенная была создана в прошлом году, и тот, в котором вселенная существовала гораздо дольше. Модель, в которой Вселенная существовала дольше года, может объяснить такие вещи, как однояйцевые близнецы, у которых была общая причина более года назад. С другой стороны, модель, в которой Вселенная была создана в прошлом году, не может объяснить такие события. Так что первая модель лучше. Нельзя спрашивать, действительно ли вселенная существовала до года назад или только казалась. В позитивистском подходе они совпадают. В неизменной Вселенной не было бы естественной отправной точки. Однако ситуация коренным образом изменилась, когда Эдвин Хаббл начал проводить наблюдения с помощью стодюймового телескопа на горе Вильсон в 19 веке.20 с.
Хаббл обнаружил, что звезды не распределены равномерно по всему пространству, а собраны в обширные коллекции, называемые галактиками.
Измеряя свет от галактик, Хаббл мог определить их скорости. Он ожидал, что к нам будет приближаться столько же галактик, сколько и удалятся. Это то, что можно было бы иметь во вселенной, которая не менялась со временем. Но, к своему удивлению, Хаббл обнаружил, что почти все галактики удаляются от нас. Причем, чем дальше от нас были галактики, тем быстрее они удалялись. Вселенная не была неизменной со временем, как все думали раньше. Он расширялся. Расстояние между далекими галактиками со временем увеличивалось.
Расширение Вселенной было одним из самых важных интеллектуальных открытий 20 века, да и вообще любого века. Это изменило полемику о том, было ли у Вселенной начало. Если сейчас галактики расходятся, значит, в прошлом они были ближе друг к другу. Если бы их скорость была постоянной, они все были бы друг над другом около 15 миллиардов лет назад. Было ли это началом Вселенной? Многие ученые все еще были недовольны тем, что у Вселенной было начало, потому что это, казалось, означало, что физика не работает..jpg)
Чтобы определить, как возникла вселенная, пришлось бы призвать внешнюю силу, которую для удобства можно назвать Богом. Поэтому они выдвинули теории, согласно которым Вселенная в настоящее время расширяется, но не имеет начала. Одной из них была теория стационарного состояния, предложенная Бонди, Голдом и Хойлом в 1919 г.48.
В теории стационарного состояния по мере того, как галактики удалялись друг от друга, предполагалось, что новые галактики будут формироваться из материи, которая должна была постоянно создаваться в пространстве. Вселенная существовала бы вечно и всегда выглядела бы одинаково. Это последнее свойство имело большое достоинство, с позитивистской точки зрения, являясь определенным предсказанием, которое можно было проверить наблюдением. Кембриджская радиоастрономическая группа под руководством Мартина Райла провела исследование слабых радиоисточников в начале 19 века.60-е годы. Они были распределены по небу довольно равномерно, что указывает на то, что большинство источников находится за пределами нашей галактики.
В среднем более слабые источники будут дальше. Теория устойчивого состояния предсказала форму графика зависимости количества источников от силы источника. Но наблюдения показали больше слабых источников, чем предсказывалось, что указывает на то, что в прошлом плотность источников была выше. Это противоречило основному предположению теории устойчивого состояния о том, что все постоянно во времени. По этой и другим причинам от теории стационарного состояния отказались.
Еще одной попыткой избежать начала Вселенной было предположение, что существовала предыдущая фаза сжатия, но из-за вращения и локальных неравномерностей материя не упадет в одну и ту же точку. Вместо этого разные части материи разминутся, и Вселенная снова расширится, а плотность останется конечной. Двое русских, Лифшиц и Халатников, на самом деле утверждали, что доказали, что общее сжатие без точной симметрии всегда приводит к отскоку, при этом плотность остается конечной. Этот результат был очень удобен для марксистско-ленинского диалектического материализма, поскольку позволял избежать неудобных вопросов о сотворении мира.
Поэтому он стал символом веры для советских ученых.
Когда Лифшиц и Халатников опубликовали свое утверждение, я был 21-летним студентом-исследователем, ищущим что-нибудь для завершения своей докторской диссертации. Я не поверил их так называемому доказательству и вместе с Роджером Пенроузом отправился разрабатывать новые математические методы для изучения этого вопроса. Мы показали, что Вселенная не может прыгать. Если общая теория относительности Эйнштейна верна, то будет сингулярность, точка бесконечной плотности и кривизны пространства-времени, где время имеет начало. Данные наблюдений, подтверждающие идею о том, что Вселенная имела очень плотное начало, появились 19 октября.65, через несколько месяцев после моего первого результата сингулярности, с открытием слабого фона микроволн в космосе. Эти микроволны такие же, как в вашей микроволновой печи, но гораздо менее мощные. Они нагреют вашу пиццу только до минус 271,3 градуса по Цельсию, что не очень хорошо для разморозки пиццы, не говоря уже о ее приготовлении. Вы сами можете наблюдать за этими микроволнами. Настройте телевизор на пустой канал. Несколько процентов снега, который вы видите на экране, будут вызваны этим фоном микроволн. Единственная разумная интерпретация фона состоит в том, что это излучение, оставшееся от раннего очень горячего и плотного состояния. По мере расширения Вселенной излучение должно было остыть до тех пор, пока оно не станет лишь слабым остатком, который мы наблюдаем сегодня.
Хотя теоремы сингулярности Пенроуза и меня предсказывали, что у Вселенной было начало, они не говорили, как оно началось. Уравнения общей теории относительности нарушались бы в сингулярности. Таким образом, теория Эйнштейна не может предсказать, как зародится Вселенная, а только то, как она будет развиваться после того, как зародилась. К результатам Пенроуза и меня можно отнестись двояко. Одна из них заключается в том, что Бог выбрал начало Вселенной по причинам, которые мы не могли понять. Таково было мнение Папы Иоанна Павла. На конференции по космологии в Ватикане Папа сказал делегатам, что можно изучать вселенную после того, как она началась, но они не должны исследовать само начало, потому что это был момент творения и работа Бога.
Я был рад, что он не понял, что я представил на конференции доклад о том, как возникла Вселенная. Мне не хотелось, чтобы меня выдали инквизиции, как Галилея.
Другая интерпретация наших результатов, которую поддерживает большинство ученых, состоит в том, что она указывает на то, что общая теория относительности не работает из-за очень сильных гравитационных полей в ранней Вселенной. Она должна быть заменена более полной теорией. В любом случае этого можно было бы ожидать, потому что общая теория относительности не принимает во внимание мелкомасштабную структуру материи, которая регулируется квантовой теорией. Обычно это не имеет значения, поскольку масштаб Вселенной огромен по сравнению с микроскопическими масштабами квантовой теории. Но когда Вселенная имеет размер Планка, миллиард триллионов триллионных долей сантиметра, эти два масштаба совпадают, и квантовая теория должна быть принята во внимание.
Чтобы понять Происхождение Вселенной, нам нужно объединить общую теорию относительности с квантовой теорией.
Кажется, лучший способ сделать это — использовать идею Фейнмана о сумме по историям. Ричард Фейнман был колоритным персонажем, игравшим на бонго в стриптиз-клубе в Пасадене и блестящим физиком в Калифорнийском технологическом институте. Он предположил, что система переходит из состояния A в состояние B всеми возможными путями или историями. Каждый путь или история имеет определенную амплитуду или интенсивность, и вероятность перехода системы из A- в B определяется суммированием амплитуд для каждого пути. Будет история, в которой луна сделана из сыра с плесенью, но амплитуда низкая, что плохо для мышей.
Вероятность состояния Вселенной в настоящее время определяется путем сложения амплитуд всех историй, которые заканчиваются этим состоянием. Но как начинались истории? Это вопрос о происхождении в другом обличии. Требуется ли Создатель, чтобы определить, как началась Вселенная? Или начальное состояние Вселенной определяется законом науки? На самом деле этот вопрос возник бы, даже если бы история Вселенной уходила в бесконечное прошлое.
Но если Вселенная возникла всего 15 миллиардов лет назад, то это более актуально. Проблема того, что происходит в начале времен, немного похожа на вопрос о том, что произошло на краю света, когда люди думали, что мир плоский. Мир — плоская тарелка, по краю которой переливается море? Я проверил это экспериментально. Я объездил весь мир и не упал. Как мы все знаем, проблема того, что происходит на краю света, была решена, когда люди поняли, что мир — это не плоская тарелка, а изогнутая поверхность. Однако время, казалось, было другим. Он казался отделенным от космоса и напоминал модельный железнодорожный путь. Если бы у него было начало, должен был быть кто-то, кто пустил бы поезда в путь. Общая теория относительности Эйнштейна объединила время и пространство как пространство-время, но время все же отличалось от пространства и было похоже на коридор, который либо имел начало и конец, либо тянулся вечно. Однако, когда кто-то объединяет общую теорию относительности с квантовой теорией, Джим Хартл и я поняли, что время может вести себя как другое направление в пространстве в экстремальных условиях.
Это означает, что можно избавиться от проблемы начала времени, подобно тому, как мы избавились от края мира. Предположим, что начало Вселенной было подобно Южному полюсу Земли, где градусы широты играли роль времени. Вселенная начнется с точки на Южном полюсе. По мере продвижения на север круги постоянной широты, представляющие размер Вселенной, будут расширяться. Спрашивать, что произошло до начала Вселенной, было бы бессмысленным вопросом, потому что к югу от Южного полюса ничего нет.
Время, измеряемое в градусах широты, должно начинаться на Южном полюсе, но Южный полюс очень похож на любую другую точку, по крайней мере, так мне сказали. Я был в Антарктиде, но не на Южном полюсе. На Южном полюсе действуют те же законы природы, что и в других местах. Это сняло бы вековое возражение против того, что вселенная имеет начало; что это будет место, где обычные законы нарушаются. Начало Вселенной будет регулироваться законами науки. Картина спонтанного квантового сотворения Вселенной, разработанная нами Джимом Хартлом, немного похожа на образование пузырьков пара в кипящей воде.
Идея состоит в том, что наиболее вероятные истории Вселенной будут подобны поверхностям пузырей. Появлялось много маленьких пузырьков, а затем снова исчезало. Они соответствовали бы мини-вселенным, которые расширялись бы, но снова коллапсировали, оставаясь микроскопическими. Это возможные альтернативные вселенные, но они не представляют большого интереса, поскольку не существуют достаточно долго, чтобы развить галактики и звезды, не говоря уже о разумной жизни. Однако некоторые маленькие пузырьки вырастают до определенного размера, при котором они безопасны от повторного коллапса. Они будут продолжать расширяться со все возрастающей скоростью и сформируют пузыри, которые мы видим. Они будут соответствовать вселенным, которые начнут расширяться со все возрастающей скоростью. Это называется инфляцией, как и то, как цены растут каждый год.
Мировой рекорд по инфляции был в Германии после Первой мировой войны. Цены выросли в десять миллионов раз за 18 месяцев. Но это было ничто по сравнению с инфляцией в ранней Вселенной.
Вселенная расширилась в миллион триллионов триллионов раз за крошечную долю секунды. В отличие от инфляции цен, инфляция в ранней Вселенной была очень хорошей вещью. Она произвела очень большую и однородную Вселенную, как мы и наблюдаем. Тем не менее, это не было бы полностью единообразным. В сумме по историям истории, которые немного нерегулярны, будут иметь почти такую же высокую вероятность, как и полностью однородная и регулярная история. Таким образом, теория предсказывает, что ранняя Вселенная, вероятно, будет слегка неоднородной. Эти неоднородности будут вызывать небольшие вариации интенсивности микроволнового фона с разных направлений. Микроволновый фон наблюдался спутником Map, и было обнаружено, что он имеет именно те вариации, которые были предсказаны. Итак, мы знаем, что находимся на правильном пути.
Неровности в ранней Вселенной будут означать, что некоторые регионы будут иметь немного более высокую плотность, чем другие. Гравитационное притяжение дополнительной плотности замедлит расширение региона и может в конечном итоге привести к коллапсу региона с образованием галактик и звезд.
Так что внимательно посмотрите на карту микроволнового неба. Это чертеж всей структуры во Вселенной. Мы продукт квантовых флуктуаций в очень ранней Вселенной. Бог действительно играет в кости.
Укрощение мультивселенной: окончательная теория Стивена Хокинга о большом взрыве
Окончательная теория профессора Стивена Хокинга о происхождении Вселенной, над которой он работал в сотрудничестве с профессором Томасом Хертогом из KU Leuven, была опубликована в журнале Journal of Физика высоких энергий .
Мы не остановились на единственной уникальной вселенной, но наши открытия подразумевают значительное сокращение мультивселенной до гораздо меньшего диапазона возможных вселенных.
Стивен Хокинг
Теория, представленная для публикации перед смертью Хокинга в начале этого года, основана на теории струн и предсказывает, что Вселенная конечна и намного проще, чем говорят многие современные теории о Большом взрыве.
Профессор Хертог, чья работа была поддержана Европейским исследовательским советом, впервые объявил о новой теории на конференции в Кембриджском университете в июле прошлого года, организованной по случаю 75-летнего юбилея профессора Хокинга.0057-й -й день рождения.
Современные теории Большого взрыва предсказывают, что наша локальная Вселенная возникла в результате короткого взрыва инфляции — другими словами, через крошечную долю секунды после самого Большого взрыва Вселенная расширилась с экспоненциальной скоростью. Однако широко распространено мнение, что, как только инфляция начинается, есть регионы, где она никогда не останавливается. Считается, что квантовые эффекты могут вечно поддерживать инфляцию в некоторых регионах Вселенной, так что в глобальном масштабе инфляция вечна. Тогда наблюдаемая часть нашей Вселенной была бы просто гостеприимной карманной вселенной, областью, в которой закончилась инфляция и сформировались звезды и галактики.
«Обычная теория вечной инфляции предсказывает, что в глобальном масштабе наша Вселенная подобна бесконечному фракталу с мозаикой различных карманных вселенных, разделенных раздувающимся океаном», — сказал Хокинг в интервью прошлой осенью.
«Локальные законы физики и химии могут отличаться от одной карманной вселенной к другой, которые вместе образуют мультивселенную. Но я никогда не был поклонником мультивселенной. Если масштаб различных вселенных в мультивселенной велик или бесконечен, теорию невозможно проверить.
В своей новой статье Хокинг и Хертог заявляют, что представление о вечной инфляции как теории Большого взрыва неверно. «Проблема с обычным объяснением вечной инфляции заключается в том, что оно предполагает существующую фоновую Вселенную, которая развивается в соответствии с общей теорией относительности Эйнштейна, и рассматривает квантовые эффекты как небольшие флуктуации вокруг этого», — сказал Хертог. «Однако динамика вечной инфляции стирает разделение между классической и квантовой физикой. Как следствие, теория Эйнштейна терпит крах в вечной инфляции».
«Мы предсказываем, что наша Вселенная в самом большом масштабе достаточно гладкая и глобально конечная. Так что это не фрактальная структура», — сказал Хокинг.
Теория вечной инфляции, выдвинутая Хокингом и Хертогом, основана на теории струн: разделе теоретической физики, который пытается примирить гравитацию и общую теорию относительности с квантовой физикой, отчасти описывая фундаментальные составляющие Вселенной как крошечные вибрирующие струны. . Их подход использует концепцию голографии из теории струн, которая постулирует, что вселенная представляет собой большую и сложную голограмму: физическая реальность в определенных трехмерных пространствах может быть математически сведена к двумерным проекциям на поверхность.
Хокинг и Хертог разработали вариант этой концепции голографии, чтобы проецировать временное измерение в вечное расширение. Это позволило им описать вечную инфляцию, не полагаясь на теорию Эйнштейна. В новой теории вечная инфляция сводится к вневременному состоянию, определенному на пространственной поверхности в начале времени.
«Когда мы прослеживаем эволюцию нашей вселенной в обратном направлении во времени, в какой-то момент мы достигаем порога вечной инфляции, когда наше привычное понятие времени перестает иметь какое-либо значение», — сказал Хертог.
Предыдущая «теория отсутствия границ» Хокинга предсказывала, что если вернуться во времени к началу Вселенной, Вселенная сожмется и закроется, как сфера, но эта новая теория представляет собой шаг в сторону от более ранней работы. «Теперь мы говорим, что в нашем прошлом есть граница», — сказал Хертог.
Хертог и Хокинг использовали свою новую теорию, чтобы получить более надежные предсказания о глобальной структуре Вселенной. Они предсказывали, что Вселенная, возникающая из вечной инфляции на границе прошлого, конечна и намного проще, чем бесконечная фрактальная структура, предсказанная старой теорией вечной инфляции.
Их результаты, если их подтвердят дальнейшие исследования, будут иметь далеко идущие последствия для парадигмы мультивселенной. «Мы не ограничиваемся единственной уникальной вселенной, но наши результаты подразумевают значительное сокращение мультивселенной до гораздо меньшего диапазона возможных вселенных», — сказал Хокинг.
Это делает теорию более прогнозируемой и проверяемой.
