Пять популярных теорий Стивена Хокинга
Свежий номер
РГ-Неделя
Родина
Тематические приложения
Союз
Свежий номер
Общество
08.01.2014 07:45
Поделиться
Екатерина Призова
8 января 1942 года, через 300 лет после смерти Галилея, в британском Оксфорде родился Стивен Уильям Хокинг. Примерно 200 тысяч других детей также появились на свет в тот день, но только один стал величайшим физиком-теоретиком и космологом. В начале 1960-х у Хокинга стали проявляться признаки бокового амиотрофического склероза (болезнь Лу Герига), которые привели к параличу.
«Почти совершенное воплощение свободного духа, огромного интеллекта, человека, который мужественно преодолевает физическую немощь, отдавая все силы на расшифровку «божественного замысла», — таким описывает Хокинга в своей книге немецкий популяризатор науки Хуберт Мания.
Достижения Хокинга в науке неоспоримы. «РГ» расскажет о некоторых самых популярных теориях великого физика.
Излучение Хокинга
Излучение Хокинга — гипотетический процесс «испарения» черных дыр, то есть испускания разнообразных элементарных частиц (преимущественно фотонов).
Процесс был предсказан Хокингом в 1974 году. Его работе, кстати, предшествовал визит в Москву в 1973 году, где он встречался с советскими учеными: одним из создателей атомной и водородной бомб Яковом Зельдовичем и одним из основоположников теории ранней Вселенной Алексеем Старобинским.
«Когда огромная звезда сжимается, ее гравитация становится настолько сильной, что даже свет не может больше покидать ее пределы. Область, из которой ничто не может выйти, и называется «черная дыра». А ее границы называются «горизонт событий», — так поясняет Хокинг.
Отметим, понятие о черной дыре как объекте, который ничего не излучает, а может лишь поглощать материю, справедливо до тех пор, пока не учитываются квантовые эффекты.
Именно Хокинг начал изучать поведение элементарных частиц вблизи черной дыры с точки зрения квантовой механики.
Он выяснил, что частицы могут выходить за ее пределы и что черная дыра не может быть абсолютно черной, то есть — существует остаточная радиация. Коллеги-ученые рукоплескали: все теперь изменилось! Информация об открытии распространилась в научной среде как ураган. И эффект произвела аналогичный.
Позже Хокинг обнаружил и механизм, посредством которого черные дыры могут излучать радиацию. Он пояснил, что с точки зрения квантовой механики пространство наполнено виртуальными частицами. Они постоянно материализуются парами, «разлучаются», снова «встречаются» и аннигилируют. Вблизи черной дыры одна из пары частиц может упасть в нее, и тогда у второй не останется пары для аннигиляции. Такие «брошенные» частицы и образуют радиацию, которую излучает черная дыра.
Из этого Хокинг делает вывод, что черные дыры существуют не вечно: они излучают все более сильный ветер и, в конце концов, исчезают в результате гигантского взрыва.
«Эйнштейн так и не принял квантовую механику из-за связанного с ней элемента случайности и неопределенности.
Он сказал: Бог не играет в кости. Похоже, что Эйнштейн ошибся дважды. Квантовый эффект черной дыры позволяет предположить, что Бог не только играет в кости, но и иногда бросает их туда, где их нельзя увидеть», — считает Хокинг.
Излучение черных дыр — или излучение Хокинга — показало, что гравитационное сжатие не настолько окончательно, как было принято считать ранее: «Если астронавт падает в черную дыру, он вернется затем во внешнюю часть Вселенной в виде радиации. Таким образом, в каком-то смысле астронавт будет переработан».
Вопрос существования Бога
В 1981 году Хокинг побывал на конференции по космологии в Ватикане. После конференции Папа Римский дал аудиенцию ее участникам и сказал им, что они могут изучать развитие Вселенной после большого взрыва, но не сам большой взрыв, поскольку это — момент творения, а стало быть — дело Божье.
Позже Хокинг признался, что был рад тому, что Папа не знал тему лекции, которую ученый прочел перед этим. Она как раз касалась теории, согласно которой у Вселенной не было начала, момента творения как такового.
Подобные теории были и в начале 1970-х годов, они говорили о фиксированном пространстве и времени, которые на протяжении вечности были пустыми. Затем, по какой-то неизвестной причине, образовывалась точка — вселенское ядро — и происходил взрыв.
Хокинг полагает, что «если мы движемся назад во времени, мы доходим до сингулярности большого взрыва, в которой законы физики не действуют. Но есть другое направление движения во времени, которое позволяет избежать сингулярности: оно называется воображаемым направлением времени. В нем можно обойтись без сингулярности, которая является началом или концом времени».
То есть появляется момент в настоящем, которому совсем не обязательно сопутствует цепочка моментов в прошлом.
«Если у Вселенной было начало, мы можем предполагать, что у нее был и создатель. Но если Вселенная является самодостаточной, не имеет границы или края, значит, она не была создана и не будет уничтожена. Она просто существует. Где же тогда место для ее создателя?» — вопрошает физик-теоретик.
«От большого взрыва до черных дыр»
С таким подзаголовком в апреле 1988 года в свет вышла книга Хокинга «Краткая история времени», моментально ставшая бестселлером.
Эксцентричный и в высшей степени умный Хокинг активно занимается популяризацией науки. В его книге хоть и рассказывается о появлении Вселенной, о природе пространства и времени, черных дырах, встречается одна единственная формула — E=mc² (энергия равна массе, умноженной на квадрат скорости света в свободном пространстве).
До 20 века считалось, что Вселенная — вечна и неизменна. Хокинг весьма доступным языком доказывал, что это не так.
«В свете от далеких галактик происходит смещение в сторону красной части спектра. Это означает, что они удаляются от нас, что Вселенная расширяется», — говорит он.
Статичная Вселенная кажется привлекательнее: она существует и может продолжить существовать вечно. Она — нечто незыблемое: человек стареет, но Вселенная всегда так же молода, как в момент формирования.
Расширение Вселенной позволяет предположить, что у нее, в какой-то момент в прошлом, было начало. Этот момент, когда Вселенная начала свое существование, и получил название большого взрыва.
«Умирающая звезда, сжимаясь под действием собственной гравитации, в конце концов, превращается в сингулярность — в точку бесконечной плотности и нулевого размера. Если повернуть вспять ход времени так, чтобы сжатие превратилось в расширение, станет возможным доказать, что у Вселенной было начало. Однако доказательство, основанное на теории относительности Эйнштейна, показывало также, что невозможно понять, как произошла Вселенная: оно демонстрировало, что все теории не действуют в момент начала Вселенной», — отмечает ученый.
Человечество ждет гибель
Можно увидеть, как чашка падает со стола и разбивается. Но нельзя увидеть, как она собирается обратно из осколков. Увеличение беспорядка — энтропии — именно то, что отличает прошлое от будущего и придает направление времени.
Хокинг задался вопросом: что произойдет, когда Вселенная прекратит расширяться и начнет сжиматься? Увидим ли мы, как разбитые чашки собираются из осколков?
«Мне казалось, что когда начнется сжатие, Вселенная вернется в упорядоченное состояние.
В таком случае, с началом сжатия время должно было повернуть вспять. Люди в этой стадии проживали бы жизнь задом наперед и молодели по мере сжатия Вселенной», — говорил он.
Попытки создать математическую модель теории не увенчались успехом. Позже Хокинг признал свою ошибку. По его мнению, она заключалась в том, что он использовал слишком простую модель Вселенной. Время не повернет свой ход вспять, когда Вселенная начнет сжиматься.
«В реальном времени, в котором мы живем, у Вселенной есть две возможные судьбы. Она может продолжать расширяться вечно. Или она может начать сжиматься и прекратить свое существование в момент «большого сплющивания». Это будет похоже на большой взрыв, только — наоборот», — полагает физик.
Хокинг допускает, что Вселенную все-таки ожидает финал. Однако, оговаривается, что у него, как у пророка конца света, не будет возможности оказаться в то время — через много биллионов лет — и осознать свою ошибку.
Согласно теории Хокинга, спасти человечество при таком раскладе может только способность оторваться от Земли.
Инопланетяне существуют
Люди отправляют в космос беспилотные аппараты с изображениями человека и координатами, указывающими расположение нашей планеты. В космос посылают радиосигналы, в надежде, что их заметят инопланетные цивилизации.
Если верить Хокингу, то встречи с представителями других планет не сулят землянам ничего хорошего. Основываясь на своих знаниях, он не отрицает возможность существования внеземной цивилизации, но надеется, что встречи не произойдет.
В документальном телесериале канала Discovery он высказал мнение о том, что если технологии инопланетян будут превосходить земные, они обязательно образуют на Земле свою колонию и поработят человечество. Хокинг сравнил этот процесс с прибытием Колумба в Америку и последствиями, которые ожидали коренное население континента.
«Во Вселенной со 100 миллиардами галактик, каждая из которых содержит сотни миллионов звезд, маловероятно, что Земля является единственным местом, где развивается жизнь. С чисто математической точки зрения, одни лишь цифры позволяют принимать мысль о существовании инопланетной жизни как абсолютно разумную.
Реальной проблемой является то, как могут выглядеть инопланетяне, понравятся ли они землянам своим видом. Ведь они могут быть микробами или одноклеточными животными, или червями, которые населяли Землю в течение миллионов лет», — считает Хокинг.
Даже близкие и друзья космолога отмечают, что нельзя верить каждому его слову. Он — искатель. А в таком деле допущений больше, чем фактов, и ошибки неизбежны. Но даже при этом его изыскания дают человеку пищу для ума, точку, от которой можно начать поиск ответа на вопрос о существовании человека и Вселенной.
«Ответ на этот вопрос будет величайшим триумфом человеческого разума, ибо тогда мы познаем ум Бога», — говорит Хокинг.
Поделиться
НаукаКосмосНаукаРГ-ДайджестУмер Стивен Хокинг
Вселенная Стивена Хокинга (Стивен Хокинг)
Читать отрывок 1 349 ₽ 1 152 ₽ + до 172 бонусовКупить
Цена на сайте может отличаться от цены в магазинах сети. Внешний вид книги может отличаться от изображения на
сайте.
53
Цена на сайте может отличаться от цены в магазинах сети. Внешний вид книги может отличаться от изображения на сайте.
Вселенная Стивена Хокинга
Под этой обложкой собраны работы Стивена Хокинга, самого известного астрофизика современности, которые дают наиболее полное представление о его жизни, работе, взглядах на науку и Вселенную: «Краткая история времени», «Моя краткая история» и отдельные лекции из сборника «Черные дыры и молодые вселенные».
Ставшая научно-популярной классикой «Краткая история» знакомит с главными теориями происхождения и эволюции нашей Вселенной; объясняет, как связаны пространство и время; толкует феномен черных дыр и дает прогноз о возможности путешествий во времени. В избранных эссе автор рассуждает о природе реальности и своей позиции в науке. Об учебе, карьере и семейной жизни Стивен Хокинг рассказал в откровенной автобиографии, которую дополняет расшифровка интервью, записанного на радио BBC.
Описание
Характеристики
Вселенная Стивена Хокинга
Под этой обложкой собраны работы Стивена Хокинга, самого известного астрофизика современности, которые дают наиболее полное представление о его жизни, работе, взглядах на науку и Вселенную: «Краткая история времени», «Моя краткая история» и отдельные лекции из сборника «Черные дыры и молодые вселенные».
Ставшая научно-популярной классикой «Краткая история» знакомит с главными теориями происхождения и эволюции нашей Вселенной; объясняет, как связаны пространство и время; толкует феномен черных дыр и дает прогноз о возможности путешествий во времени. В избранных эссе автор рассуждает о природе реальности и своей позиции в науке. Об учебе, карьере и семейной жизни Стивен Хокинг рассказал в откровенной автобиографии, которую дополняет расшифровка интервью, записанного на радио BBC.
АСТ
Как получить бонусы за отзыв о товаре
1
Сделайте заказ в интернет-магазине2
Напишите развёрнутый отзыв от 300 символов только на то, что вы купили3
Дождитесь, пока отзыв опубликуют.
Если он окажется среди первых десяти, вы получите 30 бонусов на Карту Любимого Покупателя. Можно писать неограниченное количество отзывов к разным покупкам – мы начислим бонусы за каждый, опубликованный в первой десятке.
Если он окажется среди первых десяти, вы получите 30 бонусов на Карту Любимого Покупателя. Можно писать неограниченное количество отзывов к разным покупкам – мы начислим бонусы за каждый, опубликованный в первой десятке.
Правила начисления бонусовХлопок в точке сингулярности
Прекрасная книга
Плюсы
1. Понятный и доступный язык описания сложнейших и фундаментальных явлений.
2. В издании сразу несколько трудов: «Краткая история времени», несколько лекций из сборника «Черные дыры и молодые вселенные» и биография ученого.
3. Информация изложена систематично и структурировано.
4. Дизайн тут, как и у остальных книг автора, на высоте
Минусы
1. Такой литературы всегда мало.
Книга «Вселенная Стивена Хокинга» есть в наличии в интернет-магазине «Читай-город» по привлекательной цене. Если вы находитесь в Москве, Санкт-Петербурге, Нижнем Новгороде, Казани, Екатеринбурге, Ростове-на-Дону или любом другом регионе России, вы можете оформить заказ на книгу Стивен Хокинг «Вселенная Стивена Хокинга» и выбрать удобный способ его получения: самовывоз, доставка курьером или отправка почтой. Чтобы покупать книги вам было ещё приятнее, мы регулярно проводим акции и конкурсы.
Stephen Hawking Estate
Эта лекция является интеллектуальной собственностью профессора С.У.Хокинга. Вы не можете воспроизводить, редактировать, переводить, распространять, публиковать или размещать этот документ каким-либо образом без разрешения The Stephen Hawking Estate. Обратите внимание, что в этом документе могут быть неправильные орфографические, пунктуационные и/или грамматические ошибки.
Это сделано для того, чтобы синтезатор речи правильно произносил и синхронизировал.
‘Вы меня слышите?
Согласно народу Бошонго из Центральной Африки, в начале была 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 прогрессировало бы 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 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, 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, с точки зрения модели, которую мы создаем для мира. Нельзя спрашивать, представляет 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.
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 расходятся, 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, фактически 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, который искал что-то 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, 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 объединяла 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 нет ничего.
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 похожи на поверхности 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 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. Однако 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.
За последние сто лет мы добились огромного прогресса в космологии. Общая теория относительности и открытие расширения Вселенной разрушили старую картину вечно существующей и вечной Вселенной. Вместо этого общая теория относительности предсказала, что Вселенная и само время начнутся с Большого взрыва. Он также предсказал, что время придет к концу в черных дырах. Открытие космического микроволнового фона и наблюдения черных дыр подтверждают эти выводы. Это глубокое изменение нашего представления о вселенной и самой реальности. Хотя Общая теория относительности предсказывала, что Вселенная должна была возникнуть в период большой кривизны в прошлом, она не могла предсказать, как Вселенная возникнет после Большого взрыва. Таким образом, общая теория относительности сама по себе не может ответить на центральный вопрос космологии: почему Вселенная такая, какая она есть? Однако если общую теорию относительности объединить с квантовой теорией, можно будет предсказать, как зародится Вселенная.
Первоначально он будет расширяться со все возрастающей скоростью.
Во время так называемого инфляционного периода объединение двух теорий предсказывало развитие небольших флуктуаций, которые приведут к образованию галактик, звезд и всех других структур во Вселенной. Это подтверждается наблюдениями небольших неоднородностей космического микроволнового фона с точно предсказанными свойствами. Итак, похоже, мы находимся на пути к пониманию происхождения Вселенной, хотя потребуется еще много работы. Новое окно в очень раннюю Вселенную откроется, когда мы сможем обнаруживать гравитационные волны, точно измеряя расстояния между космическими аппаратами. Гравитационные волны свободно распространяются к нам с самых ранних времен, не встречая препятствий из какого-либо промежуточного материала. Напротив, свет многократно рассеивается на свободных электронах. Рассеяние продолжается до тех пор, пока электроны не вымерзнут через 300 000 лет.
Несмотря на некоторые большие успехи, не все решено.
У нас еще нет хорошего теоретического понимания наблюдений о том, что расширение Вселенной снова ускоряется после длительного периода замедления. Без такого понимания мы не можем быть уверены в будущем Вселенной. Будет ли он продолжать расширяться вечно? Является ли инфляция законом природы? Или Вселенная в конце концов снова рухнет? Быстро появляются новые результаты наблюдений и теоретические достижения. Космология — очень увлекательный и активный предмет. Мы приближаемся к ответам на извечные вопросы. Почему мы здесь? Откуда мы пришли?
Спасибо, что выслушали меня.
Поместье Стивена Хокинга
Эта лекция является интеллектуальной собственностью профессора С.У.Хокинга. Вы не можете воспроизводить, редактировать, переводить, распространять, публиковать или размещать этот документ каким-либо образом без разрешения The Stephen Hawking Estate. Обратите внимание, что в этом документе могут быть неправильные орфографические, пунктуационные и/или грамматические ошибки.
‘В этой лекции я хотел бы обсудить, есть ли у самого времени начало и будет ли у него конец. Все свидетельства, кажется, указывают на то, что Вселенная не существовала вечно, но что у нее было начало около 15 миллиардов лет назад. Это, пожалуй, самое замечательное открытие современной космологии. Однако сейчас это воспринимается как должное. Мы еще не уверены, будет ли конец Вселенной. Когда я читал лекцию в Японии, меня попросили не упоминать о возможном повторном коллапсе Вселенной, потому что это может повлиять на фондовый рынок. Однако я могу заверить любого, кто нервничает по поводу своих вложений, что продавать пока рановато: даже если Вселенной придет конец, это произойдет не раньше, чем через двадцать миллиардов лет. К тому времени, возможно, вступит в силу торговое соглашение ГАТТ.
Временная шкала Вселенной очень велика по сравнению с человеческой жизнью. Поэтому неудивительно, что до недавнего времени Вселенная считалась по существу статической и неизменной во времени.
Этот спор о том, было ли у Вселенной начало, сохранялся в 19 и 20 веках. Он проводился в основном на основе богословия и философии, практически не принимая во внимание данные наблюдений.
Это могло быть разумным, учитывая заведомо ненадежный характер космологических наблюдений до недавнего времени. Космолог сэр Артур Эддингтон однажды сказал: «Не волнуйтесь, если ваша теория не согласуется с наблюдениями, потому что они, вероятно, ошибочны». Но если ваша теория не согласуется со вторым законом термодинамики, у нее большие проблемы. На самом деле теория вечного существования Вселенной находится в серьезном противоречии со вторым законом термодинамики. Второй закон гласит, что беспорядок всегда увеличивается со временем. Подобно аргументу о человеческом прогрессе, он указывает на то, что должно было быть начало. В противном случае Вселенная уже была бы в состоянии полного беспорядка, и все было бы при одной и той же температуре. В бесконечной и вечной Вселенной каждый луч зрения заканчивался бы на поверхности звезды. Это означало бы, что ночное небо было бы таким же ярким, как поверхность Солнца. Единственным способом избежать этой проблемы было бы, если бы по какой-то причине звезды не сияли раньше определенного времени.
Во вселенной, которая была бы по существу статична, не было бы никакой динамической причины, по которой звезды должны были внезапно вспыхнуть в какой-то момент. Любое такое «время освещения» должно быть навязано вмешательством извне Вселенной. Однако ситуация изменилась, когда стало понятно, что Вселенная не статична, а расширяется. Галактики постоянно удаляются друг от друга. Это означает, что они были ближе друг к другу в прошлом. Можно построить график разделения двух галактик в зависимости от времени. Если бы не было ускорения под действием силы тяжести, график был бы прямой линией. Это снизится до нулевого разделения около двадцати миллиардов лет назад. Можно было бы ожидать, что гравитация заставит галактики ускоряться друг к другу. Это будет означать, что график разделения двух галактик будет изгибаться вниз, ниже прямой линии. Таким образом, время нулевого разделения было бы менее двадцати миллиардов лет назад.
В это время Большой Взрыв, вся материя во вселенной, должна была быть на вершине самой себя.
Плотность была бы бесконечной. Это было бы, что называется, сингулярностью. В сингулярности все законы физики были бы нарушены. Это означает, что состояние Вселенной после Большого Взрыва не будет зависеть ни от чего, что могло произойти раньше, потому что детерминистические законы, управляющие Вселенной, при Большом Взрыве нарушатся. Вселенная разовьется после Большого Взрыва, совершенно независимо от того, какой она была раньше. Даже количество материи во Вселенной может отличаться от того, что было до Большого Взрыва, поскольку Закон Сохранения Материи нарушается при Большом Взрыве.
Поскольку события, предшествующие Большому взрыву, не имеют следствий для наблюдений, их можно исключить из теории и сказать, что время началось с Большого взрыва. События, предшествовавшие Большому взрыву, просто не определены, потому что невозможно измерить то, что произошло во время них. Этот вид начала Вселенной и самого времени сильно отличается от тех начал, которые рассматривались ранее. Они должны были быть навязаны вселенной какой-то внешней силой.
Хотя законы науки, казалось, предсказывали, что у Вселенной было начало, они также, казалось, предсказывали, что не могут определить, как Вселенная должна была начаться. Это было явно очень неудовлетворительно. Так что было несколько попыток обойти вывод, что в прошлом существовала сингулярность бесконечной плотности. Одно из предложений состояло в том, чтобы изменить закон всемирного тяготения, чтобы он стал отталкивающим. Это может привести к тому, что график расстояния между двумя галактиками будет представлять собой кривую, которая приближается к нулю, но на самом деле не проходит через него в любое конечное время в прошлом.
Вместо этого идея заключалась в том, что по мере того, как галактики расходились, между ними образовывались новые галактики из материи, которая должна была постоянно создаваться. Это была теория устойчивого состояния, предложенная Бонди, Голдом и Хойлом.
Теория стационарного состояния, как назвал бы ее Карл Поппер, была хорошей научной теорией: она делала определенные предсказания, которые можно было проверить наблюдением и, возможно, опровергнуть. К несчастью для теории, они были фальсифицированы. Первая проблема возникла с Кембриджскими наблюдениями за количеством радиоисточников разной мощности. В среднем можно было бы ожидать, что более слабые источники будут и более удаленными. Поэтому можно было бы ожидать, что их будет больше, чем ярких источников, которые стремятся быть ближе к нам. Однако график зависимости количества радиоисточников от их мощности рос гораздо более резко при малых мощностях источников, чем предсказывала теория стационарного состояния.
Были попытки объяснить этот график подсчета чисел, утверждая, что некоторые из слабых радиоисточников находятся в пределах нашей собственной галактики и поэтому ничего не говорят нам о космологии.
Этот аргумент не выдержал дальнейших наблюдений. Но последний гвоздь в гроб теории стационарного состояния был забит с открытием фонового микроволнового излучения в 1965 году. Это излучение одинаково во всех направлениях. Он имеет спектр излучения в тепловом равновесии при температуре на 2 целых 7 градусов выше абсолютного нуля температуры. Кажется, нет никакого способа объяснить это излучение в теории стационарного состояния.
Еще одной попыткой избежать начала времени было предположение, что, возможно, все галактики не встречались в одной точке в прошлом. Хотя в среднем галактики удаляются друг от друга с постоянной скоростью, они также имеют небольшие дополнительные скорости относительно равномерного расширения. Эти так называемые «пекулярные скорости» галактик могут быть направлены в сторону основного расширения. Утверждалось, что, когда вы рисуете положение галактик в прошлом, боковые пекулярные скорости означали бы, что галактики не все встретились бы. Вместо этого могла существовать предыдущая фаза сжатия Вселенной, в которой галактики двигались навстречу друг другу.
Боковые скорости могли означать, что галактики не столкнулись, а промчались мимо друг друга, а затем начали расходиться. Не было бы ни сингулярности бесконечной плотности, ни нарушения законов физики. Таким образом, не было бы необходимости, чтобы вселенная и само время имели начало. Действительно, можно было бы предположить, что Вселенная колебалась, хотя это все равно не решило бы проблему со вторым законом термодинамики: можно было бы ожидать, что Вселенная будет становиться более неупорядоченной с каждым колебанием. Поэтому трудно понять, как Вселенная могла колебаться в течение бесконечного времени.
Эта возможность того, что галактики размились, была подтверждена статьей двух русских. Они утверждали, что не будет сингулярностей в решении уравнений общей теории относительности, которое является полностью общим в том смысле, что оно не имеет никакой точной симметрии. Однако их утверждение оказалось ошибочным благодаря ряду теорем Роджера Пенроуза и меня. Они показали, что общая теория относительности предсказывала сингулярности всякий раз, когда в области присутствовало больше определенного количества массы.
Первые теоремы были разработаны, чтобы показать, что время подошло к концу внутри черной дыры, образовавшейся в результате коллапса звезды. Однако расширение Вселенной подобно обращению во времени коллапса звезды. Поэтому я хочу показать вам, что данные наблюдений указывают на то, что Вселенная содержит достаточное количество материи, что она подобна обращенному во времени черной дыре и поэтому содержит сингулярность.
Для обсуждения наблюдений в космологии полезно нарисовать диаграмму событий в пространстве и времени, где время движется вверх, а пространственные направления горизонтальны. Чтобы правильно показать эту диаграмму, мне действительно понадобился бы четырехмерный экран. Однако из-за государственных сокращений нам удалось предоставить только двухмерный экран. Поэтому я смогу показать только одно из направлений в пространстве.
Глядя на вселенную, мы оглядываемся назад во времени, потому что свет должен был покинуть далекие объекты давным-давно, чтобы достичь нас в настоящее время.
Это означает, что события, которые мы наблюдаем, лежат на том, что называется нашим световым конусом прошлого. Острие конуса находится в нашем положении в настоящее время. По мере того, как мы возвращаемся во времени на диаграмме, световой конус расширяется на большие расстояния, и его площадь увеличивается. Однако, если на нашем прошлом световом конусе достаточно материи, он будет искривлять лучи света навстречу друг другу. Это будет означать, что по мере возвращения в прошлое площадь нашего прошлого светового конуса будет достигать максимума, а затем начнет уменьшаться. Именно эта фокусировка нашего прошлого светового конуса под действием гравитационного воздействия материи во Вселенной является сигналом того, что Вселенная находится в пределах своего горизонта, подобно обращению времени черной дыры. Если можно определить, что во Вселенной достаточно материи, чтобы сфокусировать световой конус нашего прошлого, то можно применить теоремы сингулярности, чтобы показать, что время должно иметь начало.
Как мы можем сказать из наблюдений, достаточно ли материи на нашем прошлом световом конусе, чтобы его сфокусировать? Мы наблюдаем ряд галактик, но не можем напрямую измерить, сколько материи они содержат. Мы также не можем быть уверены, что каждый луч нашего зрения будет проходить через галактику. Поэтому я приведу другой аргумент, чтобы показать, что во Вселенной достаточно материи, чтобы сфокусировать наш световой конус прошлого. Аргумент основан на спектре микроволнового фонового излучения. Это характерно для излучения, находящегося в тепловом равновесии с веществом при той же температуре. Для достижения такого равновесия необходимо, чтобы излучение многократно рассеивалось на веществе. Например, свет, который мы получаем от Солнца, имеет характерный тепловой спектр. Это не потому, что ядерные реакции, протекающие в центре Солнца, производят излучение с тепловым спектром. Скорее, это происходит потому, что излучение много раз рассеивалось веществом Солнца на пути от центра.
В случае Вселенной тот факт, что микроволновое излучение имеет точно такой же тепловой спектр, указывает на то, что оно должно было многократно рассеиваться. Следовательно, Вселенная должна содержать достаточно материи, чтобы сделать ее непрозрачной в любом направлении, куда бы мы ни посмотрели, потому что микроволновый фон одинаков в любом направлении, в котором мы смотрим. Более того, эта непрозрачность должна возникать далеко от нас, потому что мы можем видеть галактики и квазары на больших расстояниях. Таким образом, должно быть много материи на большом расстоянии от нас. Наибольшая непрозрачность в широком диапазоне волн при заданной плотности исходит от ионизированного водорода. Из этого следует, что если материи достаточно, чтобы сделать Вселенную непрозрачной, то также достаточно материи, чтобы сфокусировать световой конус нашего прошлого. Затем можно применить теорему Пенроуза и меня, чтобы показать, что время должно иметь начало.
Фокусировка нашего прошлого светового конуса подразумевает, что время должно иметь начало, если общая теория относительности верна.
Но можно задаться вопросом, действительно ли Общая теория относительности верна. Это, безусловно, согласуется со всеми проведенными наблюдательными тестами. Однако они проверяют общую теорию относительности только на довольно больших расстояниях. Мы знаем, что общая теория относительности не может быть совершенно правильной на очень малых расстояниях, потому что это классическая теория. Это означает, что он не принимает во внимание принцип неопределенности квантовой механики, который гласит, что объект не может иметь одновременно четко определенного положения и четко определенной скорости: чем точнее измеряется положение, тем менее точно можно измерить скорость и наоборот. Следовательно, чтобы понять стадию очень высокой плотности, когда Вселенная была очень маленькой, нужна квантовая теория гравитации, которая объединит общую теорию относительности с принципом неопределенности.
Многие люди надеялись, что квантовые эффекты каким-то образом сгладят сингулярность бесконечной плотности и позволят Вселенной отскочить и вернуться к предыдущей фазе сжатия.
Это было бы похоже на более раннюю идею о том, что галактики пропускают друг друга, но отскок происходит при гораздо большей плотности. Однако я думаю, что это не так: квантовые эффекты не устраняют сингулярность, а позволяют бесконечно продолжать время назад. Но кажется, что квантовые эффекты могут устранить самую неприятную черту сингулярностей в классической общей теории относительности. Дело в том, что классическая теория не позволяет рассчитать, что получится из сингулярности, потому что там нарушатся все законы физики. Это означало бы, что наука не может предсказать, как зародилась Вселенная. Вместо этого нужно было бы обратиться к агентству за пределами вселенной. Возможно, поэтому многие религиозные лидеры были готовы принять теорию Большого взрыва и теоремы сингулярности.
С другой стороны, кажется, что квантовая теория может предсказать, как зародится Вселенная. Квантовая теория вводит новую идею мнимого времени. Воображаемое время может звучать как научная фантастика, и оно было привнесено в «Доктор Кто».
Но тем не менее, это подлинно научная концепция. Можно представить это следующим образом. Обычное, реальное время можно представить себе как горизонтальную линию. Слева — прошлое, справа — будущее. Но есть и другой вид времени в вертикальном направлении. Это называется воображаемым временем, потому что это не то время, которое мы обычно переживаем. Но в некотором смысле оно так же реально, как и то, что мы называем реальным временем.
Три направления в пространстве и одно направление воображаемого времени составляют то, что называется евклидовым пространством-временем. Я не думаю, что кто-то может изобразить четырехмерное кривое пространство. Но не так уж сложно визуализировать двухмерную поверхность, такую как седло или поверхность футбольного мяча.
На самом деле мы с Джеймсом Хартлом из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре предположили, что пространство и мнимое время вместе действительно конечны по протяженности, но не имеют границ. Они были бы похожи на поверхность Земли, но с еще двумя измерениями.
Поверхность Земли конечна по протяженности, но не имеет границ и краев. Я объехал весь мир и не упал.
Если бы пространство и мнимое время действительно были похожи на поверхность Земли, не было бы никаких сингулярностей в направлении мнимого времени, при которых законы физики нарушались бы. И не было бы никаких границ у воображаемого времени-пространства-времени, как нет границ у поверхности Земли. Это отсутствие границ означает, что законы физики однозначно определят состояние Вселенной в воображаемом времени. Но если известно состояние Вселенной в мнимом времени, можно вычислить состояние Вселенной в реальном времени. Можно было бы ожидать какой-то сингулярности Большого взрыва в реальном времени. Так что реальное время все же имело бы начало. Но не нужно было бы обращаться к чему-то вне вселенной, чтобы определить, как вселенная началась. Вместо этого то, как вселенная возникла при Большом взрыве, будет определяться состоянием вселенной в воображаемом времени. Таким образом, Вселенная была бы полностью автономной системой.
Оно не будет определяться ничем за пределами физической вселенной, которую мы наблюдаем.
Условие отсутствия границ — это утверждение, что законы физики выполняются везде. Понятно, что в это хотелось бы верить, но это гипотеза. Его нужно проверить, сравнив состояние Вселенной, которое он предсказывает, с наблюдениями того, какова Вселенная на самом деле. Если бы наблюдения противоречили предсказаниям гипотезы отсутствия границ, нам пришлось бы заключить, что гипотеза ложна. Должно быть что-то вне вселенной, чтобы запустить часовой механизм и запустить вселенную. Конечно, даже если наблюдения согласуются с предсказаниями, это не доказывает, что предложение об отсутствии границ верно. Но уверенность в этом возросла бы, особенно потому, что, по-видимому, не существует другого естественного предположения о квантовом состоянии Вселенной.
Предложение об отсутствии границ предсказывает, что Вселенная начнется в одной точке, например, на Северном полюсе Земли. Но эта точка не будет сингулярностью, как Большой Взрыв.
Вместо этого это была бы обычная точка пространства и времени, как Северный полюс — обычная точка на Земле, по крайней мере, мне так сказали. Я сам там не был.
Согласно предположению об отсутствии границ, Вселенная плавно расширялась бы из одной точки. По мере своего расширения он заимствовал энергию у гравитационного поля для создания материи. Как мог бы предсказать любой экономист, результатом всех этих заимствований стала инфляция. Вселенная расширялась и заимствовала со все возрастающей скоростью. К счастью, долг гравитационной энергии не придется возвращать до конца Вселенной.
В конце концов, период инфляции закончился бы, и Вселенная перешла бы на стадию более умеренного роста или расширения. Однако инфляция оставила бы свой след во Вселенной. Вселенная была бы почти полностью гладкой, но с очень небольшими неровностями. Этих неровностей так мало, всего одна стотысячная доля, что люди годами тщетно искали их. Но в 1992 году спутник Cosmic Background Explorer, COBE, обнаружил эти неоднородности в микроволновом фоновом излучении.
Это был исторический момент. Мы вернулись к происхождению Вселенной. Форма флуктуаций микроволнового фона хорошо согласуется с предсказаниями предложения об отсутствии границ. Эти очень незначительные неравномерности во Вселенной привели бы к тому, что некоторые регионы расширялись медленнее, чем другие. В конце концов, они бы перестали расширяться и сжались бы сами в себя, образовав звезды и галактики. Таким образом, предложение об отсутствии границ может объяснить всю богатую и разнообразную структуру мира, в котором мы живем. Что предсказывает предположение об отсутствии границ для будущего Вселенной? Поскольку это требует, чтобы Вселенная была конечной в пространстве, а также в мнимом времени, это подразумевает, что Вселенная в конечном итоге снова схлопнется. Однако он не схлопнется снова в течение очень долгого времени, намного дольше тех 15 миллиардов лет, в течение которых он уже расширялся. Итак, вы успеете продать свои государственные облигации, прежде чем конец вселенной будет близок.
Во что тогда вы инвестируете, я не знаю.
Изначально я думал, что коллапс будет временем, обратным расширению. Это означало бы, что стрела времени в фазе сжатия указывала бы в другую сторону. Люди становились моложе, поскольку Вселенная становилась меньше. В конце концов, они бы исчезли обратно в утробу.
Однако теперь я понимаю, что ошибался, как показывают эти решения. Коллапс — это не время, противоположное расширению. Расширение начнется с инфляционной фазы, но коллапс, как правило, не закончится антиинфляционной фазой. Более того, небольшие отклонения от однородной плотности будут продолжать расти в фазе сжатия. Вселенная будет становиться все более и более шероховатой и неправильной по мере того, как она будет уменьшаться, а беспорядок будет увеличиваться. Это означает, что стрела времени не повернется вспять. Люди продолжат стареть даже после того, как Вселенная начала сжиматься. Так что нет смысла ждать, пока Вселенная снова рухнет, чтобы вернуться к своей юности.
