Стівен хокінг світ у горіхової шкаралупки. Стівен Хокінг «Світ у горіховій шкаралупці

О, ось уже й Стівена Хокінга виклали на Фантлабі. Дуже несподівано, але якщо він тут, то промовчати я не можу.

Спочатку трохи про самого автора: Стівен Хокінг – найяскравіший прикладтвердість людського духу. Виявитися паралізованим, позбавленим можливості говорити – що може бути страшніше за цю долю? Але його дух і розум Титана перемогли фізичну недугу. І ще як перемогли! Хокінг - один з найрозумніших людей, що зараз живуть на нашій планеті. Якщо комусь потрібно докази примату духу над тілом, то ось вам це доказ. Ті, хто скаржаться на свої дрібні проблемиабо болячки – ось вам приклад СПРАВЖНІЙ проблемиі СПРАВЖНІЙ фізичної немочі. Власне, сам Стівен Хокінг і є Фантастика. Людина-подвижник, людина-мученик, людина-символ. :pray:

Про книгу: читав (вірніше досі читаю, бо мова йде дуже повільно) лише одну книгу. Річ абсолютно шикарна! І як будь-яка шикарна річ – досить рідкісна. Тираж книги – 7 000 екземплярів, тож зустріти її на прилавках книгареньневеликих міст навряд чи можливо. Сам особисто замовляв цю книгу через Інтернет, на сайті www.urss.ru (модераторів дуже прошу не видаляти посилання, оскільки цей магазин поширює виключно наукову чи науково-освітню літературу, яку найчастіше більше ніде не знайдеш). Прекрасне видання в суперобкладинці і твердій палітурці на шикарному крейдованому папері (боже, як це відрізняється від звичного дешевого і сірого паперу, що вже став звичним!). Чудова поліграфія, текст ніде не змащується. Відмінні кольорові малюнки, які ідеально доповнюють досить таки. складний текст, наочно показуючи перебіг авторської думки. Загалом, за цю книгу не шкода віддати свої шістсот рублів + сплатити доставку поштою.

Щодо самого тексту, то він досить складний. Але складний він не тому, що автор погано викладає свої думки або через те, що він зловживає термінологією чи страшними формулами, а тому, що він намагається пояснити найскладніші найцікавіші проблеминад рішенням яких б'ється сучасна фізика Зі свого боку (тобто з боку вченого-популяризатора) Хокінг зробив все що міг, але й читач повинен докласти чимало зусиль, щоб хоча б у загальних рисахзрозуміти, що говорить автор.

У цій книзі, на відміну, наприклад, від іншого бестселера науково-популярної літератури Брайана Гріна «Елегантний всесвіт» немає розділів, які дозволяють освіжити пам'ять фізичні законимакро- та мікросвіту. Якщо Брайан Грін витратив полкниги щоб підготувати читача до теорії Суперструн і одинадцятивимірного виміру у якому вони існують, то Стівен Хокінг вважав за краще брати бика за роги і з другого розділу почав розповідати про форму Часу, попутно нагадуючи про азах своєї науки. Отже, непідготовлені люди (наприклад, такі як я) часом можуть втрачати нитку авторських міркувань. Втім, хіба автор винен, що вони у школі погано вчили фізику? Нічого більшого, ніж базові поняття, що намагалися нам дати шкільні вчителіТут і не потрібні.

Поспішаю порадувати шанувальників Ніка Перумова! Мультивсесвіт, про в одному з розділів книги якого розповідає Хокінг дуже схожий (та який там схожий, один в один, хоч оголошуй конкурс «знайди десять відмінностей») на Упорядковане. Отже можна сказати, фентазі оперує сучасними фізичними теоріями.

На цьому, зрозуміло, зміст книги не вичерпується і Автор розповідає про речі зовсім фантастичні. Наприклад, про можливість подорожі у часі. Або про ті самі «кротові нори», про які багато говорять, але мало хто знає.

Підсумок: Рука не піднімається поставити цій книзі нижче десяти балів. Перед нами шедевр, так-так, шедевр науково-популярної літератури в галузі фізики. Більше того, в якісь віки шедевр отримав гідне оформлення у вигляді ідеального видання (як цього не вистачає книзі Брайна Гріна «Елегантний всесвіт»!) Усім, кому хоч трохи цікаво, над чим б'ються найкращі уми сучасності – читати обов'язково.

Оцінка: 10

Книга хороша, але не така гарна як, що зробила свого часу просто фурор у науково-популярній літературі. коротка історіячасу».

Тут багато великих барвистих малюнків, ні складних формул, все розжовується буквально на пальцях. Ідеї ​​справді дуже складні і викласти їх ось так простими словамине завжди можливо... проте автор намагається це зробити. На мій погляд, надмірне спрощення матеріалу значно пошкодило книзі з погляду інформативності. Залишається багато питань у людей, які хочуть докопатися до істини самостійно, тому, зрештою, доводиться купувати додаткову літературу: Браяна Гріна, Вайнберга, Пенроуза. Окремо хочеться відзначити видані Амфорою праці з теорії відносності Ейнштейна(Серія так і називається – «Бібліотека Стівена Хокінга»).

Стівен Хокінг

Світ у горіхової шкаралупки

Передмова

Я не очікував, що моя науково-популярна книга «Коротка історія часу» виявиться настільки успішною. У списку бестселерів лондонської «Санді таймі» вона протрималася понад чотири роки - довше за будь-яку іншу книгу, що особливо дивно для видання про науку, адже вони зазвичай розходяться не дуже швидко. Потім люди почали питати, коли чекати на продовження. Я чинив опір, мені не хотілося писати щось на кшталт «Продовження короткої історії» або «Трохи більше довгої історіїчасу». А ще я був зайнятий дослідженнями. Але поступово зрозуміли, що можна написати іншу книгу, яка має шанс виявитися простіше для розуміння. «Коротка історія часу» була побудована за лінійної схеми: у більшості випадків кожна наступна глава логічно пов'язана з попередніми. Одним читачам це подобалося, але інші, застрягши на перших розділах, так і не добиралися до більш цікавих тем. Справжня книгапобудована інакше - вона швидше схожа на дерево: глави 1 і 2 утворюють стовбур, від якого відходять гілки інших розділів.

Ці «відгалуження» значною мірою незалежні один від одного, і, отримавши уявлення про «ствол», читач може знайомитися з ними в довільному порядку. Вони пов'язані з областями, в яких я працював або про які розмірковував після публікації «Короткої історії часу». Тобто відображають найактивніше напрямки, що розвиваються сучасних досліджень. Усередині кожного розділу я також спробував уникнути лінійної структури. Ілюстрації та підписи до них вказують читачеві альтернативний маршрут, як у «Ілюстрованої короткої історії часу», виданої 1996 р. Врізання і зауваження на полях дозволяють торкнутися деякі теми глибше, ніж це можливо, в основному тексті.

У 1988 р., коли вперше вийшла «Коротка історія часу», враження було таке, що остаточна теорія всього ледь замаячила на горизонті. Наскільки з того часу змінилася ситуація? Чи ми наблизилися до нашої мети? Як ви дізнаєтеся з цієї книги, прогрес був дуже значним. Але подорож ще триває, і кінця йому поки що не видно. Як кажуть, краще продовжувати шлях із надією, ніж прибути до мети. Наші пошуки та відкриття живлять творчу активністьу всіх сферах, не лише у науці. Якщо ми досягнемо кінця шляху, людський дух висохне і помре. Але я не думаю, що ми колись зупинимося: рухатимемося якщо не в глибину, то у бік ускладнення, завжди залишаючись у центрі розширюваного горизонту можливостей.

У роботі над цією книгою я мав багато помічників. Особливо я хотів би відзначити Томаса Хертога та Ніла Ширера за їхню допомогу з малюнками, підписами та врізками, Енн Харріс та Кітті Фергюссон, які редагували рукопис (або, точніше, комп'ютерні файли, оскільки все, що я пишу, з'являється в електронній формі), Філіпа Данна з Book Laboratory та Moonrunner Design, який створив ілюстрації. Але крім того, я хочу подякувати всім тим, хто дав мені можливість вести нормальне життяі займатися науковими дослідженнями. Без них ця книга не була б написана.

Коротка історія відносності

Про те, як Ейнштейн заклав основи

двох фундаментальних теорійХХ століття:

загальної теоріївідносності та квантової механіки

Альберт Ейнштейн, творець спеціальної та загальної теорій відносності, народився 1879 р. в німецьке містоУльме, пізніше сім'я перебралася до Мюнхена, де в батька майбутнього вченого, Германа, і його дядька, Якоба, була невелика електротехнічна фірма, яка не надто процвітала. Альберт не був вундеркіндом, але твердження, що він не встигав у школі, виглядають перебільшенням. У 1894 р. бізнес його батька прогорів, і сім'я переїхала до Мілана. Батьки вирішили залишити Альберта у Німеччині до закінчення школи, але він не виносив німецького авторитаризму і через кілька місяців покинув школу, вирушивши до Італії до своєї родини. Пізніше він завершив освіту в Цюріху, отримавши в 1900 диплом престижного Політехнікуму ( E idgenössische T echnische H ochschule - Вища технічне училище). Схильність до суперечок і нелюбов до начальства завадили Ейнштейну налагодити стосунки з професорами ЕТН, тож ніхто з них не запропонував йому місця помічника, з якого зазвичай починалася академічна кар'єра. Лише через два роки молодій людинінарешті вдалося влаштуватися на посаду молодшого клерка у Швейцарському патентному бюро у Берні. Саме в той період, 1905 р., він написав три статті, які не тільки зробили Ейнштейна одним із провідних вчених світу, але й започаткували двоє науковим революціям- революціям, які змінили наші уявлення про час, простір і саму реальність.

До кінцю XIXстоліття вчені вважали, що впритул підійшли до вичерпного опису Всесвіту. За їхніми уявленнями, простір був заповнений безперервним середовищем – «ефіром». Промені світла і радіосигнали розглядалися як хвилі ефіру, подібно до того, як звук є хвилями щільності повітря. Усе, що потрібно завершення теорії, - це ретельно виміряти пружні властивості ефіру. Маючи на увазі це завдання, Джефферсонівську лабораторію в Гарвардському університетіпобудували без жодного залізного цвяха, щоб уникнути можливих перешкод у найтонших магнітних вимірах. Проте проектувальники забули, що червоно-коричнева цегла, яка використовувалася при зведенні лабораторії, та й більшості інших будівель Гарварду, містить значну кількість заліза. Будівля служить донині, але в Гарварді так і не знають, яку вагу зможуть витримати перекриття бібліотеки, що не містять залізних цвяхів.

До кінця століття концепція всепроникаючого ефіру почала стикатися з труднощами. Очікувалося, що світло поширюється по ефіру з фіксованою швидкістю, але якщо ви самі рухаєтеся крізь ефір в тому ж напрямку, що і світло, швидкість світла повинна здаватися меншою, а якщо ви рухаєтеся в протилежному напрямку, швидкість світла виявиться більшою (рис. 1.1).

Мал. 1.1 Теорія нерухомого ефіру

Якби світло було хвилею в пружній речовині, званій ефіром, його швидкість здавалася б вищою від того, хто рухається на космічному кораблі йому назустріч (а), і нижче - тому, хто рухається в тому ж напрямку, що і світло (б).

Однак у ряді експериментів ці уявлення не вдалося підтвердити. Найбільш точний і коректний з них здійснили в 1887 Альберт Майкельсон і Едвард Морлі в Школі прикладних наукКейза, Клівленд, штат Огайо. Вони порівняли швидкість світла у двох променях, що йдуть під прямим кутом один до одного. Оскільки Земля обертається навколо своєї осі і обертається навколо Сонця, швидкість та напрямок руху апаратури крізь ефір змінюється (рис. 1.2). Але Майкельсон і Морлі не виявили ні добових, ні річних відмінностей у швидкості світла у двох променях. Виходило, ніби світло завжди рухається щодо вас з тією ж швидкістю, незалежно від того, як швидко і в якому напрямку рухаєтеся ви самі (рис. 1.3).

Живо та інтригуюче. Хокінг від природи наділений задарма вчити і роз'яснювати, з гумором ілюструвати вкрай складні поняттяаналогіями із повсякденного життя.

New York Times

Ця книга заручає дитячі дива із геніальним інтелектом. Ми подорожуємо всесвітом Хокінга, перенесені гуду силою його розуму.

Sunday Times

Живе і дотепно… Дозволяє широкому читачеві почерпнути глибокі наукові істиниз першоджерела.

New Yorker

Стівен Хокінг - майстер ясності… Важко уявити, щоб хтось інший з тих, хто нині живе дохідливіше, виклав страхітливі профана математичні викладки.

Chicago Tribune

Напевно, найкраща науково-популярна книга Майстернє узагальнення того, що сучасні фізикиз астрофізики. Дякую, докторе Хокінг! думають про Всесвіт і те, як він став такий.

Wall Street journal

1988 року книга Стівена Хокінга «Коротка історія часу», що побила рекорди продажів, познайомила читачів у всьому світі з ідеями цього чудового фізика-теоретика. І ось нове важлива подія: Хокінг повертається Чудово ілюстроване продовження – «Світ у горіховій шкаралупці» – розкриває суть наукових відкриттів, які були зроблені після виходу його першої, широко визнаної книги.

Один з найблискучіших вчених нашого часу, відомий не тільки сміливістю ідей, але також ясністю та дотепністю їхнього вираження, Хокінг захоплює нас до передньому краюдосліджень, де правда здається химерніше вигадки, щоб пояснити простими словами принципи, які керують Всесвітом. Як і багато фізиків-теоретиків, Хокінг прагне знайти Священний Грааль науки - Теорію Усього, яка лежить в основі космосу. Він дозволяє нам торкнутися таємниць світобудови: від супергравітації до суперсиметрії, від квантової теорії до М-теорії, від голографії до дуальностей. Разом з ним ми пускаємося в захоплюючі пригоди, коли він розповідає про спроби створити на основі загальної теорії відносності Ейнштейна і висунутої Річардом Фейнманом ідеї про множинність історій Повну об'єднану теорію, яка опише все, що відбувається у Всесвіті.

Ми супроводжуємо йому в незвичайній подорожі через простір-час, а чудові кольорові ілюстрації служать нам віхами в цій мандрівці по сюрреалістичній Країні чудес, де частинки, мембрани і струни рухаються в одинадцяти вимірах, де чорні діри випаровуються, виносячи з космічне насіння, з якого виріс наш Всесвіт, було крихітним горішком.

Стівен Хокінг займає крісло Лукасовського професора математики в Кембриджському університеті, успадковуючи на цій посаді Ісааку Ньютону та Полу Діраку. Він вважається одним із найвидатніших фізиків-теоретиків з часів Ейнштейна.

Я не очікував, що моя науково-популярна книга «Коротка історія часу» виявиться настільки успішною. У списку бестселерів лондонської «Санді таймі» вона протрималася понад чотири роки - довше за будь-яку іншу книгу, що особливо дивно для видання про науку, адже вони зазвичай розходяться не дуже швидко. Потім люди почали питати, коли чекати на продовження. Я чинив опір, мені не хотілося писати щось на кшталт «Продовження короткої історії» або «Трохи довшої історії часу». А ще я був зайнятий дослідженнями. Але поступово зрозуміли, що можна написати іншу книгу, яка має шанс виявитися простіше для розуміння. «Коротка історія часу» була побудована за лінійною схемою: здебільшого кожен наступний розділ логічно пов'язаний з попередніми. Одним читачам це подобалося, але інші, застрягши на перших розділах, так і не добиралися до цікавіших тем. Справжня книга побудована інакше - вона швидше схожа на дерево: глави 1 і 2 утворюють стовбур, від якого відходять гілки інших розділів.

Ці «відгалуження» значною мірою незалежні один від одного, і, отримавши уявлення про «ствол», читач може знайомитися з ними у довільному порядку. Вони пов'язані з областями, в яких я працював або про які розмірковував після публікації «Короткої історії часу». Тобто відображають напрямки сучасних досліджень, що найбільш активно розвиваються. Усередині кожного розділу я також спробував уникнути лінійної структури. Ілюстрації та підписи до них вказують читачеві альтернативний маршрут, як у «Ілюстрованій короткій історії часу», виданій у 1996 р. Врізання та зауваження на полях дозволяють торкнутися деяких тем глибше, ніж це можливо в основному тексті.

У 1988 р., коли вперше вийшла «Коротка історія часу», враження було таке, що остаточна теорія всього ледь замаячила на горизонті. Наскільки з того часу змінилася ситуація? Чи ми наблизилися до нашої мети? Як ви дізнаєтеся з цієї книги, прогрес був дуже значним. Але подорож ще триває, і кінця йому поки що не видно. Як кажуть, краще продовжувати шлях з надією, ніж прибути до мети". Наші пошуки та відкриття живлять творчу активність у всіх сферах, не тільки в науці. Якщо ми досягнемо кінця шляху, людський дух висохне і помре. Але я не думаю, що ми коли-небудь зупинимося: будемо рухатися якщо не в глибину, то в бік ускладнення, завжди залишаючись в центрі горизонту можливостей, що розширюється.

У роботі над цією книгою я мав багато помічників. Особливо я хотів би відзначити Томаса Хертога та Ніла Ширера за їхню допомогу з малюнками, підписами та врізками, Енн Харріс та Кітті Фергюссон, які редагували рукопис (або, точніше, комп'ютерні файли, оскільки все, що я пишу, з'являється в електронній формі), Філіпа Данна з Book Laboratory та Moonrunner Design, який створив ілюстрації. Але, крім того, я хочу подякувати всім тим, хто дав мені можливість вести нормальне життя і займатися науковими дослідженнями. Без них ця книга не була б написана.

Один з найблискучіших вчених нашого часу, відомий не тільки сміливістю ідей, але також ясністю та дотепністю їхнього вираження, Хокінг захоплює нас до переднього краю досліджень, де правда здається химернішою вигадки, щоб пояснити простими словами принципи, які керують Всесвітом.

Чудові кольорові ілюстрації служать нам віхами в цій мандрівці Країною чудес, де частинки, мембрани і струни рухаються в одинадцяти вимірах, де чорні дірки випаровуються, і де космічне насіння, з якого виріс наш Всесвіт, було крихітним горішком.

Стівен Хокінг
Світ у горіховій шкаралупці

Передмова

Я не очікував, що моя науково-популярна книга "Коротка історія часу" виявиться настільки успішною. У списку бестселерів лондонської "Санді таймі" вона протрималася понад чотири роки - довше за будь-яку іншу книгу, що особливо дивно для видання про науку, адже вони зазвичай розходяться не дуже швидко. Потім люди почали питати, коли чекати на продовження. Я противився, мені не хотілося писати щось на кшталт "Продовження короткої історії" або "трохи довшої історії часу". А ще я був зайнятий дослідженнями. Але поступово зрозуміли, що можна написати іншу книгу, яка має шанс виявитися простіше для розуміння. "Коротка історія часу" була побудована за лінійною схемою: у більшості випадків кожна наступна глава логічно пов'язана з попередніми. Одним читачам це подобалося, але інші, застрягши на перших розділах, так і не добиралися до цікавіших тем. Справжня книга побудована інакше - вона швидше схожа на дерево: глави 1 і 2 утворюють стовбур, від якого відходять гілки інших розділів.

Ці "відгалуження" значною мірою незалежні один від одного, і, отримавши уявлення про "стовбур", читач може знайомитися з ними в довільному порядку. Вони пов'язані з областями, в яких я працював або про які розмірковував після публікації "Короткої історії часу". Тобто відображають напрямки сучасних досліджень, що найбільш активно розвиваються. Усередині кожного розділу я також спробував уникнути лінійної структури. Ілюстрації та підписи до них вказують читачеві альтернативний маршрут, як у "Ілюстрованій короткій історії часу", виданій у 1996 р. Врізання та зауваження на полях дозволяють торкнутися деяких тем глибше, ніж це можливо в основному тексті.

У 1988 р., коли вперше вийшла "Коротка історія часу", враження було таке, що остаточна теорія всього ледь замаячила на горизонті. Наскільки з того часу змінилася ситуація? Чи ми наблизилися до нашої мети? Як ви дізнаєтеся з цієї книги, прогрес був дуже значним. Але подорож ще триває, і кінця йому поки що не видно. Як кажуть, краще продовжувати шлях із надією, ніж прибути до мети. Наші пошуки та відкриття мають творчу активність у всіх сферах, не тільки в науці. Якщо ми досягнемо кінця шляху, людський дух висохне і помре. Але я не думаю, що ми колись зупинимося: рухатимемося якщо не в глибину, то у бік ускладнення, завжди залишаючись у центрі розширюваного горизонту можливостей.

У роботі над цією книгою я мав багато помічників. Особливо я хотів би відзначити Томаса Хертога та Ніла Ширера за їхню допомогу з малюнками, підписами та врізками, Енн Харріс та Кітті Фергюссон, які редагували рукопис (або, точніше, комп'ютерні файли, оскільки все, що я пишу, з'являється в електронній формі), Філіпа Данна з Book Laboratory та Moonrunner Design, який створив ілюстрації. Але, крім того, я хочу подякувати всім тим, хто дав мені можливість вести нормальне життя і займатися науковими дослідженнями. Без них ця книга не була б написана.

Глава 1
Коротка історія відносності

Про те, як Ейнштейн заклав основи

двох фундаментальних теорій ХХ століття:

загальної теорії відносності та квантової механіки

Альберт Ейнштейн, творець спеціальної та загальної теорій відносності, народився в 1879 р. в німецькому місті Ульме, пізніше сім'я перебралася до Мюнхена, де у батька майбутнього вченого, Германа, та його дядька, Якоба, була невелика і не надто успішна електротехнічна фірма. Альберт не був вундеркіндом, але твердження, що він не встигав у школі, виглядають перебільшенням. У 1894 р. бізнес його батька прогорів, і сім'я переїхала до Мілана. Батьки вирішили залишити Альберта у Німеччині до закінчення школи, але він не виносив німецького авторитаризму і через кілька місяців покинув школу, вирушивши до Італії до своєї родини. Пізніше він завершив освіту в Цюріху, отримавши в 1900 диплом престижного Політехнікуму ( E idgenössische T echnische H ochschule - Вища технічна училище). Схильність до суперечок і нелюбов до начальства завадили Ейнштейну налагодити стосунки з професорами ЕТН, тож ніхто з них не запропонував йому місця помічника, з якого зазвичай починалася академічна кар'єра. Лише за два роки молодій людині нарешті вдалося влаштуватися на посаду молодшого клерка у Швейцарському патентному бюро у Берні. Саме в той період, в 1905 р., він написав три статті, які не тільки зробили Ейнштейна одним з провідних вчених світу, але й започаткували дві наукові революції - революції, які змінили наші уявлення про час, простір і саму реальність.

До кінця XIX століття вчені вважали, що впритул підійшли до вичерпного опису Всесвіту. За їхніми уявленнями, простір був заповнений безперервним середовищем - "ефіром". Промені світла і радіосигнали розглядалися як хвилі ефіру, подібно до того, як звук є хвилями щільності повітря. Усе, що потрібно завершення теорії, - це ретельно виміряти пружні властивості ефіру. Маючи на увазі це завдання, Джефферсонівську лабораторію в Гарвардському університеті збудували без жодного залізного цвяха, щоб уникнути можливих перешкод у найтонших магнітних вимірах. Проте проектувальники забули, що червоно-коричнева цегла, яка використовувалася при зведенні лабораторії, та й більшості інших будівель Гарварду, містить значну кількість заліза. Будівля служить донині, але в Гарварді так і не знають, яку вагу зможуть витримати перекриття бібліотеки, що не містять залізних цвяхів.

До кінця століття концепція всепроникаючого ефіру почала стикатися з труднощами. Очікувалося, що світло має поширюватися по ефіру з фіксованою швидкістю, але якщо ви самі рухаєтеся крізь ефір у тому ж напрямку, що й світло, швидкість світла повинна здаватися меншою, а якщо ви рухаєтеся в протилежному напрямку, швидкість світла виявиться більшою (рис. 1.1). ).

Розділ 5

Захищаючи минуле

Про те, чи можливі подорожі в часі та чи здатна високорозвинена цивілізація, повернувшись у минуле, змінити його

Оскільки Стівен Хокінг (який програв попереднє парі по даному питанню, виставивши вимоги недостатньо загальному вигляді) як і раніше твердо впевнений, що голі сингулярності прокляті і мають бути заборонені законами класичної фізики, і оскільки Джон Прескілл і Кіп Торн (які виграли попереднє парі) як і раніше вважають, що голі сингулярності як квантові гравітаційні об'єкти можуть існувати, не будучи приховані горизонтом, у Всесвіті, що спостерігається нами, Хокінг запропонував, а Прескілл/Торн прийняли наступне парі:

Той, хто програв, винагороджує переможця одягом, щоб той міг прикрити свою наготу. На одязі має бути вишито відповідне нагоди повідомлення.

Стівен У. Хокінг Джон П. Прескілл та Кіп С. Торн
Пасадена, Каліфорнія, 5 лютого 1997 р.

Мій друг і колега Кіп Торн, з яким у мене було укладено чимало парі (ще діючих), не з тих, хто слідує загальноприйнятій лінії у фізиці тільки тому, що всі так роблять. Тому він став першим серйозним вченим, хто наважився обговорювати подорожі у часі як практичну нагоду.

Відкрито говорити про подорожі у часі — вельми делікатна справа. Ви ризикуєте збитися або на гучні заклики вкласти бюджетні гроші в якусь безглуздість, або на вимогу засекретити дослідження у військових цілях. Справді, як ми можемо захиститися від когось часу, що має у своєму розпорядженні машину? Адже він здатний змінити саму історію та правити світом. Лише деякі з нас досить безрозсудні, щоб працювати над питанням, яке серед фізиків має славу настільки неполіткоректним. Ми маскуємо цей факт за допомогою технічних термінів, де зашифровані подорожі в часі.

Основа всіх сучасних дискусій щодо подорожей у часі — загальна теорія відносності Ейнштейна. Як випливає з попередніх розділів, рівняння Ейнштейнароблять простір і час динамічними, описуючи, як ті викривляються та спотворюються під дією матерії та енергії у Всесвіті. У загальній теорії відносності чиє завгодно персональний час, що вимірюється за наручний годинник, завжди буде збільшуватися, так само як і в теорії Ньютона або в плоскому просторі-часі спеціальної теоріївідносності. Але можливо, простір-час виявиться настільки закрученим, що вам вдасться полетіти на зорельоті і повернутися раніше свого відправлення (рис. 5.1).

Наприклад, це може статися, якщо існують кротові нори- згадувані в розділі 4 трубки простору-часу, які з'єднують різні його області. Ідея полягає в тому, щоб направити зореліт в одне гирло кротової нори і з'явитися з іншого в зовсім інших місцях і часах (рис. 5.2).

Кротові нори, якщо вони існують, могли б вирішити проблему граничної швидкості в космосі: згідно з теорією відносності, щоб перетнути Галактику, потрібні десятки тисяч років. Але через кротову нору можна злітати на інший край Галактики та повернутися назад за час вечері. Тим часом легко показати, що якщо кротові нори існують, ними можна скористатися для того, щоб опинитися в минулому.

Так що варто подумати, що вийде, якщо ви зумієте, наприклад, підірвати свою ракету на стартовому майданчикущоб не допустити власного ж польоту. Це варіація відомого феномена: що станеться, якщо ви відправитеся у минуле і вб'єте свого дідуся, як він встигне зачати вашого батька (рис. 5.3)?

Звичайно, парадокс тут виходить тільки в тому випадку, якщо вважати, що, опинившись у минулому, ви зможете робити, що хочете. Ця книга не є місцем для філософських дискусій про свободу волі. Натомість ми сконцентруємося на тому, чи дозволяють закони фізики так скрутити простір-час, щоб макроскопічне тіло на кшталт космічного корабля могло повернутися у своє минуле. Відповідно до теорії Ейнштейна космічний корабель завжди рухається зі швидкістю, яка менша за локальну швидкість світла в просторі-часі, і слідує вздовж так званої часуподібної світової лінії . Це дозволяє переформулювати питання в технічних термінах: чи можуть у просторі-часі існувати замкнуті часоподібні криві, тобто такі, які знову і знову повертаються до своєї початковій точці? Я називатиму подібні траєкторії «час ыми петлями».

Шукати відповідь на поставлене запитання можна на трьох рівнях. Перший - це рівень загальної теорії відносності Ейнштейна, яка має на увазі, що у Всесвіту є чітко задана історіябез жодної невизначеності. Для цієї класичної теоріїми маємо закінчену картину. Однак, як ми бачили, така теорія не може бути абсолютно точною, оскільки згідно з спостереженнями матерія піддається впливу невизначеності та квантових флуктуацій.

Тому можна поставити питання про подорожі в часі на другому рівні — для напівкласичних теорій. Тепер ми розглядаємо поведінку матерії згідно квантової теорії з невизначеностями та квантовими флуктуаціями, але простір-час вважаємо добре визначеним і класичним. Ця картина не така цілісна, але вона принаймні дає деяке уявлення про те, як слід діяти.

Нарешті, є підхід із позицій повної квантової теорії гравітації, Чим би вона в результаті не виявилася. У цій теорії, де не тільки матерія, але також самі час і простір схильні до невизначеності іфлуктуюють, не цілком зрозуміло навіть, як поставити питання про можливість подорожей у часі. Мабуть, найкраще, що можна зробити, — це попросити людей в областях, де простір-час майже класичний і вільний від невизначеностей, інтерпретувати свої виміри. Чи здаватиметься їм, що в областях з сильною гравітацією і великими квантовими флуктуаціями трапляються подорожі в часі?

Почнемо з класичної теорії: плоский простір-час спеціальної теорії відносності (без гравітації) не дозволяє подорожувати в часі, неможливо це і в тих викривлених варіантах простору-часу, які вивчалися спочатку. Ейнштейн був буквально шокований, коли в 1949 р. Курт Ґедель, той самий, що довів знамениту теорему Ґеделя, відкрив що простір-час у всесвіті, повністю заповненій обертовою матерією, має час ую петлю у кожній точці (рис. 5.4).

Рішення Геделя вимагало введення космологічної постійної, якої може насправді і не бути, але пізніше були знайдені подібні рішеннябез космологічної постійної. Особливо цікавий випадок, коли дві космічні струни рухаються одна повз одну на високій швидкості.

Космічні струни не слід плутати з елементарними об'єктами теорії струн, з якими вони не пов'язані. Подібні об'єкти мають протяжність, але при цьому мають крихітний поперечним перерізом. Їх існування передбачається у деяких теоріях елементарних частинок. Простір-час за межами одиночної космічної струни плоский. Однак цей плоский простір-час має клиноподібний виріз, вершина якого лежить якраз на струні. Воно схоже на конус: візьміть велике колоз паперу і виріжте з нього сектор, подібний до шматка пирога, вершина якого розташована в центрі кола. Видаливши вирізаний шматок, склейте краї розрізу у частини, що залишилася - вийде конус. Він зображує простір-час, коли існує космічна струна (рис. 5.5).

Зауважте, оскільки поверхня конуса — це все той самий плоский аркуш паперу, з якого ми почали (за винятком віддаленого сектора), його можна вважати плоским, за винятком вершини. Наявність кривизни у вершині можна виявити за тим фактом, що описані навколо неї кола мають меншу довжину, ніж кола, віддалені на таку саму відстань від центру на вихідному круглому аркуші паперу. Іншими словами, коло навколо вершини коротше, ніж має бути коло того ж радіуса в плоскому просторі через відсутній сектор (рис. 5.6).

Подібним чином віддалений з плоского простору-часу сектор вкорочує кола навколо космічної струни, але не впливає на час або відстань уздовж неї. Це означає, що простір-час навколо окремої космічної струни не містить часу. ых петель, і, отже, подорожі у минуле неможливі. Однак якщо є друга космічна струна, яка рухається щодо першої, її напрямок часу буде комбінацією часу та просторових змін першою. Це означає, що сектор, що вирізається другою струною, скорочуватиме як відстані у просторі, так і інтервали часу для спостерігача, який рухається разом із першою струною (рис. 5.7). Якщо струни рухаються одна щодо одної з околосветовой швидкістю, скорочення часу при обході обох струн може бути настільки значним, що ви повернетеся назад раніше, ніж стартуєте. Іншими словами, тут є часові ые петлі, якими можна подорожувати в минуле.

Космічні струни містять матерію, що має позитивну щільність енергії, що сумісне з відомою на сьогодні фізикою. Однак скручування простору, яке породжує час ые петлі, тягнеться до самої нескінченності в просторі і до нескінченного минулого в часі. Так що подібні структури простору-часу спочатку по побудові допускають можливість подорожей у часі. Немає підстав вважати, що наша власний Всесвітскроєна за таким збоченим фасоном, у нас немає надійних свідчень появи гостей із майбутнього. (Я не беру до уваги конспірологічні теорії про те, що НЛО прилітають з майбутнього, а уряд знає про це, але приховує правду. Зазвичай він приховує не такі чудові речі.) Тому я припускатиму, що час ых петель не було в далекому минулому, а якщо точніше, то в минулому щодо деякої поверхні в просторі-часі, яку я позначу S. Питання: чи може високорозвинена цивілізація збудувати машину часу? Тобто чи може вона змінити простір-час у майбутньому щодо S(Вище поверхні Sна діаграмі) таким чином, щоб петлі з'явилися тільки області кінцевого розміру? Я говорю про кінцеву сферу тому, що як би не була розвинена цивілізація, вона, мабуть, здатна контролювати лише обмежену частину Всесвіту. У науці правильно сформулювати завдання часто означає знайти ключ до її вирішення, і випадок, який ми розглядаємо, — хороша тому ілюстрація. За визначенням фінітної машини часу я звернуся до однієї з моїх старих робіт. Подорож у часі можлива в деякій області простору-часу, де є часи ые петлі, тобто траєкторії з досвітньої швидкістю руху, які проте примудряються повернутися у вихідне місце і час внаслідок викривлення простору-часу. Оскільки я припустив, що в далекому минулому час ых петель не було, повинен існувати, як я його називаю, «горизонт подорожей у часі» — кордон, який відокремлює область, що містить часи ые петлі, від області, де їх немає (рис. 5.8).

Горизонт подорожей у часі дуже схожий на горизонт чорної дірки. У той час як останній утворюється світловими променями, яким не вистачає зовсім небагато, щоб залишити чорну дірку, горизонт подорожей у часі задається променями, що знаходяться на межі зустрічі з самими собою. Далі я вважатиму критерієм машини часу наявність так званого фінітно породженого горизонту, тобто сформованого світловими променями, які випущені в області обмеженого розміру. Іншими словами, вони не повинні приходити з нескінченності або сингулярності, а тільки з кінцевої області, що містить час ую петлю, такої області, яку, як ми припускаємо, буде здатна створити наша високорозвинена цивілізація.

З прийняттям такого критерію машини часу з'являється чудова можливість використовувати для вивчення сингулярностей та чорних дірок методи, які ми розробили з Роджером Пенроузом. Навіть не використовуючи рівняння Ейнштейна, я можу показати, що в загальному випадку фінітно породжений обрій буде містити світлові промені, які зустрічаються самі з собою, продовжуючи знову і знову повертатися в одну й ту саму точку. Роблячи коло, світло щоразу відчуватиме дедалі більше сильне блакитне зміщення, а зображення ставатимуть все синє і синє. Горби хвиль у пучку почнуть дедалі більше зближуватися друг з одним, а інтервали, якими повертається світло, зробляться дедалі коротше. Фактично у частинки світла буде кінцева історія, якщо розглядати її у власному часі, навіть незважаючи на те, що вона нарізає кола в кінцевій ділянці і не потрапляє до сингулярної точки кривизни.

Те, що частка світла вичерпає свою історію за останній час, може здатися несуттєвим. Але я можу також довести можливість існування світових ліній, швидкість руху по яких менша за світлову, а тривалість — кінцева. Це можуть бути історії спостерігачів, які спіймані в кінцеву область перед горизонтом і рухаються коло за колом все швидше і швидше, поки не досягнуть кінцевого часу швидкості світла. Так що, якщо гарна прибулиця з літаючої тарілки запрошує вас до своєї машини часу, будьте обережні. Ви можете потрапити в пастку повторюваних історій із кінцевою загальною тривалістю (рис. 5.9).

Ці результати не залежать від рівняння Ейнштейна, а тільки від того, яким чином простір-час скручений для отримання часу. прой петлі у кінцевій області. Але що за матеріал могла б використовувати високорозвинена цивілізація, щоб побудувати машину часу кінцевих розмірів? Чи може він скрізь мати позитивну щільність енергії, як у випадку з описаним вище простором-часом космічної струни? Космічна струна не задовольняє мою вимогу, щоб тимчасово ые петлі з'являлися тільки в кінцевій ділянці. Але можна було б подумати, що це зумовлено лише тим, що струни мають нескінченну довжину. Хтось, можливо, сподівається побудувати кінцеву машину часу, використовуючи кінцеві петлі з космічних струн, що мають всюди позитивну густину енергії. Шкода розчаровувати людей, які, подібно до Кіпа, хочуть повернутися в минуле, але це неможливо зробити, зберігаючи скрізь позитивну щільність енергії. Я можу довести, що для побудови кінцевої машини часу вам знадобиться негативна енергія.

У класичній теорії щільність енергії завжди позитивна, тому існування кінцевої машини часу на цьому рівні виключається. Але ситуація змінюється в напівкласичній теорії, де поведінка матерії розглядається відповідно до квантової теорії, а простір-час вважається добре визначеним, класичним. Як ми бачили, принцип невизначеності в квантовій теорії означає, що поля завжди флуктують вгору і вниз, навіть у порожньому, здавалося б, просторі, і мають нескінченну щільність енергії. Адже тільки віднімаючи нескінченну величину, ми отримуємо кінцеву густину енергії, яку спостерігаємо у Всесвіті. Це віднімання може дати і негативну щільність енергії, принаймні локально. Навіть у плоскому просторі можна знайти квантові стани, в яких густина енергії локально негативна, хоча загальна енергія позитивна. Цікаво, чи справді ці від'ємні значеннязмушують простір-час викривлятись так, щоб виникла фінітна машина часу? Схоже, вони повинні до цього призводити. Як випливає з глави 4, квантові флуктуації означають, що навіть порожній на перший погляд простір заповнений парами віртуальних частинок, які разом з'являються, розлітаються, а потім знову сходяться і анігілюють один з одним (рис. 5.10). Один із елементів віртуальної пари матиме позитивну енергію, А інший - негативну. За наявності чорної діри частка з негативною енергією може впасти на неї, а частка з позитивною енергією — відлетіти на нескінченність, де вона виглядатиме як випромінювання, яке забирає позитивну енергію із чорної діри. А частки з негативною енергією, падаючи в чорну дірку, призведуть до зменшення її маси та повільного випаровування, що супроводжується зменшенням розмірів горизонту (рис. 5.11).

Звідси випливає, що площа горизонту чорної дірки згодом лише збільшується і ніколи не скорочується. Щоб горизонт чорної діри зменшився, щільність енергії на горизонті має бути негативною, а простір-час має змушувати промені світла розходитися. Я вперше зрозумів це якось, лягаючи спати, невдовзі після народження моєї дочки. Не скажу точно, як давно це було, але зараз я вже маю онук.

Випаровування чорних дірок показує, що на квантовому рівні щільність енергії може іноді бути негативною і викривляти простір-час у напрямку, який був би потрібний для побудови машини часу. Тож можна уявити цивілізацію, що стоїть на такій високого ступенярозвитку, що вона здатна досягти досить великої негативної щільності енергії, щоб отримати машину часу, яка б придатна для макроскопічних об'єктів на кшталт космічних кораблів. Однак є суттєва відмінність між горизонтом чорної діри, що формується променями світла, які просто продовжують рухатися, і горизонтом у машині часу, який містить замкнені промені світла, що продовжують обертати кола. Віртуальна частка, щоразу рухається таким замкнутим шляхом, приносила б в одну і ту ж точку свою енергію основного стану. Тому слід очікувати, що на горизонті, тобто на межі машини часу — області, де можна подорожувати в минуле, — щільність енергії виявиться нескінченною. Це підтверджується точними обчисленнями у ряді окремих випадків, які досить прості, щоб можна було отримати точне рішення. Виходить, що людина чи космічний зонд, який спробує перетнути горизонт і потрапити в машину часу, буде повністю знищено завісою випромінювання (рис. 5.12). Тож майбутнє подорожей у часі виглядає досить похмурим (чи слід сказати «сліпуче яскравим»?).

Щільність енергії речовини залежить від стану, в якому вона знаходиться, так що, можливо, високорозвинена цивілізація зможе зробити щільність енергії на межі машини часу кінцевою, «заморожуючи» або видаляючи віртуальні частки, які коло за колом рухаються замкненою петлею. Ні, однак, впевненості, що така машина часу буде стійкою: найменше обурення, наприклад, хтось перетинає горизонт, щоб увійти в машину часу, може запустити циркуляцію віртуальних частинок і викликати блискавку. Це питання фізикам слід вільно обговорювати, не боячись зневажливих глузувань. Навіть якщо виявиться, що подорож у часі неможливі, ми зрозуміємо, чому вони неможливі, а це важливо.

Щоб з усією визначеністю відповісти на питання, що обговорюється, ми повинні розглянути квантові флуктуації не тільки матеріальних полів, але і самого простору-часу. Очікується, що це викличе деяку розмитість у шляхах світлових променів і загалом у принципі хронологічного впорядкування. Насправді можна розглядати випромінювання чорної діри як витік, викликаний квантовими флуктуаціями простору-часу, які свідчать, що обрій визначений не зовсім точно. Оскільки в нас поки що немає готової теорії квантової гравітації, важко сказати, яким має бути ефект флуктуацій простору-часу. Незважаючи на це, ми можемо сподіватися отримати деякі підказки з фейнманівського підсумовування історій, описаного в розділі 3.

Кожна історія буде викривленим простором-часом із матеріальними полями у ньому. Оскільки ми збираємося підсумовувати всі можливі історії, а не лише ті, які задовольняють деяким рівнянням, сума повинна включати і такі простори-часи, які достатньо закручені для подорожей у минуле (рис. 5.13). Тоді постає питання: чому такі подорожі не відбуваються повсюдно? Відповідь у тому, що переміщення у часі насправді мають місце у мікроскопічному масштабі, але ми їх помічаємо. Якщо застосувати фейнманівську ідею підсумовування з історій до однієї частки, треба включити історії, у яких вона рухається швидше світлаі навіть у часі. Зокрема, будуть і такі історії, в яких частка рухається коло за колом замкненою петлею в часі та просторі. Як у фільмі «День бабака», де репортер проживає одну й ту саму добу знову і знову (рис. 5. 14).

Можна посперечатися про те, чи мають подібні кільцеві історії частинок якесь відношення до викривлення простору-часу, оскільки вони виникають навіть на такому незмінному тлі, як плоский простір. Але в Останніми рокамими виявили, що фізичні явищачасто мають у рівною міроюкоректні дуальні описи. Можна з рівною основоюговорити про те, що частинки рухаються замкнутими петлями на незмінному тлі або що вони залишаються нерухомими, а навколо них флуктує простір-час. Це зводиться до питання: чи хочете ви спочатку підсумовувати траєкторії частинок, а потім викривлені простори-часи або навпаки?

Таким чином, квантова теорія, мабуть, дозволяє переміщатися в мікроскопічному масштабі. Але для науково-фантастичних цілей на кшталт польоту в минуле та вбивства свого дідуся від цього мало користі. Тому залишається питання: чи може ймовірність при підсумовуванні історія досягти максимуму на просторах-часах з макроскопічними петлями часу?

Дослідити це питання можна, розглядаючи суми з історій матеріальних полів на послідовності фонових просторів-часів, які стають дедалі ближче до того, щоб допускати петлі часу. Було б природно очікувати, що в момент, коли час ая петля вперше з'являється, має статися щось знаменне. Так воно і сталося у простому прикладія вивчав з моїм студентом Майклом Кассіді.

Фонові простори-часи, які ми вивчали, були тісно пов'язані з так званим всесвітом Ейнштейна, простором-часом, який Ейнштейн запропонував, коли ще вірив, що Всесвіт є статичним і незмінним у часі, що не розширюється і не стискається (див. розділ 1) . У всесвіті Ейнштейна час йдевід нескінченного минулого до нескінченного майбутнього. А ось просторові виміри кінцеві і замкнуті самі на себе, подібно до поверхні Землі, але тільки з числом вимірів на одне більше. Такий простір-час можна зобразити як циліндр, поздовжня вісь якого буде часом, а перетин — простір із трьома вимірами (рис. 5.16).

Оскільки всесвіт Ейнштейна не розширюється, вона відповідає тому Всесвіту, в якому ми живемо. Тим не менш, це зручна основа для обговорення подорожей у часі, оскільки вона досить проста, щоб можна було виконати підсумовування з історій. Забудемо ненадовго про подорожі в часі та розглянемо речовину у всесвіті Ейнштейна, що обертається навколо деякої осі. Якщо ви опинитеся на цій осі, то залишатиметеся в одній і тій же точці простору, ніби стоїте в центрі дитячої каруселі. Але, розташувавшись осторонь осі, ви рухатиметеся в просторі навколо неї. Що далі від осі, то швидше буде ваш рух (рис. 5.17). Отже, якщо всесвіт нескінченний у просторі, досить далекі від осі точки будуть обертатися з надсвітловою швидкістю. Але, оскільки всесвіт Ейнштейна кінцева у просторових вимірах, існує критична швидкість обертання, за якої жодна її частина ще не обертатиметься швидше за світло.

Тепер розглянемо суму з історій частки у всесвіті Ейнштейна, що обертається. Коли обертання повільне, є багато шляхів, якими може рухатися частка при даній кількості енергії. Тому підсумовування з усіх історій частки на такому тлі дає велику амплітуду. Це означає, що ймовірність такого фону при підсумовуванні за всіма історіями викривленого простору-часу буде висока, тобто він належить до більш ймовірних історій. Однак у міру того як швидкість обертання всесвіту Ейнштейна наближається до критичної позначки, а швидкість її руху зовнішніх областейпрагне швидкості світла, залишається єдиний шлях, який припустимий ім для класичних частинок на краю всесвіту, а саме рух зі швидкістю світла. Це означає, що сума з історій частки буде мала, а значить, ймовірності таких просторово-часових ых фонів у сумі за всіма історіями викривленого простору-часу виявляться низькими. Тобто вони будуть найменш ймовірними.

Але яке відношення до подорожей у часі та часі ым петлям мають всесвіт Ейнштейна, що обертаються? Відповідь у тому, що вони математично еквівалентні іншим фонам, у яких можливі петлі часу. Ці інші фони — всесвіт, який розширюється у двох просторових напрямках. Такі всесвіти не розширюються у третьому просторовому напрямі, що є періодичним. Тобто якщо ви пройдете певну відстань у цьому напрямку, то опинитеся там, звідки стартували. Однак з кожним колом у цьому напрямку ваша швидкість у першому та другому напрямках зростатиме (рис. 5.18).

Якщо розгін невеликий, то тимчасово ых петель немає. Розглянемо, однак, послідовність фонів з все б прольшим збільшенням швидкості. Петлі часу з'являються за деякої критичної величини розгону. Не дивно, що цей критичний розгін відповідає критичній швидкості обертання всесвіту Ейнштейна. Оскільки обчислення суми з історії на обох цих фонах математично еквівалентно, можна зробити висновок, що ймовірність таких фонів прагне до нуля в міру наближення до викривлення, необхідного для отримання петель часу. Інакше кажучи, можливість викривлення, достатнього для машини часу, дорівнює нулю. Це підтверджує те, що я називаю гіпотезою захисту хронології: закони фізики влаштовані так, що не допускають переміщення у часі макроскопічних об'єктів.

Хоча тимчасово ые петлі дозволені під час підсумовування з історій, їх ймовірності виходять надзвичайно низькими. Ґрунтуючись на згадуваних вище співвідношеннях дуальності, я оцінив ймовірність того, Що Кіп Торн зможе вирушити в минуле і вбити свого дідуся: вона виявилася меншою ніж одиниця до десяти в ступені трильйонів трильйонів трильйонів трильйонів трильйонів.

Це просто напрочуд низька ймовірність, але якщо ви уважно подивіться на фотографію Кіпа, то помітите легкий серпанок по краях. Вона відповідає зникаюче малої ймовірності того, що якийсь пройдисвіт з майбутнього вирушить у минуле і вб'є його дідуся, і тому Кіпа насправді тут немає.

Будучи азартними людьми, ми з Кіпом хотіли б укласти парі з приводу аномалії на кшталт цієї. Проблема, однак, у тому, що ми не можемо цього зробити, оскільки зараз дотримуємось єдиної думки. А з кимось іншим я закладати не буду. Раптом він виявиться прибульцем із майбутнього, який знає, що подорожі в часі можливі?

Вам здалося, що цей розділ написаний за вказівкою уряду, щоб приховати реальність подорожей у часі? Можливо Ви праві.

Світова лінія - це шлях у чотиривимірному просторі-часі. Часоподібні світові лінії поєднують переміщення у просторі з природним рухомвперед у часі. Тільки такими лініями можуть йти матеріальні об'єкти.

Фінітний - має кінцеві розміри.