Kitabı oxu: «Саммари книги Стивена Хокинга «Краткая история времени. От Большого Взрыва до черных дыр»»

Глава 1. Наше представление о Вселенной

На протяжении тысячелетий люди пытались понять суть мироздания и алгоритмы его существования. В разные периоды времени ученые выдвигали различные теории о движении Земли и других тел во Вселенной.

Одна из первых теорий описывала Землю как плоское тело на спине гигантской черепахи. С течением времени взгляды менялись, и выдвигались новые теории о том, что Земля все же круглая, а Солнце, Луна и другие тела вращаются вокруг нее. Следующим шагом было признание того, что Земля и другие планеты вращаются вокруг Солнца по сферическим орбитам. Далее ученые предположили, что орбиты небесных тел имеют форму эллипса. Эту теорию в свое время доказал Ньютон.

Когда вопрос с формой небесных тел и их орбитами был решен, перед научной общественностью встал вопрос о происхождении Вселенной: была ли она вечно или возникла в какой-то момент? Споры на этот счет не утихали, и у каждой теории были свои доводы. Однако открытие, сделанное Эдвином Хабблом в 1929 г., поставило точку в этом споре: все галактики движутся от нас. Вселенная расширяется. Это значит, что когда-то она была очень маленькой и очень плотной. Таким образом можно предположить, что существовало время (этот период получил название «Большой Взрыв»), в которое Вселенная была сосредоточена в одной «точке», она была как бы сконцентрирована. При таких условиях не действуют известные физические законы, поэтому все, что происходило до этого, никак не могло повлиять на то, что было потом. Следовательно, Большой Взрыв можно считать точкой отсчета времени.

Современная наука рассматривает Вселенную с двух точек зрения: общая теория относительности описывает взаимодействие крупных объектов в масштабе от нескольких километров до размеров видимой Вселенной; квантовая механика работает в бесконечно малых масштабах. Парадокс в том, что эти теории несовместимы. Задача же современной науки – объединить обе теории в квантовую теорию гравитации.

Глава 2. Пространство и время

Современные представления о времени и пространстве значительно отличаются от тех, что были во времена Аристотеля, который считал, что нормальным состоянием для любого тела является покой, и движение возникает лишь под действием каких-то сил. В свое время Ньютон опроверг это мнение, с помощью экспериментов доказав, что внешние силы только изменяют скорость движения и не являются его причинами. Без них любое тело двигалось бы прямолинейно с неизменной скоростью. Это первый закон Ньютона. Второй закон гласит, что скорость тела меняется пропорционально силе, действующей на него, и обратно пропорциональна его массе. Согласно закону тяготения, силы, притягивающие тела друг к другу, пропорциональны массам этих тел.

Своими законами Ньютон опроверг теорию Аристотеля об абсолютном покое. Если абсолютного покоя не существует, то не существует и абсолютного положения в пространстве.

Представьте, что вы едете в автомобиле. Относительно автомобиля вы неподвижны, относительно Земли вы движетесь вместе с автомобилем. А если вы, находясь в движущемся автомобиле, подбрасываете теннисный мячик вертикально вверх и ловите его через одну секунду (допустим, что ваша рука в момент броска и в момент падения мяча была в одном и том же положении), то для вас мячик окажется в той же точке пространства, что и был секунду назад. Но для стороннего наблюдателя на обочине дороги мячик преодолел расстояние примерно 30 метров, которое проехал автомобиль, пока мячик был в воздухе. И нет оснований считать чью-либо точку зрения более приемлемой. Дело в том, что вплоть до начала XX века время считалось абсолютной величиной, не привязанной к пространству. Такая точка зрения не противоречит движению медленных тел, но, когда речь заходит о скорости света, она становится неприемлемой.

Альберт Эйнштейн предложил отказаться от абсолютного времени. Его теория относительности гласит, что все законы науки должны распространяться на всех движущихся наблюдателей независимо от скорости их движения. Отсюда вытекает несколько законов, один из которых E=mc², т. е. чем больше энергия, тем сложнее увеличить скорость. А значит ни одно тело не может двигаться со скоростью света, т. к. для ее достижения потребовалось бы бесконечно большое количество энергии.

Следующий вывод из теории относительности – новый взгляд на пространство и время. Скорость света имеет конечное значение (на данный момент – примерно 300000 км/ч), пространство не абсолютно. Это значит, что при измерении времени, пройденного световым импульсом, разные наблюдатели получат разные результаты. Ведь время – это расстояние, деленое на скорость, т. е. нечто неопределенное делится на нечто конкретное. Одинаковых результатов в таком случае получить просто невозможно. Следовательно, каждый наблюдатель имеет свой масштаб времени, что полностью развенчивает понятие абсолютного времени.

Теория относительности нашла свое применение в измерении времени и положения в пространстве какого-либо события методом радиолокации. Наблюдатель посылает импульс радиоизлучения к объекту и получает обратно отраженный сигнал. Расстояние при этом будет равно половине времени прохождения сигнала туда и обратно умноженной на скорость света. В связи с тем, что только скорость света является конечной величиной, расстояния, измеряемые через время и скорость света, окажутся одинаковыми для разных наблюдателей. Для этого даже ввели такую единицу измерения как световая секунда – это расстояние, которое проходит свет за одну секунду.

Теория относительности предсказала несколько революционных открытий, которые были подтверждены последующими исследованиями: